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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs für ein Fahrzeug. Der Hybridantrieb weist dabei mindestens eine Brennkraftmaschine und mindestens eine elektrische Maschine auf, wobei die elektrische Maschine an einen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher elektrisch angeschlossen ist. Bei diesem Verfahren sind mehrere verschiedene Betriebsmodi des Hybridantriebs vorgesehen, wobei einer der Betriebsmodi ein Lademodus ist, bei dem der elektrische Energiespeicher mittels der von der Brennkraftmaschine angetrieben und als Generator arbeitenden elektrischen Maschine während der Fahrt aufgeladen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes Antriebssystem zur Bildung eines Hybridantriebs.
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Ein derartiges Betriebsverfahren ist bekannt. Die
DE 10 2011 051 439 A1 zeigt einen Antrieb (ein Antriebssystem) für ein Plug-In-Hybrid-Kraftfahrzeug. Für diesen Antrieb sind mehrere Betriebsmodi vorgesehen. Unter anderem ein erster Modus, „Depleting Modus“, bei dem das Fahrzeug elektrisch angetrieben wird, ein zweiter Modus, „Sustaining Modus“, bei dem das Fahrzeug elektrisch und verbrennungsmotorisch angetrieben wird, und ein dritten Modus, der „Increasing Modus“ genannt wird. Bei diesem „Increasing Modus“ genannten Lademodus (Charge Mode) ist eine Lastanhebung der Brennkraftmaschine vorgesehen, sodass der elektrische Energiespeicher mittels der von der Brennkraftmaschine angetrieben und als Generator arbeitenden elektrischen Maschine während der Fahrt aufgeladen wird. Für alle Betriebsmodi ist ein einheitlicher Kapazitätsbereich des elektrischen Energiespeichers zur Nutzung im Antrieb vorgesehen. Bei dem Verfahren wird manuell zwischen den einzelnen Betriebsmodi hin- und hergeschaltet.
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Es ist Aufgabe der Erfindung ein betriebssicheres Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug-Hybridantriebs und ein entsprechendes betriebssicheres Hybridantriebssystem anzugeben.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass bei dem Lade-Modus (Charge-Modus) ein steigender Soll-Verlauf des Ladezustands des Energiespeichers vorgegeben wird, der in Abhängigkeit einer mit dem bisherigen Ist-Verlauf des Ladezustands verknüpften Größe modifiziert wird und von einem Soll-Fenster des Ladezustands umgeben ist. Dabei wird der Lademodus in zumindest einem Bereich außerhalb eines von dem Soll-Fenster begrenzten Arbeitsbereichs des Lade-Modus gar nicht oder nur mit Einschränkungen betrieben. Insbesondere wird der Lademodus unterhalb des von dem Soll-Fenster begrenzten Arbeitsbereichs des Lade-Modus gar nicht oder nur mit Einschränkungen betrieben. Das Soll-Fenster hat in einer vorteilhaften Ausgestaltung eine konstante Höhe bzw. Breite. Prinzipiell ist es natürlich denkbar, dass der Soll-Verlauf mittig zwischen einer Obergrenze und einer Untergrenze des Soll-Fensters verläuft. Bevorzugt ist der Soll-Verlauf jedoch näher an der Ober- als an der Untergrenze des Soll-Fensters.
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Das Fahrzeug ist insbesondere ein Kraftfahrzeug. Das den Hybrid-Antrieb bildende Antriebssystem kann als paralleler Hybridantrieb oder als serieller Hybridantrieb ausgebildet sein. Der Hybrid-Antrieb ist mit Vorteil ein Plug-In-Hybridantrieb, dessen elektrischer Energiespeicher auch an einer entsprechenden Ladestation elektrisch aufladbar ist. Der elektrische Energiespeicher ist bevorzugt eine wiederaufladbare Batterie, also ein Akkumulator. Derartige Batterien werden beispielsweise als Hochvoltbatterien in Hybrid-Fahrzeugen verwendet.
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Durch die oben genannte Definition eines Arbeitsbereiches des Lademodus können sinnvolle Fahr-Strategien inklusive Umschaltstrategien für das (insbesondere automatisierte) Umschalten zwischen den einzelnen Betriebsmodi oder das Zu- und Abschalten von zusätzlichen Betriebsvarianten entwickelt werden.
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Mit Vorteil ist in zumindest einigen der Betriebsmodi ein Start-Stopp-Betrieb des Hybridantriebs als Betriebsvariante vorgesehen, bei dem die Brennkraftmaschine bei Stillstand des Fahrzeugs automatisch abgeschaltet und zum Wiederanfahren automatisch wieder gestartet wird.
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Auch bei dem Lademodus kann ein solcher Start-Stopp-Betrieb in gewissen Grenzen sinnvoll sein, sofern ein solcher Betrieb dem Ziel des Aufladens des elektrischen Energiespeichers nicht entgegenwirkt. Hinkt nun der Ist-Verlauf des Ladezustands dem Soll-Verlauf hinterher, beispielsweise weil die elektrische Energie der als Generator wirkenden elektrischen Maschine anderweitig verbraucht wird, so wird die Steigung des Soll-Verlaufs zumindest temporär verringert. Durch diese Maßnahme wird auch die Steigung der Ober- und Untergrenze des Fensters verringert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Lademodus nur innerhalb und oberhalb des von dem Soll-Fenster begrenzten Ladezustandsbereichs in einem Start-Stopp-Betrieb betreibbar. Durch die Modifikation des Soll-Verlaufs des Ladezustands, im Beispiel also das Abflachen dieses steigenden Verlaufs, wird ein Verbot des Start-Stopp-Betriebs der Brennkraftmaschine weitgehend unterbunden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Soll-Verlauf des Ladezustands in Abhängigkeit einer den bisherigen Ist-Verlauf des Ladezustands beschreibenden Größe modifiziert. Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Soll-Verlauf des Ladezustands in Abhängigkeit einer den bisherigen Ist-Verlauf des Ladezustands bestimmenden Größe modifiziert wird. Diese Größe ist beispielsweise eine Gesamt-Bordnetzlast eines Fahrzeug-Bordnetzes, in das der elektrische Energiespeicher eingebunden ist.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Soll-Verlauf des Ladezustands in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs modifiziert.
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Mit Vorteil wird das Fahrzeug bei einem weiteren der Betriebsmodi des Hybridantriebs rein elektrisch angetrieben. Dies ist beispielsweise der eingangs erwähnte „Depleting Modus“, der für Fahrten durch „Zero-Emission-Zonen“ genutzt wird.
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Bei einem anderen der Betriebsmodi des Hybridantriebs wird das Fahrzeug mit Vorteil elektrisch und verbrennungsmotorisch angetrieben. Dies ist beispielsweise der eingangs erwähnte „Sustaining Modus“.
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Bei dem erfindungsgemäßen Hybridantriebssystem ist vorgesehen, dass es mindestens eine Brennkraftmaschine und mindestens eine elektrische Maschine aufweist, wobei die elektrische Maschine an einen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher des Hybridantriebssystem elektrisch angeschlossen ist und das Hybridantriebssystem weiterhin eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung zu seinem Betrieb in mehreren verschiedenen Betriebsmodi aufweist. Es ist vorgesehen, dass das Hybridantriebssystem zum Betrieb als Hybridantrieb gemäß dem vorstehend genannten Verfahren eingerichtet ist. Einer der Betriebsmodi ist ein Lademodus, bei dem der elektrische Energiespeicher mittels der von der Brennkraftmaschine angetrieben und als Generator arbeitenden elektrischen Maschine während der Fahrt aufgeladen wird. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung ist dazu eingerichtet, bei diesem Lade-Modus einen steigenden Soll-Verlauf des Ladezustands des Energiespeichers vorzugeben. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung ist weiterhin dazu eingerichtet, diesen Soll-Verlauf in Abhängigkeit einer mit dem bisherigen Ist-Verlauf des Ladezustands verknüpften Größe zu modifizieren. Der Sollverlauf ist von einem Soll-Fenster des Ladezustands umgeben, wobei der Lademodus in zumindest einem Bereich außerhalb eines von dem Soll-Fenster begrenzten Arbeitsbereichs des Lade-Modus gar nicht oder nur mit Einschränkungen betrieben wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
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Hierbei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Hybridantrieb gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
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2 einen beispielhaften Verlauf des Ladezustandes des elektrischen Energiespeichers des Hybridantriebs in Abhängigkeit eines Fahrzyklus.
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1 zeigt beispielhaft ein Plug-in-Hybrid-Fahrzeug 10 mit einem einen Hybridantrieb bildenden Antriebssystems 12. Das Antriebssystem 12 ist im vorliegenden Fall als paralleler Hybridantrieb ausgebildet. Es weist eine Brennkraftmaschine (einen Verbrennungsmotor) 14 und eine elektrische Maschine (einen Elektromotor) 16 als Antriebsmaschinen 14, 16 auf. Neben diesen Antriebsmaschinen 14, 16 weist das Antriebssystem 12 weiterhin einen im vorliegenden Fall als Hochvoltbatterie ausgeführten elektrischen Energiespeicher 18, eine als Generator ausgebildete weitere elektrische Maschine 20 sowie eine Kupplung 22 und ein Getriebe 24 auf. Die Brennkraftmaschine 14 und die elektrische Maschine 16 sind beide mechanisch mit einer Antriebsachse 26 über das Getriebe 24 verbunden. Die elektrische Maschine 16 und die Brennkraftmaschine 14 können sowohl einzeln als auch gleichzeitig zum Antrieb des Fahrzeuges 10 genutzt werden.
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Über die Kupplung 22 kann eine Entkopplung von elektrischer Antriebsmaschine 16 und Brennkraftmaschine 14 stattfinden, sodass in einem ersten Betriebsmodus des Antriebs, dem „Depleting-Modus“, lediglich die elektrische Maschine 16 auf die Antriebsachse 26 einwirkt. In einem zweiten Betriebsmodus, dem „Sustaining Modus“ wird der elektrische Energiespeicher 18 lediglich als Zwischenspeicher genutzt, so dass der Ladezustand SoC im Mittel auf einem konstanten Wert gehalten wird.
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Eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 28 ist vorgesehen, um in Abhängigkeit von bestimmten Parametern, wie zum Beispiel Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 18, erforderliches Drehmoment, etc. einen Betriebsmodus des Antriebssystems 12 auszuwählen. Der elektrische Energiespeicher 18 kann auf bekannte Weise über einen Stecker 30 an eine elektrische Ladestation angeschlossen werden. Das Fahrzeug 10 ist daher ein Plug-in-Hybrid-Fahrzeug.
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Ein weiterer Betriebsmodus ist ein Lademodus (Charge-Modus), bei dem der elektrische Energiespeicher 18 mittels der von der Brennkraftmaschine 14 angetrieben und als Generator arbeitenden elektrischen Maschine 20 während der Fahrt des Fahrzeugs 10 aufgeladen wird.
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Die 2 zeigt den Soll-Verlauf 32 des Ladezustandes und den Ist-Verlauf 34 des Ladezustandes des elektrischen Energiespeichers 18 bei dem Lademodus (Charge-Modus) über der Zeit t. Zum Zeitpunkt t = 0 startet der Lademodus und die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 28 gibt den steigenden Soll-Verlauf 32 des Ladezustands des Energiespeichers 18 vor. Dieser Soll-Verlauf 32 des Ladezustands ist von einem Soll-Fenster 36 des Ladezustands umgeben. Dieses Fenster 36 erstreckt sich vertikal von einer Obergrenze 38 bis zu einer Untergrenze 40 des Fensters.
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Aufgrund einer hohen Bordnetzbelastung und einer relativ geringen Durchschnittsgeschwindigkeit des Fahrzeugs 10 aufgrund von Stop-and-go-Verkehr steigt der Ist-Verlauf 34 des Ladezustands weit weniger stark an, als es der Soll-Verlauf 32 vorgibt. Als Extremfall einer solchen Fahr-Situation sei eine Stadtfahrt in Las Vegas angenommen. Selbst wenn der steigende Soll-Verlauf 32 des Ladezustands des Energiespeichers 18 im Verlaufe der Zeit nicht modifiziert würde, sondern konstant bliebe, so bliebe der Ist-Verlauf 34 des Ladezustandes innerhalb eines ersten Bereichs I innerhalb des Soll-Fensters 36. In einem sich anschließenden zweiten Bereich II würde der Ist-Verlauf jedoch unter die Untergrenze 40‘ des gestrichelt eingezeichneten Fensters um den ebenfalls gestrichelt eingezeichneten konstanten Soll-Verlauf 32‘ fallen (gestrichelt gezeigter Ist-Verlauf 34‘). Neben der Untergrenze 40‘ ist auch die Obergrenze 38‘ des Fensters um den konstanten Soll-Verlauf 32‘ eingezeichnet. Würde der Soll-Verlauf 32 also nicht modifiziert und bliebe konstant, so würde der Soll-Verlauf 32‘ unter die Untergrenze 40‘ des Fensters rutschen und der Lademodus dürfte nur noch mit der Einschränkung „ohne Start-Stopp-Betrieb der Brennkraftmaschine“ betrieben werden.
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Tatsächlich wird der Sollverlauf 32 jedoch in Abhängigkeit einer mit dem bisherigen Ist-Verlauf 34 des Ladezustands verknüpften Größe ΔS modifiziert. Diese Größe ΔS ist der Abstand des Ist-Verlaufs 34 von der Untergrenze 40 des Fensters 36. Zu den Zeitpunkten t1, t2, t3, t4 kommt es daher zu Modifikationen des Sollverlaufs 32, die jeweils durch einen merklichen Knick im Soll-Verlauf 32 gekennzeichnet sind. Zu den Zeitpunkten t1 und t2 wird der Soll-Verlauf 32 abgeflacht und zu den Zeitpunkten t3 und t4 wird der Soll-Verlauf 32 wieder steiler gestellt.
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Obwohl der Ist-Verlauf 34 des Ladezustands des Energiespeichers 18 in einem Bereich zeitlich lokal sinkt, bleibt der Ist-Verlauf 34 in einem (wenn auch nicht streng monoton) steigenden Verlauf des Soll-Fensters 36. Die Brennkraftmaschine 14 darf also im Lade-Modus in beiden gezeigten Bereichen I, II in einem Start-Stop-Betrieb betrieben werden.
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Alternativ zu der Modifikation des Soll-Verlaufs 32 des Ladezustands in Abhängigkeit einer den bisherigen Ist-Verlauf 34 des Ladezustands beschreibenden Größe kann der Soll-Verlauf 32 des Ladezustands auch in Abhängigkeit einer den bisherigen Ist-Verlauf 34 des Ladezustands bestimmenden Größe modifiziert werden. Dabei ist auch eine Modifikation des Soll-Verlaufs 32 des Ladezustands in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 möglich.
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Es ergeben sich folgende Vorteile:
Ein Stopp der Brennkraftmaschine 14 bei Stillstand des Fahrzeugs 10 wird in fast allen Fällen ermöglicht, wobei der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers im Rahmen der Fensterbreite gehalten wird.
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Es kommt zu einer Erhöhung der „Stoppverfügbarkeit“ der Brennkraftmaschine 14 auch in Extremsituationen.
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Es ergibt sich kein Einfluss auf die Typisierung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011051439 A1 [0002]
