DE102011122205A1

DE102011122205A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Rekuperation bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen

Info

Publication number: DE102011122205A1
Application number: DE102011122205A
Authority: DE
Inventors: Carlos Hegel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2011-12-23
Publication date: 2013-06-27

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Rekuperation überschüssiger Bewegungsenergie eines Elektrofahrzeugs mit mindestens einer Elektromaschine und einem Hochvoltspeicher oder eines Hybridfahrzeugs mit einem Antriebsstrang bestehend aus einer Brennkraftmaschine, einer Elektromaschine, und einem Getriebe, wobei die Elektromaschine mit einem Hochvoltspeicher verbunden ist, werden der Zeitpunkt des Beginns einer Rekuperation überschüssiger Bewegungsenergie und/oder der Verlauf einer Rekuperation überschüssiger Bewegungsenergie durch eine Überwachung des Gaspedals bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rekuperation überschüssiger Bewegungsenergie bei einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.
Reine Elektrofahrzeuge sind solche, deren Antrieb rein elektrisch über mindestens eine Elektromaschine erfolgt, die mit einem Hochvoltspeicher verbunden ist. Elektrofahrzeuge können über mehrere Elektromaschinen verfügen, wenn beispielsweise Radmotoren verwendet werden. Die notwendige elektrische Energie zum Betrieb der mindestens einen Elektromaschine kann dem Hochvoltspeicher entnommen werden, der während des Stillstands des Fahrzeugs geladen werden muss. Die elektrische Energie kann jedoch auch von einer Brennstoffzelle bereitgestellt werden.
Unter Hybridfahrzeuge werden Fahrzeuge verstanden, die eine Kombination zweier Antriebsaggregate aufweisen, wobei derzeit die Kombination einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine üblich ist. Dabei zeichnen sich Parallel-Hybridfahrzeuge durch ihre Einfachheit aus, da sie zum Einsatz kommen, wenn ein bestehendes Fahrzeug ”hybridisiert” werden soll. In dieser für Kraftfahrzeughersteller wichtigen Variante sitzen Brennkraftmaschine, Elektromaschine und Getriebe zum Antrieb des Fahrzeugs auf einer Welle. So ist es möglich, dass das Fahrzeug sowohl elektrisch als auch konventionell angetrieben werden kann, wobei die Summe der Einzelleistungen der Brennkraftmaschine und der Elektromaschine der Gesamtleistung des Hybridantriebs entspricht. Zum Betreiben der Elektromaschine ist eine separate Hochvoltbatterie vorgesehen, die im Wesentlichen von der Brennkraftmaschine geladen wird, wodurch es möglich ist, die Brennkraftmaschine in einem günstigeren Lastpunkt zu betreiben.
Eine weitere Möglichkeit der Batterieladung bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen ist die Rekuperation, bei der beispielsweise die bei einem Bremsvorgang überschüssige Bewegungsenergie des Fahrzeugs, die sonst durch die mechanische Bremse als Wärme verloren gegangen wäre, zumindest teilweise durch die Elektromaschine in elektrische Energie gewandelt und in der Hochvoltbatterie gespeichert wird. Die Energiebilanz des Fahrzeugs verbessert sich auf diese Weise und die Elektromaschine wird als Motorbremse eingesetzt. Diese Art der regenerativen Bremsung wird auch als Nutzbremse bezeichnet.
Sobald also das Fahrzeug während des Schubbetriebes

– die Geschwindigkeit durch Abbremsen mit dem Bremspedal verringert,
– ausrollt, oder
– bergab fährt,

Der Zeitpunkt der Rekuperation wird beim Abbremsen des Fahrzeugs üblicherweise durch einen Pedalwegsensor des Bremspedals bestimmt. Wird mittels des Pedalwegsensors eine leichte Abbremsung erkannt, so schaltet das Steuersystem die Elektromaschine auf Generatorbetrieb um, um eine Ladung des Hochvoltspeichers durchzuführen.
Ein derartiges Bremssystem mit Pedalwegsensor zur Koordinierung der hydraulischen und der elektrischen Bremse, d. h. der Rekuperation, ist beispielsweise aus der EP 1 955 914 A2 bekannt.
Ferner ist aus der WO 2011/036422 A1 eine Bremsvorrichtung bekannt, die eine dissipative Bremse und eine elektrische Bremse aufweist, wobei das System über erste und zweite Aktuatoren zum jeweiligen Betrieb der Bremsen verfügt und mittels eines Sensors der Betrieb des zweiten Aktuators der elektrischen Bremse gesteuert wird.
Bei den bekannten Bremssystemen ist der Zeitpunkt des Beginns der Rekuperation relativ spät gewählt, so dass die überschüssige Bewegungsenergie zur Energierückgewinnung nicht optimal genutzt wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Rekuperation überschüssiger Bewegungsenergie zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sich Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Rekuperation überschüssiger Bewegungsenergie eines Elektrofahrzeugs mit mindestens einer Elektromaschine und einem Hochvoltspeicher (z. B. Batterie oder Kondensator oder Einrichtung zur Speicherung elektrischer Energie) oder eines Hybridfahrzeugs mit einem Antriebsstrang bestehend aus einer Brennkraftmaschine, einer Elektromaschine, und einem Getriebe, wobei die Elektromaschine mit einem Hochvoltspeicher verbunden ist, werden der Zeitpunkt des Beginns einer Rekuperation überschüssiger Bewegungsenergie und/oder der Verlauf einer Rekuperation überschüssiger Bewegungsenergie durch eine überwachung des Gaspedals bestimmt. Mit anderen Worten, die Rekuperation bzw. deren Beginn und/oder Verlauf wird nicht mehr auf die Betätigung des Bremspedals abgestimmt, sondern dies wird durch die Überwachung des Gaspedals ersetzt. Dadurch kann zumindest der Beginn einer Rekuperation auf einen früheren Zeitpunkt vorverlegt werden, was eine Erhöhung der in die Hochvoltbatterie eingebrachte Rekuperationsleistung um 2% bis 3% bewirkt.
Vorzugsweise wird eine Rekuperation eingeleitet, wenn das Gaspedal in die Ruhestellung zurückkehrt. Durch die Rückführung des Gaspedals in die Ruhestellung bewirkt der Fahrer eine Verlangsamung des Fahrzeugs, was durch er eine Erhöhung des Schleppmoments bewirkt wird. Dieses gewünschte Schleppmoment kann anstatt von der Brennkraftmaschine von der Elektromaschine erzeugt werden, indem diese als Generator wirkt und die überschüssige Bewegungsenergie in den Hochvoltspeicher einbringt. Durch den früheren Zeitpunkt der Umschaltung der Elektromaschine auf Generatorbetrieb erhöht sich die eingebrachte Energie. Es ist auch möglich, dass mit der Rückkehr des Gaspedals in die Ruhestellung ein Zeitfenster geöffnet wird und die Rekuperation erst dann eingeleitet wird, wenn das Zeitfenster abgelaufen ist. Dieses Zeitfenster beträgt vorzugsweise 1 Sekunde, insbesondere 0,5 Sekunden.
Es wird jedoch auf jeden Fall eine Rekuperation eingeleitet, wenn der Fahrer seinen Fuß vom Gaspedal nimmt, um beispielsweise zum Bremsen den Fuß auf das Bremspedal zu setzen. Durch den Beginn der Rekuperation mit dem Abheben des Fahrerfußes vom Gaspedal wird die Rekuperation früher eingeleitet und es wird mehr überschüssige Bewegungsenergie in den Hochvoltspeicher eingebracht.
Weiter bevorzugt wird eine Rekuperation eingeleitet, wenn die Geschwindigkeit der Gaspedalbewegung in Richtung der Ruhestellung größer ist als ein vorbestimmter Schwellwert. Wird daher das Gaspedal schneller als der vorgegebene Schwellwert in Richtung der Ruhestellung zurückgenommen, so kann angenommen werden, dass der Fahrer ein Schleppmoment zur Herabsetzung der Geschwindigkeit wünscht, ohne dass eine explizite Bremsung bereits notwendig wäre. Auch in diesem Fall kann das Schleppmoment von der Elektromaschine erzeugt werden und es erfolgt ein Aufladen der Hochvoltbatterie.
Vorzugsweise wird als Funktion der Geschwindigkeit der Gaspedalrücknahme der Anteil der Rekuperation bestimmt. Dies bedeutet, dass oberhalb der bereits erwähnten Schwelle der Anteil der Rekuperation, d. h. das von der Elektromaschine aufgebrachte Schleppmoment, als Funktion der Geschwindigkeit der Rücknahme des Gaspedals bestimmt wird. Mit anderen Worten, je schneller die Rücknahme des Gaspedals durch den Fahrer erfolgt, umso größer ist der Wunsch nach der ”Motorbremse”, d. h. dem gewünschten Schleppmoment. Erfolgt dann noch eine Betätigung der Bremse durch den Fahrer, so kann das durch die Elektromaschine bereitgestellte Schleppmoment weiter erhöht werden, wodurch die Rekuperation weiter erhöht wird.
Weiter bevorzugt kann der Anteil der Rekuperation als Funktion der Geschwindigkeit der Gaspedalrücknahme aus einer Kennlinie entnommen werden, d. h. das durch die Elektromaschine bereitgestellte Schleppmoment wird als Funktion der Gaspedalrücknahmegeschwindigkeit in einer Kennlinie abgelegt. Dabei können je nach Anforderung oder Anwendung unterschiedliche Kennlinien abgelegt sein.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des im Vorangegangenen beschriebenen Verfahrens zur Rekuperation überschüssiger Bewegungsenergie eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs mit einer Rekuperationseinrichtung zum Umschalten der Elektromaschine in den Generatorbetrieb, weist das Gaspedal des Elektro- oder Hybridfahrzeugs eine Sensorik zur Erkennung der Bewegungsgeschwindigkeit des Gaspedals und/oder der Ruhestellung des Gaspedals und/oder der Fußauflage auf dem Gaspedal auf.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Speichereinrichtung zur Speicherung von Kennlinien und/oder eines Schwellwertes auf, wobei die Kennlinien den Anteil der Rekuperation als Funktion der Geschwindigkeit der Gaspedalrücknahme und der Schwellwert die Geschwindigkeit der Gaspedalrücknahme wiedergibt, ab dem eine Rekuperation durchgeführt wird.
Weiter bevorzugt ist die Sensorik des Gaspedals durch eine Belegungserkennung oder einen Bewegungsdetektor realisiert. Dabei kann die Belegungserkennung ein Mikroschalter sein, anhand dem eine Belegungserkennung des Gaspedals durch den Fahrerfuß möglich ist. Eine Detektion der Bewegungsgeschwindigkeit des Gaspedals kann ebenso über einen geeigneten Aktuator erfolgen, der beispielsweise die Auslenkung des Gaspedals mit geeigneter zeitlicher Taktung misst.
Durch die schnellere Einleitung der Rekuperation wird mehr überschüssige Bewegungsenergie in Strom umgewandelt und der Hochvoltbatterie zugeführt, wodurch sich die Reichweite erhöht und ein angenehmeres Fahrgefühl erzielt wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt
1 ein Beispiel eines Gaspedals mit einem Belegungssensor in schematischer Darstellung.
1 zeigt ein schematisch dargestelltes Gaspedal 1, das niedergedrückt und zurückgenommen werden kann, was durch den Richtungspfeil 2 symbolisiert wird. Das Gaspedal 1 wird von dem Fuß 3 eines Fahrers bedient. Auf oder in der Fläche des Gaspedals 1 ist ein Betätigungssensor 4 angeordnet, der beispielsweise als Mikroschalter ausgebildet ist. Zieht in dieser Ausbildung der Fahrer den Fuß 3 vom Gaspedal 1 weg, beispielsweise um die Bremse (nicht dargestellt) zu bedienen, so erzeugt der Betätigungssensor ein Signal, nämlich dass der Fuß 3 keinen Druck auf das Gaspedal 1 ausübt, also vom Gaspedal 1 abgehoben ist. Dieses Signal kann zur Einleitung der Rekuperation verwendet werden, so dass die Umschaltung der Elektromaschine (nicht dargestellt) auf Generatorbetrieb zu einem früheren Zeitpunkt erfolgen kann.
Des Weiteren kann ein weiterer Sensor am Gaspedal 1 angeordnet sein, der das Überstreichen des Winkels 5 in zeitlicher Auflösung misst. Dabei ist der Gaspedalstellungswinkel 5 der Winkel zwischen dem Gaspedal 1 und dem Fahrzeugboden 6. Aus der zeitlichen Abhängigkeit der Bewegung des Gaspedals lässt sich dessen Betätigungsgeschwindigkeit bestimmen. Liegt die Betätigungsgeschwindigkeit in Richtung der Ruhestellung des Gaspedals oberhalb einer Schelle, kann eine Rekuperation eingeleitet werden, da der Fahrer offensichtlich ein Schleppmoment zur Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit wünscht.
Beide Messverfahren können auch mit einer ODER-Verknüpfung gemeinsam betrieben werden, um eine Rekuperation zu optimieren. Liegt beispielsweise die Geschwindigkeit der Rücknahme des Gaspedals unterhalb der Schwelle, so erfolgt die Rekuperation erst mit dem Abheben des Fußes 3 vom Gaspedal 1. Ferner ist es möglich den Beginn der Rekuperation mit der Ruhestellung des Gaspedals zu verknüpfen.
Bezugszeichenliste

1: Gaspedal
2: Bewegungsrichtung des Gaspedals
3: Fahrerfuß
4: Belegungssensor Gaspedalstellungswinkel
6: Fahrzeugboden

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1955914 A2 [0007]
WO 2011/036422 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur Rekuperation überschüssiger Bewegungsenergie eines Elektrofahrzeugs mit mindestens einer Elektromaschine und einem Hochvoltspeicher oder eines Hybridfahrzeugs mit einem Antriebsstrang bestehend aus einer Brennkraftmaschine, einer Elektromaschine, und einem Getriebe, wobei die Elektromaschine mit einem Hochvoltspeicher verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des Beginns und/oder der Verlauf einer Rekuperation überschüssiger Bewegungsenergie durch eine Überwachung des Gaspedals (1) bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rekuperation eingeleitet wird, wenn das Gaspedal (1) in die Ruhestellung zurückkehrt oder der Fahrer den Fuß (3) vom Gaspedal (1) nimmt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Rückkehr des Gaspedals in die Ruhestellung ein Zeitfenster geöffnet wird und die Rekuperation mit dem Ablauf des Zeitfensters eingeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rekuperation eingeleitet wird, wenn die Geschwindigkeit der Gaspedalbewegung in Richtung der Ruhestellung größer als ein vorbestimmter Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Funktion der Geschwindigkeit der Gaspedalrücknahme der Anteil der Rekuperation bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Rekuperation als Funktion der Geschwindigkeit der Gaspedalrücknahme aus einer Kennlinie entnommen wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Rekuperation überschüssiger Bewegungsenergie eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einer Rekuperationseinrichtung zum Umschalten der Elektromaschine in den Generatorbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dass das Gaspedal (1) eine Sensorik (4) zur Erkennung der Bewegungsgeschwindigkeit des Gaspedals und/oder der Ruhestellung des Gaspedals und/oder der Fußauflage auf dem Gaspedal aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Speichereinrichtung zur Speicherung von Kennlinien und/oder eines Schwellwertes aufweist, wobei die Kennlinien den Anteil der Rekuperation als Funktion der Geschwindigkeit der Gaspedalrücknahme und der Schwellwert die Geschwindigkeit der Gaspedalrücknahme wiedergibt, ab dem eine Rekuperation durchgeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik (4) durch eine Belegungserkennung oder einen Bewegungsdetektor realisiert ist.