DE102005044268A1 - Energy storage/energy flow`s charge state controlling or regulating method for use in vehicle, involves controlling or regulating charge state of energy storage/flow depending on cost function for energy consumption or emission output - Google Patents

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Abstract

The method involves coupling or decoupling an internal combustion engine and an electrical engine with a drive transmission of a vehicle. A charge state of an energy storage or energy flow is controlled or regulated depending on a cost function for energy consumption or emission output. An actual rotation moment of the internal combustion engine and an actual rotational moment of the electrical engine are determined by an application of a band of energy cost vectors. An independent claim is also included for a device for controlling or regulating a state of charge of an energy storage or energy flow into a vehicle.

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.The The invention relates to a method and a device for controlling or regulation of the state of charge of an energy store or the energy flow in a vehicle with a hybrid drive.

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.It are already known motor vehicles with hybrid drive. These wise an internal combustion engine and an electric machine, which during the Operation of the respective motor vehicle individually switched on and off can be. Vehicles with hybrid drive show in comparison to conventional ones Vehicles an additional Energy storage, in which recovered energy stored can be, for example in the sense of braking energy recuperation.

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.From the DE 103 46 213 A1 a method for controlling the state of charge of an energy storage device in a hybrid vehicle is known, which has an internal combustion engine and at least one electric machine, which can be coupled or coupled to a drive train of the vehicle. According to this known method, a state of charge of the energy store is regulated as a function of the travel speed of the vehicle.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

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.One Method for controlling or regulating the state of charge of an energy store or the energy flow in a vehicle with a hybrid drive according to the present Invention achieves that the efficiency of the hybrid drive improved becomes. This is due to the increasing energy demand of future vehicles of great Importance. These benefits are essentially achieved by that the state of charge of the energy store or the energy flow dependent on from a cost function for the energy consumption or emission output is controlled or regulated.

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.through the features specified in claim 2 ensures that needed in the operation of the vehicle Types of energy, namely Output energy for driving the vehicle and electrical energy for the electrical system consumers, also correctly enter into the calculation of energy costs.

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.According to the claim 3 are using a bunch of energy cost vectors a target torque of the internal combustion engine and a target torque the electric machine determined. These values are determined in such a way that the state of charge of the energy store in each case necessary Way can be influenced.

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.These Influencing the state of charge of the energy storage in each desired Manner is further improved by the features of claim 4, according to which at least one of the other parameters existing state of charge of energy storage needed electric power and needed mechanical power in the determination of the specified target torques additionally considered become.

Mittels der in den Ansprüchen 5 und 6 angegebenen Merkmale wird die Ermittlung der Energiekosten weiter verbessert.through in the claims 5 and 6 specified characteristics will continue to determine the energy costs improved.

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.The Advantages of in the claims 7 and 8 indicated interruptions of loading and unloading the Energy storage devices consist of not permanently extreme state of charge values be achieved.

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.According to the features of claim 9 is a weighting factor in the determination of energy costs considered, that of the deviation of the current state of charge of the energy storage is dependent on a desired value of the state of charge. In this procedure receives the necessity of charging the energy storage relative to the energy costs a higher Weight.

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.through the features specified in claim 10 is to simplify the Determination of costs for the electrical energy at reference from the energy storage medium Energy price determined on the basis of production costs.

Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Zeichnung.Further advantageous features of the invention will become apparent from the exemplification thereof based on the drawing.

Zeichnungdrawing

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.The 1 shows a block diagram in which the necessary for understanding the invention components of a vehicle provided with a hybrid drive vehicle are shown. The 2 shows a sketch to illustrate the determination of setpoints for the torque of the internal combustion engine and for the torque of the electric machine. The 3 shows a block diagram for explaining the determination of various energy costs. The 4 shows a diagram in which the total energy costs are shown over the torque of the internal combustion engine. The 5 shows a diagram illustrating the consideration of the state of charge of the battery.

Beschreibungdescription

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.object The present invention is a method and an apparatus for controlling or regulating the state of charge of an energy store or the energy flow in a vehicle with a hybrid drive. Here, a charging strategy is used, the energy costs considered. In particular, the energy costs for the electrical energy and determines the mechanical energy. In this determination of energy costs is preferably taken into account, how this energy is generated.

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.The Degree of freedom, which energy provided by which source is, you have only in the hybrid mode, there only as an alternative used as energy storage battery or the internal combustion engine can be. The energy taken from the battery must become one later Time fed again be or has to be in an already past period in the Battery has been charged.

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.at purely electrical driving, the internal combustion engine is switched off. The required Energy comes complete from the battery. In a Bremsenergierekuperation only the Battery charged.

Die Ladestrategie gemäß der vorliegenden Erfindung wird folglich nur beim hybridischen Fahren eingesetzt. Diese Ladestrategie wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.The Loading strategy according to the present Invention is therefore used only in hybrid driving. This charging strategy is explained in more detail below with reference to FIGS.

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.The 1 shows a block diagram in which the necessary for understanding the invention components of a vehicle provided with a hybrid drive vehicle are shown. However, the invention can also be used in connection with any other hybrid configurations.

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.The device shown has a combustion engine as the main drive unit 1 on. This is about a clutch 3 with a gear 4 connected. This in turn drives over the output shaft 14 the drive wheels 5 of the vehicle. As a secondary drive unit of the hybrid drive is an electric machine 2 intended. This is also with the gearbox 4 connected and can on this in addition to the combustion engine or in place on the output shaft 14 act. The electric machine 2 refers the energy required from an energy store, which in the embodiment shown is a battery 6 is.

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 nGE der Getriebeeingangswelle, das Drehmoment TGE an der Getriebeeingangswelle, die Motortemperatur TempEngine und die Batterietemperatur TempBatt.The electric machine 2 is also for the supply of consumers 7 provided, which are, for example, a heated rear window, a seat heating, air conditioning and a fan. These consumers send signals to a control unit 8th which contains information about the condition and energy needs of consumers. Furthermore, sensors or other information sources 9 provided, the other operating status signals to the control unit 8th to transfer. These other operating state signals include information about the speed n GE of the transmission input shaft, the torque T GE at the transmission input shaft, the engine temperature Temp Engine and the battery temperature 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 CEBatt.The control unit 8th Forwards the information available to him, as far as they are in another control unit 10 be needed, continue to this. The further control unit 10 takes in the embodiment shown, the function of a charge controller, the charging and discharging of the battery 6 regulates and also the internal combustion engine 1 and the electric machine 2 Feeds setpoints. The control unit or the charge controller 10 has a realized in the form of a microcomputer arithmetic unit 11 as well as memory 12 and 13 on. The memory 12 is used to store required maps, the memory 13 for storing a loader price C EBatt .

Die 2 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung der Ermittlung von Sollwerten TVBS für das Drehmoment der Verbrennungsmaschine und Sollwerten TEMS 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.The 2 shows a sketch illustrating the determination of setpoints T VBS for the torque of the internal combustion engine and setpoints T EMS for the torque of the electric machine. These setpoints are determined in such a way that at all operating points a charge or discharge of the battery at optimum cost 6 is possible with correct output torque.

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 CVBmech der mechanischen Energie bei Erzeugung mit der Verbrennungsmaschine, die ermittelten Kosten CVBel der elektrischen Energie bei Erzeugung mit der Verbrennungsmaschine, die ermittelten Kosten CBattmech der mechanischen Energie bei Erzeugung mit Hilfe der Batterie und die ermittelten Kosten CBattel 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 nGE der Getriebeeingangswelle, die Motortemperatur TempEngine, das Drehmoment TGE an der Getriebeeingangswelle, die Batterietemperatur TempBatt, den Leistungsbedarf PACC der elektrischen Bordnetzverbraucher 7, den momentanen Ladezustand SOC der Batterie 6 und den Ladeenergiepreis CEBatt zugeführt.In the block 15 In a first step, a determination of the energy costs for the required electrical and the required mechanical energy. In particular, at the output of the block 15 Information about the calculated costs C VBmech of the mechanical energy generated by the internal combustion engine, the calculated costs C VBel of the electrical energy generated by the internal combustion engine, the calculated costs C Battmech of the mechanical energy generated by the battery and the calculated costs C Battel the electrical energy provided by generation with the help of the battery. To determine this information about the energy costs will be the block 15 Input side Information about the speed n GE of the transmission input shaft, the engine temperature Temp Engine , the torque T GE at the transmission input shaft, the battery temperature Temp Batt , the power requirement P ACC of the electrical system consumers 7 , the current state of charge SOC of the battery 6 and the charging energy price C EBatt supplied.

Wie diese Ermittlung der Energiekosten vorgenommen wird, wird nachfolgend anhand der 3 näher erläutert.How this calculation of energy costs is made is described below on the basis of 3 explained in more detail.

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.The 3 shows a block diagram for explaining the determination of energy costs, the above in the 2 at the exit of the block 15 to provide. In this example, it is assumed that there is a hybrid drive with a parallel hybrid train, wherein there is no translation between the crankshaft of the internal combustion engine, the electric machine and the transmission input shaft.

Dem Block 17, bei dem es sich um einen Begrenzer handelt, werden eingangsseitig Informationen über die Drehzahl nGE der Getriebeeingangswelle und das Drehmoment TGE an der Getriebeeingangswelle zugeführt. Am Ausgang des Begrenzers 17 wird die Information über die Drehzahl nGE der Getriebeeingangswelle und ein Signal TVBBereich 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 CVBmech der mechanischen Energie bei Erzeugung mittels der Verbrennungsmaschine 1.The block 17 in which it is a limiter, the input side information about the speed n GE of the transmission input shaft and the torque T GE are supplied to the transmission input shaft. At the exit of the limiter 17 the information about the speed n GE of the transmission input shaft and a signal T VB range is output, the latter being the meaningful torque range of the internal combustion engine 1 equivalent. These signals are used to address a memory 18 used, in which a map is included with a variety of price information, that of the internal combustion engine 1 assigned. At the output of the memory 18 Information provided is the cost C VBmech the mechanical energy in production by means of the internal combustion engine 1 ,

Weiterhin wird von der am Eingang anliegenden Information über das Drehmoment TGE an der Getriebeeingangswelle in einem Subtrahierer 27 die Information über den sinnvollen Drehmomentbereich TVBBereich subtrahiert. Aus dem am Ausgang des Subtrahierers 27 vorliegenden Differenzsignal und der Information über die Drehzahl nGE der Getriebeeingangswelle wird in einer Vorrichtung 19, die ein Kennfeld mit abgespeicherten Wirkungsgraden enthält, der Wirkungsgrad ηELM der elektrischen Maschine 2 ermittelt.Furthermore, from the information present at the input via the torque T GE to the transmission input shaft in a subtractor 27 the information on the meaningful torque range T VBBereich subtracted. From the at the output of the subtractor 27 present difference signal and the information about the rotational speed n GE of the transmission input shaft is in a device 19 , which contains a map with stored efficiencies, the efficiency η ELM of the electric machine 2 determined.

Das am Ausgang des Speichers 18 bereitgestellte Signal CVbmech wird in einem Dividierer 28 durch den Wirkungsgrad ηELM der elektrischen Maschine dividiert. Das Ausgangssig nal des Dividierers 28 entspricht den Kosten CVBel der elektrischen Energie bei Erzeugung mit Hilfe der Verbrennungsmaschine.That at the output of the memory 18 provided signal C Vbmech is in a divider 28 divided by the efficiency η ELM the electrical machine. The output signal of the divider 28 corresponds to the cost C VBel of the electrical energy when generated by means of the internal combustion engine.

Das Ausgangssignal des Subtrahierers 27 wird weiterhin in einem Multiplizierer 20 mit der Drehzahl nGE der Getriebeeingangswelle multipliziert. In einem dem Multiplizierer 20 nachfolgenden Dividierer 21 wird das Ausgangssignal des Multiplizierers 20 durch den Wirkungsgrad ηELM der Elektromaschine 2 dividiert. Das Ausgangssignal des Dividierers 21 wird einem Addierer 22 zugeführt und dort mit dem Leistungsbedarf PACC der elektrischen Verbraucher 7 zusammengeführt.The output signal of the subtractor 27 will continue in a multiplier 20 with the rotational speed n GE multiplies the transmission input shaft. In a multiplier 20 subsequent divider 21 becomes the output signal of the multiplier 20 by the efficiency η ELM of the electric machine 2 divided. The output signal of the divider 21 becomes an adder 22 fed and there with the power requirement P ACC of the electrical consumers 7 merged.

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 TempBatt zugeführt. In einem folgenden Dividierer 26 erfolgt eine Division des Ladeenergiepreises CEBatt durch den Wirkungsgrad ηBatt der Batterie. Der Ladeenergiepreis CEBatt wird von einem Speicher 23 zur Verfügung gestellt. Am Ausgang des Dividierers 26 wird die Information über die Kosten CBattel der elektrischen Energie bei Erzeugung mit Hilfe der Batterie 6 zur Verfügung gestellt.The output of the adder 22 becomes a device 24 to determine the efficiency of the battery 6 fed. As further input signals of the device 24 the current state of charge SOC of the battery and the information about the battery temperature Temp Batt supplied. In a next divider 26 the charging energy price C EBatt is divided by the efficiency η Batt of the battery. The charging energy price C EBatt is from a store 23 made available. At the exit of the divider 26 The information about the cost C Battel of the electrical energy when generating with the help of the battery 6 made available.

Dieser Wert CBattel wird weiterhin in einem Dividierer 25 durch den Wirkungsgrad ηELM der Elektromaschine dividiert. Das Ergebnis ist die Information CBattmech über die Kosten der mechanischen Energie bei Erzeugung mit Hilfe der Batterie.This value C Battel will continue in a divider 25 by the efficiency η ELM of the electroma divided. The result is the information C Battmech about the cost of mechanical energy when generated by means of the battery.

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.The energy costs determined above are for a variety of operating points within the permissible Torque range of the internal combustion engine calculated. By a Interpolation can then for the entire operating range from charging the battery to discharging the battery Battery energy prices are calculated. Because of the possible power range the consumer or aggregates from operating point to operating point is different, this circumstance of the arithmetic unit must also communicated and taken into account by this become.

Die Grenzen eines maximal sinnvollen Betriebsbereiches werden folgendermaßen berechnet: TVBmin1 = max [TGE – min((TBattmaxEntladen – TACC), TELMmax); TVbmin2] The limits of a maximum useful operating range are calculated as follows: T VBmin1 = max [T GE - min ((T. BattmaxEntladen - T ACC ), T. ELMmax ); T Vbmin2 ]

Dabei gilt:
TVBmin1 = minimal sinnvolles Drehmoment der Verbrennungsmaschine,
TGE = benötigtes Drehmoment der Getriebeeingangswelle,
min ((TBattmaxEntladen – TACC), TELMmax) = maximal elektrisch erzeugbares Moment der Getriebeeingangswelle und
TVBmin2 = minimal zulässiges Drehmoment der Verbrennungsmaschine.
Where:
T VBmin1 = minimum sensible torque of the internal combustion engine,
T GE = required torque of the transmission input shaft,
min ((T Battmax unloading - T ACC ), T ELMmax ) = maximum electrically generated torque of the transmission input shaft and
T VBmin2 = minimum allowable torque of the internal combustion engine.

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 According to the above relationship, the minimum useful torque of the internal combustion engine corresponds to the maximum of the minimum allowable torque of the internal combustion engine and the difference between the required torque of the transmission input shaft and the maximum electrically generated torque of the transmission input shaft. T VBmax1 = min [T GE - max ((T BattmaxLaden - T ACC ), T. ELMmin ); T VBmax2

Dabei gilt:
TVBmax1 = maximal sinnvolles Drehmoment der Verbrennungsmaschine,
TGE = gefordertes Abtriebsmoment,
max((TBattmaxLaden – TACC), TELMmin) = in elektrische Leistung umsetzbares Moment der Verbrennungsmaschine und
TVBmax2 = maximal zulässiges Drehmoment der Verbrennungsmaschine.
Where:
T VBmax1 = maximum useful torque of the internal combustion engine,
T = GE demanded output torque,
max ((T BattmaxLaden - T ACC ), T ELMmin ) = torque convertible into electrical power of the internal combustion engine and
T VBmax2 = maximum permissible torque of the internal combustion engine.

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.According to this Relationship corresponds to the maximum meaningful torque of the internal combustion engine Minimum from the maximum allowable Torque of the internal combustion engine and the difference between the Required output torque and convertible into electrical power Moment of the combustion engine.

Zwischen diesen Grenzwerten werden weitere Stützstellen für das Drehmoment der Verbrennungsmaschine gewählt. Für jede dieser Stützstellen wird ein Vektor gebildet, der mit TVBBereich bezeichnet wird.Between these limits further support points for the torque of the internal combustion engine are selected. For each of these nodes, a vector is formed, which is designated T VB range.

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.From the individual energy prices determined, a summation of the energy prices weighted with the respective performance data of the consumers determines the total energy costs at the various operating points. This will be in the block 16 from 2 performed.

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.The 4 shows a diagram in which the total energy costs over the torque of the internal combustion engine 1 are shown. It was assumed that there is no translation between the transmission input shaft and the internal combustion engine. Furthermore, it was assumed that the overall cost function was optimized with regard to a minimum emission of carbon dioxide. Alternatively, it is also possible to optimize the overall cost function to a minimum emission of nitrogen oxides.

Das Minimum dieser Gesamtkostenfunktion gibt den Punkt mit den niedrigsten Energiekosten oder alternativ dazu dem niedrigsten Emissionsausstoß an.The Minimum of this total cost function gives the point with the lowest Energy costs or, alternatively, the lowest emissions output.

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.An advantageous development is to take into account the current state of charge of the battery in the strategy described above. This has the advantage that not permanently extreme state of charge values are brought about. An exemplary embodiment is to carry out a two-stage limitation of the state of charge. This embodiment is in the 5 illustrated. There at is applied to the right of the state of charge SOC of the battery. If, during normal operation of the vehicle, the state of charge of the battery is within the range indicated by B1, charging as well as discharging of the battery is permitted. This area B1 may only be exceeded if there is a boost operation or energy recuperation operation. The state of charge of the battery in boost mode and in energy recuperation mode is limited to the range denoted B2. Below the area B2 further discharge of the battery is prohibited. Above the range B2 further charging of the battery is not allowed.

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.Preferably, furthermore, a control circuit is used, by means of which the charge state of the battery is regulated to a fixed desired value, which lies within the range B1. This control circuit, the state of charge of the battery, for example, by influencing the consumer 7 or consumers 7 affect recorded performance.

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.alternative This can also be a one-step limitation of the state of charge of the battery be made. This is longitudinal the SOC axis defines only one area. Will this area be after below below, then further unloading is prohibited. Becomes this area has passed upwards, then another store is banned.

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.Another alternative of considering the state of charge of the battery is that in the 4 shown characteristic in response to the deviation of the state of charge of the battery from a target value to tilt. The greater the deviation from the setpoint, the more the characteristic is tilted in the respective direction. This corresponds to a weighting of the energy price with the need for charging or discharging the battery.

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.Yet another alternative of considering the state of charge of the battery is to use all the local minima in the 4 To consider the characteristic curve shown and to use the most appropriate in view of the deviation of the current state of charge of the battery of a setpoint minimum.

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.at The operating strategy described above has always been that a hybrid driving exists, d. H. a driving with switched combustion engine. The charge controller can after a exam of all different possibilities also come to the conclusion that it is more cost-effective, the hybrid Leave driving and go into a purely electric driving.

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:

Figure 00120001
In order to determine the costs of the electric energy when generating with the aid of the battery, the following simplified approach can also be used, according to which a calculation of the average electric battery energy price is based on the generation costs. Each time the battery is charged, the newly generated energy is weighted with the corresponding price. This happens according to the following relationship:
Figure 00120001

Dabei sind:
CEBatt,alt = mittlerer Energiepreis der in der Batterie gespeicherten Energie vor dem Ladevorgang,
CEBatt = mittlerer Energiepreis der in der Batterie gespeicherten Energie nach dem Ladevorgang,
EEBatt,alt = Energiemenge in der Batterie vor dem Ladevorgang,
EEBatt,L = Energiemenge beim Ladevorgang und
CEBatt,L = mittlerer Preis der Energie, welche beim aktuellen Ladevorgang in die Batterie gespeichert wird.
Here are:
C EBatt, old = average energy price of the energy stored in the battery before charging,
C EBatt = average energy price of the energy stored in the battery after the charging process,
E EBatt, old = amount of energy in the battery before charging,
E EBatt, L = amount of energy during charging and
C EBatt, L = average price of energy, which is stored in the charging process of the battery.

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 EEBatt,alt weiterverwendet.With each discharge process, the average energy price of the stored energy is retained, however, the stored amount of energy is reduced. The corresponding new amount of energy is then used in the new charging process as E EBatt, old .

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.The Determination of the mechanical energy at the transmission input shaft, which is taken from the battery, is based on the price of the electric battery power and an efficiency map of the electric machine and the battery. The calculation of the mechanical Energy at the transmission input shaft, which is the fuel tank or which is taken from the internal combustion engine, is based on Characteristics over the speed of the internal combustion engine and the torque of the internal combustion engine. This also applies to the electrical energy taken from the internal combustion engine, at which still takes into account the efficiency of the electric machine becomes.

ll
Verbrennungsmaschinecombustion engine
22
Elektromaschineelectric machine
33
Kupplungclutch
44
Getriebetransmission
55
Antriebsraddrive wheel
66
Energiespeicher, BatterieEnergy storage, battery
77
Verbraucherconsumer
88th
Steuergerätcontrol unit
99
Sensoren, Informationsspeichersensors information store
1010
Steuergerät, LadereglerControl unit, charge controller
1111
Recheneinheitcomputer unit
1212
SpeicherStorage
1313
SpeicherStorage
1414
Abtriebswelleoutput shaft
1515
Block zur Ermittlung von Energiekostenblock for the determination of energy costs
1616
Block zur Ermittlung des Solldrehmoments der Verbrennungsmaschine und der Elektromaschineblock for determining the target torque of the internal combustion engine and the electric machine
1717
Begrenzerlimiter
1818
Speicher für Energiepreiskennfeld für die VerbrennungsmaschineStorage for energy price map for the combustion engine
1919
Vorrichtung zur Ermittlung des Wirkungsgrads der elektrischen Maschinecontraption for determining the efficiency of the electric machine
2020
Multiplizierermultipliers
2121
Dividiererdivider
2222
Addiereradder
2323
Speicher für LadeenergiepreisStorage for charging energy price
2424
Vorrichtung zur Ermittlung des Wirkungsgrads der Batteriecontraption to determine the efficiency of the battery
2525
Dividiererdivider
2626
Dividiererdivider
2727
Subtrahierersubtractor
2828
Dividiererdivider

Claims (11)

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.A method for controlling or regulating the state of charge of an energy store or the energy flow in a vehicle having a hybrid drive, comprising an internal combustion engine and at least one electric machine, which can be coupled or coupled to a drive train of the vehicle, characterized in that a state of charge of the energy store or the energy flow in Depending on a cost function for the energy consumption or the emission output is controlled or regulated. 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.Method according to claim 1, characterized in that that in the control or regulation of the state of charge of the energy storage or energy flow, the cost of electrical energy Reference from the energy storage, the cost of electrical energy From the internal combustion engine, the cost of mechanical energy Reference from the energy storage and the cost of mechanical energy at Be considered from the internal combustion engine. 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.Method according to claim 1 or 2, characterized that using a bunch of energy cost vectors Target torque of the internal combustion engine and a target torque of the Electric machine can be determined. 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.Method according to claim 3, characterized that for determining the target torque of the internal combustion engine and the target torque of the electric machine continue at least the required mechanical Performance and one of the other parameters existing La dezustand of energy storage and needed electric power can be used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiekosten unter Berücksichtigung der Drehzahl der Getriebeeingangswelle und des Drehmoments der Getriebeeingangswelle ermittelt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the energy costs taking into account the speed of the Transmission input shaft and the torque of the transmission input shaft be determined. 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.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the energy costs taking into account the efficiency of the electric machine and / or the efficiency of the energy be determined memory. 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.Method according to one of Claims 4-6, characterized that in the case that the state of charge of the energy storage a exceeds the upper threshold or below a lower threshold, a store or Discharging the energy storage is prevented. 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.Method according to one of Claims 4-6, characterized that for the state of charge of the energy storage an inner and an outer boundary is specified and the inner limit in boost mode or exceeded during energy recuperation can be. 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.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the state of charge of the energy storage in dependence from the weighted energy costs for the electrical and mechanical Energy is regulated, with the weighting of the deviation of the current state of charge of the energy storage of a setpoint the state of charge of the energy storage is dependent. 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:
Figure 00170001
wobei gilt: CEBatt,alt = mittlerer Energiepreis der in der Batterie gespeicherten Energie vor dem Ladevorgang, CEBatt = mittlerer Energiepreis der in der Batterie gespeicherten Energie nach dem Ladevorgang, EEBatt,alt = Energiemenge in der Batterie vor dem Ladevorgang, EEBatt,L = Energiemenge beim Ladevorgang CEBatt,L = mittlerer Preis der Energie, welche beim aktuellen Ladevorgang in die Batterie gespeichert wird.
Method according to one of claims 2-9, characterized in that when determining the cost of the electrical energy with reference from the energy storage, a mean electrical energy price is determined based on the production cost according to the following relationship:
Figure 00170001
where: C EBatt, alt = average energy price of the stored energy in the battery before charging, C EBatt = average energy price of the stored energy in the battery after charging, E EBatt, old = amount of energy in the battery before charging, E EBatt , L = amount of energy during charging C EBatt, L = average price of the energy stored in the battery during the current charging process.
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.Device for controlling or regulating the state of charge of an energy store or of the energy flow in a vehicle having a hybrid drive, comprising an internal combustion engine ( 1 ) and at least one electric machine ( 2 ), which are equipped with an output shaft ( 14 ) of the vehicle can be coupled or coupled, and an energy store ( 6 ) and a charge controller ( 10 ) for controlling or regulating the state of charge of the energy store ( 6 ), whereby the charge controller ( 10 ) controls or regulates the state of charge of the energy store or the energy flow by a method according to any one of claims 1-10.
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