DE10145514A1

DE10145514A1 - Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges mit einem Energiespeicher

Info

Publication number: DE10145514A1
Application number: DE10145514A
Authority: DE
Inventors: Michael Meinert; Karsten Rechenberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2003-04-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges mit einer Energiequelle, die einen Gleichspannungszwischenkreis speist, der mit einem Elektromotor verbunden ist. Der Gleichspannungszwischenkreis steht zur Energieeinspeisung und zur Energieentnahme mit einem Energiespeicher in Verbindung. Es ist vorgesehen, dass die Energiequelle und/oder die Ladung des Energiespeichers in Abhängigkeit von mindestens einem Fahrabschnitt geregelt werden. Dazu werden Parameter des Fahrabschnittes bzw. der Fahrabschnitte herangezogen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges mit einer Energiequelle, die einen Gleichspannungszwischenkreis speist, der mit einem Elektromotor verbunden ist, wobei der Gleichspannungszwischenkreis zur Energieeinspeisung und zur Energieentnahme mit einem Energiespeicher verbunden ist.
Ein solches Fahrzeug kann ein Straßenfahrzeug, z. B. ein Bus, aber auch ein Schienenfahrzeug sein. Die Energiequelle ist z. B. ein Dieselmotor mit Generator und Gleichrichter. Ein geeigneter Energiespeicher ist beispielsweise ein Schwungmassenspeicher oder ein Kondensator.
Bisher war es bereits üblich, sowohl von der Energiequelle bereitgestellte überschüssige Energie als auch beim Bremsen des Fahrzeuges sowie bei Bergabfahrten durch den als Generator arbeitenden Elektromotor erzeugte elektrische Energie, die vereinfacht "Bremsenergie" genannt wird, im Energiespeicher zu speichern. Diese gespeicherte Energie stand dann für besondere Belastungen beim Beschleunigen oder an einer Bergstrecke zur Verfügung.
Das bekannte Verfahren hat den Nachteil, dass der Energiespeicher sehr groß und damit schwer sein muss, falls stets die gesamte überschüssige Energie gespeichert werden soll. Es kann nämlich z. B. bei langen Gefällstrecken eine sehr große zu speichernde Energiemenge anfallen. Für den Fall, dass ein relativ kleiner Energiespeicher gewählt würde, könnte die vom als Generator arbeitenden Elektromotor erzeugte überschüssige elektrische Energie (Bremsenergie) nicht vollständig gespeichert werden und müsste z. B. an einem Bremswiderstand in Wärmeenergie überführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs anzugeben, das zur größtmöglichen Energieeinsparung mit einer in der Leistung reduzierten Energiequelle auskommt und trotzdem keinen überdimensionierten Energiespeicher braucht, der ein hohes Gewicht hätte. Die anfallende überschüssige Energie soll weitgehend in einem kleinen und somit leichten Energiespeicher speicherbar sein.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass die Energiequelle und/oder die Ladung des Energiespeichers in Abhängigkeit von mindestens einem Fahrabschnitt geregelt werden.

Diese Regelung orientiert sich an Parametern des Fahrabschnitts oder der Fahrabschnitte, z. B. an Steigung, Gefälle, Haltestellenabstand und Haltezeit, und damit an den Einsatzbedingungen des Fahrzeuges, so dass einerseits für die momentan bereitgestellte überschüssige Energie stets ein Speichern mögich ist und andererseits bei zusätzlichem Energiebedarf des Fahrzeuges im Energiespeicher stets eine ausreichende Energiemenge vorhanden ist.

Um das zu gewährleisten, kann beispielsweise die Energiequelle geregelt werden. Diese Regelung kann so gestaltet werden, dass stets nur soviel überschüssige elektrische Energie, z. B. durch den Generator der Energiequelle, bereitgestellt wird, wie bei einer späteren Betriebsphase des Fahrzeuges auch benötigt wird. Insbesondere kann auch die Aufnahmekapazität des Energiespeichers durch die Regelung der Energiequelle berücksichtigt werden.

Es ist aber auch möglich, die Energieeinspeisung in den Energiespeicher und damit dessen Ladung zu regeln. Zum Beispiel wird die Einspeisung von elektrischer Bremsenergie geregelt, die beim Bremsen oder Bergabfahren im dann als Generator arbeitenden Elektromotor erzeugt wird. Sollte trotzdem etwas überschüssige Bremsenergie anfallen, kann diese einem Bremswiderstand zugeführt werden.

Auch kann sowohl die Energiequelle als auch die Energieeinspeisung in den Energiespeicher geregelt werden.

Bei der Regelung der Energieeinspeisung in den Energiespeicher wird sichergestellt, dass dieser stets optimal geladen ist.

Mit der Regelung wird der Vorteil erzielt, dass stets nur soviel überschüssige Energie bereitgestellt und gespeichert wird, wie für den kommenden Fahrabschnitt später benötigt wird.

Beispielsweise wird so geregelt, dass die Ladung des Energiespeichers mit von der Energiequelle abgegebener überschüssiger Energie und mit beim Bremsen und/oder Bergabfahren des Fahrzeugs im dann als Generator arbeitenden Elektromotor erzeugter elektrischer Bremsenergie den für den kommenden Fahrabschnitt über die Energieabgabe der Energiequelle hinausgehenden Energiebedarf des Fahrzeuges abdeckt.

Dabei werden die bekannten Eigenschaften des Fahrabschnitts, wie z. B. Steigungen, Gefällstrecken, Haltestellenabstände und Haltezeiten berücksichtigt.

Es wird der Vorteil erzielt, dass auch die bekannte zu erwartende Bremsenergie, bei der Ladung des Energiespeichers eingeplant werden kann. Daher kommt man mit einer verkürzten Betriebszeit der Energiequelle aus.

Nach einem ersten Ausführungsbeispiel wird die Energiequelle so geregelt, dass sie für einen bekannten Fahrabschnitt das arithmetische Mittel der benötigten Energie abgibt. Die überschüssige Energie und die Bremsenergie werden dem Energiespeicher zugeführt und bei erhöhtem Energiebedarf des Fahrzeuges entnommen. Der Energiespeicher muss dazu stets ausreichend geladen sein.
Es wird der Vorteil erzielt, dass die Energiequelle stets an seinem optimalen Arbeitspunkt arbeiten kann.
Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Regelung darauf ausgerichtet, dass die für einen Fahrabschnitt maximal mögliche Bremsenergie stets im Energiespeicher abspeicherbar ist. Aus der Kenntnis des Fahrabschnitts ist bekannt, wann wieviel Bremsenergie zum Abspeichern bereitsteht. Die Regelung, insbesondere der Energiequelle, erfolgt folglich so, dass der Energiespeicher nicht oder nur gering geladen ist, wenn in Kürze Bremsenergie abzuspeichern sein wird. Damit wird der Vorteil erzielt, dass die Energiequelle möglichst wenig in Betrieb sein muss. Außerdem ist die Regelung einfach durchführbar.
Nach einem dritten Ausführungsbeispiel ist eine Regelung vorgesehen, mit dem Ziel, dass die für einen Fahrabschnitt durchschnittlich mögliche Bremsenergie stets im Energiespeicher abspeicherbar ist. Man kommt gegenüber dem vorgenannten Ausführungsbeispiel mit einem kleineren und leichteren Energiespeicher aus, kann aber trotzdem den größeren Teil der Bremsenergie nutzen.
Beispielsweise ist der Fahrabschnitt ein Teilstück einer vom Fahrzeug zurückzulegenden Gesamtstrecke. Es wird also nicht eine Gesamtstrecke, sondern nur ein Teilstück betrachtet, das besondere Eigenschaften hat. Eine lange Gefällstrecke oder eine Bergstrecke können z. B. derartige besondere Teilstücke sein.
Dadurch wird die Regelung besser an Besonderheiten der Gesamtstrecke angepasst.
Beispielsweise wird beim Regeln die von einem oder mehreren zuvor befahrenen Fahrbabschnitten im Energiespeicher verbliebene Energie berücksichtigt.
Die Regelung und die Dimensionierung des Energiespeichers sind dadurch besonders gut hinsichtlich der Gesamtstrecke zu optimieren.
Es wird der besondere Vorteil erzielt, dass bei Kenntnis der einzelnen Fahrabschnitte der Gesamtstrecke, deren Steigungen, Gefällstrecken, Haltestellenabstände und Haltezeiten, sowie des Geschwindigkeitsprofils des Fahrzeugs, eine optimale Regelung und damit ein geringer Energiebedarf erzielt wird.
Beispielsweise kann bei einem oder mehreren Fahrabschnitten innerhalb der Gesamtstrecke die Energiequelle zurückgeregelt oder abgeschaltet werden, um z. B. im Bereich von Haltestellen weniger Emissionen zu haben.
Der Fahrabschnitt kann auch der Gesamtstrecke entsprechen.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird insbesondere der Vorteil erzielt, dass die Bremsenergie gut ausgenutzt wird und trotzdem ein relativ kleiner und leichter Energiespeicher ausreicht.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges mit einer Energiequelle, die einen Gleichspannungszwischenkreis speist, der mit einem Elektromotor verbunden ist, wobei der Gleichspannungszwischenkreis zur Energieeinspeisung und zur Energieentnahme mit einem Energiespeicher verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle und/oder die Ladung des Energiespeichers in Abhängigkeit von mindestens einem Fahrabschnitt geregelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass so geregelt wird, dass die Ladung des Energiespeichers mit von der Energiequelle abgegebener überschüssiger Energie und mit beim Bremsen und/oder Bergabfahren des Fahrzeuges im dann als Generator arbeitenden Elektromotor erzeugter elektrischer Bremsenergie den für den kommenden Fahrabschnitt über die Energieabgabe der Energiequelle hinausgehenden Energiebedarf des Fahrzeuges abdeckt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiequelle so geregelt wird, dass sie für einen bekannten Fahrabschnitt das arithmetische Mittel der benötigten Energie abgibt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass so geregelt wird, dass die für einen Fahrabschnitt maximal mögliche Bremsenergie stets im Energiespeicher abspeicherbar ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass so geregelt wird, dass die für einen Fahrabschnitt durchschnittlich mögliche Bremsenergie stets im Energiespeicher abspeicherbar ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrabschnitt ein Teilstück einer vom Fahrzeug zurückzulegenden Gesamtstrecke ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Regeln die von einem oder mehreren zuvor befahrenen Fahrabschnitten im Energiespeicher verbliebene Energie berücksichtigt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem oder mehreren Fahrabschnitten die Energiequelle zurückgeregelt oder abgeschaltet wird.