DE102011004357A1

DE102011004357A1 - Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers und Steuergerät

Info

Publication number: DE102011004357A1
Application number: DE102011004357A
Authority: DE
Inventors: Bertram Schemel; Michael Schiemann
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2012-01-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers zur Versorgung eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb mit elektrischer Energie, wobei ein Laden des Energiespeichers durch einen Verbrennungsmotor und/oder beim Bremsen durch kinetische Fahrzeugenergie über einen als Generator verwendeten Elektromotor und ein Entladen des Energiespeichers zum Versorgen des Elektromotors und/oder von Elektronikkomponenten des Fahrzeugs derart erfolgt, dass der Energiespeicher bei einem zwischen einem unteren Ladezustand und einem oberen Ladezustand liegenden aktuellen Ladungszustand betrieben wird. Erfindungsgemäß wird der untere und/oder aktuelle Ladungszustand des Energiespeichers abhängig von einer gemessenen aktuellen oder gemittelten Temperatur und/oder von einem aktuellen Datum und/oder einer Tageszeit gesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers zur Versorgung eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb (Elektro- und Verbrennungsmotor) mit elektrischer Energie sowie ein zur Durchführung des Verfahrens eingerichtetes Steuergerät.
Bei gattungsgemäßen Verfahren wird der Energiespeicher über einen Verbrennungsmotor oder beim Bremsen durch die kinetische Fahrzeugenergie geladen, wobei ein Elektromotor als Generator verwendet wird. Ein Entladen des Energiespeichers wird bedarfsabhängig gesteuert, um den Elektromotor und/oder Elektronikkomponenten des Fahrzeugs zu versorgen. Das Laden und Entladen des Energiespeichers wird so gesteuert, dass dieser bei einem zwischen einem unteren und einem oberen Ladezustand liegenden aktuellen Ladezustand betrieben wird. Gattungsgemäße Verfahren haben den Nachteil, dass insbesondere bei Verwendung eines bereits gealterten Energiespeichers Probleme beim Kaltstart des Fahrzeugs, insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen, auftreten können.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers vorzuschlagen, das ein Risiko des Auftretens von Kaltstartproblemen reduziert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuergerät vorzuschlagen, das zum Durchführen des Verfahrens eingerichtet ist.
Erfindungsgemäß wird der untere zulässige und/oder aktuelle Ladungszustand des Energiespeichers abhängig von einer gemessenen aktuellen oder gemittelten Temperatur, von einem aktuellen Datum und/oder von einer Tageszeit gesteuert. Durch die Abhängigkeit des Steuerns wird ermöglicht, dass der Energiespeicher in Zeiten, in denen das Risiko von Kaltstartproblemen erhöht ist, so gesteuert wird, dass die Bedingungen für den Kaltstart verbessert werden und so das Risiko deutlich reduziert wird. Ein Risiko für Kaltstartprobleme ist bei niedrigen Temperaturen und somit beispielsweise in Wintermonaten erhöht. Ebenso ist das Risiko abhängig von der Tageszeit. Nach einer Fahrt am Abend wird ein Fahrzeug zumeist über Nacht abgestellt, d. h. es ist von einem morgendlichen Kaltstart und somit möglicherweise von einem Kaltstart bei einer besonders niedrigen Temperatur auszugehen. Unabhängig davon, ob nur der untere Ladungszustand, der untere und der obere Ladungszustand oder der aktuelle Ladungszustand abhängig von einer gemessenen aktuellen oder gemittelten Temperatur, vom aktuellen Datum oder von der Tageszeit gesteuert wird, wird durch das Verfahren der Vorteil erreicht, dass die Wahrscheinlichkeit für einen erfolgreichen Kaltstart stark erhöht wird, ohne die Batterie nur wegen der Kaltstartanforderung überdimensionieren zu müssen. Die Auslegung der Batterie unter Berücksichtigung der beschriebenen Verfahren, d. h. ohne ein Überdimensionieren zum Erfüllen von Kaltstartanforderungen, kann zu erheblichen Rohstoff-, Gewichts-, Bauraum- und damit Kosteneinsparungen führen.
In einer ersten vorteilhaften Ausführungsform werden der untere und optional auch der obere Ladungszustand beim Betrieb des Speichers abhängig vom aktuellen Datum, dem Tageszeitpunkt und/oder von der Temperatur angehoben. Durch das Anheben des unteren Ladungszustands wird ausreichend Energie für den Kaltstart gesichert und bei einem Kaltstartvorgang zur Verfügung gestellt, sodass die vorher auftretenden Probleme besonders effizient reduziert werden.
Alternativ zum Anheben des unteren zulässigen Ladungszustands kann der obere zulässige Ladungszustand mit angehoben werden, insbesondere derart, dass eine Größe des Ladungszustands-Fensters (auch als SOC-Fenster bezeichnet) unverändert bleibt und dieses insgesamt angehoben wird. Hierdurch wird eine Beeinträchtigung der Fahrdynamik die sich durch das Anheben nur des unteren Ladungszustands ergeben könnte, zuverlässig vermieden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden gefahrene Streckenlängen und/oder angefahrene Zielpositionen gespeichert, wobei der untere Ladungszustand bzw. das SOC-Fenster abhängig davon angehoben wird, ob die seit dem letzten Start des Fahrzeugs gefahrene Streckenlänge ungefähr einer zuvor häufig gefahrenen Streckenlänge entspricht und/oder ob eine aktuelle Fahrzeugposition ungefähr einer zuvor häufig angefahrenen Zielposition entspricht. Hierdurch wird der Vorteil erreicht, dass ein Anteil der Zeit, in der der untere Ladungszustand bzw. das SOC-Fenster angehoben ist, an der insgesamt gefahrenen Zeit weiter reduziert werden kann, denn eine Erhöhung ist nur dann notwendig, wenn mit einem baldigen Abstellen des Fahrzeugs zu rechnen ist und außerdem ein erhöhtes Risiko für Kaltstartprobleme besteht. Dies führt dazu, dass eine eventuelle Beeinträchtigung der Fahrdynamik durch ein alleiniges Anheben des unteren Ladungszustands bzw. eine eventuelle Reduzierung der Lebensdauer des Energiespeichers durch ein Anheben des SOC-Fensters nahezu vollständig vermieden wird.
Um eine Abhängigkeit von der gefahrenen Streckenlänge zu realisieren, kann für verschiedene Streckenlängenintervalle die Anzahl der abgeschlossenen Fahrten innerhalb des Intervalls gespeichert werden, so dass eine Häufigkeitsverteilung der gefahrenen Streckenlängen vorliegt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden gefahrene Streckenlängen und/oder angefahrene Zielpositionen ausschließlich für Fahrten gespeichert, nach denen das Fahrzeug für eine definierte Minimalzeit steht. Hierdurch werden in der Häufigkeitsverteilung nur durch einen längeren Parkvorgang abgeschlossene Fahrten berücksichtigt, was vorteilhaft ist, da auch nur nach einem längeren Parkvorgang mit Kaltstartproblemen zu rechnen ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Verbrennungsmotor nach dem Abstellen des Fahrzeugs weiterbetrieben und/oder gestartet (ein Starten kann beispielsweise dann notwendig sein, wenn eine Strecke ausschließlich mit dem Elektromotor gefahren wurde, sodass der Verbrennungsmotor zum Zeitpunkt des Abstellens noch nicht läuft), derart, dass ein aktueller Ladungszustand nach dem Abstellen erhöht wird. Durch ein gezieltes Erhöhen des Ladungszustands nach dem Abstellen des Fahrzeugs kann eine deutliche Reduzierung des Risikos von Kaltstartproblemen erreicht werden, ohne dass eine Änderung des unteren und/oder oberen Ladungszustands während der Fahrt notwendig ist.
Um eine Verunsicherung eines Fahrzeugnutzers durch den weiterlaufenden Verbrennungsmotor zu vermeiden, kann die verbleibende Restlaufdauer und/oder der Grund für das Weiterlaufen des Motors vorzugsweise auf einer Anzeigeeinheit angezeigt werden. Trotzdem werden von Nutzern nur relativ kurze Nachlaufzeiten akzeptiert, weshalb es besonders bevorzugt ist, ein Weiterlaufen des Verbrennungsmotors nach dem Abstellen des Fahrzeugs mit einem Anheben des unteren Ladungszustands oder des gesamten SOC-Fensters zu kombinieren. Hierdurch sind zum einen nur eine geringe Anhebung des SOC-Fensters und zum anderen nur eine kurze Nachlaufzeit notwendig. Um trotzdem eine Nachlaufzeit nur dann vorzusehen, wenn sie tatsächlich notwendig ist, ist auch hier eine Abhängigkeit von der Temperatur und/oder vom Datum vorgesehen, derart, dass ein Nachlaufen nur dann vorgesehen ist, wenn ein Risiko von Kaltstartproblemen erhöht ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Abstellen des Fahrzeugs anhand der Stellung eines Zündschlüssels oder vorzugsweise anhand mindestens eines Parameters festgestellt, wobei als Parameter beispielsweise eine Stellung eines Gangwahlhebels, Stellung des Zündschlüssels, Aufrufen eines Parkassistenten, ein Zustand eines Gurtschlosses, ein Schaltzustand der Fahrzeugscheinwerfer, eine Position einer Scheibe und/oder eine Position der Handbremse verwendet wird. Selbstverständlich können auch mehrere der genannten Parameter verwendet werden. Durch die Verwendung derartiger Parameter kann ein bevorstehender Parkvorgang vor dem Abziehen des Zündschlüssels detektiert werden, wodurch die verbleibende Restdauer des Weiterlaufens des Motors nach dem Abziehen des Zündschlüssels verringert ist. Eine Beeinträchtigung des Komforts eines Fahrzeugnutzers durch das Weiterlaufen ist somit verringert. Alternativ oder zusätzlich zur Berücksichtigung eines derartigen Parameters, kann es vorgesehen sein, dass ein Fahrzeugnutzer ein Erhöhen des aktuellen Ladungszustands kurz vor dem Ab- und Ausstellen manuell startet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Verbrennungsmotor nach dem Abstellen des Fahrzeugs nur dann Weiterbetrieben, wenn der aktuelle Ladungszustand unterhalb eines Referenzladungszustands liegt. Als Referenzladungszustand dient vorzugsweise ein Ladungszustand, der ein zuverlässiges Durchführen eines Kaltstarts ermöglicht. Der Referenzladungszustand liegt vorzugsweise oberhalb des unteren Ladungszustands. Bevorzugt hängt eine Dauer des Weiterlaufens des Verbrennungsmotors von einem Abstand des aktuellen Ladungszustands vom Referenzladungszustand ab, denn ein Weiterlaufen des Verbrennungsmotors ist nur erforderlich, bis der Referenzladungszustand erreicht wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hängt die Steuerung des unteren und/oder aktuellen Ladungszustands zusätzlich von einem Zustand des Energiespeichers, insbesondere dem sogenannten ”state of health” (SoH) und/oder „state of function” (SoF) des Energiespeichers, ab. Besonders vorteilhaft wird der untere und/oder aktuelle Ladungszustand des Energiespeichers erst dann abhängig von der Temperatur und/oder dem Datum gesteuert, wenn sich die elektrischen Eigenschaften des Energiespeichers bereits deutlich gegenüber den elektrischen Eigenschaften eines neuen Energiespeichers verändert haben.
Besonders bevorzugt wird der aktuelle und/oder untere Ladungszustand erst dann abhängig von dem Datum und/oder der Temperatur gesteuert, wenn der ”state of health” und/oder „state of function”, unter einen vorgegebenen Grenzwert, der beispielsweise zwischen 10% und 90%, 20% und 80%, 30% und 70% oder zwischen 40% und 60% liegen kann, gesunken ist.
Für den „state of health” können verschiedene Definitionen herangezogen werden. Gemäß einer ersten möglichen Definition ist der „state of health” SOH_C= (1 – (1 – C_Ist/C_N)/(1 – λ_C))·100%, wobei SOH_C der „state of health”, C_Ist die aktuelle Kapazität des Energiespeichers, C_N die Kapazität des Energiespeichers im Neuzustand und λ_C eine Normierungskonstante ist. Über die Normungskonstante kann festgelegt werden, bei welchem Verhältnis von C_Ist zu C_N der „state of health” 0% beträgt, d. h. wann der Energiespeicher als defekt gilt. Die Normierungskonstante ist größer gleich 0 und kleiner als 1. Bevorzugt kann die Normierungskonstante zwischen 0,2 und 0,8 oder zwischen 0,4 und 0,6 gewählt werden. Als besonders geeignet hat sich ein Wert von 0,5 erwiesen.
Gemäß einer zweiten möglichen Definition ist der „state of health” SOH_Ri = (1 – (1 – R_Ist/R_N)/(1 – λ_Ri))·100%, wobei SOH_Ri der „state of health”, R_Ist der aktuelle Innenwiderstand des Energiespeichers, R_N der Innenwiderstand des Energiespeichers im Neuzustand und λ_Ri eine Normierungskonstante ist. Die Normierungskonstante λ_Ri kann vorzugsweise zwischen 1 und 5, 1,5 und 3,5 oder zwischen 2 und 2,5 gewählt werden. Beispielsweise kann die Normierungskonstante 2,3 betragen.
Gemäß einer dritten möglichen Definition wird die „state of health” nach beiden vorangehend genannten Definitionen berechnet, wobei der kleinere ermittelte Wert als „state of health” definiert wird, d. h. ist die „state of health” SOH_ges = min(SOH_C; SOH_Ri).
Der „state of function” gibt die Funktionsverfügbarkeit des Energiespeichers an. Es kann sowohl bezüglich von Lade- als auch von Entladevorgängen ein „state of function” definiert werden. Bezüglich von Ladevorgängen ist der „state of function” SOF_Chg = I_ChargeIst/I_ChargeN, wobei I_ChargeIst ein bei dem Energiespeicher aktuell bei einem Ladezustand von 50% und einer Temperatur von 20° für mindestens 10 Sekunden maximal möglicher Ladestrom und I_ChargeN ein entsprechender Ladestrom bei einem neuen Energiespeicher ist. Bezüglich von Entladevorgängen ist der „state of function” SOF_Dis = I_DisIst/I_DisN, wobei I_DisIst ein bei dem Energiespeicher aktuell bei einem Ladezustand von 50% und einer Temperatur von 20° für mindestens 10 Sekunden maximal möglicher Entladestrom und I_DiSN ein Entsprechender Entladestrom bei einem neuen Energiespeicher ist. Der „state of function” bezüglich von Entladevorgängen ist bei einem Kaltstart von besonderer Relevanz, denn ob ein erfolgreicher Kaltstart möglich ist hängt vom maximal abrufbaren Entladestrom ab.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird anhand eines mathematischen Modells des Energiespeichers ein mindestens notwendiger Ladungszustand für einen Kaltstart bei einer zu erwartenden oder gemessenen Temperatur berechnet und der untere Ladungszustand und/oder das SOC-Fenster wird falls notwendig entsprechend angehoben. Bei der Berechnung des mindestens notwendigen Ladungszustands werden bevorzugt die aktuelle Kapazität des Energiespeichers, der Innenwiderstand des Energiespeichers und/oder die benötigte Kaltstartleistung des Motors berücksichtigt. Durch die Berücksichtigung einer solchen adaptiven Strom/Leistungsprognose kann besonders zuverlässig sichergestellt werden, dass der untere Ladungszustand bzw. das SOC-Fenster immer dann angehoben wird, wenn dies tatsächlich notwendig ist.
Alternativ oder zusätzlich können auch andere Alterungsindikatoren des Energiespeichers, beispielsweise die Kapazität oder der Innenwiderstand, berücksichtigt werden.
Zusätzlich zu einem Verfahren umfasst die Erfindung auch ein Steuergerät, das ausgebildet und programmiert ist zum Betreiben eines Energiespeichers zur Versorgung eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb (Verbrennungs- und Elektrobetrieb) mit elektrischer Energie, derart, dass ein Laden und Entladen des Energiespeichers über einen Verbrennungsmotor gesteuert wird, um einen aktuellen Ladungszustand zwischen einem unteren und einem oberen Ladungszustand zu halten. Das Steuergerät umfasst eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, einen unteren und/oder aktuellen Ladezustand abhängig von einer gemessenen Temperatur, einem aktuellen Datum und/oder der Tageszeit zu erhöhen.
Die Steuereinheit ist vorzugsweise mit einem Eingang zur Eingabe einer gemessenen Temperatur, eines aktuellen Datums und/oder der Tageszeit verbunden. Ebenso kann die Steuereinheit mit einem Sensor zur Temperaturerfassung verbunden sein bzw. eine Echtzeitdatenerfassung besitzen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Steuergerät eine mit der Steuereinheit verbundene Speichervorrichtung. Die Steuereinheit ist in einer derartigen Ausführungsform dazu ausgebildet, gefahrene Streckenlängen und/oder angefahrene Zielpositionen in der Speichereinheit zu speichern. Hierdurch können die Streckenlängen früherer Fahrten oder früher angefahrene Zielpositionen, wie oben beschrieben, bei der Steuerung des unteren und/oder aktuellen Ladungszustands berücksichtigt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Steuergeräts ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, ein Weiterlaufen des Verbrennungsmotors nach einem Ab- und Ausstellen des Fahrzeugs zu bewirken. Hierzu ist die Steuereinheit vorzugsweise mit mindestens einem Eingang zur Eingabe eines ein Ab- und Ausstellen des Fahrzeugs anzeigenden Parameters und einem Ausgang zur Ausgabe eines das Weiterlaufen anzeigenden Signals an eine Anzeigeeinheit des Fahrzeugs verbunden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Graphen, der die Zeitabhängigkeit des unteren und oberen Ladungszustands bei Steuerung abhängig vom Datum gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt,
2 einen Graphen, der den unteren und oberen Ladungszustand bei Steuerung abhängig von der durchschnittlichen Außentemperatur gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt,
3 eine Darstellung einer Häufigkeitsverteilung gefahrener Streckenlängen,
4 einen Graphen, in dem die Abhängigkeit des unteren und oberen Ladungszustands von einer zurückgelegten Fahrstrecke gemäß einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist,
5 eine Schemazeichnung zur Verdeutlichung einer Ortsabhängigkeit des unteren und oberen Ladungszustands gemäß einer vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
6 eine Darstellung eines Graphen der Zeitabhängigkeit des aktuellen Ladungszustands bei weiterlaufendem Motor nach Abstellen des Fahrzeugs gemäß einer fünften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und
7 eine Ausführungsform eines Steuergeräts zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In 1 sind mehrere Graphen dargestellt, die den unteren und oberen Ladungszustand abhängig vom aktuellen Monat gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens und gemäß dem Stand der Technik zeigen. Der untere und der obere Ladungszustand stellen hierbei die Grenzen des sogenannten SOC(state of charge)-Fensters dar, wobei ein aktueller Ladungszustand eines Energiespeichers in einem Hybridfahrzeug von einem Steuergerät so gesteuert wird, dass er durchgängig innerhalb des SOC-Fensters liegt.
Der Ladungszustand ist in den Figuren in Prozenten angegeben, wobei sich die Prozentangabe auf eine Maximalladung der Batterie bezieht. Die Graphen 1 und 2 in 1 stellen den unteren und oberen Ladungszustand abhängig vom Datum gemäß dem Stand der Technik dar. Wie zu erkennen ist, liegt keinerlei Abhängigkeit vom Datum vor. Die Graphen 3 und 4 in 1 hingegen stellen die Abhängigkeit der Ladungszustände gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung dar. In einem Datumsintervall 5, das Monate mit geringem Kaltstartrisiko abdeckt, sind der obere und untere Ladungszustand gleich dem Stand der Technik. In einem Datumsbereich 8 sind sowohl der obere als auch der untere Ladungszustand um 10% einer Maximalladung der Batterie angehoben. Dieser Datumsbereich 8 deckt die Monate ab, in denen ein Risiko eines Kaltstarts besonders stark erhöht ist. Zwischen den Bereichen 5 und 8 liegen Übergangsbereiche 6 und 7, in denen der untere und obere Ladungszustand kontinuierlich von dem normalen Niveau im Datumsbereich 5 in das erhöhte Niveau des Datumsbereichs 8 übergeht.
In 2 sind der Verlauf des unteren und oberen Ladungszustands gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens in ihrer Abhängigkeit von einer Temperatur dargestellt. Als Temperatur wird hierbei die über den Tag gemittelte durchschnittliche Außentemperatur herangezogen. Alternativ kann erfasst werden, um welche Uhrzeiten das Fahrzeug besonders oft gestartet wird, wobei die Temperatur zu entsprechenden Uhrzeiten bei der Durchschnittsbildung stärker gewichtet wird.
In einem ersten Temperaturbereich 11, in dem ein Kaltstart üblicherweise unproblematisch ist, sind sowohl der untere Ladungszustand 9 als auch der obere Ladungszustand 10 konstant. In einem etwas niedrigeren Temperaturbereich 12 steigen der untere und obere Ladungszustand bei fallender Temperatur an, wobei ein Abstand zwischen unterem und oberem Ladungszustand, d. h. eine Größe des SOC-Fensters, konstant bleibt. In einem noch etwas tieferen Temperaturbereich 13 bleibt der obere Ladungszustand 10 konstant, während der untere Ladungszustand 9 weiter ansteigt. Dies führt zu einer Verringerung der Größe des SOC-Fensters, wodurch sich leichte Einschränkungen in der Unterstützungsdauer beim rein elektrischen Fahren ergeben. Ein weiteres Anheben des unteren Ladungszustands ist jedoch, um einen zuverlässigen Kaltstart zu erreichen, notwendig, und ein weiteres Anheben des oberen Ladungszustands hätte einen zu starken negativen Einfluss auf die Lebensdauer der Batterie. In einem Temperaturbereich 14 sind der untere und obere Ladungszustand auf einem angehobenen Niveau konstant.
Die 3 zeigt beispielhaft die Anzahl der abgeschlossenen Fahrten abhängig von einer Streckenlänge für einen typischen Fahrzeugnutzer. Üblicherweise werden Strecken mit einer bestimmten Länge, beispielsweise Wege zu einem Arbeitsplatz oder nächstgelegenen Einkaufszentrum, besonders häufig gefahren. Anhand der Balken 16, 17 und 18 ist zu erkennen, dass beispielsweise besonders häufig Fahrten zwischen 8 und 10 km, 18 und 20 km und 40 und 45 km vorkommen können.
Da die häufig gefahrenen Streckenlängen für jeden Fahrzeugnutzer unterschiedlich sind, wird gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens nach abgeschlossenen Fahrten jeweils die zurückgelegte Streckenlänge gespeichert. Diese gespeicherten Daten werden dazu verwendet, festzustellen, nach welcher Streckenlänge die Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug abgestellt wird, erhöht ist. Beim Fahren wird nun der untere und obere Ladungszustand nur dann angehoben, wenn eine seit dem letzten Start zurückgelegte Fahrstrecke einer zuvor häufig gefahrenen Streckenlänge entspricht und wenn zugleich aufgrund des Datums und/oder der Temperatur von einem erhöhten Risiko von Kaltstartproblemen ausgegangen werden muss. Hierdurch kann die Zeitdauer, für die das SOC-Fenster insgesamt angehoben wird, reduziert werden, wodurch die Auswirkungen auf die Batterielebensdauer durch das Anheben des oberen Ladungszustands verringert werden bzw. wodurch ein negativer Einfluss auf die Unterstützungsdauer durch den Elektroantrieb aufgrund eines engeren SOC-Fensters nur kurzzeitig besteht. Bevorzugt bleibt der untere und obere Ladungszustand angehoben, wenn die zurückgelegte Fahrstrecke die höchste erkannte häufig zurückgelegte Streckenlänge übersteigt.
Beispielhafte Verläufe 19, 20 des oberen und unteren Ladungszustands gemäß der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in der 4 dargestellt. Wie zu erkennen ist, ist das gesamte SOC-Fenster zwischen den Kilometern 7 und 11, 17 und 21 und ab dem Kilometer 39 angehoben.
In einer vierten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, GPS-Koordinaten von Orten, an denen das Fahrzeug abgestellt wird, zu speichern, um festzustellen, an welchen Orten ein Abstellen des Fahrzeugs besonders wahrscheinlich ist. Dies wird anhand von 5 verdeutlicht. Dort ist ein Ausschnitt 21 einer Karte dargestellt, wobei Bereiche 22, 23 und 24 umkreist sind, in denen das Fahrzeug besonders häufig abgestellt wird. Gemäß der vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein unterer und optional ein oberer Ladungszustand nur dann angehoben, wenn zum einen aufgrund der Temperatur und/oder des Datums von einem erhöhten Kaltstartrisiko auszugehen ist und wenn des Weiteren eine aktuelle Fahrzeugposition ungefähr einem Ort entspricht, an dem das Fahrzeug zuvor häufig abgestellt wurde. Auch hierdurch wird, ähnlich wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, der Vorteil erreicht, dass der untere und obere Ladungszustand nur in relativ kurzen Zeitabschnitten einer Fahrt erhöht wird.
Die zeitweise bzw. permanente Änderung des SOC-Fensters aufgrund der oben beschriebenen Statistiken über Streckenlängen und GPS-Positionen ist nicht notwendig, wenn für die aktuelle Fahrt eine Streckenplanung mit definiertem Ziel im Navigationsgerät des Fahrzeugs programmiert wurde. Dann genügt es, das SOC-Fenster bzw. den unteren zulässigen Ladezustand einige Kilometer vor Erreichen des programmierten Ziels anzuheben. Dies minimiert die Dauer, für die alle Nachteile der SOC-Fenster-Anhebung entstehen.
6 zeigt den zeitlichen Verlauf des aktuellen Ladungszustands bei einer Fahrt gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung. Wie nach dem Stand der Technik üblich, schwankt der aktuelle Ladungszustand 15 während einer Fahrt zwischen einem unteren Ladungszustand 25 und einem oberen Ladungszustand 26. Wird nun das Fahrzeug zu einem Zeitpunkt 27 abgestellt, bei dem der aktuelle Ladungszustand unterhalb eines Referenzladungszustands 28 liegt, wird durch ein Steuergerät ein Weiterlaufen des Verbrennungsmotors zum Aufladen der Batterie veranlasst. Hierdurch steigt der aktuelle Ladungszustand nach dem Abstellen des Fahrzeugs zu einer Zeit 27 an, bis er den Referenzladungszustand 28 erreicht oder bis das Fahrzeug abgeschlossen wird.
Das Abstellen oder das beabsichtigte Abstellen des Fahrzeugs wird von dem Steuergerät durch Detektieren verschiedener Parameter festgestellt. Beispielsweise genannt seien hier die Stellung eines Gangwahlhebels, Aktivierung eines Parkassistenten, ein Zustand eines Gurtschlosses, ein Schaltzustand der Fahrzeugscheinwerfer, die Position einer Scheibe und/oder eine Position der Handbremse (und gegebenenfalls GPS-Koordinaten bzw. Erreichen des programmierten Fahrziels). Da das Fahrzeug zu diesem Zeitpunkt abgestellt ist und somit keinerlei Energie für den Antrieb des Fahrzeugs benötigt wird, kann im Wesentlichen die gesamte Energie des Verbrennungsmotors zum Aufladen der Batterie verwendet werden. Hierdurch wird ein Ladungszustand der Batterie bevorzugt um mehr als 1% oder mehr als 5% einer Maximalladung innerhalb von weniger als zehn Sekunden erhöht. Während des Weiterlaufens des Fahrzeugs wird vorzugsweise ein Signal an eine Anzeigeeinheit im Fahrzeug ausgegeben, über die dem Fahrzeugnutzer eine verbleibende Restdauer des Weiterlaufens und/oder ein Grund des Weiterlaufens mitgeteilt wird.
Um eine Beeinträchtigung des Komforts des Fahrzeugnutzers durch ein Weiterlaufen des Fahrzeugs zu vermeiden, sofern dies nicht notwendig ist, wird auch in diesem Ausführungsbeispiel eine Abhängigkeit vom Datum und/oder von einer Temperatur vorgesehen. Beispielsweise kann der Referenzladungszustand von einem Datum abhängen, wobei er in Monaten mit geringem Risiko eines fehlgeschlagenen Kaltstarts mit dem unteren Ladungszustand zusammenfällt und in Monaten mit erhöhtem Kaltstartrisiko im SOC-Fenster oberhalb des unteren Ladungszustands angeordnet ist.
Eine Ausführungsform eines Steuergeräts, mit dem ein Verfahren wie vorangehend beschrieben durchgeführt werden kann, ist in 7 dargestellt. Das Steuergerät 29 umfasst eine Steuereinheit 30 und eine Speichervorrichtung 31. Die Steuereinheit 30 dient zum Steuern eines unteren und oberen Ladungszustands und/oder zum Steuern des Weiterlaufens des Verbrennungsmotors nach einem Abstellen des Fahrzeugs. Die Speichereinheit 31 dient unter anderem dazu, gefahrene Streckenlängen und/oder angefahrene GPS-Koordinaten (selbstverständlich könnten in gleicher Weise Koordinaten anderer Positionierungssysteme gespeichert und verwendet werden) zu speichern. Außerdem ist die Steuereinheit 30 mit einem Ausgang 34 verbunden, der zur Ausgabe eines Signals an ein Display, beispielsweise zum Anzeigen einer Restdauer des Weiterlaufens des Verbrennungsmotors nach einem Abstellen des Fahrzeugs, dient. Die Steuereinheit 30 weist beispielhaft zwei Eingänge 32 und 33 auf, wobei der erste Eingang 32 mit einem Temperatursensor zur Eingabe einer Temperatur und/oder eines Datums verbunden ist, während der zweite Eingang 33 mit einem oder mehreren Sensoren zum Detektieren eines auf ein Abstellen des Fahrzeugs hindeutenden Parameters verbunden ist.
Die Anzahl der Ein- und Ausgänge ist nicht auf die in 7 dargestellten begrenzt. Vielmehr kann das hier beschriebene Steuergerät Teil der bekannten Motorsteuerung (ECU) sein, in dem das beschriebene Verfahren als Softwareprogramm realisiert ist, wobei die Signale der mit der Motorsteuerung verbundenen Sensoren als Parameter des Verfahrens verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers zur Versorgung eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb mit elektrischer Energie, wobei ein Laden des Energiespeichers durch einen Verbrennungsmotor und/oder beim Bremsen durch kinetische Fahrzeugenergie über einen als Generator verwendeten Elektromotor und ein Entladen des Energiespeichers zum Versorgen des Elektromotors und/oder von Elektronikkomponenten des Fahrzeugs derart erfolgt, dass der Energiespeicher bei einem zwischen einem unteren Ladezustand und einem oberen Ladezustand liegenden aktuellen Ladungszustand betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der untere und/oder aktuelle Ladungszustand des Energiespeichers abhängig von einer gemessenen aktuellen oder gemittelten Temperatur und/oder von einem aktuellen Datum und/oder einer Tageszeit gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Ladungszustand abhängig von der Temperatur und/oder vom aktuellen Datum und/oder der Tageszeit angehoben wird oder dass der obere Ladungszustand zusammen mit dem unteren Ladungszustand angehoben wird, vorzugsweise derart, dass eine Größe eines Abstands zwischen oberem und unterem Ladungszustand zur Bildung eines Ladungszustands-Fensters unverändert bleibt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gefahrene Streckenlängen und/oder angefahrene Zielpositionen gespeichert werden, wobei der untere Ladungszustand oder das Ladungszustands-Fensters abhängig davon angehoben wird, ob die seit dem letzten Start des Fahrzeugs gefahrene Streckenlänge ungefähr einer zuvor häufig gefahrenen Streckenlänge entspricht und/oder ob eine aktuelle Fahrzeugposition ungefähr einer zuvor häufig angefahrenen Zielposition entspricht und/oder ob sich das Fahrzeug einem in einem Navigationsgerät programmierten Fahrziel nähert.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gefahrene Streckenlänge und/oder die angefahrene Zielposition nur für Fahrten gespeichert werden, nach denen das Fahrzeug für eine definierte Minimalzeit steht.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor nach einem Abstellen des Fahrzeugs Weiterbetrieben und/oder gestartet wird, derart dass ein aktueller Ladungszustand nach dem Abstellen erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstellen des Fahrzeugs anhand mindestens eines Parameters festgestellt wird, wobei als Parameter vorzugsweise eine Stellung eines Gangwahlhebels, eine Aktivierung eines Parkassistenten, eine Stellung des Zündschlüssels, ein Zustand eines Gurtschlosses, ein Schaltzustand der Fahrzeugscheinwerfer, eine Position einer Scheibe, eine Übereinstimmung einer aktuellen GPS-Koordinate mit einem programmierten Fahrziel und/oder eine Position der Handbremse verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor nach dem Abstellen des Fahrzeugs nur dann Weiterbetrieben wird, wenn der aktuelle Ladungszustand unterhalb eines Referenzladungszustands liegt, wobei der Referenzladungszustand sich vorzugsweise auf einen für einen Kaltstart des Verbrennungsmotors notwendigen Ladungszustand bezieht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Weiterbetreibens des Verbrennungsmotors nach dem Abstellen ein Grund und/oder eine verbleibende Dauer des Weiterbetreibens über eine Anzeigeeinheit angezeigt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle und/oder untere Ladungszustands der Batterie zusätzlich abhängig von einem Alterungs- oder Funktionszustand der Batterie gesteuert wird.
Steuergerät, ausgebildet und programmiert zum Betreiben eines Energiespeichers zur Versorgung eines Fahrzeugs mit Hybrid- oder Elektroantrieb mit elektrischer Energie, derart, dass ein Laden und Entladen des Energiespeichers über einen Verbrennungsmotor gesteuert wird, um einen aktuellen Ladungszustand zwischen einem unteren und oberen Ladungszustand zu halten, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät eine Steuereinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist einen unteren und/oder aktuellen Ladungszustand abhängig von einer gemessenen Temperatur und/oder einem aktuellen Datum zu erhöhen.
Steuergerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Eingang zur Eingabe einer gemessenen Temperatur und/oder eines aktuellen Datums und/oder ein Sensor zur Temperaturerfassung mit der Steuereinheit verbunden ist.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Speichervorrichtung mit der Steuereinheit verbunden ist, wobei die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, gefahrene Streckenlängen und/oder angefahrene Zielpositionen in der Speichereinheit zu speichern und wobei die Steuereinheit zum Erhöhen des aktuellen und/oder unteren Ladungszustands abhängig davon, ob eine seit dem letzten Start gefahrene Streckenlänge einer häufig gefahrenen Streckenlänge und/oder ob eine aktuelle Fahrzeugposition einer häufig angefahrenen Zielposition oder einer aktuell im Navigationsgerät programmierten Zielposition entspricht, ausgebildet ist.
Steuereinheit nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit zum Weiterlaufen des Verbrennungsmotors nach einem Ab- und Ausstellen des Fahrzeugs durch den Fahrer ausgebildet ist, wobei die Steuereinheit vorzugsweise mindestens einen Eingang zur Eingabe eines ein Ab- und Ausstellen des Fahrzeug anzeigenden Parameters und einen Ausgang zur Ausgabe eines das Weiterlaufen anzeigenden Signals an eine Anzeigeeinheit des Fahrzeugs verbunden ist.