CN102529856A - 一种能量回收器系统及用于控制此系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在机动车上的能量回收器系统，其包括：电能存储器、由能量存储器供能的机动车电驱动装置和用于将机动车的动能转换为电能的能量回收器。此外如下有：用于确定机动车的预计路线的路线规划系统、带有关于预计路线的道路信息的地图存储器以及将由能量回收器提供的能量引入至能量存储器的控制装置。控制装置被设置为，既基于道路信息将引入至能量存储器中的能量最大化，又将能量存储器的容量损失最小化，此容量损失是通过将能量引入能量存储器引起的。

Description

一种能量回收器系统及用于控制此系统的方法
技术领域
本发明涉及一种能量回收装置以及用于控制此系统的方法。
背景技术
在机动车上的能量回收器系统将机动车的动能转换成电能，此电能暂存在能量存储器中，直至其可以借助电动机用于机动车的加速。通过能量回收器系统可以避免使用制动器，利用制动器将机动车的动能转换成热能，而热能在车辆内实际上不再可用。
为了使借助于能量回收器系统暂存在能量存储器中的能量最大化，公开了如下系统，其基于机动车的预计路线的道路信息给机动车的驾驶员提出驾驶建议。DE 10 2005 049 133 A1展示了用于驾驶员辅助系统的所谓的电子前景(Horizont)，借助其能够将相应的信息传递给机动车的驾驶员。
高效的能量存储器是昂贵的并且受到使用引起的磨损，这减小了能量存储器的容量。因此常见的是，在制造机动车时超额15％到20％地设计能量存储器，以便在数年使用之后剩下的剩余容量仍然是足够的。通过超额设计产生了制造机动车时的重量缺点和成本缺点。
本发明基于的任务是提出一种用于机动车的能量回收器系统，其借助较小容量的能量存储器就能应付。此外，本发明基于的任务是提出一种用于优化能量回收器系统中的能量存储器的使用的方法。
发明内容
根据本发明的在机动车上的能量回收器系统，其包括：电能存储器、由能量存储器供能的机动车电驱动装置和用于将机动车的动能转换为电能的能量回收器。此外设置有：用于确定机动车的预计路线的路线规划系统、带有关于预计路线的道路信息的地图存储器以及将由能量回收器提供的能量引入至能量存储器的控制装置。控制装置被设置为，既基于道路信息将引入至能量存储器中的能量最大化，又将能量存储器的容量损失最小化，此容量损失是通过将能量引入能量存储器引起的。
根据本发明，能量的供给不仅基于预计路线的能量消耗模型来确定，另外还基于能量存储器的磨损模型来确定。由此，不仅可以使预计路线的能量回收潜力的短期利用最大化，而且实现中期或长期延长能量存储器的使用寿命。由此能够减小在机动车使用开始时能量存储器关于其容量方面的超额设计。
该系统能够具有一个接口，借助其能够影响供给能量的最大化与容量损失最小化之间的关系。由此优化能够与机动车或其驾驶员的区域性的、个人的或现场条件相匹配。在另一实施例中，能够限制对可预先确定的界限之间的范围的影响。这是有利的，例如当机动车是租用车辆或车队时。
在一个优选的实施例中，控制装置被设置为确定机动车的优化的速度特征曲线。由此能够前瞻性地避免一些情况，在这些情况中所提供的能量回收潜力不可用或能量存储器出现特别大的容量损失。
在一个实施例中输出装置能够设置为，用于给机动车驾驶员提示优化速度特征曲线。输出能够以视觉、听觉、触觉方式或者以其组合实现。由此能够使驾驶员激发至最佳的驾驶形式，而不剥夺其决策自由。
在另一实施例中，控制装置也能够控制从能量存储器到电驱动装置的能量流，以使得机动车的速度特征曲线接近优化的速度特征曲线并且通过电驱动装置将能量存储器以减小磨损的方式排空。
本发明另一方面涉及一种用于优化用于机动车上的能量回收器的能量存储器使用的方法，包括以下步骤：确定机动车的预计路线；基于关于预计的路线的道路信息，确定在预计的路线上，能够通过能量回收器从机动车的动能转化为电能的、并且能够导入至能量存储器的能量；确定能量存储器的由导入能量造成的容量损失；以及如此地控制能量至能量存储器的导入，即使得能量最大化且容量损失最小化。
优选地，用第一成本函数评估所确定的能量并且用第二成本函数评估所确定的容量损失，其中将成本函数的结果之间的差最小化。在通过成本函数评估之后将能量如此引入至能量存储器，即使得与此相联系的收益并不小于与此相联系的成本，其中收益以存储的能量为形式且成本以能量存储器的容量损失为形式。两个优化目的被归一化到可比的量级，从而能够进行简单的权衡。此外以此方式也能够容易地通过对评估函数的结果的相应的因子分解实现优化目的的加权。所考虑的成本，例如，一方面可以是能量的经济成本或所节省的燃料成本，以及由磨损引起的能量存储器的经济价值损失。
优选地，第二成本函数考虑流入能量存储器的电流和能量存储器的充电状态。由此可以实现特别切合实际的第二成本函数。
本发明另一方面涉及一种带有程序代码的计算机程序产品，当程序代码在处理装置上运行时用于执行所描述的方法。
附图说明
现参照所附的附图描述本发明，附图中：
图1示出了具有能量回收器的车辆；
图2示出了回收的能量和图1中的能量回收器的能量存储器的磨损的示意图；以及
图3示出了用于控制图1中的能量回收器的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了在机动车105上的能量回收器系统100。机动车105包括电驱动装置110。此外，车辆105能够包括另一个驱动装置，其基于不同于电的基础运行，例如内燃机(未示出)。此外，机动车105包括带制动操作装置120的制动器115以及用于给定机动车105的速度或加速度的油门125。
电能存储器130为电驱动装置110提供电能。如果机动车105拥有另外的、非电的驱动装置，电能存储器130的容量能够在大约2kWh的范围内；如果电驱动装置110是唯一的驱动装置，则电能存储器130的容量能够在大约50kWh的范围内。
电驱动装置110能够用于在动能与电能之间的双向转换，即电驱动装置110不仅能够作为电动机运行而且能够作为发电机运行，并且负责在能量存储器130与电驱动装置110之间的双向电能交换。
开关调节器135受控制装置140控制，控制装置140优选地被构建为可编程的微型计算机。控制装置140与油门125以及制动操作装置120连接。其中控制装置140被设置为不仅采样驾驶员确定的对制动操作装置120和油门油门125的操作，而且自行引起油门125或制动操作装置120的操作。
如果机动车105的驾驶员例如操作制动操作装置120，则该过程能够被控制装置140检测到并且控制装置140能够阻止制动器115的操作，并且同时借助开关调节器135将电驱动装置110作为发电机运行，以使得驾驶员所想要的机动车105的制动效果并不是通过制动器115，而是通过电驱动装置110来实现。机动车105的动能在此并不在制动器115中转换成热，而是以电能形式暂存在能量存储器130中。
如果驾驶员操作油门125，则其同样被控制装置140检测到并且该控制装置140能够借助开关调节器135将存储在能量存储器130中的能量引入至电驱动装置110，使得通过电驱动装置来实现机动车105的加速。此时能够通过控制装置140弱化或阻止与此并行的、对机动车105的另一个非电驱动装置的操作。在另一实施例中，油门125能够支持力反馈(“force feedback”)，使得机动车105的驾驶员必须克服一个可由控制装置140控制的作用力，才能操作油门125。
控制装置140与操作单元145连接，该操作单元能够支持视觉、听觉和触觉的输入和输出。在一个实施例中，操作单元145包括对触摸敏感的屏幕(“touchscreen”)。操作单元145能够用于实现机动车105的驾驶员与能量回收器系统100或控制装置140的交互。
此外，控制装置140与导航装置150连接，该导航装置150与卫星接收器155和数据存储器160相连接。借助卫星接收器155能够确定机动车105的位置。数据存储器160包括地图数据，其包含借助卫星接收器155确定的位置。地图数据除了包含基于其能够进行路线规划的、关于道路网的信息之外，还包含关于机动车105的速度的信息。此信息包含诸如速度限制、禁止超车、上坡、下坡、道路级别以及速度调节的可能原因，如危险的转弯处或坡面、交通信号灯、小路、施工区域、人行横道或隧道。
借助导航装置150能够确定机动车从所确定的位置到其他位置的路线。为此，机动车105的驾驶员能够借助操作单元145与导航装置150交互。如果路线规划结束，则驾驶员在跟随路线时能够得到支持，例如通过为驾驶员输出听觉、视觉和/或触觉的提示。
基于通过导航装置150确定的机动车105的路线和存储在数据存储器160中的关于该路线的信息，控制装置140能够针对能量来优化机动车150的速度特征曲线，该能量是在机动车105减速时能够被引入至能量存储器130中的能量。
控制装置140能够基于相同的数据也针对能量存储器130的使用寿命优化速度特征曲线。能量存储器130在每次充电过程和放电过程中持续地失去其容量的一小部分。如果能量存储器130的剩余容量下降到预先确定的阈值以下，则能量存储器130的使用寿命已结束并且必须被更换。通过在考虑老化模型或磨损模型的情况下优化能量存储器130的充电电流或放电电流，能够延长其使用寿命或减小其容量损失。通过避免充电过程或放电过程(即几乎或完全充分利用能量存储器130的容量极限的充电过程或放电过程，即放电直至能量存储器130容量的0％或充电直至能量存储器130容量的100％)，能量存储器130的使用寿命可以进一步延长。
图2示出了回收的能量和图1中的能量回收器系统100的的能量存储器130的磨损的示意图200。在垂直向上方向上绘制引入至能量存储器130中的能量，在垂直向下方向上绘制能量存储器130的磨损或容量损失。
在第一区段210中，示出了彼此关联的条形图E1、A1和Δ1，在第二区段220中示出了彼此关联的条条形图E2、A2和Δ2以及在第三区段230中示出了彼此关联的条条形图E3、A3和Δ3。
在第一区段210中，通过E1示出了一个能量数量，其在图1中的电驱动装置110作为发电机运行时，能够通过能量回收器被作为电能引入至能量存储器130中。在能量存储器130的给定的运行状态中，E1的能量数量与能量存储器130的磨损相关联，该磨损通过条A1表示。通过利用各自关联的成本函数如此地确定E1和A1，即使得它们彼此能够比较。条E1和A1之间的长度差表示为条Δ1。由于A1长于E1，则Δ1向下延伸并且表示，在所示的情况下磨损A1的负效应超过回收的能量的量的正效应。在此，条Δ1的长度显示出正效应(E1)与负效应(A1)相差多少。
在第二区段220中示出了与在第一区段210中类似的情况。然而，通过条E2示出的、能够引入至能量存储器130中的能量略微小于在第一区段210中通过条E1示出的能量数量。通过条A2示出的、在将通过条E2所示的能量数量引入至能量存储器130中时发生的磨损明显小于通过条A1在第一区段210中所示的磨损。换言之，E1与E2之间的长度差明显小于A1与A2之间的长度差。如通过差值条Δ2所示的，尽管条E2和A2的长度仍有差别，但已明显小于通过在第一区段中的第一差值条Δ1所示的长度差。
在第三区段230中通过E3稍短于E2且A3比A2短很多来延续。在此，E3和A3等长，从而第三差值条Δ3长度为零。在第三区段230中，正效应(E3)与负效应(A3)等大。在此，E3仅稍小于E1。
实际中这表示：在一段路线上可回收的能量和条E1相符，通过限制与条E3相符的能量数量，所导入的能量的正效应和磨损的负效应一样大。由此同时实现了回收能量的最大化和与此相联系的能量存储器磨损的最小化。条E1和E3彼此相差的能量数量，例如能够通过借助图1中的控制装置140经制动器115激活制动操作装置120而转换成热能。
能够与机动车105的预计线路的多个区段相关地确定在示意图200中示出的优化。由于能量存储器130的磨损程度不仅取决于所引入的能量的量，还取决于能量存储器130在引入开始时的充电状态，所以每次优化取决于前一次的优化。例如，在提供大的能量回收潜力的路程段开始时，通过有目的地将能量存储器130排空，确保在此通过电驱动装置110作为发电机运行时提供的电能不仅能够完全能被能量存储器130吸收，而且此后该能量存储器尚未充满电。
通过对路线区段相继优化能够确定机动车105的速度特征曲线，其能够引起能量存储器130使用的所描述的优化。优化的速度特征曲线能够主动地通过机动车105的速度匹配或通过给机动车105的驾驶员输出提示来实现。这些提示可以包括油门125的作用力的调节。
图3示出了用于控制图1中的能量回收器系统100的方法300的流程图。该方法300包括步骤305至370，其基本上顺序地执行。
在步骤305中规划机动车105的路线。在此，车辆105的驾驶员借助操作单元145与导航装置150交互。
接着导航装置150在步骤310中确定机动车105的位置。从步骤310出来，是导航装置150关于至所规划的目的地的道路导航的功能，与根据本发明的对能量存储器130使用的优化无关，因此在此不再进一步描述。
在步骤320中确定最大回收能量，其能够通过在位于机动车105前方的路线区段上将动能转换成电能来实现。在步骤325中将第一成本函数应用于这一回收能量。
在步骤330中，确定能量存储器130的充电状态。基于充电状态和在步骤320中确定的最大回收能量，在步骤335中确定能量存储器130的容量损失，其在最大回收能量被引入至能量存储器130时发生。在此同样考虑在将回收能量引入能量存储器130时的最大或平均电流强度。在步骤340中将第二成本函数应用于容量损失，其对应于能量存储器130的磨损或容量损失。
在步骤345中相互比较成本函数的结果。可选地，在将两个成本函数的结果比较之前分别乘以一系数，其中系数的比例对应于一个结果关于另一结果的偏好。比较结果之后，在步骤350中，确定优化的回收能量和优化的容量损失，如上面参照图1和图2所描述的那样。
在步骤355中控制能量转换。具体而言，电驱动装置110如此地作为发电机来运行，即使得优化的回收能量通过开关调节器135引入至能量存储器130中，而必要时同时操作制动器115，从而充分减速机动车105。
在步骤360中，确定机动车105的优化速度特征曲线。在步骤365中，机动车105的当前速度被确定并且与优化速度特征曲线的相关值比较。该比较的结果在步骤370中以给机动车105的驾驶员的提示的形式输出。该提示尤其能够通过油门125中的力反馈，然而在可替代的实施例中也通过操作单元145的视觉和/或听觉输出装置呈现给驾驶员。
就预先确定的路线区段而言，该方法300由此结束。在连续运行中，该方法300能够例如以关于后续的路线区段的步骤315来继续。

Claims (9)

1.一种在机动车(105)上的能量回收器系统(100)，包括：
-电能存储器(130)；
-机动车(105)的电驱动装置(110)，其能够由所述能量存储器(130)供能；
-能量回收器(110)，其用于将所述机动车(105)的动能转换为电能；
-路线规划系统(150)，其用于确定所述机动车(105)预计的路线；
-地图存储器(160)，其带有关于所述预计的路线道路信息；以及
-控制装置(140)，其被设置为，将由所述能量回收器(110)提供的能量引入至所述能量存储器(130)；
-其中，所述控制装置(140)被设置为，基于所述道路信息将所述引入至所述能量存储器(130)中的能量最大化；
其特征在于，
-所述控制装置(140)被设置为，同时最小化所述能量存储器(130)的容量损失，所述容量损失是通过将能量引入所述能量存储器(130)引起的。
2.根据权利要求1所述的系统(100)，其特征在于，接口(145)，借助其能够影响所述供给能量的最大化与所述容量损失的最小化之间的关系。
3.根据上述权利要求之一所述的系统(100)，其中，所述控制装置被设置为，确定所述机动车(105)的优化的速度特性曲线。
4.根据权利要求3所述的系统(100)，其特征在于，用于向所述机动车(105)的驾驶员提示所述优化的速度特征曲线的输出装置(125，150)。
5.一种用于优化用于机动车(105)上的能量回收器(110)的能量存储器(130)使用的方法(300)，包括以下步骤：
-确定(305)所述机动车的预计路线；
-基于关于所述预计的路线的道路信息，确定(320)在所述预计的路线上，能够通过所述能量回收器从所述机动车(105)的动能转化为电能的、并且能够导入至所述能量存储器(130)的能量；
-确定(335)所述能量存储器(130)的由导入能量引起的容量损失；以及
-如此地控制(355)所述能量至所述能量存储器(130)的导入，即使得所述能量最大化且所述容量损失最小化。
6.根据权利要求5所述的方法(300)，其中用第一成本函数(325)评估所确定的能量并且用第二成本函数(340)评估所确定的容量损失，其中将成本函数的结果之间的差最小化(350)。
7.根据权利要求6所述的方法(300)，其中第二成本函数考虑流入所述能量存储器(130)的电流和所述能量存储器(130)的充电状态。
8.根据上述权利要求之一所述的方法(300)，其中确定(360)所述机动车(105)的优化的速度特性曲线。
9.一种带有程序代码的计算机程序产品，当所述程序代码在处理装置(140)上运行时用于执行根据上述权利要求之一所述的方法(300)。
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