DE102010062866A1 - Verfahren zur Erzeugung einer Betriebsstrategie für ein Elektrofahrzeug mit Range-Extender - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Betriebsstrategie für ein Fahrzeug (10) mit einem Elektroantrieb (20) mit Elektromotor (21) und einer aufladbaren Fahrzeugbatterie (22), wobei ein Range-Extender-Aggregat (30) mit einem Betriebsstofftank (32) und einer Stromerzeugungseinheit (31) zur Erzeugung von Antriebsstrom für den Elektromotor (21) bzw. zur Erzeugung von Ladestrom für die Fahrzeugbatterie (22) vorgesehen ist; erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass – die spezifischen Energiekosten (Knetz/Enetz) für die in der Fahrzeugbatterie (22) gespeicherten verfügbaren Energiemenge (Enetz) auf der Basis der Stromkosten zum Zeitpunkt des letzten Ladevorganges und/oder zum Zeitpunkt eines nächsten erwarteten Ladevorganges berechnet werden, – die spezifischen Energiekosten (Knetz/Enetz) für den in dem Betriebsstofftank (32) gespeicherte verfügbaren Energiemenge (Erex) auf der Basis der Betriebsstoffkosten zum Zeitpunkt des letzten Tankvorganges und/oder zum Zeitpunkt eines nächsten erwarteten Tankvorganges berechnet werden, – die Betriebsstrategie die Zuschaltung des Range-Extender-Aggregats (30) umfasst, wenn der Quotient aus den spezifischen Energiekosten (Knetz/Enetz) der in der Fahrzeugbatterie (22) gespeicherten Energiemenge und den spezifischen Energiekosten (Knetz/Enetz) des verfügbaren Betriebsstoffes größer als ein vorgegebener Faktor (s) ist, und – die Betriebsstrategie die Abschaltung des Range-Extender-Aggregats (30) umfasst, wenn der Quotient aus den spezifischen Energiekosten (Knetz/Enetz) der in der Fahrzeugbatterie (22) gespeicherten Energiemenge und den spezifischen Energiekosten (Krex/Erex) des verfügbaren Betriebsstoffes kleiner als der vorgegebene Faktor (s) ist. Ferner wird eine weitere Lösung mit einer Betriebsstrategie angegeben, die auf eine Minimierung von Umweltschädigungen gerichtet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Betriebsstrategie für ein Fahrzeug mit einem Elektroantrieb mit Elektromotor und einer aufladbaren Fahrzeugbatterie, wobei ein Range-Extender-Aggregat mit einem Betriebsstofftank zur Erzeugung von Antriebsstrom für den Elektromotor bzw. zur Erzeugung von Ladestrom für die Fahrzeugbatterie vorgesehen ist.
  • Stand der Technik
  • Elektrofahrzeuge besitzen aufgrund der begrenzten Energiedichte von elektrischen Energiespeichern gegenüber einem konventionellen Kraftfahrzeug mit Verbrennungsantrieb eine deutlich reduzierte Reichweite. Zur Erweiterung der Reichweite werden sogenannte Range-Extender eingesetzt, welche alternativ zur Traktionsbatterie elektrische Energie zur Verfügung stellen. Prinzipiell sind hierfür unterschiedliche Technologien bekannt, wie bspw. Brennstoffzellen, Gasturbinen, Hubkolben-, Wankel- oder Sterlingmotoren. Prinzipiell kann zwischen den beiden Energiequellen Traktionsbatterie und Range-Extender ausgewählt werden.
  • Aus der DE 10 2008 015 046 A1 ist ein Verfahren zur prädiktiven Regelung eines Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs beschrieben, wobei diese Regelung über eine Auswahl einer Betriebsstrategie erfolgt. Bei dieser Betriebsstrategie wird mindestens eine kommunikationsbasierte Information berücksichtigt, die mittels einer Kommunikation des Kraftfahrzeugs mit ortsfesten und/oder sich bewegenden Gegenstellen erzeugt wird, bspw. mittels einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug- oder einer Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Kommunikation. Informationen von digitalen Karten, deren Informationen auf einem GPS-Signal beruhen, können ergänzend herangezogen werden. Ziel dieses bekannten Verfahrens ist der optimierte Betrieb des Hybridfahrzeugs, insbesondere eine große Kraftstoffersparnis.
  • Weiterhin offenbart die DE 198 31 487 C1 ein Verfahren zum Betrieb eines einen Verbrennungsmotor, eine Batterie und einen Generator als Antriebskomponenten aufweisenden seriellen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, bei dem Informationen bezüglich einer zu absolvierenden Fahrstrecke erfasst werden, die zu erwartenden Leistungsanforderungen an den Hybridantrieb über den Verlauf der Fahrstrecke unter Berücksichtigung der erfassten Informationen berechnet werden, und schließlich ein eine Ansteuerung der einzelnen Antriebskomponenten über den Verlauf der Fahrstrecke regelnden Zeitplan unter Berücksichtigung der jeweiligen Wirkungsgrade der Antriebskomponenten oder Betriebsarten in Abhängigkeit von den zu erwartenden Leistungsanforderungen ermittelt wird. Die zu erfassenden Informationen betreffen neben der Fahrgeschwindigkeit, der aktuellen Fahr- und Bremspedalstellung auch zukünftige Verkehrssituationen, wie bspw. Fahrstrecke, Geschwindigkeitsbegrenzungen, Vorfahrtsstellen, Ampelphasen, voraussichtliche Durchschnittsgeschwindigkeit, empfohlene Beschleunigung, Verkehrsaufkommen, Steigungen, Gefälle usw. Diese Informationen werden teilweise drahtlos von regionalen, nationalen oder internationalen Datenbanken, bspw. mittels GSM in das Kraftfahrzeug übermittelt.
  • Schließlich ist aus der DE 10 2009 001 341 A1 ein Navigationsverfahren für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem von einem Tankziel dessen geltende Energiepreise drahtlos an das Kraftfahrzeug übermittelt werden und die bei der Auswahl der dem Fahrer zur Routenführung angebotenen Route aus den berechneten Routen berücksichtigt werden. Die dem Fahrer angebotene Route wird so bestimmt, dass die für die jeweiligen Gesamtstrecken berechneten Energiekosten, die unter gleichzeitiger Berücksichtigung der jeweiligen Energiepreise und der mit den zugehörigen Umwegen zum jeweiligen Tankziel verbundenen Zusatzverbräuche anfallen, minimiert werden.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Erzeugung einer Betriebsstrategie für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 vorgeschlagen.
  • Diese erfindungsgemäße Verfahren realisieren auf der Basis geeigneter Daten eine zielgrößenoptimierte Einsatzstrategie des Range-Extender-Aggregats, wobei gemäß Patentanspruch 1 als Zielgröße die spezifischen Energiekosten für den Betrieb des Elektroantriebs den spezifischen Energiekosten für den Betrieb des Range-Extenders zur Realisierung einer optimierten ökonomischen Betriebsweise des Fahrzeugs gegenübergestellt werden, während gemäß Patentanspruch 10 als Zielgröße die Umweltschäden, hier die Menge an emittierten Schadgasen, wie bspw. Kohlendioxyd, die durch die zur Erzeugung des in die Fahrzeugbatterie geladenen Stroms verursacht wurde, derjenigen gegenübergestellt wird, die durch den Betrieb des Range-Extender-Aggregats erzeugt wird.
  • Dies wird gemäß der ersten Lösung bei einem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass
    • – die spezifischen Energiekosten für die in der Fahrzeugbatterie gespeicherte verfügbaren Energiemenge auf der Basis der Stromkosten zum Zeitpunkt des letzten Ladevorganges und/oder zum Zeitpunkt eines nächsten erwarteten Ladevorganges berechnet werden,
    • – die spezifischen Energiekosten für den in dem Betriebsstofftank gespeicherte verfügbaren Energiemenge auf der Basis der Betriebsstoffkosten zum Zeitpunkt des letzten Tankvorganges und/oder zum Zeitpunkt eines nächsten erwarteten Tankvorganges berechnet werden,
    • – die Betriebsstrategie die Zuschaltung des Range-Extender-Aggregats umfasst, wenn der Quotient aus den spezifischen Energiekosten der in der Fahrzeugbatterie gespeicherten Energiemenge und den spezifischen Energiekosten des verfügbaren Betriebsstoffes größer als ein vorgegebener Faktor ist, und
    • – die Betriebsstrategie die Abschaltung des Range-Extender-Aggregats umfasst, wenn der Quotient aus den spezifischen Energiekosten der in der Fahrzeugbatterie gespeicherten Energiemenge und den spezifischen Energiekosten des verfügbaren Betriebsstoffes kleiner als der vorgegebene Faktor ist.
  • Diese Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass aus ökonomischer Sicht eine Betriebsstrategie des Range-Extender-Aggregats zur Verfügung gestellt wird, die für den jeweiligen Betriebszustand des Fahrzeugs die kostenmäßig günstigste Energieform zur Erzeugung der Vortriebskraft für das Fahrzeug angibt. Die Umsetzung einer solchen Betriebsstrategie kann entweder mittels eines Fahrzeug-Steuergerätes automatisch erfolgen oder mittels einer Mitteilung in Form einer Empfehlung, die in einer Anzeigeeinheit für den Fahrer angezeigt wird.
  • Vorzugsweise werden bei einer Ladung der Fahrzeugbatterie aus dem öffentlichen Stromnetz dessen Stromkosten als Basis für die Berechnung der spezifischen Energiekosten und bei einer zusätzlichen Ladung mittels des Range-Extender-Aggregats auch zusätzlich die bei dieser Ladung entstehenden spezifischen Energiekosten verwendet.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Faktor auf einen konstanten Wert und/oder in Abhängigkeit des aktuellen und/oder eines erwarteten Batterieladezustandes und/oder in Abhängigkeit der dem Fahrerwunsch entsprechenden Leistungsanforderung eingestellt. Damit bietet sich die Möglichkeit an, die Bewertung der spezifischen Energiekosten temporär höher oder niedriger zu bewerten.
  • Es bietet sich an, die spezifischen Energiekosten der in der Fahrzeugbatterie gespeicherten Energiemenge aus den Kosten für die tatsächlich mit dem Ladevorgang geladene Energiemenge zu ermitteln, so dass hierdurch die bis zum Zeitpunkt der Nutzung dieser Energie auftretenden Verluste berücksichtigt werden.
  • Da in der Regel beim Tanken von Betriebsstoff oder beim Laden der Fahrzeugbatterie aus dem öffentlichen Stromnetz der Betriebsstofftank bzw. die Fahrzeugbatterie nicht vollständig geladen ist, ist weiterbildungsgemäß vorgesehen, dass die spezifischen Energiekosten beim Ladung einer nicht vollständig entladenen Fahrzeugbatterie und/oder beim Tanken eines teilentleerten Betriebsstofftanks entsprechend den Mengenverhältnisses aus Restladung und aktueller Ladung bzw. Restbetriebsstoff und aktuell getanktem Betriebsstoff bestimmt wird. Dadurch wird eine möglichst genaue Bestimmung der spezifischen Energiekosten erreicht.
  • Desweiteren ist es gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, die zur Berechnung der spezifischen Energiekosten erforderliche Energiemenge in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen, vorzugsweise der Umgebungstemperatur und/oder der Fahrstrecke zu ermitteln. Damit können Umgebungsbedingungen berücksichtigt werden, die zur Erzeugung des Vortriebs für das Fahrzeug unterschiedliche Verluste erzeugen. So ist bspw. bei tiefen Umgebungstemperaturen die Verwendung von Energie aus der Fahrzeugbatterie verlustbehafteter als der Betrieb eines Hubkolbenmotors eines Range-Extender-Aggregats.
  • Da Range-Extender-Aggregate in der Regel mehrere Betriebspunkte zur Auswahl haben, ist es gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn die spezifischen Energiekosten auf der Basis desjenigen Betriebspunktes mit maximaler Menge an erzeugter Antriebs- oder Ladeenergie bestimmt wird.
  • Erfindungsgemäß kann die Betriebsstrategie derart vorteilhaft erweitert werden, dass die Betriebsstrategie neben den spezifischen Energiekosten zusätzlich die bei der Erzeugung der im letzten und/oder im nächsten erwarteten Ladevorgang geladenen Energie verursachten Umweltschädigung, insbesondere der emittierten Schadgase, bspw. Kohlendioxyd und/oder die bei der Erzeugung von Antriebs- und Ladestrom aus dem im letzten und/oder nächsten erwarteten Tankvorgang getankten Betriebsstoff verursachten Umweltschädigung, insbesondere der emittierten Schadgase, bspw. Kohlendioxyd berücksichtigt werden.
  • Zur Optimierung der erzeugten Betriebsstrategie ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass positionsabhängige, insbesondere Umweltzonen betreffende Informationen, die vorzugsweise mittels GPS und/oder GSM und/oder Car-2-Car Kommunikation und/oder einer digitalen Karte zur Verfügung gestellt werden, bei der Betriebsstrategie berücksichtigt werden. Damit kann bspw. im Rahmen einer Navigationsroute vor dem Einfahren in eine Umweltzone mit Nullemission prädiktiv eine Aufladung der Fahrzeugbatterie mittels des Range-Extender-Aggregats durchgeführt werden, falls der Ladezustand der Fahrzeugbatterie nicht für deren vollständiges Durchfahren ausreichend ist oder die Betriebsstrategie derart erweitern, dass der Range-Extender-Aggregats beim Durchfahren einer solchen Nullemissionszone nicht betrieben wird.
  • Die zweitgenannte Lösung zeichnet sich erfindungsgemäß aus, dass
    • – die bei der Erzeugung der in der Fahrzeugbatterie im letzten und/oder im nächsten erwarteten Ladevorgang der Fahrzeugbatterie geladenen bzw. zu ladenden Energie verursachten Umweltschädigung, insbesondere der emittierten Schadgase, vorzugsweise Kohlendioxyd berechnet wird,
    • – die bei der Erzeugung von Antriebs- und Ladestrom aus dem im letzten und/oder im nächsten erwarteten Tankvorgang getankten bzw. zu tankenden Betriebsstoff verursachten Umweltschädigung, insbesondere der emittierten Schadgase, vorzugsweise Kohlendioxyd berechnet wird,
    • – die Betriebsstrategie die Zuschaltung des Range-Extender-Aggregats umfasst, wenn dessen Umweltschädigung, insbesondere die emittierte Schadgasmenge, vorzugsweise die Kohlendioxydmenge geringer ist als die bei der Erzeugung der in die Fahrzeugbatterie geladene Energie verursachten Umweltschädigung, insbesondere die emittierte Schadgasmenge, vorzugsweise die Kohlendioxydmenge, und
    • – die Betriebsstrategie die Abschaltung des Range-Extender-Aggregats umfasst, wenn dessen Umweltschädigung, insbesondere die emittierte Schadgasmenge, vorzugsweise die Kohlendioxydmenge größer ist als die bei der Erzeugung der in die Fahrzeugbatterie geladenen Energie verursachten Umweltschädigung, insbesondere die emittierte Schadgasmenge, vorzugsweise die Kohlendioxydmenge.
  • Eine solche Betriebsstrategie für das Range-Extender-Aggregat ist schwerpunktmäßig auf eine ökologische Betriebsweise des Fahrzeugs optimiert. Die Umsetzung einer solchen Betriebsstrategie kann mittels eines Fahrzeug-Steuergerätes automatisch erfolgen und/oder mittels einer Mitteilung in der Form einer Empfehlung, in einer Anzeigeeinheit für den Fahrer angezeigt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die 1 ausführlich beschrieben. Diese 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit den zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen Komponenten.
  • Ausführungsform der Erfindung
  • Nach 1 umfasst ein Fahrzeug 10, hier ein Elektrofahrzeug einen Elektroantrieb 20 mit einem Elektromotor 21, der von einer Fahrzeugbatterie 22 als Traktionsbatterie mit Fahrstrom versorgt wird.
  • Das Fahrzeug 10 umfasst ferner ein Range-Extender-Aggregat 30 mit einer Stromerzeugungseinheit 31 und einem Betriebsstofftank 32 zum Betreiben dieser Stromerzeugungseinheit 31. Wenn dieses Range-Extender-Aggregat 30 einen Verbrennungsmotor umfasst, besteht die Stromerzeugungseinheit 31 aus einem einen Generator antreibenden Verbrennungsmotor, wobei der Betriebsstofftank 32 den erforderlichen Treibstoff aufnimmt. Die Stromerzeugungseinheit 31 kann auch als Brennstoffzelleneinheit ausgebildet sein, dessen Wasserstoff in einem Betriebsstofftank 32 gespeichert wird.
  • Der Elektroantrieb 20 als auch das Range-Extender-Aggregat 30 wird von mindestens einem Steuergerät 40 geregelt, das auch die erfindungsgemäß erzeugte Betriebsstrategie zum Betreiben des Range-Extender-Aggregats 30 erzeugt und entsprechend steuert bzw. regelt. Die hierzu erforderlichen Informationen erhält das Steuergerät 40 von einer Informationserfassungseinheit 60, der die zur Erstellung der Betriebsstrategie erforderlichen Informationen 61 bspw. drahtlos mittels GPS, GSM oder mittels einer Car-2-Car-Kommunikation übermittelt werden.
  • Zur Anzeige von die Betriebsstrategie betreffenden Informationen, welche von dem Steuergerät 40 erzeugt werden, ist eine Anzeigeeinheit 50 vorgesehen.
  • Die Betriebsstrategie umfasst die Zu- oder Abschaltung des Range-Extender-Aggregats 30 in Abhängigkeit dessen spezifischen Energiekosten Krex/Erex im Vergleich zu den spezifischen Energiekosten Knetz/Enetz bei einem Betrieb des Elektroantriebs 31 mit Fahrstrom aus der Fahrzeugbatterie 22, die mit diesem Fahrstrom aus dem öffentlichen Stromnetz geladen wurde.
  • Mit Krex bzw. mit Knetz werden die Energiekosten des Range-Extender-Aggregats 30 bzw. die Energiekosten des öffentlichen Stromnetzes bezeichnet, mit Erex bzw. mit Enetz die Energiemenge des in dem Betriebsstofftank 32 des Range-Extender-Aggregats 30 getankten Betriebsstoffes bzw. die aus dem öffentlichen Stromnetz geladene Energiemenge. Knetz/Enetz und Krex/Erex sind Größen, die die spezifischen Energiekosten repräsentieren.
  • Diese spezifischen Energiekosten Knetz/Enetzund Krex/Erex werden folgendermaßen miteinander verglichen. Falls Knetz/Enetz > s·Krex/Erex (bzw. (Knetz/Enetz)/(Krex/Erex) > s), wird das Range-Extender-Aggregat 30 zugeschaltet, im anderen Fall, also wenn Knetz/Enetz < s·Krex/Erex (bzw. (Knetz/Enetz)/(Krex/Erex) < s), wird das Range-Extender-Aggregat 30 abgeschaltet.
  • Der Faktor s zur Bewertung der Energiekosten des Range-Extender-Aggregats 30 kann dazu verwendet werden, dessen Energiekosten temporär hoher oder niedriger zu bewerten. Es gibt mehrere Möglichkeiten den Faktor s zu bestimmen, die beliebig miteinander kombiniert werden können:
    • – Applikation auf einen konstanten Wert,
    • – Bestimmung in Abhängigkeit des momentanen Batterieladezustands der Fahrzeugbatterie 22,
    • – Bestimmung in Abhängigkeit des zukünftig erwarteten Batterieladezustands, oder
    • – Bestimmung in Abhängigkeit der auf der Basis eines Fahrerwunsches ermittelten Leistungsanforderung.
  • Die Energiekosten Enetz aus dem öffentlichen Stromnetz werden unter Berücksichtigung der zum Ladezeitpunkt tladen des Fahrzeugs 10 geltenden Strompreise bestimmt. Alternativ ist aber auch die Berücksichtigung der aktuell geltenden Strompreise beim nächstmalig erwarteten Ladevorgang Knetz(taktuell) möglich, sowie eine entsprechend gewichtete Kombination Knetz = (a·Knetz(tladen) + b·Knetz(taktuell))//(a + b), wobei a und b die Gewichtungsfaktoren darstellen.
  • Dies kann dann sinnvoll sein, wenn beispielsweise aufgrund von hohen Preisschwankungen sehr teurer Strom geladen wurde, dieser aber nicht benutzt wird, obwohl die aktuell verfügbaren Strompreise bereits längst wieder gesunken sind.
  • Der so bestimmte Energiepreis Knetz sollte der zu diesem Preis in der Fahrzeugbatterie 22 aktuell verfügbaren Knetz(taktuell) gegenübergestellt werden. Hierfür ist die bezahlte Energiemenge um die bis zum jetzigen Zeitpunkt aufgetretenen Verluste zu korrigieren. Typische hierfür zu berücksichtigende Verluste entstehen beispielsweise beim Laden oder Schnelladen der Fahrzeugbatterie 22, durch Selbstentladung der Fahrzeugbatterie 22 während langer Standzeiten oder aufgrund von hohen Batterietemperaturen, welche Einfluss auf den Ladewirkungsgrad haben.
  • Hierbei können ebenfalls die jetzt bei einem potenziellen Laden der Fahrzeugbatterie 22 aktuell zu erreichenden Energiemengen Enetz(tladen) zugrunde gelegt werden, sowie eine gewichtete Kombination aus beiden Werten: Enetz = (a·Enetz(tladen) + b·Knetz(taktuell))/(a + b), wobei a und b die Gewichtungsfaktoren darstellen.
  • Diese Gewichtung kann verhindern, dass sehr hohe Energiepreise, die beispielsweise durch Selbstentladung während sehr langer Standzeit entstanden sind, eine Nutzung der Traktionsbatterie verhindern.
  • Die Energiekosten Erex, d. h. die Betriebsstoffkosten, bspw. der Kraftstoffkosten für den Betrieb eines Verbrennungsmotors, werden optional aus dem zum Tankzeitpunkt bezahlten Kraftstoffpreis Krex(ttanken) bzw. aus dem aktuell geltenden Kraftstoffpreis Krex(taktuell) oder eine gewichtete Kombination gemäß Krex = (a·Krex(ttanken) + b·Krex(taktuell))/(a + b) ermittelt, wobei a und b die Gewichtungsfaktoren darstellen. Die hierfür erforderlichen Daten 61 werden online zum erforderlichen Zeitpunkt der Informationserfassungseinheit 60 übermittelt.
  • Auch hier ist es möglich, dass ein Betrieb des Range-Extender-Aggregats 30 unterbunden wird, sofern vergleichsweise teurer Kraftstoff getankt wurde. Dies kann z. B. während einer Reise ins Ausland der Fall sein oder bei Range-Extender-Aggregaten, die mit unterschiedlichen Betriebsstoffen betrieben werden können. Sinnvoll ist hier eine Berücksichtigung der Treibstoffkosten Krex(taktuell), die anzunehmender weise beim nächsten Tankvorgang bezahlt werden müssen.
  • Bei der Bestimmung der von dem Range-Extender-Aggregat 30 erzeugten Energiemenge ist es sinnvoll, die dabei entstehenden aktuellen Verluste zu berücksichtigen. So ist beispielsweise die Verwendung von Energie aus der Fahrzeugbatterie 22 bei extrem heißen oder sehr kalten Umgebungsbedingungen energetisch aufwendiger, als der Betrieb eines als Hubkolbenmotor ausgeführten Range-Extender-Aggregats 30. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn zum Auftauen der Fahrzeugbatterie 22 deutlich mehr Energie benötigt wird, als durch die erhöhte Reibung des kalten Schmierstoffes im Hubkolbenmotor. Für einige Range-Extender-Technologien kann es weiterhin prinzipiell denkbar sein, das sich während des Betriebs reduzierende Fahrzeuggewicht infolge des verbrannten Kraftstoffs zu berücksichtigen.
  • Falls für den Betrieb des Range-Extender-Aggregats 30 eine Auswahl verschiedener Betriebspunkt zur Verfügung steht, so kann das Maximum der unter den geforderten Rahmenbedingungen erreichbaren Energiemenge zu Grunde gelegt werden, also derjenige Betriebspunkt ausgewählt werden, der die maximalste Energiemenge erzeugt.
  • Die Betriebsstrategie für den Betrieb des Fahrzeugs 10 kann anstelle der Abschätzung der spezifischen Energiekosten und deren Minimierung auf die Minimierung der jeweils entstehenden Umweltschädigungen abgestellt werden, die durch den Betrieb des Elektroantriebs mit dem aus dem öffentlichen Netz gespeicherten Fahrstrom oder durch den Betrieb des Range-Extender-Aggregats entstehen.
  • Eine Umweltschädigung aus der Nutzung des öffentlichen Stromnetzes wird wie folgt bestimmt:
    Da eine Berücksichtigung aller resultierenden Umweltschädigungen eine hochgradig komplexe Aufgabe ist, wird der Einfachheit halber hierfür die Vereinfachung getroffen, dass die Menge an erzeugtem Schadgas, hier bspw. Kohlendioxyd CO2 ermittelt wird. Auch hier sollte eine geeignete Gewichtung zwischen den Emissionen Nnetz(taktuell) während des Ladens und den Emissionen NNetz(tladen), die bei einem künftigen Ladevorgang entstehen würden, gewählt werden: Nnetz = (a·NNetz(tladen) + b·Nnetz(taktuell))/(a + b), wobei a und b die Gewichtungsfaktoren darstellen.
  • Hierfür können entweder feste Annahmen für den regional gültigen Strommix oder sogar dynamische Informationen über die zum Zeitpunkt taktuell am Standort geltende Aufteilung verwendet werden. Werden verschiedene Umweltschädigungsmechanismen berücksichtigt, wie z. B. das Entstehen von Stickoxiden, ist eine entsprechende Gewichtung der Einzelschädigungsmechanismen der Netze C und S sinnvoll: NNetz = (c·CNetz(tladen) + d·Snetz(taktuell))/(c + d), wobei c und d die Gewichtungsfaktoren darstellen.
  • Die aufgrund des Range-Extender-Aggregats 30 entstehende Umweltschädigung muss in geeigneter Weise der Umweltschädigung des Stromversorgungsnetzes gegenübergestellt werden, wobei vereinfachend die entstehende Umweltschädigung auf der Basis der entstehenden CO2-Emissionen ermittelt wird, bspw. können die zur Zertifizierung eines als Range-Extender-Aggregat ausgeführten Hubkolbenmotors bekannten CO2- und NOx-Emissionen verwendet werden.
  • Anstelle einer alleinigen Betrachtung der Treibstoffkosten oder der Umweltschädigung kann ebenfalls eine kombinierte Gewichtung der Treibstoffkosten des Range-Extender-Aggregats 30 gegenüber den Umweltschädigungen umgesetzt werden.
  • Die erfindungsgemäße Regelstrategie für das Elektrofahrzeug 10 mit Range-Extender-Aggregat 30 kann auf der Basis von dem Fahrzeug 10 zugeführten positionsabhängigen Informationen erweitert werden.
  • So kann die Kenntnis eines auf einer erwarteten Fahrstrecke oder einer Navigationsroute liegenden Umweltzone mit Nullemission eine prädiktive Aufladung der Traktionsbatterie 22 mittels des Range-Extender-Aggregats 30 erfolgen, wobei die Fahrzeugbatterie 22 auf einen vorwählbaren Mindest-Ladezustand (SOC-min) aufgeladen wird. Dieser Mindest-Ladezustand (SIC-min) kann über eine Schätzung des Energieaufwands zum Durchfahren einer sogenannten Umweltzone bestimmt oder auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden.
  • Das Einfahren in eine solche Umweltzone kann über bspw. in ein Navigationssystem des Fahrzeugs 10 mittels GPS oder GSM übertragenen Positionsdaten ermittelt werden.
  • Die bei einem prädiktiven Ladevorgang für die Fahrzeugbatterie 22 zu erzeugende Energiemenge kann in Abhängigkeit des Wertes einer prädiktiven Reichweitenschätzung bestimmt werden. Um eine höhere Reichweitenschätzung zu erreichen, können Hochstromverbraucher im Bordnetz des Fahrzeugs 10 sukzessive leistungsreduziert oder abgeschaltet werden.
  • Ferner kann im Rahmen einer Routenplanung eine Optimierung der Fahrleistung unter der Vorgabe von minimalen Energiekosten durchgeführt werden.
  • Bei einer geforderten lokalen Nullemission, bspw. in einer Spielstraße kann der Betrieb des Range-Extender-Aggregats 30 ausgesetzt werden.
  • Bei einem Elektrofahrzeug 10 ist die Betriebsstrategie so ausgelegt, dass die Batterieenergiereserve auf einem solchen Niveau gehalten wird, dass die Fahrzeugbeschleunigung jederzeit aus der Fahrzeugbatterie 22 erreichbar ist.
  • Die in dem Steuergerät 40 jeweils erzeugte Regelstrategie kann durch entsprechende Steuerung und Regelung des Elektroantriebs 20 und des Range-Extender-Aggregats 30 automatisch durchgeführt werden, wobei gleichzeitig die entsprechenden Informationen auf der Anzeigeeinheit 50 für den Fahrer bereitgestellt werden.
  • Alternativ ist es auch möglich, die in dem Steuergerät 40 erzeugte Regelstrategie lediglich als Fahrempfehlung für den Fahrer in der Anzeigeeinheit 50 darzustellen, so dass der Fahrer die Entscheidung trifft, diese Regelstrategie umsetzten.
  • Die Mitteilung der Betriebsstrategieempfehlung an den Fahrer kann optisch, z. Bsp. über ein Display, akustisch, z. Bsp. über einen Signalton oder haptisch, z. Bsp. über eine Force-Feedback-Funktion erfolgen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (11)

  1. Verfahren zur Erzeugung einer Betriebsstrategie für ein Fahrzeug (10) mit einem Elektroantrieb (20) mit Elektromotor (21) und einer aufladbaren Fahrzeugbatterie (22), wobei ein Range-Extender-Aggregat (30) mit einem Betriebsstofftank (32) und einer Stromerzeugungseinheit (31) zur Erzeugung von Antriebsstrom für den Elektromotor (21) bzw. zur Erzeugung von Ladestrom für die Fahrzeugbatterie (22) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die spezifischen Energiekosten (Knetz/Enetz) für die in der Fahrzeugbatterie (22) gespeicherten verfügbaren Energiemenge (Enetz) auf der Basis der Stromkosten zum Zeitpunkt des letzten Ladevorganges und/oder zum Zeitpunkt eines nächsten erwarteten Ladevorganges berechnet werden, – die spezifischen Energiekosten (Knetz/Enetz) für den in dem Betriebsstofftank (32) gespeicherte verfügbaren Energiemenge (Erex) auf der Basis der Betriebsstoffkosten zum Zeitpunkt des letzten Tankvorganges und/oder zum Zeitpunkt eines nächsten erwarteten Tankvorganges berechnet werden, – die Betriebsstrategie die Zuschaltung des Range-Extender-Aggregats (30) umfasst, wenn der Quotient aus den spezifischen Energiekosten (Knetz/Enetz) der in der Fahrzeugbatterie (22) gespeicherten Energiemenge und den spezifischen Energiekosten (Knetz/Enetz) des verfügbaren Betriebsstoffes größer als ein vorgegebener Faktor (s) ist, und – die Betriebsstrategie die Abschaltung des Range-Extender-Aggregats (30) umfasst, wenn der Quotient aus den spezifischen Energiekosten (Knetz/Enetz) der in der Fahrzeugbatterie (22) gespeicherten Energiemenge und den spezifischen Energiekosten (Krex/Erex) des verfügbaren Betriebsstoffes kleiner als der vorgegebene Faktor (s) ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ladung der Fahrzeugbatterie (22) aus dem öffentlichen Stromnetz dessen Stromkosten als Basis für die Berechnung der spezifischen Energiekosten (Knetz/Enetz) und bei einer zusätzlichen Ladung mittels des Range-Extender-Aggregats (30) zusätzlich die bei dieser Ladung entstehenden spezifischen Energiekosten (Krex/Erex) verwendet werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor (s) auf einen konstanten Wert und/oder in Abhängigkeit des aktuellen und/oder eines erwarteten Batterieladezustandes und/oder in Abhängigkeit der dem Fahrerwunsch entsprechenden Leistungsanforderung eingestellt
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifischen Energiekosten (Knetz/Enetz, Krex/Erex) beim Laden einer nicht vollständig entladenen Fahrzeugbatterie (22) und/oder beim Tanken eines teilentleerten Betriebsstofftanks (32) entsprechend den Mengenverhältnisses aus Restladung und aktueller Ladung bzw. Restbetriebsstoff und aktuell getanktem Betriebsstoff bestimmt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Berechnung der spezifischen Energiekosten (Knetz/Enetz, Krex/Erex) erforderliche Energiemenge in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen, vorzugsweise der Umgebungstemperatur und/oder der Fahrstrecke ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Range-Extender-Aggregat (30) mit mehreren Betriebspunkten betrieben werden kann und die spezifischen Energiekosten (Krex/Erex) auf der Basis desjenigen Betriebspunktes mit maximaler Menge an erzeugter Antriebs- oder Ladeenergie bestimmt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsstrategie neben den spezifischen Energiekosten (Knetz/Enetz, Krex/Erex) zusätzlich die bei der Erzeugung der im letzten und/oder im nächsten erwarteten Ladevorgang geladenen Energie verursachten Umweltschädigung, insbesondere des emittierten Kohlendioxyds und/oder die bei der Erzeugung von Antriebs- und Ladestrom aus dem im letzten und/oder nächsten erwarteten Tankvorgang getankten Betriebsstoff verursachten Umweltschädigung, insbesondere der emittierten Schadgase, vorzugsweise Kohlendioxyds berücksichtigt.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass positionsabhängige, insbesondere Umweltzonen betreffende Informationen, die vorzugsweise mittels GPS und/oder GSM und/oder Car-2-Car Kommunikation und/oder einer digitalen Karte zur Verfügung gestellt werden, die bei der Erzeugung der Betriebsstrategie berücksichtigt werden.
  9. Verfahren zur Erzeugung einer Betriebsstrategie für ein Fahrzeug (10) mit einem Elektroantrieb (20) mit Elektromotor (21) und einer aufladbaren Fahrzeugbatterie (22), wobei ein Range-Extender-Aggregat (30) mit einem Betriebsstofftank (32) und einer Stromerzeugungseinheit (31) zur Erzeugung von Antriebsstrom für den Elektromotor (21) bzw. zur Erzeugung von Ladestrom für die Fahrzeugbatterie (22) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die bei der Erzeugung der in der Fahrzeugbatterie (22) im letzten und/oder im nächsten erwarteten Ladevorgang geladenen bzw. zu ladenden Energie verursachten Umweltschädigung, insbesondere der emittierten Schadgase, vorzugsweise Kohlendioxyd berechnet wird, – die bei der Erzeugung von Antriebs- und Ladestrom aus dem im letzten und/oder im nächsten erwarteten Tankvorgang getankten bzw. zu tankenden Betriebsstoff verursachten Umweltschädigung, insbesondere der emittierten Schadgase, vorzugsweise Kohlendioxyds berechnet wird, – die Betriebsstrategie die Zuschaltung des Range-Extender-Aggregats (30) umfasst, wenn dessen Umweltschädigung, insbesondere die emittierte Schadgasmenge, vorzugsweise die Kohlendioxydmenge geringer ist als die bei der Erzeugung der in die Fahrzeugbatterie (22) geladene Energie verursachten Umweltschädigung, insbesondere die emittierte Schadgasmenge, vorzugsweise die Kohlendioxydmenge, und – die Betriebsstrategie die Abschaltung des Range-Extender-Aggregats (30) umfasst, wenn dessen Umweltschädigung, insbesondere die emittierte Schadgasmenge, vorzugsweise die Kohlendioxydmenge größer ist als die bei der Erzeugung der in die Fahrzeugbatterie (22) geladenen Energie verursachten Umweltschädigung, insbesondere die emittierte Schadgasmenge, vorzugsweise die Kohlendioxydmenge.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung der erzeugten Betriebsstrategie ein Steuergerät (40) zur automatischen Zu- oder Abschaltung des Range-Extender-Aggregats (30) und/oder eine Anzeigeeinheit (50) zur Anzeige einer empfohlenen Zu- oder Abschaltung des Range-Extender-Aggregats (30) vorgesehen ist.
  11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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