DE102010011163A1 - Verfahren zur Steuerung eines Lade- und/oder Entladevorgangs eines Energiespeichers in einem Hybridfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur Steuerung eines Lade- und/oder Entladevorgangs eines Energiespeichers in einem Hybridfahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Elektromaschine in einem mit einem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine ausgestatteten Hybridfahrzeug mittels einer Steuereinheit, wobei die Steuereinheit in Abhängigkeit vom aktuellen Ist-Ladezustand eines Energiespeichers ein Lademoment zum Laden und/oder ein Assistmoment zum Entladen des Energiespeichers vorgibt. Die Elektromaschine greift bei einem angeforderten Lademoment im Generatorbetrieb das vorgegebene Lademoment vom Verbrennungsmotor ab und gibt bei einem angeforderten Assistmoment im Elektromotorbetrieb das vorgegebene Assistmoment an den Verbrennungsmotor ab. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass bei der Ermittlung des Lademoments und/oder des Assistmoments zusätzlich ein aktueller Betriebsparameter des Verbrennungsmotors oder aus den aktuellen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors abgeleitete Daten berücksichtigt werden.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Elektromaschine in einem mit einem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine ausgestatteten Hybridfahrzeug mittels einer Steuereinheit zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Hybridfahrzeuge zeichnen sich bekanntlich durch die Kombination eines Verbrennungsmotors mit mindestens einer elektrischen Maschine aus. Bei einem so genannten „Vollhybrid” kann das Fahrzeug wahlweise rein verbrennungsmotorisch, rein elektromotorisch oder verbrennungsmotorisch und unterstützend elektromotorisch angetrieben werden. Bei einem so genannten „Mild-Hybrid” ist die elektrische Maschine bzw. Elektromaschine nur zur Unterstützung des Verbrennungsmotors sowie zur Rekuperation kinetischer Energie des Fahrzeugs vorgesehen. Dabei nimmt die Elektromaschine im Generatorbetrieb motorisches Moment vom Verbrennungsmotor auf und gibt im Elektromotorbetrieb motorisches Moment an den Verbrennungsmotor ab.
  • Die Elektromaschine wird im Elektromotorbetrieb von einem Energiespeicher mit Energie gespeist, der im Generatorbetrieb der Elektromaschine durch das aufgenommene Moment wieder aufgeladen werden kann. Das Laden und Entladen des Energiespeichers wird durch eine Steuereinheit unter Berücksichtigung einer sog. SOC-Betriebsstrategie („state of charge”) geregelt. Dabei wird im Rahmen der SOC-Betriebsstrategie ein Lademoment zum Laden des Energiespeichers oder ein Assistmoment zum Entladen des Energiespeichers bzw. zur Unterstützung des Antriebs bestimmt um einen gewünschten Soll-Ladezustand zu erreichen. Unter bestimmten Umständen kann jedoch das von der SOC-Betriebsstrategie bestimmte Lademoment (oder Assistmoment) nicht bereitgestellt werden, ohne den einwandfreien Betrieb des Fahrzeugs weiter gewährleisten zu können.
  • Aufgaben der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Steuerung der Elektromaschine hinsichtlich einer verbesserten Lade- und/oder Entladestrategie des Energiespeichers ohne Komforteinbußen für den Fahrer anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Wie bereits eingangs dargelegt, wird von einem herkömmlichen Verfahren zur Steuerung einer Elektromaschine in einem mit einem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine ausgestatteten Hybridfahrzeug mittels einer Steuereinheit ausgegangen, wobei die Steuereinheit im Rahmen einer SOC-Betriebsstrategie in Abhängigkeit vom aktuellen Ist-Ladezustand eines Energiespeichers ein Lademoment zum Laden und/oder ein Assistmoment zum Entladen des Energiespeichers (bzw. zum Unterstützungen des Antriebs) vorgibt und von der Elektromaschine anfordert. Wird ein Lademoment angefordert, greift die Elektromaschine im Generatorbetrieb das vorgegebene Lademoment vom Verbrennungsmotor ab. Um das Lademoment bereitstellen zu können, wird zeitgleich der Lastpunkt des Verbrennungsmotors soweit angehoben, dass mit Abgreifen des Lademoments das geforderte Sollmoment des Antriebs sichergestellt werden kann. Soll dem Verbrennungsmotor ein Assistmoment zur Verfügung gestellt werden, gibt die Elektromaschine im Elektromotorbetrieb das vorgegebene Assistmoment an den Verbrennungsmotor ab. Gleichzeitig wird der Lastpunkt des Verbrennungsmotors entsprechend abgesenkt.
  • Grundgedanke der Erfindung ist, dass bei der herkömmlichen SOC-Betriebsstrategie die Anforderungen des Verbrennungsmotors bzw. die aktuelle Betriebsart und die gewünschte Betriebsstrategie des Verbrennungsmotors nicht berücksichtigt werden. Da aber der aktuelle Betrieb des Verbrennungsmotors durch die Abgabe eines Moments bzw. die Aufnahme eines Moments wesentlich beeinflusst werden kann, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass bereits bei der Ermittlung des Lademoments und/oder des Assistmoments zusätzlich die aktuelle Betriebsart und/oder eine aktuell angeforderte Soll-Betriebsart des Verbrennungsmotors berücksichtigt wird bzw. dass zumindest ein aktueller Betriebsparameter des Verbrennungsmotors oder aus den aktuellen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors abgeleitete Daten berücksichtigt werden.
  • Vorteilhafterweise wird bei der Ermittlung des Lademoments ein aktueller Betriebsparameter des Verbrennungsmotors oder aus den aktuellen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors abgeleitete Daten derart berücksichtigt, dass ein Lademomentenstellbereich mit einer unteren Lademomentenschwelle und einer oberen Lademomentenschwelle vorgegeben wird, innerhalb dessen ein Lademoment angefordert werden kann bzw. soll. Mit anderen Worten ausgedrückt übersendet die Motorsteuerung des Verbrennungsmotors der Betriebsstrategie der SOC-Regelung einen Momentenstellbereich. Das Lademoment (bzw. auch das Assistmoment), welches von der SOC-Regelung berechnet wird, sollte dann innerhalb des von der Motorsteuerung des Verbrennungsmotors vorgegebenen Stellbereichs liegen.
  • Bei der Vorgabe der unteren Lademomentenschwelle muss berücksichtigt werden, dass der Verbrennungsmotor, wenn er mit einem zu geringen Lademoment beaufschlagt wird bzw. ein zu geringes Lademoment an den Generator abgibt, in Bereichen betrieben wird, in denen die Gefahr von Verbrennungsaussetzern besteht. Je weniger innere Reibung ein Verbrennungsmotor aufweist und je weniger Nebenaggregate direkt an den Verbrennungsmotor angebunden sind, desto niedriger liegt der Lastpunkt des Verbrennungsmotors. Unterschreitet der Lastpunkt bspw. im Leerlauf eine vorgegebene Mindestlastschwelle, ist eine stabile Verbrennung nicht mehr gewährleistet und Verbrennungsaussetzer können auftreten. Somit sollte die untere Lademomentenschwelle vorteilhafterweise in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Mindestlastpunkt des Verbrennungsmotors, der nicht unterschritten werden darf, vorgegeben werden. Dadurch wird sichergestellt, dass der Verbrennungsmotor in einem Lastbereich betrieben wird, in dem keine Verbrennungsaussetzer auftreten können.
  • Bei der Vorgabe der oberen Lademomentenschwelle muss berücksichtigt werden, dass der Verbrennungsmotor bspw. im Leerlauf, wenn er mit einem zu hohen Lademoment beaufschlagt wird bzw. ein zu hohes Lademoment an den Generator abgibt, akustische Beanstandungen hervorrufen kann. Somit sollte die obere Lademomentenschwelle vorteilhafterweise in Abhängigkeit von einer vorgegebenen betriebspunktabhängigen maximalen Lastpunkt-Differenz zu einem betriebsbedingten Lastpunkt des Verbrennungsmotors vorgegeben werden. Dadurch wird sichergestellt, dass der Verbrennungsmotor in einem Lastbereich betrieben wird, in dem keine akustischen Beanstandungen auftreten können.
  • Unter bestimmten Voraussetzungen ist es jedoch notwendig, ein Lademoment vorzugeben, welches außerhalb des vom Verbrennungsmotor gewünschten Lademomentenstellbereichs liegt. Unterschreitet bspw. der aktuelle Ist-Ladezustand des Energiespeichers einen vorgegebenen Mindestladezustand, kann der von der Motorsteuerung des Verbrennungsmotors vorgegebene Stellbereich missachtet werden.
  • Weiter kann bei der Vorgabe der oberen Lademomentenschwelle außerhalb akustisch sensibler Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors der SOC-Regelung das aktuell mögliche Lademomentenpotential berücksichtigt werden. Dies bedeutet, dass die obere Lademomentenschwelle somit vorteilhafterweise auch in Abhängigkeit von einem vorgegebenen betriebspunktabhängigen maximal möglichen Lademomentenpotential vorgegeben werden kann.
  • Analog zu dem Lademomentenstellbereich kann auch für das Assistmoment ein Assistmomentenstellbereich mit einer unteren Assistmomentenschwelle und einer oberen Assistmomentenschwelle vorgegeben werden, so dass bei der Ermittlung des Assistmoments ein aktueller Betriebsparameter des Verbrennungsmotors oder aus den aktuellen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors abgeleitete Daten derart berücksichtigt werden, dass ein Assistmoment angefordert bzw. bereitgestellt wird, welches innerhalb des vorgegebenen Assistmomentenstellbereichs liegt. Soll die Elektromaschine den Verbrennungsmotor unterstützen, kann über die untere Assistmomentenschwelle der SOC-Regelung ein Mindeststützmoment und über die obere Assistmomentenschwelle ein Maximalstützmoment mitgeteilt werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die SOC-Regelung des Verbrennungsmotor mit einem von der Betriebsstrategie des Verbrennungsmotors aktuell gewünschten Assistmoment stützen wird. Alternativ oder zusätzlich können die Grenzen des Assistmomentenstellbereichs hinsichtlich einer Heizstrategie für den Katalysator optimiert werden.
  • Unter bestimmten Voraussetzungen ist es jedoch auch hier notwendig, ein Assistmoment vorzugeben, welches außerhalb des vom Verbrennungsmotor gewünschten Assistmomentenstellbereichs liegt. Überschreitet bspw. der aktuelle Ist-Ladezustand des Energiespeichers einen vorgegebenen Maximalladezustand, kann der von der Motorsteuerung des Verbrennungsmotors vorgegebene Stellbereich missachtet werden.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Steuerung einer Elektromaschine in einem mit einem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine ausgestatteten Hybridfahrzeug mittels einer Steuereinheit, wobei die Steuereinheit in Abhängigkeit vom aktuellen Ist-Ladezustand eines Energiespeichers ein Lademoment zum Laden und/oder ein Assistmoment zum Entladen des Energiespeichers vorgibt, und die Elektromaschine bei einem angeforderten Lademoment im Generatorbetrieb das vorgegebene Lademoment vom Verbrennungsmotor abgreift und bei einem angeforderten Assistmoment im Elektromotorbetrieb das vorgegebene Assistmoment an den Verbrennungsmotor abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Lademoments und/oder des Assistmoments zusätzlich ein aktueller Betriebsparameter des Verbrennungsmotors oder aus den aktuellen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors abgeleitete Daten berücksichtigt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Lademoments und/oder des Assistmoments der aktuelle Betriebsparameter des Verbrennungsmotors oder aus den aktuellen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors abgeleitete Daten derart berücksichtigt werden, dass ein Lademomentenstellbereich mit einer unteren Lademomentenschwelle und einer oberen Lademomentenschwelle vorgegeben wird, innerhalb dessen ein Lademoment angefordert werden kann.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Lademomentenschwelle in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Mindestlastpunkt des Verbrennungsmotors, der nicht unterschritten werden darf, vorgegeben wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Lademomentenschwelle in Abhängigkeit von einer vorgegebenen betriebspunktabhängigen maximalen Lastpunkt-Differenz zu einem betriebsbedingten Lastpunkt des Verbrennungsmotors vorgegeben wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Lademomentenschwelle in Abhängigkeit von einem vorgegebenen betriebspunktabhängigen maximal möglichen Lademomentenpotential vorgegeben wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass unter bestimmten Voraussetzungen ein Lademoment außerhalb des vorgegebenen Lademomentenstellbereichs angefordert werden kann, insbesondere dann, wenn der aktuelle Ist-Ladezustand des Energiespeichers einen vorgegebenen Mindestladezustand unterschreitet.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Assistmoments der aktuelle Betriebsparameter des Verbrennungsmotors oder aus den aktuellen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors abgeleitete Daten derart berücksichtigt werden, dass ein Assistmomentenstellbereich vorgegeben wird, innerhalb dessen ein Assistmoment angefordert werden kann.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass unter bestimmten Voraussetzungen ein Assistmoment außerhalb des vorgegebenen Assistmomentenstellbereichs angefordert werden kann, insbesondere dann wenn der aktuelle Ist-Ladezustand des Energiespeichers einen vorgegebenen Maximalladezustand überschreitet.
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