DE102008056858A1 - Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines in einem verbrennungsmotorischen und/oder elektromotorischen Antriebsmodus betreibbaren Hybridfahrzeugs, bei dem auf einem zu durchfahrenden, für ein Fahren im elektromotorischen Antriebsmodus in Betracht kommenden Routenabschnitt ein Wechsel in den elektromotorischen Antriebsmodus nur dann erfolgt, wenn ein Schwellwert, der den auf dem Routenabschnitt durch einen Wechsel vom verbrennungsmotorischen in den elektromotorischen Antriebsmodus erzielbaren Effizienzvorteil repräsentiert oder damit korreliert, überschritten wird. Ausgehend von der momentanen Position des Hybridfahrzeugs wird die Route vorausschauend nach einem solchen Routenabschnitt untersucht, wobei der Schwellwert angepasst wird, wenn ein solcher Routenabschnitt erkannt wurde und ein Durchfahren des Routenabschnitts im elektrischen Antriebsmodus voraussichtlich zu einem Absinken des Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers des Hybridfahrzeugs in einen kritischen Ladezustandsbereich führen würde.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs, insbesondere eines so genannten „Fullhybrids”, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Hybridfahrzeuge zeichnen sich bekanntlich durch die Kombination eines Verbrennungsmotors mit mindestens einer elektrischen Maschine aus. So genannte „Vollhybride” (Fullhybrids) ermöglichen wahlweise einen rein verbrennungsmotorischen Antrieb, einen rein elektromotorischen Antrieb, bei dem der Verbrennungsmotor abgekoppelt bzw. abgeschaltet ist, und einen kombinierten Antrieb, bei dem der Verbrennungsmotor durch die mindestens eine elektrische Maschine unterstützt wird. Betriebsstrategien von Vollhybridfahrzeugen wechseln mit dem Ziel der Kraftstoffeinsparung in den Betriebsmodus „elektrisches Fahren”, wenn die vom Fahrer gewünschte Antriebsleistung vergleichsweise gering ist, der Ladezustand der Batterie hinreichend hoch ist und andere grundlegende Parameter, wie z. B. momentane Fahrzeuggeschwindigkeit, Batterietemperatur etc. dies erlauben.
  • Rein elektrisches Fahren benötigt bereits auf relativ kurzen Strecken von weit unter 5 km Länge mehr Energie als heutige Energiespeicher üblicherweise liefern können. In längeren Staus oder längeren Langsamfahrphasen, wie z. B. verkehrsberuhigten Zonen, kann es daher aufgrund von Energiemangel relativ bald zu einer Einschränkung bzw. Beendigung des Betriebszustands „elektrisches Fahren” kommen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs anzugeben, bei dem in Stauphasen bzw. in Langsamfahrphasen möglichst lange elektrisch gefahren werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Ausgangspunkt der Erfindung ist die Erkenntnis, dass das im elektrischen Fahrbetrieb gegenüber dem verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb mögliche Energieeinsparpotential umso größer ist, je niedriger die vom Fahrer geforderte Antriebsleistung ist.
  • Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, bei drohendem Mangel an gespeicherter elektrischer Energie die vorhandene elektrische Energie möglichst vorausschauend auf solche Routenabschnitte „zu verteilen”, in denen der Effizienzvorteil des elektromotorischen Antriebs gegenüber dem verbrennungsmotorischen Antrieb besonders hoch ist. Anders ausgedrückt wird bei einem vorausschauend erkannten bzw. einem erwarteten Mangel an elektrischer Energie das „elektrische Fahr-Betriebsfenster” gegenüber Zuständen, in denen hinreichend elektrische Energie im Speicher vorhanden ist, eingeschränkt, was im Ergebnis zu einer verbesserten Nutzung der vorhandenen elektrischen Energie führt.
  • Durch eine vorausschauende Einschränkung des elektrischen Fahrens auf Routenabschnitte mit sehr niedrigen Antriebsleistungen steht zeitlich länger Energie zum (eingeschränkten) elektrischen Fahren zur Verfügung. Die im elektrischen Energiespeicher vorhandene Energie wird also nicht bei höheren vom Fahrer geforderten Antriebsleistungen, bei denen der spezifische Verbrauchsvorteil des elektrischen Verfahrens zwar vorhanden aber vergleichsweise gering ist, „verschwendet”, sondern vorzugsweise gezielt bei niedrigeren vom Fahrer geforderten Antriebsleistungen eingesetzt, was energetisch vorteilhaft ist und ein zeitlich längeres elektrisches Fahren ermöglicht.
  • Bei Vollhybridfahrzeugen ist rein elektrisches Fahren üblicherweise nur bei vergleichsweise geringen Geschwindigkeiten von z. B. weniger als 60 km/h möglich. Bei Geschwindigkeiten unterhalb der vorgegebenen „Grenzgeschwindigkeit”, bis zu der rein elektrisches Fahren möglich ist, erfolgt erfindungsgemäß ein „Umschalten” vom verbrennungsmotorischen Betriebsmodus in den elektromotorischen Betriebsmodus aus Effizienzgründen nur dann, wenn ein „Schwellwert”, der den im elektromotorischen gegenüber dem verbrennungsmotorischen Betriebsmodus erzielbaren Effizienzvorteil repräsentiert oder damit korreliert, überschritten wird.
  • Der in der Beschreibung und in den Patentansprüchen der Einfachheit stets nur im Singular verwendete Begriff „Schwellwert” ist äußerst breit zu interpretieren. Bei dem „Schwellwert” kann es sich um einen einzelnen Parameter oder um einen Parametersatz bzw. um einen Vektor, d. h. um mehrere Parameter, um eine Bandbreite eines Parameters bzw. um Bandbreiten mehrerer Parameter handeln. Als „Schwellwert” kann beispielsweise eine für den betreffenden bevorstehenden Routenabschnitt angenommene oder geschätzte bzw. näherungsweise voraus berechnete durchschnittliche Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden und/oder die vom Fahrer angeforderte durchschnittliche Antriebsleistung o. ä..
  • Der Kern der Erfindung besteht darin,
    • • dass ausgehend von der momentanen Position und vom momentanen Betriebszustand des Hybridfahrzeugs die Route vorausschauend nach einem Routenabschnitt bzw. nach dem nächstliegenden Routenabschnitt untersucht wird, bei dem voraussichtlich ein Wechsel in den elektromotorischen Antriebsmodus in Betracht kommen kann und
    • • dass der „Schwellwert”, ab dem ein Wechsel in den elektromotorischen Betriebsmodus tatsächlich erfolgt, „angepasst” wird, wenn ein derartiger Routenabschnitt erkannt wurde und ein Durchfahren des Routenabschnitts im elektrischen Antriebsmodus voraussichtlich zu einem Absinken des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers in einen kritischen Ladezustandsbereich führen würde.
  • Der „Horizont”, innerhalb dessen die Route vorausschauend untersucht wird kann beispielsweise das n-Fache der Strecke betragen, die bei dem momentanen Ist-Ladezustand im elektrischen Antriebsmodus maximal gefahren werden könnte. „n” ist dabei eine reelle positive Zahl, die größer als 1 ist.
  • Kündigt sich beispielsweise in einigen Kilometern Entfernung eine Stauphase an, in der rein elektrisches Fahren möglich bzw. aus energetischer Sicht grundsätzlich sinnvoll ist, und steht im elektrischen Energiespeicher nicht hinreichend elektrische Energie zur Verfügung, um sicherzustellen, dass die gesamte Streckenlänge der erwarteten Stauphase rein elektrisch durchfahren werden kann, so wird gemäß der Erfindung der für das Umschalten in den rein elektrischen Fahrmodus maßgebliche „Schwellwert” bzw. „Schwellwertsatz” angepasst. „Anpassen” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass beispielsweise die Geschwindigkeit, ab der in den elektrischen Betriebsmodus umgeschaltet wird, im Vergleich zu Zuständen, in denen hinreichend elektrische Energie im Speicher vorhanden ist, herabgesetzt wird.
  • Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass im Rahmen der Schwellwertanpassung bereits vor Erreichen des betreffenden Routenabschnitts der Soll-Ladezustand der Batterie heraufgesetzt wird, so dass bei Erreichen des betreffenden Routenabschnitts im Speicher mehr elektrische Energie verfügbar ist und in der Stauphase länger rein elektrisch gefahren werden kann bzw. dass möglichst die gesamte Stauphase rein elektrisch durchfahren werden kann. Wird also im Rahmen der vorausschauenden Routenanalyse ein für elektrisches Fahren in Betracht kommender Routenabschnitt erkannt, so kann frühzeitig, d. h. vor Erreichen des betreffenden Routenabschnitts im verbrennungsmotorischen Betriebsmodus der elektrische Energiespeicher gezielt aufgeladen werden, um so den „Energievorhalt” für das bevorstehende elektrische Fahren zu steigern. Die dadurch „eingeschränkte Energieaufnahmefähigkeit” des Speichers hat im Stau praktisch keinen Nachteil, da bei niedrigen Geschwindigkeiten ohnehin kaum Bremsenergie rekuperiert werden kann.
  • Am Ende der Stau- bzw. Langsamfahrphase kann der Schwellwert bzw. Schwellwertsatz wieder auf den bzw. die vorgegebenen Initialwert(e) zurückgesetzt werden. Ein derartiger „Schwellwert-Reset” kann beispielsweise durchgeführt werden, wenn die Geschwindigkeit des Hybridfahrzeugs mindestens für eine vorgegebene Zeitdauer oberhalb einer vorgegebenen Geschwindigkeit liegt oder wenn anderweitig für die Fahrzeugelektronik erkennbar ist, dass die Stau- bzw. Langsamfahrphase beendet ist.
  • Die Entscheidung, ob ein Durchfahren des für „elektrisches Fahren” in Betracht kommenden Routenabschnitts voraussichtlich zu einem Absinken des Ladezustands in einen kritischen Ladezustandsbereich führen wird, kann auf Basis vorgegebener Regeln und für den konkreten Routenabschnitt vorliegender allgemeiner und/oder aktueller Verkehrsinformationen getroffen werden. Beispielsweise kann aus einem Telematik- bzw. Navigationssystem bekannt sein, dass auf einem bestimmten Streckenabschnitt eine Geschwindigkeitsbeschränkung von z. B. 30 km/h besteht. Aus einem Verkehrsinformationssystem, über das aktuelle Verkehrsdaten in das Fahrzeug „eingespeist” werden, kann beispielsweise die Information bekannt sein, dass auf dem betreffenden Routenabschnitt ein Stau und somit ein nur zäh fließender Verkehr herrscht.
  • Die Entscheidung, ob ein Durchfahren des Routenabschnitts voraussichtlich zu einem Absinken des Ladezustands in einen kritischen Ladezustandsbereich führt, kann auf Basis eines für den betreffenden Routenabschnitt angenommenen bzw. vorhandenen, geschätzten Geschwindigkeitsprofils und dem hieraus abgeleiteten Ladezustand getroffen werden, der bei dem derzeit eingestellten Schwellwert am Ende des betreffenden Routenabschnitts zu erwarten ist.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb eines in einem verbrennungsmotorischen und/oder elektromotorischen Antriebsmodus betreibbaren Hybridfahrzeugs, bei dem auf einem zu durchfahrenden, für ein Fahren im elektromotorischen Antriebsmodus in Betracht kommenden Routenabschnitt ein Wechsel in den elektromotorischen Antriebsmodus nur dann erfolgt, wenn ein Schwellwert, der den auf dem Routenabschnitt durch einen Wechsel vom verbrennungsmotorischen in den elektromotorischen Antriebsmodus erzielbaren Effizienzvorteil repräsentiert oder damit korreliert, überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der momentanen Position des Hybridfahrzeugs die Route vorausschauend nach einem solchen Routenabschnitt untersucht wird, wobei der Schwellwert angepasst wird, wenn • ein solcher Routenabschnitt erkannt wurde und • ein Durchfahren des Routenabschnitts im elektrischen Antriebsmodus voraussichtlich zu einem Absinken des Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers des Hybridfahrzeugs in einen kritischen Ladezustandsbereich führen würde.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entscheidung, ob ein Durchfahren des Routenabschnitts voraussichtlich zu einem Absinken des Ladezustands in einen kritischen Ladezustandsbereich führen wird, auf Basis vorgegebener Regeln und für den Routenabschnitt vorliegender allgemeiner und/oder aktueller Verkehrsinformationen getroffen wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass davon ausgegangen wird, dass der Ladezustand in einen kritischen Ladezustandsbereich absinken wird, wenn auf dem Routenabschnitt ein Verkehrsstau oder eine vorgegebene Geschwindigkeitsbeschränkung besteht.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stauung als Verkehrsstau angesehen wird, wenn sie länger als eine vorgegebene Strecke ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stauung als Verkehrsstau angesehen wird, wenn die durchschnittliche Geschwindigkeit innerhalb der Stauung kleiner als eine vorgegebene Geschwindigkeit ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entscheidung, ob ein Durchfahren des Routenabschnitts voraussichtlich zu einem Absinken des Ladezustands in einen kritischen Ladezustandsbereich führt, getroffen wird, indem auf der Basis eines für den Routenabschnitt angenommenen Geschwindigkeitsprofils der sich am Ende des Routenabschnitts ergebende Ladezustand näherungsweise abgeleitet bzw. errechnet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitsprofil ein für den Routenabschnitt vorliegendes, gespeichertes Geschwindigkeitsprofil ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitsprofil auf Basis aktueller, vom Hybridfahrzeug empfangener Verkehrsinformationen erzeugt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der kritische Ladezustandsbereich definiert ist als der Ladezustandsbereich unterhalb eines fest vorgegebenen Grenzwerts.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Horizont, innerhalb dessen die Route vorausschauend untersucht wird, das n-Fache der Strecke beträgt, die mit dem Ist-Ladezustand im elektrischen Antriebsmodus maximal gefahren werden kann, wobei gilt, n > 1 und n Element der positiven reellen Zahlen.
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