DE102005044268A1

DE102005044268A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung des Ladezustands eines Energiespeichers oder des Energieflusses in einem Fahrzeug mit einem Hybridantrieb

Info

Publication number: DE102005044268A1
Application number: DE102005044268A
Authority: DE
Inventors: Thomas Winter; Nicole Weber; Jochen Fassnacht
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2007-03-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung des Ladezustands eines Energiespeichers oder des Energieflusses in einem Fahrzeug mit einem Hybridantrieb. Dieser umfasst eine Verbrennungsmaschine und mindestens eine Elektromaschine, die mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs koppelbar oder gekoppelt sind. Ein Ladezustand des Energiespeichers oder der Energiefluss wird in Abhängigkeit von einer Kostenfunktion für den Energieverbrauch oder den Emissionsausstoß gesteuert oder geregelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung des Ladezustands eines Energiespeichers oder des Energieflusses in einem Fahrzeug mit einem Hybridantrieb.

Es sind bereits Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb bekannt. Diese weisen eine Verbrennungsmaschine und eine Elektromaschine auf, die während des Betriebes des jeweiligen Kraftfahrzeugs individuell zu- und abgeschaltet werden können. Fahrzeuge mit Hybridantrieb weisen im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen einen zusätzlichen Energiespeicher auf, in welchem rückgewonnene Energie abgespeichert werden kann, beispielsweise im Sinne einer Bremsenergie-Rekuperation.

Aus der DE 103 46 213 A1 ist ein Verfahren zur Regelung des Ladezustands eines Energiespeichers bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb bekannt, welches einen Verbrennungsmotor und mindestens eine Elektromaschine, die mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs koppelbar oder gekoppelt sind, aufweist. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird ein Ladezustand des Energiespeichers in Abhängigkeit von der Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs geregelt.

Vorteile der Erfindung

Ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung des Ladezustands eines Energiespeichers oder des Energieflusses in einem Fahrzeug mit einem Hybridantrieb gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht, dass der Wirkungsgrad des Hybridantriebs verbessert wird. Dies ist bei dem steigenden Energiebedarf zukünftiger Fahrzeuge von großer Bedeutung. Diese Vorteile werden im Wesentlichen dadurch erreicht, dass der Ladezustand des Energiespeichers oder der Energiefluss in Abhängigkeit von einer Kostenfunktion für den Energieverbrauch oder den Emissionsausstoß gesteuert oder geregelt wird.

Mittels der im Anspruch 2 angegebenen Merkmale ist sichergestellt, dass die im Betrieb des Fahrzeugs benötigten Energiearten, nämlich Abtriebsenergie zum Antrieb des Fahrzeugs und elektrische Energie für die Bordnetzverbraucher, auch korrekt in die Ermittlung der Energiekosten eingehen.

Gemäß dem Anspruch 3 werden unter Verwendung einer Schar von Energiekostenvektoren ein Solldrehmoment der Verbrennungsmaschine und ein Solldrehmoment der Elektromaschine ermittelt. Diese Werte werden derart ermittelt, dass der Ladezustand des Energiespeichers in jeweils notwendiger Weise beeinflusst werden kann.

Diese Beeinflussung des Ladezustands des Energiespeichers in jeweils gewünschter Weise wird durch die Merkmale des Anspruchs 4 weiter verbessert, gemäß welcher mindestens einer der weiteren Parameter bestehender Ladezustand des Energiespeichers, benötigte elektrische Leistung und benötigte mechanische Leistung bei der Ermittlung der genannten Solldrehmomente zusätzlich berücksichtigt werden.

Mittels der in den Ansprüchen 5 und 6 angegebenen Merkmale wird die Ermittlung der Energiekosten weiter verbessert.

Die Vorteile der in den Ansprüchen 7 und 8 angegebenen Unterbrechungen des Ladens und Entladens des Energiespei chers bestehen darin, dass nicht permanent extreme Ladezustandswerte erreicht werden.

Gemäß der Merkmale des Anspruchs 9 wird bei der Ermittlung der Energiekosten ein Gewichtungsfaktor berücksichtigt, der von der Abweichung des momentanen Ladezustands des Energiespeichers von einem Sollwert des Ladezustands abhängig ist. Bei dieser Vorgehensweise erhält die Notwendigkeit eines Aufladens des Energiespeichers relativ zu den Energiekosten ein höheres Gewicht.

Mittels der im Anspruch 10 angegebenen Merkmale wird zur Vereinfachung der Ermittlung der Kosten für die elektrische Energie bei Bezug aus dem Energiespeicher ein mittlerer Energiepreis anhand der Erzeugungskosten ermittelt.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Zeichnung.

Zeichnung
Die 1 zeigt eine Blockdarstellung, in welcher die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Bestandteile eines mit einem Hybridantrieb versehenen Fahrzeugs dargestellt sind. Die 2 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung der Ermittlung von Sollwerten für das Drehmoment der Verbrennungsmaschine und für das Drehmoment der Elektromaschine. Die 3 zeigt eine Blockdarstellung zur Erläuterung der Ermittlung verschiedener Energiekosten. Die 4 zeigt ein Diagramm, in welchem die Gesamtenergiekosten über dem Drehmoment der Verbrennungsmaschine dargestellt sind. Die 5 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Berücksichtigung des Ladezustands der Batterie.
Beschreibung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung des Ladezustands eines Energiespeichers oder des Energieflusses in einem Fahrzeug mit einem Hybridantrieb. Dabei kommt eine Ladestrategie zum Einsatz, die die Energiekosten berücksichtigt. Insbesondere werden dabei die Energiekosten für die elektrische Energie und die mechanische Energie ermittelt. Bei dieser Ermittlung der Energiekosten wird vorzugsweise berücksichtigt, wie diese Energie erzeugt wird.
Den Freiheitsgrad, welche Energie von welcher Quelle bereitgestellt wird, hat man nur im hybridischen Fahrmodus, da nur dort alternativ die als Energiespeicher dienende Batterie oder die Verbrennungsmaschine eingesetzt werden kann. Die der Batterie entnommene Energie muss ihr zu einem späteren Zeitpunkt wieder zugeführt werden bzw. sie muss in einem bereits vergangenen Zeitraum in die Batterie geladen worden sein.
Bei rein elektrischem Fahren ist die Verbrennungsmaschine ausgeschaltet. Die dabei benötigte Energie stammt vollständig aus der Batterie. Bei einer Bremsenergierekuperation wird nur die Batterie geladen.
Die Ladestrategie gemäß der vorliegenden Erfindung wird folglich nur beim hybridischen Fahren eingesetzt. Diese Ladestrategie wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
Die 1 zeigt eine Blockdarstellung, in welcher die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Bestandteile eines mit einem Hybridantrieb versehenen Fahrzeugs dargestellt sind. Die Erfindung kann aber auch im Zusammenhang mit beliebigen anderen Hybridkonfigurationen verwendet werden.
Die dargestellte Vorrichtung weist als Hauptantriebseinheit eine Verbrennungsmaschine 1 auf. Diese ist über eine Kupplung 3 mit einem Getriebe 4 verbunden. Dieses wiederum treibt über die Abtriebswelle 14 die Antriebsräder 5 des Fahrzeugs an. Als Nebenantriebseinheit des Hybridantriebs ist eine Elektromaschine 2 vorgesehen. Diese ist ebenfalls mit dem Getriebe 4 verbunden und kann über dieses zusätzlich zur Verbrennungsmaschine oder an deren Stelle auf die Abtriebsachse 14 einwirken. Die Elektromaschine 2 bezieht die benötigte Energie aus einem Energiespeicher, bei dem es sich beim gezeigten Ausführungsbeispiel um eine Batterie 6 handelt.
Die Elektromaschine 2 ist des Weiteren zur Versorgung von Verbrauchern 7 vorgesehen, bei denen es sich beispielsweise um eine Heckscheibenheizung, eine Sitzheizung, eine Klimaanlage und ein Gebläse handelt. Von diesen Verbrauchern werden Signale an ein Steuergerät 8 übermittelt, welche Informationen über den Zustand und den Energiebedarf der Verbraucher enthalten. Weiterhin sind Sensoren oder andere Informationsgeber 9 vorgesehen, die weitere Betriebszustandssignale an das Steuergerät 8 übermitteln. Zu diesen weiteren Betriebszustandssignalen gehören beispielsweise Informationen über die Drehzahl n_GE der Getriebeeingangswelle, das Drehmoment T_GE an der Getriebeeingangswelle, die Motortemperatur Temp_Engine und die Batterietemperatur Temp_Batt.
Das Steuergerät 8 leitet die ihm vorliegenden Informationen, soweit sie in einem weiteren Steuergerät 10 benötigt werden, an dieses weiter. Das weitere Steuergerät 10 nimmt beim gezeigten Ausführungsbeispiel die Funktion eines Ladereglers wahr, der das Auf- und Entladen der Batterie 6 regelt und auch der Verbrennungsmaschine 1 und der Elektromaschine 2 Sollwerte zuführt. Das Steuergerät bzw. der Laderegler 10 weist eine in Form eines Mikrocomputers realisierte Recheneinheit 11 sowie Speicher 12 und 13 auf. Der Speicher 12 dient zur Abspeicherung von benötigten Kennfeldern, der Speicher 13 zur Abspeicherung eines Ladeenergiepreises C_EBatt.
Die 2 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung der Ermittlung von Sollwerten T_VBS für das Drehmoment der Verbrennungsmaschine und Sollwerten T_EMS für das Drehmoment der Elektromaschine. Diese Sollwerte werden derart ermittelt, dass in allen Betriebspunkten ein preisoptimales Laden bzw. Entladen der Batterie 6 bei korrektem Abtriebsmoment möglich ist.
Im Block 15 erfolgt in einem ersten Schritt eine Ermittlung der Energiekosten für die benötigte elektrische und die benötigte mechanische Energie. Insbesondere werden am Ausgang des Blocks 15 Informationen über die ermittelten Kosten C_VBmech der mechanischen Energie bei Erzeugung mit der Verbrennungsmaschine, die ermittelten Kosten C_VBel der elektrischen Energie bei Erzeugung mit der Verbrennungsmaschine, die ermittelten Kosten C_Battmech der mechanischen Energie bei Erzeugung mit Hilfe der Batterie und die ermittelten Kosten C_Battel der elektrischen Energie bei Erzeugung mit Hilfe der Batterie zur Verfügung gestellt. Zur Ermittlung dieser Informationen über die Energiekosten werden dem Block 15 eingangsseitig Informationen über die Drehzahl n_GE der Getriebeeingangswelle, die Motortemperatur Temp_Engine, das Drehmoment T_GE an der Getriebeeingangswelle, die Batterietemperatur Temp_Batt, den Leistungsbedarf P_ACC der elektrischen Bordnetzverbraucher 7, den momentanen Ladezustand SOC der Batterie 6 und den Ladeenergiepreis C_EBatt zugeführt.
Wie diese Ermittlung der Energiekosten vorgenommen wird, wird nachfolgend anhand der 3 näher erläutert.
Die 3 zeigt eine Blockdarstellung zur Erläuterung der Ermittlung der Energiekosten, die oben in der 2 am Ausgang des Blocks 15 zur Verfügung gestellt werden. In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass ein Hybridantrieb mit einem Parallelhybridstrang vorliegt, wobei zwischen der Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine, der Elektromaschine und der Getriebeeingangswelle keine Übersetzung vorliegt.
Dem Block 17, bei dem es sich um einen Begrenzer handelt, werden eingangsseitig Informationen über die Drehzahl n_GE der Getriebeeingangswelle und das Drehmoment T_GE an der Getriebeeingangswelle zugeführt. Am Ausgang des Begrenzers 17 wird die Information über die Drehzahl n_GE der Getriebeeingangswelle und ein Signal T_VBBereich ausgegeben, wobei letzteres dem sinnvollen Drehmomentbereich der Verbrennungsmaschine 1 entspricht. Diese Signale werden zur Adressierung eines Speichers 18 verwendet, in welchem ein Kennfeld mit einer Vielzahl von Preisangaben enthalten ist, die der Verbrennungsmaschine 1 zugeordnet sind. Bei der am Ausgang des Speichers 18 bereitgestellten Information handelt es sich um die Kosten C_VBmech der mechanischen Energie bei Erzeugung mittels der Verbrennungsmaschine 1.
Weiterhin wird von der am Eingang anliegenden Information über das Drehmoment T_GE an der Getriebeeingangswelle in einem Subtrahierer 27 die Information über den sinnvollen Drehmomentbereich T_VBBereich subtrahiert. Aus dem am Ausgang des Subtrahierers 27 vorliegenden Differenzsignal und der Information über die Drehzahl n_GE der Getriebeeingangswelle wird in einer Vorrichtung 19, die ein Kennfeld mit abgespeicherten Wirkungsgraden enthält, der Wirkungsgrad η_ELM der elektrischen Maschine 2 ermittelt.
Das am Ausgang des Speichers 18 bereitgestellte Signal C_Vbmech wird in einem Dividierer 28 durch den Wirkungsgrad η_ELM der elektrischen Maschine dividiert. Das Ausgangssig nal des Dividierers 28 entspricht den Kosten C_VBel der elektrischen Energie bei Erzeugung mit Hilfe der Verbrennungsmaschine.
Das Ausgangssignal des Subtrahierers 27 wird weiterhin in einem Multiplizierer 20 mit der Drehzahl n_GE der Getriebeeingangswelle multipliziert. In einem dem Multiplizierer 20 nachfolgenden Dividierer 21 wird das Ausgangssignal des Multiplizierers 20 durch den Wirkungsgrad η_ELM der Elektromaschine 2 dividiert. Das Ausgangssignal des Dividierers 21 wird einem Addierer 22 zugeführt und dort mit dem Leistungsbedarf P_ACC der elektrischen Verbraucher 7 zusammengeführt.
Das Ausgangssignal des Addierer 22 wird einer Vorrichtung 24 zur Ermittlung des Wirkungsgrads der Batterie 6 zugeführt. Als weitere Eingangssignale werden der Vorrichtung 24 der momentane Ladezustand SOC der Batterie sowie die Informationen über die Batterietemperatur Temp_Batt zugeführt. In einem folgenden Dividierer 26 erfolgt eine Division des Ladeenergiepreises C_EBatt durch den Wirkungsgrad η_Batt der Batterie. Der Ladeenergiepreis C_EBatt wird von einem Speicher 23 zur Verfügung gestellt. Am Ausgang des Dividierers 26 wird die Information über die Kosten C_Battel der elektrischen Energie bei Erzeugung mit Hilfe der Batterie 6 zur Verfügung gestellt.
Dieser Wert C_Battel wird weiterhin in einem Dividierer 25 durch den Wirkungsgrad η_ELM der Elektromaschine dividiert. Das Ergebnis ist die Information C_Battmech über die Kosten der mechanischen Energie bei Erzeugung mit Hilfe der Batterie.
Die vorstehend ermittelten Energiekosten werden für eine Vielzahl von Betriebspunkten innerhalb des zulässigen Drehmomentbereiches der Verbrennungsmaschine berechnet. Durch eine Interpolation können dann für den gesamten Betriebsbereich vom Laden der Batterie bis hin zum Entladen der Batterie Energiepreise berechnet werden. Da der mögliche Leistungsbereich der Verbraucher bzw. Aggregate von Betriebspunkt zu Betriebspunkt verschieden ist, muss dieser Umstand der Recheneinheit ebenfalls mitgeteilt und von dieser berücksichtigt werden.
Die Grenzen eines maximal sinnvollen Betriebsbereiches werden folgendermaßen berechnet: TVBmin1 = max [TGE – min((TBattmaxEntladen – TACC), TELMmax); TVbmin2]
Dabei gilt:
T_VBmin1 = minimal sinnvolles Drehmoment der Verbrennungsmaschine,
T_GE = benötigtes Drehmoment der Getriebeeingangswelle,
min ((T_{BattmaxEntladen} – T_ACC), T_ELMmax) = maximal elektrisch erzeugbares Moment der Getriebeeingangswelle und
T_VBmin2 = minimal zulässiges Drehmoment der Verbrennungsmaschine.
Gemäß der vorstehend angegebenen Beziehung entspricht das minimal sinnvolle Drehmoment der Verbrennungsmaschine dem Maximum aus dem minimal zulässigen Drehmoment der Verbrennungsmaschine und der Differenz aus dem benötigten Drehmoment der Getriebeeingangswelle und dem maximal elektrisch erzeugbaren Moment der Getriebeeingangswelle. TVBmax1 = min[TGE – max((TBattmaxLaden – TACC), TELMmin); TVBmax2
Dabei gilt:
T_VBmax1 = maximal sinnvolles Drehmoment der Verbrennungsmaschine,
T_GE = gefordertes Abtriebsmoment,
max((T_BattmaxLaden – T_ACC), T_ELMmin) = in elektrische Leistung umsetzbares Moment der Verbrennungsmaschine und
T_VBmax2 = maximal zulässiges Drehmoment der Verbrennungsmaschine.
Gemäß dieser Beziehung entspricht das maximal sinnvolle Drehmoment der Verbrennungsmaschine dem Minimum aus dem maximal zulässigen Drehmoment der Verbrennungsmaschine und der Differenz zwischen dem geforderten Abtriebsmoment und dem in elektrische Leistung umsetzbaren Moment der Verbrennungsmaschine.
Zwischen diesen Grenzwerten werden weitere Stützstellen für das Drehmoment der Verbrennungsmaschine gewählt. Für jede dieser Stützstellen wird ein Vektor gebildet, der mit T_VBBereich bezeichnet wird.
Aus den ermittelten einzelnen Energiepreisen werden durch eine Summation der mit den jeweiligen Leistungsdaten der Verbraucher gewichteten Energiepreise die Gesamtenergiekosten bei den verschiedenen Betriebspunkten ermittelt. Dies wird im Block 16 von 2 vorgenommen.
Die 4 zeigt ein Diagramm, in welchem die Gesamtenergiekosten über dem Drehmoment der Verbrennungsmaschine 1 dargestellt sind. Dabei wurde angenommen, dass zwischen der Getriebeeingangswelle und der Verbrennungsmaschine keine Übersetzung vorliegt. Weiterhin wurde dabei angenommen, dass die Gesamtkostenfunktion im Hinblick auf einen minimalen Ausstoß von Kohlendioxid optimiert wurde. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Gesamtkostenfunktion auf einen minimalen Ausstoß von Stickoxiden zu optimieren.
Das Minimum dieser Gesamtkostenfunktion gibt den Punkt mit den niedrigsten Energiekosten oder alternativ dazu dem niedrigsten Emissionsausstoß an.
Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, bei der vorstehend beschriebenen Strategie den momentanen Ladezustand der Batterie zu berücksichtigen. Dies hat den Vorteil, dass nicht permanent extreme Ladezustandswerte herbeigeführt werden. Ein Ausführungsbeispiel dafür besteht darin, eine zweistufige Begrenzung des Ladezustands vorzunehmen. Dieses Ausführungsbeispiel ist in der 5 veranschaulicht. Dabei ist nach rechts der Ladezustand SOC der Batterie aufgetragen. Liegt im normalen Betrieb des Fahrzeugs der Ladezustand der Batterie in den mit B1 bezeichneten Bereich, dann ist sowohl ein Laden als auch ein Entladen der Batterie zugelassen. Dieser Bereich B1 darf nur überschritten werden, wenn Boost-Betrieb oder Energie-Rekuperationsbetrieb vorliegt. Der Ladezustand der Batterie im Boost-Betrieb und im Energie-Rekuperationsbetrieb ist auf den mit B2 bezeichneten Bereich begrenzt. Unterhalb des Bereiches B2 ist ein weiteres Entladen der Batterie untersagt. Oberhalb des Bereiches B2 ist ein weiteres Laden der Batterie nicht erlaubt.
Vorzugsweise kommt des weiteren ein Regelkreis zum Einsatz, mittels dessen der Ladezustand der Batterie auf einen festen Sollwert geregelt wird, der innerhalb des Bereiches B1 liegt. Dieser Regelkreis kann den Ladezustand der Batterie beispielsweise durch eine Beeinflussung der an die Verbraucher 7 abgegebenen bzw. der von den Verbrauchern 7 aufgenommenen Leistung beeinflussen.
Alternativ dazu kann auch eine einstufige Begrenzung des Ladezustands der Batterie vorgenommen werden. Dabei wird längs der SOC-Achse nur ein Bereich definiert. Wird dieser Bereich nach unten unterschritten, dann ist ein weiteres Entladen verboten. Wird dieser Bereich nach oben überschritten, dann wird ein weiteres Laden verboten.
Eine weitere Alternative einer Berücksichtigung des Ladezustands der Batterie besteht darin, die in der 4 dargestellte Kennlinie in Abhängigkeit von der Abweichung des Ladezustands der Batterie von einem Sollwert zu kippen. Je stärker die Abweichung vom Sollwert ist, desto stärker wird die Kennlinie in die jeweilige Richtung gekippt. Dies entspricht einer Gewichtung des Energiepreises mit der Lade- bzw. Entladenotwendigkeit der Batterie.
Eine noch weitere Alternative einer Berücksichtigung des Ladezustands der Batterie besteht darin, alle lokalen Minima der in der 4 dargestellten Kennlinie zu betrachten und das in Anbetracht der Abweichung des momentanen Ladezustands der Batterie von einem Sollwert geeignetste Minimum zu verwenden.
Bei der oben beschriebenen Betriebsstrategie wurde stets davon ausgegangen, dass ein hybridisches Fahren vorliegt, d. h. ein Fahrbetrieb mit eingeschalteter Verbrennungsmaschine. Der Laderegler kann nach einer Prüfung aller verschiedener Möglichkeiten auch zu dem Ergebnis kommen, dass es kostengünstiger ist, den hybridischen Fahrbetrieb zu verlassen und in einen rein elektrischen Fahrbetrieb überzugehen.
Zur Ermittlung der Kosten der elektrischen Energie bei Erzeugung mit Hilfe der Batterie kann auch folgender vereinfachter Ansatz zur Anwendung kommen, gemäß welchem eine Berechnung des mittleren elektrischen Batterieenergiepreises anhand der Erzeugungskosten erfolgt. Dabei wird bei jedem Ladevorgang die neu erzeugte Energie mit dem entsprechenden Preis gewichtet. Dies geschieht gemäß der folgenden Beziehung:
Dabei sind:
C_EBatt,alt = mittlerer Energiepreis der in der Batterie gespeicherten Energie vor dem Ladevorgang,
C_EBatt = mittlerer Energiepreis der in der Batterie gespeicherten Energie nach dem Ladevorgang,
E_EBatt,alt = Energiemenge in der Batterie vor dem Ladevorgang,
E_EBatt,L = Energiemenge beim Ladevorgang und
C_EBatt,L = mittlerer Preis der Energie, welche beim aktuellen Ladevorgang in die Batterie gespeichert wird.
Bei jedem Entladevorgang bleibt der mittlere Energiepreis der gespeicherten Energie erhalten, jedoch wird die gespeicherte Energiemenge reduziert. Die entsprechende neue Energiemenge wird dann beim neuen Ladevorgang als E_EBatt,alt weiterverwendet.
Die Bestimmung der mechanischen Energie an der Getriebeeingangswelle, welche der Batterie entnommen wird, erfolgt anhand des Preises der elektrischen Batterieenergie und eines Wirkungsgradkennfeldes der elektrischen Maschine und der Batterie. Die Berechnung der mechanischen Energie an der Getriebeeingangswelle, welche dem Kraftstofftank bzw. der der Verbrennungsmaschine entnommen wird, erfolgt anhand von Kennlinien über der Drehzahl der Verbrennungsmaschine und dem Drehmoment der Verbrennungsmaschine. Dies gilt auch für die der Verbrennungsmaschine entnommene elektrische Energie, bei welcher noch der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine berücksichtigt wird.

l: Verbrennungsmaschine
2: Elektromaschine
3: Kupplung
4: Getriebe
5: Antriebsrad
6: Energiespeicher, Batterie
7: Verbraucher
8: Steuergerät
9: Sensoren, Informationsspeicher
10: Steuergerät, Laderegler
11: Recheneinheit
12: Speicher
13: Speicher
14: Abtriebswelle
15: Block zur Ermittlung von Energiekosten
16: Block zur Ermittlung des Solldrehmoments der Verbrennungsmaschine und der Elektromaschine
17: Begrenzer
18: Speicher für Energiepreiskennfeld für die Verbrennungsmaschine
19: Vorrichtung zur Ermittlung des Wirkungsgrads der elektrischen Maschine
20: Multiplizierer
21: Dividierer
22: Addierer
23: Speicher für Ladeenergiepreis
24: Vorrichtung zur Ermittlung des Wirkungsgrads der Batterie
25: Dividierer
26: Dividierer
27: Subtrahierer
28: Dividierer

Claims

Verfahren zur Steuerung oder Regelung des Ladezustands eines Energiespeichers oder des Energieflusses in einem Fahrzeug mit einem Hybridantrieb, umfassend eine Verbrennungsmaschine und mindestens eine Elektromaschine, die mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs koppelbar oder gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladezustand des Energiespeichers oder der Energiefluß in Abhängigkeit von einer Kostenfunktion für den Energieverbrauch oder den Emissionsausstoß gesteuert oder geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Steuerung oder Regelung des Ladezustands des Energiespeichers oder des Energieflusses die Kosten für die elektrische Energie bei Bezug aus dem Energiespeicher, die Kosten für die elektrische Energie bei Bezug aus der Verbrennungsmaschine, die Kosten für die mechanische Energie bei Bezug aus dem Energiespeicher und die Kosten für die mechanische Energie bei Bezug aus der Verbrennungsmaschine berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung einer Schar von Energiekostenvektoren ein Solldrehmoment der Verbrennungsmaschine und ein Solldrehmoment der Elektromaschine ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung des Solldrehmoments der Verbrennungsmaschine und des Solldrehmoments der Elektromaschine weiterhin mindestens die benötigte mechanische Leistung und einer der weiteren Parameter bestehender La dezustand des Energiespeichers und benötigte elektrische Leistung verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiekosten unter Berücksichtigung der Drehzahl der Getriebeeingangswelle und des Drehmoments der Getriebeeingangswelle ermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Energiekosten unter Berücksichtigung des Wirkungsgrads der Elektromaschine und/oder des Wirkungsgrads des Energiespeichers ermittelt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass der Ladezustand des Energiespeichers einen oberen Schwellenwert überschreitet oder einen unteren Schwellenwert unterschreitet, ein Laden oder Entladen des Energiespeichers unterbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass für den Ladezustand des Energiespeichers eine innere und eine äußere Begrenzung vorgegeben wird und die innere Begrenzung bei Boost-Betrieb oder bei Energierekuperation überschritten werden kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der Ladezustand des Energiespeichers in Abhängigkeit von den gewichteten Energiekosten für die elektrische und mechanische Energie geregelt wird, wobei die Gewichtung von der Abweichung des momentanen Ladezustands des Energiespeichers von einem Sollwert des Ladezustands des Energiespeichers abhängig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–9, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Kosten für die elektrische Energie bei Bezug aus dem Energiespeicher ein mittlerer elektrischer Energiepreis anhand der Erzeugungskosten gemäß der folgenden Beziehung ermittelt wird:
wobei gilt: C_EBatt,alt = mittlerer Energiepreis der in der Batterie gespeicherten Energie vor dem Ladevorgang, C_EBatt = mittlerer Energiepreis der in der Batterie gespeicherten Energie nach dem Ladevorgang, E_EBatt,alt = Energiemenge in der Batterie vor dem Ladevorgang, E_EBatt,L = Energiemenge beim Ladevorgang C_EBatt,L = mittlerer Preis der Energie, welche beim aktuellen Ladevorgang in die Batterie gespeichert wird.
Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung des Ladezustands eines Energiespeichers oder des Energieflusses in einem Fahrzeug mit einem Hybridantrieb, umfassend eine Verbrennungsmaschine (1) und mindestens eine Elektromaschine (2), die mit einer Abtriebswelle (14) des Fahrzeugs koppelbar oder gekoppelt sind, sowie einen Energiespeicher (6) und einen Laderegler (10) zur Steuerung oder Regelung des Ladezustands des Energiespeichers (6), wobei der Laderegler (10) den Ladezustand des Energiespeichers oder den Energiefluss nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1–10 steuert oder regelt.