DE102014223456A1 - Warmlaufoptimierte Betriebsstrategie bei einem Fahrzeug mit seriellem Hybridantrieb - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ermittlung eines aktuellen Betriebspunktes für den Betrieb einer Stromerzeugungseinheit eines seriellen Hybridfahrzeugs beschrieben. Dabei hängt ein Wirkungsgrad der Stromerzeugungseinheit von einer Temperatur der Stromerzeugungseinheit ab. Das Verfahren umfasst das Ermitteln eines möglichen Betriebspunktes für die Stromerzeugungseinheit. Außerdem umfasst das Verfahren das Bestimmen eines Temperatur-Gradienten des möglichen Betriebspunktes, wobei der Temperatur-Gradient ein Ausmaß eines Anstiegs der Temperatur der Stromerzeugungseinheit bei Betrieb der Stromerzeugungseinheit in dem möglichen Betriebspunkt anzeigt. Desweiteren umfasst das Verfahren das Ermitteln des aktuellen Betriebspunktes auf Basis des möglichen Betriebspunktes und auf Basis des Temperatur-Gradienten.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs eines Fahrzeugs mit seriellem Hybridantrieb.
  • Ein Fahrzeug mit einem seriellen Hybridantrieb umfasst eine erste Elektromaschine, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, um elektrische Energie zu generieren. Die elektrische Energie wird in einem Energiespeicher (insbesondere in einer Batterie) gespeichert und/oder direkt an eine zweite Elektromaschine geleitet, welche das Fahrzeug antreibt.
  • Der Verbrennungsmotor in einem seriellen Hybridfahrzeug hat typischerweise keine mechanische Verbindung zu den Antriebsrädern. Stattdessen treibt der Verbrennungsmotor die erste Elektromaschine an, die als Generator betrieben wird. Die erzeugte elektrische Energie wird dann an die zweite Elektromaschine weitergeleitet bzw. über einen Wandler dem Energiespeicher zugeführt. Die zweite Elektromaschine ist mit den Antriebsrädern verbunden und stellt damit den eigentlichen Fahrzeugantrieb dar.
  • Der Verbrennungsmotor und die erste Elektromaschine (auch als Range Extender bezeichnet) werden derzeit meist derart betrieben, dass der aktuelle Betriebspunkt im optimalen (oder nahe dem optimalen) Verbrauchspunkt des Verbrennungsmotors liegt. An diesem Betriebspunkt wird der Verbrennungsmotor dann nahezu stationär betrieben, um möglichst Energie-effizient elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers und/oder zum Betrieb der zweiten Elektromaschine bereitzustellen.
  • Der Betrieb in einem Betriebspunkt, der ausschließlich auf die Maximierung einer punktuellen Energieeffizienz ausgerichtet ist, führt nicht zwangsläufig zu einer Minimierung des kumulierten Energieverbrauchs.
  • Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung bereitzustellen, durch die die kumulierte Energieeffizienz eines Range Extenders eines seriellen Hybridfahrzeugs erhöht (ggf. maximiert) wird.
  • Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u. a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung eines aktuellen Betriebspunktes für den Betrieb einer Stromerzeugungseinheit eines seriellen Hybridfahrzeugs beschrieben. Die Stromerzeugungseinheit wird in diesem Dokument auch als Range Extender bezeichnet. Die Stromerzeugungseinheit kann insbesondere eine erste Elektromaschine zur Erzeugung von elektrischer Energie umfassen. Desweiteren kann die Stromerzeugungseinheit einen Verbrennungsmotor zum Antrieb der ersten Elektromaschine umfassen. Ein Betriebspunkt der Stromerzeugungseinheit kann durch ein Drehmoment und eine Drehzahl des Verbrennungsmotors beschrieben werden. Alternativ oder ergänzend kann die Stromerzeugungseinheit eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischer Energie umfassen, welche z. B. mit Wasserstoff betrieben wird. Auch für eine Brennstoffzelle können unterschiedliche Betriebspunkte mit unterschiedlichen Wirkungsgraden ermittelt werden.
  • Ein Wirkungsgrad der Stromerzeugungseinheit hängt typischerweise von einer Temperatur (z. B. von einer Öltemperatur, einer Kühlmitteltemperatur oder einer Bauteiletemperatur) der Stromerzeugungseinheit ab. Dabei kann der Wirkungsgrad von einer Vielzahl von unterschiedlichen Temperaturen von ein oder mehreren Bauteilen der Stromerzeugungseinheit und/oder von ein oder mehreren Medien (Öl, Kühlmittel, etc.), die in der Stromerzeugungseinheit verwendet werden, abhängen. Insbesondere steigt der Wirkungsgrad der Stromerzeugungseinheit typischerweise bis zu einer Ziel-Temperatur (bzw. Betriebstemperatur) an. Der Wirkungsgrad der Stromerzeugungseinheit in einem bestimmten Betriebspunkt kann dabei eine Menge an elektrischer Energie anzeigen, die mit einer vorbestimmten Menge an Kraftstoff (z. B. Diesel, Benzin oder Wasserstoff) erzeugt werden kann.
  • Das Verfahren umfasst das Ermitteln eines möglichen Betriebspunktes für die Stromerzeugungseinheit. Typischerweise kann die Stromerzeugungseinheit in einer Vielzahl von unterschiedlichen Betriebspunkten betrieben werden. Eine erste Kennfunktion der Stromerzeugungseinheit kann die Wirkungsgrade der Vielzahl von unterschiedlichen Betriebspunkten anzeigen. Eine zweite Kennfunktion der Stromerzeugungseinheit kann die Temperatur-Gradienten der Vielzahl von unterschiedlichen Betriebspunkten anzeigen. Ggf. kann die zweite Kennfunktion eine Vielzahl von Temperatur-Gradienten für eine entsprechende Vielzahl von unterschiedlichen Temperaturen von Bauteilen und/oder Medien der Stromerzeugungseinheit anzeigen. Es sei darauf hingewiesen, dass die in diesem Dokument beschriebene Verwendung von einer Temperatur und einem Temperatur-Gradienten der Stromerzeugungseinheit in analoger Weise für eine Vielzahl von Temperaturen und einer Vielzahl von Temperatur-Gradienten der Stromerzeugungseinheit erfolgen kann. Beispielsweise kann ein Mittelwert der Temperaturen und der Temperatur-Gradienten verwendet werden.
  • Die erste Kennfunktion und/oder die zweite Kennfunktion können von Zustandsdaten des Fahrzeugs und/oder von Zustandsdaten der Stromerzeugungseinheit abhängen (wie z. B. eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder eine aktuelle Temperatur der Stromerzeugungseinheit, etc.). Der mögliche Betriebspunkt aus der Vielzahl von unterschiedlichen Betriebspunkten kann auf Basis der ersten Kennfunktion und/oder auf Basis der zweiten Kennfunktion ermittelt werden.
  • Das Verfahren umfasst weiter das Bestimmen eines Temperatur-Gradienten des möglichen Betriebspunktes, wobei der Temperatur-Gradient ein Ausmaß einer Veränderung (insbesondere ein Ausmaß eines Anstiegs) der Temperatur der Stromerzeugungseinheit bei Betrieb der Stromerzeugungseinheit in dem möglichen Betriebspunkt anzeigt. Der Temperatur-Gradient kann z. B. auf Basis der zweiten Kennfunktion ermittelt werden.
  • Außerdem umfasst das Verfahren das Ermitteln des aktuellen Betriebspunktes (für den Betrieb der Stromerzeugungseinheit an einem aktuellen Zeitpunkt) auf Basis des möglichen Betriebspunktes und auf Basis des Temperatur-Gradienten. Durch die Berücksichtigung des Temperatur-Gradienten bei der Ermittlung eines aktuellen Betriebspunktes kann, insbesondere bei der Warmlaufphase der Stromerzeugungseinheit, ein aktueller Betriebspunkt gewählt werden, durch den die Ziel-Temperatur für den Betrieb der Stromerzeugung (und der damit verbundene absolut verbrauchsoptimale Betriebspunkt) schneller erreicht wird. Dadurch werden der Zeitraum der Warmlaufphase und der damit verbundene Betrieb der Stromerzeugungseinheit in suboptimalen Betriebspunkten verkürzt, was zu einer Erhöhung des kumulierten Wirkungsgrads der Stromerzeugungseinheit über der Zeit führt.
  • Der aktuelle Betriebspunkt kann somit insbesondere derart ermittelt werden, dass ein Zeitraum bis zu Erreichen der Ziel-Temperatur der Stromerzeugungseinheit verkürzt wird, im Vergleich zu einem Referenz-Zeitraum, der benötigt wird, wenn die Stromerzeugungseinheit (z. B. während der gesamten Warmlaufphase) in einem punktuell verbrauchsoptimierten Betriebspunkt betrieben wird.
  • Das Ermitteln eines möglichen Betriebspunktes kann umfassen, das Ermitteln eines ersten möglichen Betriebspunktes für die Stromerzeugungseinheit, wobei der erste mögliche Betriebspunkt zu dem aktuellen Zeitpunkt im Vergleich zu einem anderen möglichen Betriebspunkt einen höheren Wirkungsgrad der Stromerzeugungseinheit bewirkt. Insbesondere kann ein zu dem aktuellen Zeitpunkt verbrauchsoptimaler Betriebspunkt als der erste mögliche Betriebspunkt ermittelt werden. Der erste mögliche Betriebspunkt kann auf Basis der ersten Kennfunktion ermittelt werden.
  • Desweiteren kann das Ermitteln eines möglichen Betriebspunktes umfassen, das Ermitteln eines zweiten möglichen Betriebspunktes für die Stromerzeugungseinheit, wobei der zweite mögliche Betriebspunkt zu dem aktuellen Zeitpunkt im Vergleich zu einem anderen möglichen Betriebspunkt einen höheren Temperatur-Gradienten bewirkt. Insbesondere kann als der zweite mögliche Betriebspunkt ein Betriebspunkt ermittelt werden, der zu dem aktuellen Zeitpunkt einen optimalen (insbesondere einen maximalen) Temperatur-Gradienten aufweist. Der zweite mögliche Betriebspunkt kann auf Basis der zweiten Kennfunktion ermittelt werden.
  • Der aktuelle Betriebspunkt kann dann auf Basis des ersten möglichen Betriebspunktes und auf Basis des zweiten möglichen Betriebspunktes ermittelt werden. Insbesondere kann entweder der erste mögliche Betriebspunkt oder der zweite mögliche Betriebspunkt als der aktuelle Betriebspunkt ausgewählt werden.
  • Das Bestimmen eines Temperatur-Gradienten kann umfassen, das Bestimmen eines ersten Temperatur-Gradienten für den ersten möglichen Betriebspunkt und das Bestimmen eines zweiten Temperatur-Gradienten für den zweiten möglichen Betriebspunkt. Die Temperatur-Gradienten können auf Basis der zweiten Kennfunktion ermittelt werden. Der aktuellen Betriebspunkt kann dann auf Basis des ersten Temperatur-Gradienten und des zweiten Temperatur-Gradienten ermittelt werden. Insbesondere können der erste Temperatur-Gradient und der zweite Temperatur-Gradient verglichen werden. In Abhängigkeit von dem Vergleich können dann der erste oder der zweite Betriebspunkt als der aktuelle Betriebspunkt ausgewählt werden.
  • Insbesondere kann ermittelt werden, ob der zweite Temperatur-Gradient größer ist als der mit einem Bewertungsfaktor gewichtete erste Temperatur-Gradient. Dabei kann der Bewertungsfaktor von einer Vielzahl von Testmessungen von einer Vielzahl von Stromerzeugungseinheiten abhängen (und z. B. in einer Trainingsphase ermittelt werden). Alternativ oder ergänzend kann der Bewertungsfaktor von einem prädizierten Energieverbrauch in einer aktuellen Fahrsituation bzw. auf einer aktuellen Fahrstrecke des Hybridfahrzeugs abhängen. Der Energieverbrauch kann z. B. auf Basis von Navigationsdaten prädiziert werden.
  • Wenn der zweite Temperatur-Gradient größer ist als der mit dem Bewertungsfaktor gewichtete erste Temperatur-Gradient, kann der zweite Betriebspunkt als der aktuelle Betriebspunkt ausgewählt werden (da der kumulierte Energieverbrauch durch einen punktuell verbrauchsoptimierten Betriebspunkt reduziert werden kann). Andererseits kann der erste Betriebspunkt als der aktuelle Betriebspunkt ausgewählt werden, wenn die o. g. Bedingung nicht zutrifft (da in diesem Fall der kumulierte Energieverbrauch durch einen Betriebspunkt mit möglichst großem Temperaturanstieg reduziert werden kann). Somit kann in effizienter Weise ein Betriebspunkt für den aktuellen Betrieb der Stromerzeugungseinheit ermittelt werden, durch den, auch in einer Warmlaufphase, der kumulierte Energieverbrauch reduziert (ggf. minimiert) wird.
  • Das Hybridfahrzeug kann eine Vorrichtung zur Erwärmung bzw. Vorwärmung der Stromerzeugungseinheit umfassen. Diese Vorrichtung kann eingerichtet sein, einen Anstieg der Temperatur der Stromerzeugungseinheit gemäß einer (vordefinierten) Vorwärm-Kennlinie zu bewirken. Der aktuelle Betriebspunkt kann dann auch auf Basis der Vorwärm-Kennlinie ermittelt werden (insbesondere wenn die Vorrichtung zur Erwärmung der Stromerzeugungseinheit aktiviert ist). Beispielsweise kann der Temperatur-Gradient eines Betriebspunktes auch in Abhängigkeit von der Vorwärm-Kennlinie ermittelt werden.
  • Das Verfahren kann für eine Sequenz von aktuellen Zeitpunkten wiederholt werden, um eine Sequenz von aktuellen Betriebspunkten für die Sequenz von aktuellen Zeitpunkten zu ermitteln. Beispielsweise kann das Verfahren einmal pro Sekunde wiederholt werden, so dass einmal pro Sekunde ein für den jeweiligen Zeitpunkt optimierter Betriebspunkt ermittelt und eingestellt werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinheit für ein Fahrzeug beschrieben. Die Steuereinheit ist eingerichtet, das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug (z. B. ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad) beschrieben, welches die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit umfasst.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z. B. auf einem Steuergerät) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in. Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
  • 1 ein Blockdiagramm von beispielhaften Komponenten eines Fahrzeugs;
  • 2a ein beispielhaftes Kennfeld für den Wirkungsgrad von einem Range Extender;
  • 2b einen beispielhaften Verlauf des Wirkungsgrades eines Range Extenders als Funktion der erzeugten Leistung;
  • 3a beispielhafte Temperatur-Verläufe der Betriebstemperatur eines Range Extenders;
  • 3b beispielhafte zeitliche Verläufe des Wirkungsgrads eines Range Extenders innerhalb einer Warmlaufphase;
  • 4 eine beispielhafte Steuereinheit zur Ermittlung eines Betriebspunktes eines Range Extenders; und
  • 5 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines Range Extenders.
  • Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument damit, den Range Extender eines Hybridfahrzeugs derart zu betreiben, dass eine kumulierte Energieeffizienz des Range Extenders erhöht wird.
  • 1 zeigt ein beispielhaftes Fahrzeug 100 mit einem seriellen Hybridantrieb. Das Fahrzeug 100 umfasst einen Verbrennungsmotor 103, der Treibstoff für den Betrieb des Verbrennungsmotors 103 aus einem Treibstofftank 104 bezieht. Der Verbrennungsmotor 103 treibt eine erste Elektromaschine 105 an, die als Generator betrieben wird, um elektrische Energie zu generieren. Die Kombination aus Verbrennungsmotor 103 und der ersten Elektromaschine 105 kann auch als Range Extender 103, 105 bezeichnet werden. Die von dem Range Extender 103, 105 generierte elektrische Energie kann über Leistungselektronik (insbesondere über einen AC/DC-Wandler) 107 in einem Energiespeicher (z. B. in einer Batterie) 106 gespeichert werden. Alternativ oder ergänzend kann die generierte elektrische Energie (und/oder elektrische Energie aus dem Energiespeicher 106) dazu verwendet werden, eine zweite Elektromaschine 108 anzutreiben. Die zweite Elektromaschine 108 treibt dann über ein Getriebe bzw. ein Differential 109 eine Antriebsachse und/oder die Räder 102 des Fahrzeugs 100 an.
  • In einem Fahrzeug 100 mit seriellem Hybridantrieb ergibt sich somit ein zusätzlicher Freiheitsgrad, da der Verbrennungsmotor 103 und die erste Elektromaschine 105 (d. h. der Range Extender 103, 105) unabhängig von der Fahraufgabe betrieben werden können. Die Fahraufgabe wird separat durch die zweite Elektromaschine 108 bewältigt.
  • Wie bereits oben dargelegt, wird der Range Extender 103, 105 typischerweise zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem Betriebspunkt betrieben, durch den der aktuelle Wirkungsgrade η des Range Extenders 103, 105 maximiert wird. Dabei wird nicht berücksichtigt, dass sich der Wirkungsgrad des Range Extenders 103, 105 in einer Warmlaufphase des Verbrennungsmotors 103 verändert, und dass aus diesem Grund ein Betriebspunkt, der in Bezug auf einen punktuellen Zustand des Range Extenders 103, 105 optimal ist, nicht zwingend zu einer optimalen kumulierten Energieeffizienz für die gesamte Warmlaufphase führt.
  • Um den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors 103 (und damit des gesamten Range Extenders 103, 105) zu erhöhen, kann eine Vorwärm-Einheit 110 verwendet werden, die eingerichtet ist, den Verbrennungsmotor 103 (insbesondere das Motoröl des Verbrennungsmotors 103) vorzuwärmen. Als Folge des Vorwärm-Vorgangs kann der Verbrennungsmotor 103 direkt mit einer höheren Betriebstemperatur betrieben werden, wodurch der Wirkungsgrad des Range Extenders 103, 105 erhöht werden kann. Ein Beispiel für eine Vorwärm-Einheit 110 ist ein Latentwärmespeicher, in dem überschüssige Wärme des Verbrennungsmotors 103 in einem vorhergehenden Betriebszyklus gespeichert wird, um diese Wärme bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 103 in einem nachfolgenden Betriebszyklus gebündelt wieder freizugeben und so den Verbrennungsmotor 103 schneller auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu bringen (bei der typischerweise der Wirkungsgrad des Range Extenders 103, 105 möglichst groß, ggf. maximal, ist).
  • Serielle Hybridfahrzeuge 100 mit einem System 110 zur Motorölvorwärmung weisen ein anderes Warmlaufverhalten, d. h. eine andere Entwicklung der Motoröltemperatur über die Zeit, auf, als serielle Hybride ohne ein solches System 110. Eine Betriebsstrategie, die für ein serielles Hybridfahrzeug ohne System 110 zur Motorölvorwärmung verbrauchsoptimal ist, trifft bei einem seriellen Hybridfahrzeug 100 mit einem System 110 zur Motorölvorwärmung typischerweise nicht zu jeder Zeit den verbrauchsoptimalen Betriebspunkt. Grund dafür ist, dass bei der Ermittlung der Betriebsstrategien das System 110 zur Motorölvorwärmung nicht mit einbezogen wird und somit die gewonnene Variabilität des Warmlaufverhaltens und Änderungen im Warmlaufverhalten unberücksichtigt bleiben. Dies ist besonders dann nachteilig, wenn das System 110 für Motorölvorwärmung z. B. bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 103 aktiv Ist.
  • In diesem Dokument wird daher auch eine Betriebsstrategie beschrieben, die auf ein serielles Hybridfahrzeug 100 mit einem System 110 zur Motorölvorwärmung anwendbar ist und die das Potential der aktiven Motorölvorwärmung bei der Erhöhung der kumulierten Energieeffizienz ausschöpft.
  • 3a zeigt beispielhafte Verläufe 311 der Betriebstemperatur bzw. der Motoröltemperatur 302 des Verbrennungsmotors 103 über der Zeit 301. In Abhängigkeit von dem Betriebspunkt des Range Extenders 103, 105 und insbesondere des Verbrennungsmotors 103 steigt die Temperatur 302 unterschiedlich schnell auf eine Ziel-Temperatur 303 an. Somit ergeben sich unterschiedliche Zeiträume 305 bis zum Zeitpunkt 304 an dem die Ziel-Temperatur 303 erreicht wird. Dieser Zeitraum 305 entspricht der Warmlaufphase, in der der Verbrennungsmotor 103 auf die gewünschte Betriebstemperatur 303 gebracht wird. Während der Warmlaufphase weist der Range Extender 103, 105 einen Wirkungsgrad η auf, der typischerweise unter einem gewünschten (ggf. optimalen) Wirkungsgrad ηmax bei der Ziel-Temperatur Tziel 303 liegt.
  • Auch wenn der Range Extender 103, 105 bei jeder Temperatur T 302 in einem für diese Temperatur T 302 optimalen punktuellen Betriebspunkt betrieben wird, kann es sein, dass die kumulierte Energieeffizienz über ein Zeitintervall, welches die Warmlaufphase (d. h. welches den Zeitraum 305) umfasst, geringer ist, als wenn während der Warmlaufphase (d. h. in dem Zeitraum 305) ein ggf. nicht optimaler Betriebspunkt ausgewählt wird, durch den der Zeitraum 305 bis zum Erreichen der Ziel-Temperatur 303 reduziert wird. Dies ist beispielhaft in 3b dargestellt. Insbesondere zeigt 3b einen ersten Verlauf 321 des Wirkungsgrads 203 des Range Extenders 103, 105 bei einer ersten Betriebsstrategie, bei der zu jedem Zeitpunkt 301 ein Betriebspunkt ausgewählt wird, der für den Zustand des Range Extenders 103, 105 zu diesem Zeitpunkt 301 in Bezug auf eine punktuelle Verbrauchsoptimierung (substantiell) optimal ist. Die erste Betriebsstrategie kann auch als punktuell optimierte Betriebsstrategie bezeichnet werden. Wie aus 3b ersichtlich, kann bei der ersten Betriebsstrategie der Zeitraum bis zum Erreichen des Wirkungsgrads ηmax 323 bei der Ziel-Temperatur Tziel 303 relativ lang sein.
  • 3b zeigt weiter einen zweiten Verlauf 322 des Wirkungsgrads 203 bei Verwendung einer zweiten Betriebsstrategie, die darauf ausgelegt ist, den Zeitraum 305 der Warmlaufphase zu verkürzen (im Vergleich zu der ersten Betriebsstrategie), um schneller den optimalen Wirkungsgrads ηmax 323 zu erreichen. Die zweite Betriebsstrategie kann auch als Warmlauf-optimierte Betriebsstrategie bezeichnet werden. Bei der zweiten Betriebsstrategie wird ggf. in Kauf genommen, dass während der Warmlaufphase Betriebspunkte für den Range Extender 103, 105 verwendet werden, die zwar keinen punktuell maximalen Wirkungsgrad 203 aufweisen, die aber zu einer Verkürzung der Dauer der Warmlaufphase führen, d. h. die einen erhöhten Gradienten 312 des Temperatur-Verlaufs 311 bewirken.
  • Wie aus 3b ersichtlich, kann die zweite Betriebsstrategie in einem Referenzintervall 324, welches die Warmlaufphase umfasst, eine höhere kumulierte Energieeffizienz bzw. einen höheren kumulierten Wirkungsgrad aufweisen als die erste Betriebsstrategie.
  • 2a und 2b veranschaulichen die Ermittlung eines Betriebspunktes des Range Extenders 103, 105 anhand von einem Kennfeld 200. Das Kennfeld 200 in 2a zeigt den Wirkungsgrad 203 des Range Extenders bei unterschiedlichen Betriebspunkten, wobei ein Betriebspunkt eine bestimmte Drehzahl n 201 (Umdrehungen/Minute) und ein bestimmtes Drehmoment M 202 (Nm) des Verbrennungsmotors 103 umfasst. Der Betriebspunkt entspricht einer bestimmten mechanischen Leistung, welche durch die erste Elektromaschine 105 in eine elektrische Leistung 204 umgewandelt wird. 2a zeigt beispielhafte Isolinien für den Wirkungsgrad 203. Das in 2a dargestellte Kennfeld 200 bezieht sich auf eine bestimmte Betriebstemperatur 302 des Verbrennungsmotors 103. Für unterschiedliche Betriebstemperaturen 302 können unterschiedliche Kennfelder 200 bereitgestellt werden.
  • 2b zeigt einen beispielhaften Verlauf 212 des jeweils maximal möglichen Wirkungsgrads 203 (bei einer bestimmten Betriebstemperatur 302) über die von dem Range Extender 103, 105 bereitgestellte elektrische Leistung 204. Der Verlauf 212 kann aus dem Kennfeld 200 abgeleitet werden. Aus 2b ist ersichtlich, dass der Wirkungsgrad 203 des Range Extenders 103, 105 für unterschiedliche Leistungen 204 nahezu gleich (gut) sein kann. Zur Umsetzung der zweiten Betriebsstrategie kann z. B. eine Leistung 204 (und ein entsprechender Betriebspunkt, d. h. eine entsprechende Drehzahl 201 und ein entsprechendes Drehmoment 202) ausgewählt werden, durch die der Wirkungsgrad 203 ggü. einem optimalen Betriebspunkt nur leicht verringert wird, aber gleichzeitig der Gradient 312 des Temperatur-Verlaufs 311 substantiell vergrößert wird.
  • Beispielsweise kann die zweite Betriebsstrategie derart sein, dass zu jedem Zeitpunkt 301 während der Warmlaufphase (d. h. im Zeitraum 305) der Betriebspunkt ausgewählt wird, der den höchsten Gradienten 312 des Temperatur-Verlaufs 311 aufweist. So kann der Zeitraum 305 der Warmlaufphase minimiert werden.
  • Das Fahrzeug 100 kann eine Steuereinheit 101 umfassen, die eingerichtet ist, einen Betriebspunkt zum Betrieb des Range Extenders 103, 105 zu ermitteln. Für die Ermittlung des Betriebspunktes kann eine vordefinierte Betriebsstrategie (z. B. die erste oder die zweite Betriebsstrategie) herangezogen werden. Wie in 4 veranschaulicht, kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, die Drehzahl 201 und das Drehmoment 202 (d. h. den Betriebspunkt) des Range Extenders 103, 105 in Abhängigkeit von ein oder mehreren Zustandsdaten 401 des Fahrzeugs 100 zu ermitteln. Beispielhafte Zustandsdaten 401 sind eine Gaspedalstellung eines Gaspedals des Fahrzeugs 100, eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 100, ein SOC (State of Charge) des Energiespeichers 106, eine Last in einem Bordnetz des Fahrzeugs 100, eine Temperatur des Motoröls des Verbrennungsmotors 103, eine Temperatur des Kühlmittels des Verbrennungsmotors 103, eine Stoppanforderung an den Range Extender 103, 105, etc.
  • Die Steuereinheit 101 ist weiter eingerichtet, den Betriebspunkt in Abhängigkeit von Wirkungsgrad-Kenndaten 402 und von Temperatur-Kenndaten 403 zu ermitteln. Die Wirkungsgrad-Kenndaten 402 können z. B. umfassen: ein oder mehrere Verläufe 212 des Wirkungsgrads 203, wobei die Verläufe 212 von der Temperatur 302, von der Last bzw. dem Drehmoment 202 und/oder von der Drehzahl 201 abhängen können. Die Temperatur-Kenndaten 403 können z. B. umfassen: die Temperatur-Verläufe 311, wobei die Verläufe 311 von der Last bzw. dem Drehmoment 202 und/oder von der Drehzahl abhängen können; die Gradienten 312 der Temperatur-Verläufe 311; etc.
  • Es wird somit in diesem Dokument die Verwendung einer Betriebsstrategie für einen seriellen Hybridantrieb beschrieben, durch die unter Einbeziehung des Warmlaufverhaltens des Verbrennungsmotors 103 ein (unter kumulierten Gesichtspunkten) verbrauchsoptimaler Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 103 bzw. des Range Extenders 103, 105 berechnet werden kann. Dabei kann auch berücksichtigt werden, ob das Fahrzeug 100 ein System bzw. ein Vorrichtung 110 zur Motorölvorwärmung und somit ein ggf. variables Warmlaufverhalten aufweist.
  • Um bei einem seriellen Hybridantrieb, der ein System 110 zur Motorölvorwärmung umfasst, den energetisch effizientesten Betrieb in einem verbrennungsmotorischen Betriebsfall zu gewährleisten, kann der Verbrennungsmotor 103 im Falle eines Kaltstarts gemäß einer Funktion bzw. gemäß einer Betriebsstrategie betrieben werden, die zusätzlich zur Wirkungsgrad- bzw. Verbrauchoptimierung den Warmlauf – d. h. die Entwicklung der Motoröltemperatur 302 über die Zeit 301 – berücksichtigt.
  • Es können zwei Ziele für die Wahl eines aktuellen Betriebspunkts zu einem bestimmten Zeitpunkt t 301 (während der Warmlaufphase) betrachtet werden. Gemäß einem ersten Ziel kann ein erster Betriebspunkt mit einem maximalen Wirkungsgrad 203 (bzw. minimalen Verbrauch) ermittelt werden. Gemäß einem zweiten Ziel kann ein zweiter Betriebspunkt mit einem optimalen Warmlauf, d. h. ein Betriebspunkt mit einem maximalen Temperaturgradienten 312, ermittelt werden. Dabei kann der zweite Betriebspunkt für den optimalen Warmlauf teilweise erheblich vom dem ersten Betriebspunkt für den optimalen Verbrauch abweichen.
  • Im Rahmen der ersten Betriebsstrategie wird, wie oben dargelegt, zu jedem Zeitpunkt 301 der erste Betriebspunkt ausgewählt und eingestellt. Eine Bewertung des Warmlaufs erfolgt nicht. Andererseits kann zur Minimierung des Gesamtkraftstoffverbrauchs innerhalb der gesamten Warmlaufphase (und ggf. nicht zur Minimierung des aktuellen, momentanen Kraftstoffverbrauchs) im Rahmen einer zweiten Betriebsstrategie zunächst zu einem Zeitpunkt t1 301 der zweite Betriebspunkt des optimalen Warmlaufs eingestellt werden. Es kann somit in Kauf genommen werden, dass zum Zeitraum t1 301 ggf. nicht der minimale punktuelle Kraftstoffverbrauch vorliegt. Durch den verbesserten Warmlauf (d. h. durch das schnellere Erreichen der Motorbetriebstemperatur 303) können sich jedoch zusätzliche Kraftstoffeinsparpotentiale ergeben (siehe z. B. 3b), die den erhöhten Kraftstoffverbrauch zum Zeitraum t1 301 überkompensieren.
  • Es wird somit vorgeschlagen, eine auf der Kombination von Wirkungsgradoptimalen Betriebspunkten und Temperaturgradienten-optimalen Betriebspunkten angepasste Betriebsstrategie zu verwenden, die einen Trade-Off zwischen dem Verlauf der Funktionen des Wirkungsgrades und dem Verlauf einer Funktion, die den Warmlauf des Verbrennungsmotors 103 repräsentiert, berücksichtigt. Die der Betriebsstrategie zugrundeliegende Funktion bewertet dabei die beiden Spannungsfelder aus dem Wert einer Wirkungsgradfunktion und der Schnelligkeit eines Warmlaufs derart, dass der Range Extender 103, 105 (ggf. inkl. einem System 110 zur Motorölvorwärmung) bei einem Kaltstart im verbrennungsmotorischen Betrieb so betrieben wird, dass der Gesamtenergieverbrauch während der Warmlaufphase minimiert wird.
  • Im Folgenden wird eine beispielhafte Betriebsstrategie für ein Hybridfahrzeug 100 beschrieben. Es sei angemerkt, dass der Verbrennungsmotor 103 einen Verbrennungsmotor 103 für einen Kraftstoff wie Diesel oder Benzin umfassen kann. Alternativ oder ergänzend kann der Range Extender 103, 105 eine Brennstoffzelle mit einem Wasserstofftank 104 umfassen.
  • Die Steuereinheit 101 ist eingerichtet, einen Betriebspunkt zu ermitteln und diesen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 103 (bzw. der Brennstoffzelle) einzustellen. Der Betriebspunkt kann (wie in 4 dargestellt) auf Basis von ein oder mehreren Zustandsdaten oder Sensordaten 401 ermittelt werden. Diese Daten können von ein oder mehreren Sensoren bereitgestellt werden. Desweiteren kann der Betriebspunkt gemäß einer Betriebsstrategie (z. B. gemäß der ersten oder der zweiten Betriebsstrategie) ermittelt werden. Insbesondere kann in einer Warmlaufphase des Fahrzeugs 100 zu einem bestimmten Zeitpunkt 301 wahlweise der Betriebspunkt mit dem punktuell optimalen Wirkungsgrad (d. h. der erste Betriebspunkt) oder der Betriebspunkt mit dem punktuell maximalen Temperaturgradienten (d. h. der zweite Betriebspunkt) gewählt werden.
  • Der erste Betriebspunkt zu einem bestimmten Zeitpunkt 301 kann durch die Parameter Leistung Pηmax, Drehmoment Mηmax und Drehzahl nηmax beschrieben werden, wobei ηmax den maximal möglichen Wirkungsgrad anzeigt. Der erste Betriebspunkt ist dabei typischerweise von den Zustandsdaten 401 abhängig (insbesondere von der Temperatur 302 des Verbrennungsmotors 103). Der erste Betriebspunkt kann wie in Zusammenhang mit den 2a, 2b dargestellt ermittelt werden. Desweiteren kann der Wert des Gradienten Δηmax im Motoröltemperatur-Zeit-Diagramm (siehe 3a) für den ersten Betriebspunkt ermittelt werden. Dieser Gradient kann auch als der erste Gradient bezeichnet werden.
  • Der zweite Betriebspunkt zu dem bestimmten Zeitpunkt 301 kann durch die Parameter Leistung PΔmax, Drehmoment MΔmax und Drehzahl nΔmax beschrieben werden, wobei Δmax den maximalen Temperatur-Gradienten 312 zum dem bestimmten Zeitpunkt 301 wiedergibt. Der zweite Betriebspunkt kann dabei ebenfalls von den Zustandsdaten 401 abhängig sein (insbesondere von der Temperatur 302 des Verbrennungsmotors 103). Der zweite Betriebspunkt kann wie in Zusammenhang mit den 3a, 3b dargestellt ermittelt werden. Desweiteren kann der Wert des Gradienten Δmax im Motoröltemperatur-Zeit-Diagramm (siehe 3a) ermittelt werden. Dieser Gradient des zweiten Betriebspunktes kann als der zweite Gradient bezeichnet werden.
  • Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, zu ermitteln, ob der Verbrennungsmotor 103 gestartet werden soll, d. h. ob eine Startanforderung für den Verbrennungsmotor 103 vorliegt. Der Verbrennungsmotor 103 kann z. B. gestartet werden, wenn ein Ladezustand (SoC) des Energiespeichers 106 einen vordefinierten Ladezustands-Schwellenwert erreicht oder unterschreitet. Desweiteren kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, zu ermitteln, ob eine Stoppanforderung für den Range Extender (welcher auch als Stromerzeugungseinheit bezeichnet wird) 103, 105 vorliegt, oder ob der Range Extender 103, 105 weiter betrieben werden soll. Eine Stoppanforderung kann z. B. auf Basis von ein oder mehreren der folgenden Bedingungen ermittelt werden: Bewertung Fahrzeugakustik (akustische Zusatzbelastung durch den Range Extender); Bewertung Fahrzeugkomfort (Zusatzbelastung durch Schwingungen des Range Extenders); aktueller Standort (z. B. Stadt, Überland, Autobahn, etc.) des Fahrzeugs 100; Füllstand der Batterie 106 (Hochvolt-Batterie und/oder Niedervolt-Batterie); aktuelle Fahraufgabe des Fahrzeugs 100; Limits bezüglich einer Temperatur (z. B. einer Umgebungstemperatur).
  • Die Steuereinheit 101 kann weiter eingeachtet sein, zu ermitteln, ob eine Beschränkung für den Betrieb des Range Extenders 103, 105 vorliegt. Beispielsweise kann bei bestimmten Fahrsituationen (z. B. bei einer Fahrt in der Stadt) eine Beschränkung hinsichtlich eines akustischen Störpegels des Range Extenders 103, 105 vorliegen. Die Steuereinheit 101 kann eine solche Beschränkung bei der Ermittlung von Betriebspunkten berücksichtigen. Insbesondere können nur solche Betriebspunkte ermittelt und verwendet werden, die die Bedingungen einer solchen Beschränkung erfüllen. Beispielsweise können nur solche Betriebspunkte ermittelt und verwendet werden, bei der ein akustischer Störpegel des Range Extenders 103, 105 einen vordefinierten Pegel nicht erreicht und/oder nicht überschreitet.
  • Die Steuereinheit 101 kann somit ermitteln, ob zu einem bestimmten bzw. aktuellen Zeitpunkt 301 der Range Extender 103, 105 betrieben werden soll, und ob eine Beschränkung hinsichtlich des Betriebs vorliegt. Wenn ermittelt wurde, dass der Range Extender 103, 105 zu dem bestimmten Zeitpunkt 301 betrieben werden soll, so kann ein Betriebspunkt für den Verbrennungsmotor 103 zu diesem bestimmten Zeitpunkt 301 ermittelt werden (ggf. unter Berücksichtigung einer vorliegenden Beschränkung). Insbesondere kann ermittelt werden, ob der Verbrennungsmotor 103 im ersten Betriebspunkt oder im zweiten Betriebspunkt betrieben werden soll. Zu diesem Zweck kann ermittelt werden, ob der gewichtete Temperatur-Gradienten Y·Δηmax des ersten Betriebspunktes, wobei Y ein Bewertungsfaktor oder ein Gewichtungsfaktor ist, größer als oder gleich wie der Temperatur-Gradient Δmax des zweiten Betriebspunktes ist. Es kann der zweite Betriebspunkt ausgewählt werden, solange die Bedingung Y·Δηmax < Δmax gilt, d. h. solange der zweite Betriebspunkt einen Anstieg der Temperatur 302 des Verbrennungsmotors 103 bewirkt, die größer als Y mal der Anstieg der Temperatur 302 ist, der durch den ersten Betriebspunkt bewirkt wird. Andernfalls kann der erste Betriebspunkt ausgewählt werden.
  • Der Bewertungsfaktor Y kann z. B. ein vordefinierter fest eingestellter Wert sein. Alternativ oder ergänzend kann der Bewertungsfaktor Y abhängig von einer Position des Fahrzeugs 100 (z. B. abhängig von GPS-Daten) ermittelt werden. Insbesondere kann auf Basis der Position des Fahrzeugs 100 und auf Basis von Navigationsdaten ermittelt werden, wie viel elektrische Energie noch für die verbleibende Fahrstrecke benötigt wird. Dies kann einen Einfluss darauf haben, welcher Betriebspunkt ausgewählt werden sollte. Alternativ oder ergänzend kann der Bewertungsfaktor Y auf Basis von Erfahrungswerten von anderen Fahrzeugen ermittelt werden. Beispielsweise kann anhand von Car-2-Car Kommunikation eine zukünftige Fahranforderung aufgrund von Erfahrungen ähnlicher Fahrzeuge auf derselben Fahrstrecke berechnet werden.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 500 zur Ermittlung eines aktuellen Betriebspunktes für den Betrieb einer Stromerzeugungseinheit (d. h. eines Range Extenders) 103, 105 eines seriellen Hybridfahrzeugs 100. Dabei hängt ein Wirkungsgrad 203 der Stromerzeugungseinheit 103, 105 von einer Temperatur 302 der Stromerzeugungseinheit 103, 105 ab. Das Verfahren 500 umfasst das Ermitteln 501 eines möglichen Betriebspunktes für die Stromerzeugungseinheit 103, 105. Außerdem umfasst das Verfahren 500 das Bestimmen 502 eines Temperatur-Gradienten 312 des möglichen Betriebspunktes, wobei der Temperatur-Gradient 312 ein Ausmaß einer Veränderung der Temperatur 302 der Stromerzeugungseinheit 103, 105 bei Betrieb der Stromerzeugungseinheit 103, 105 in dem möglichen Betriebspunkt anzeigt. Desweiteren umfasst das Verfahren 500 das Ermitteln 503 des aktuellen Betriebspunktes auf Basis des möglichen Betriebspunktes und auf Basis des Temperatur-Gradienten 312.
  • Es wird somit ein Verfahren zur Erzeugung einer Betriebsstrategie für ein Fahrzeug 100 mit einem seriellen Hybridantrieb beschrieben. Zu jedem Zeitpunkt im Warmlauf der Energieerzeugungseinheit 103, 105 des Fahrzeugs 100 kann der Betriebspunkt des maximalen Wirkungsgrades des Verbrennungsmotors berechnet werden. Dieser Betriebspunkt wird in diesem Dokument auch als der erste mögliche Betriebspunkt bezeichnet. Der erste mögliche Betriebspunkt kann abhängig von für die Fahraufgabe relevanter Motorbetriebsgrößen und/oder abhängig von einem, zuvor in einem Versuch ermittelten, motorspezifischen Warmlaufverhalten des Verbrennungsmotors 103 ermittelt werden.
  • Desweiteren kann zu jedem Zeitpunkt im Warmlauf der Energieerzeugungseinheit 103, 105 des Fahrzeugs 100 der Betriebspunkt mit maximalen Gradienten der Motoröltemperatur-Zeitkurve, ggf. abhängig von den für die Fahraufgabe relevanten Motorbetriebsgrößen und/oder des zuvor im Versuch ermittelten, motorspezifischen Warmlaufverhalten, berechnet werden. Dieser Betriebspunkt wird in diesem Dokument auch als der zweite mögliche Betriebspunkt bezeichnet.
  • Außerdem kann zu jedem Zeitpunkt der fahraufgaben-, sowie von generellen Umgebungsbedingungen, vorzugsweise Gaspedalstellung, Fahrgeschwindigkeit, Medientemperaturen, SoC und der Bordnetzlast, abhängige Kraftstoffverbrauch für die möglichen Betriebspunkte berechnet werden.
  • Die Betriebsstrategie für die Stromerzeugungseinheit 103, 105 kann den ersten möglichen Betriebspunkt umfassen, wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt der erste Temperatur-Gradient 312 des ersten möglichen Betriebspunktes kleiner ist als der zweite Temperatur-Gradient 312 des zweiten möglichen Betriebspunktes und wenn das Verhältnis des zweiten und des ersten Temperatur-Gradienten kleiner ist als der Bewertungsfaktor Y. Desweiteren sollte keine Stoppanforderung für die Stromerzeugungseinheit 103, 105, aufgrund von höherwertigen Bedingungen, vorzugsweise Fahrkomfort, Akustik, Standort, SoC, Fahraufgabe oder Temperaturlimits, vorliegen.
  • Die Betriebsstrategie für die Stromerzeugungseinheit 103, 105 kann den zweiten möglichen Betriebspunkt umfassen, wenn der erste Temperatur-Gradient des ersten Betriebspunktes größer ist als der zweite Temperatur-Gradient des zweiten Betriebspunktes und/oder wenn das Verhältnis des zweiten und des ersten Temperatur-Gradienten größer als der Bewertungsfaktor Y ist. Desweiteren sollte keine Stoppanforderung für die Stromerzeugungseinheit 103, 105, aufgrund von höherwertigen Bedingungen, vorzugsweise Fahrkomfort, Akustik, Standort, SoC, Fahraufgabe oder Temperaturlimits, vorliegen.
  • Bei der Ermittlung des Betriebspunktes kann zusätzlich ein im Fahrzeug 100 verbautes System 110 berücksichtigt werden, das auf Basis elektrischer, physikalischer oder chemischer Energiewandlung bzw. Energiebereitstellung Wärme zur Vorwärmung des Motoröls und/oder des Kühlmittels des Verbrennungsmotors 103 bereitstellt.
  • Wie bereits oben dargelegt, kann die Stromerzeugungseinheit 103, 105 in mehreren Lastpunkten bzw. Betriebspunkten betrieben werden. Dabei kann das Warmlaufverhalten der Stromerzeugungseinheit 103, 105 für jeden dieser möglichen Betriebspunkte in Kennfeldern hinterlegt oder in Form eines physikalischen Modells abgebildet werden, und bei der Umsetzung der Betriebsstrategie verwendet werden.
  • Wie bereits dargelegt, können fahraufgabenabhängige, sowie generelle Umgebungs- und Fahrzeugbedingungen, vorzugsweise Gaspedalstellung, Fahrgeschwindigkeit, Medientemperaturen, SoC des Energiespeichers, Stoppanforderung für die Stromerzeugungseinheit und die Bordnetzlast bei der Erzeugung der Betriebsstrategie berücksichtigt werden. Desweiteren können Fahrstreckenbezogenen Daten, insbesondere Leistungsprädiktionen, die vorzugsweise über GPS, Radio oder eine Backend-Anbindung ermittelt werden, bei der Erzeugung der Betriebsstrategie berücksichtigt werden. Zur Berechnung der Betriebsstrategie kann ein Steuergerät 101 verwendet werden, dass die Zu-, Um- und Abschaltung des Verbrennungsmotors 103 regelt.
  • Anhand der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren kann in effizienter Weise zu jedem Zeitpunkt ein Betriebspunkt für den Verbrennungsmotor 103 ermittelt werden, durch den der kumulierte Energieverbrauch für eine verbleibende Fahrstrecke des Fahrzeugs 100 reduziert (ggf. minimiert) werden kann. Insbesondere ermöglicht die in diesem Dokument beschriebene Betriebsstrategie Einsparungen von Kraftstoff bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors 103. Dadurch wird eine Erhöhung der Gesamtreichweite des Fahrzeugs 100 im Betrieb mit Range Extender bewirkt. Desweiteren kann eine Senkung der Abgasemissionen des Verbrennungsmotors 103 durch eine schnellere Steigerung der Abgastemperatur bewirkt werden. Außerdem kann durch den beschleunigten Temperaturanstieg eine Senkung des Verschleißes des Verbrennungsmotors 103 bewirkt werden. Desweitern kann ein System 110 zur Motorölvorwärmung (und die durch das System 100 bewirkte Temperaturerhöhung) bei der Ermittlung eines Betriebspunktes berücksichtigt werden. Insbesondere kann eine Vorwärm-Kennlinie des Systems 110 zur Motorölvorwärmung berücksichtigt werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims (10)

  1. Verfahren (500) zur Ermittlung eines aktuellen Betriebspunktes für den Betrieb einer Stromerzeugungseinheit (103, 105) eines seriellen Hybridfahrzeugs (100), wobei ein Wirkungsgrad (203) der Stromerzeugungseinheit (103, 105) von einer Temperatur (302) der Stromerzeugungseinheit (103, 105) abhängt; wobei das Verfahren (500) umfasst, – Ermitteln (501) eines möglichen Betriebspunktes für die Stromerzeugungseinheit (103, 105); – Bestimmen (502) eines Temperatur-Gradienten (312) des möglichen Betriebspunktes, wobei der Temperatur-Gradient (312) ein Ausmaß einer Veränderung der Temperatur (302) der Stromerzeugungseinheit (103, 105) bei Betrieb der Stromerzeugungseinheit (103, 105) in dem möglichen Betriebspunkt anzeigt; und – Ermitteln (503) des aktuellen Betriebspunktes auf Basis des möglichen Betriebspunktes und auf Basis des Temperatur-Gradienten (312).
  2. Verfahren (500) gemäß Anspruch 1, wobei – das Ermitteln eines möglichen Betriebspunktes umfasst, das Ermitteln eines ersten möglichen Betriebspunktes für die Stromerzeugungseinheit (103, 105), wobei der erste mögliche Betriebspunkt zu einem aktuellen. Zeitpunkt (301) im Vergleich zu einem anderen möglichen Betriebspunkt einen höheren Wirkungsgrad (203) der Stromerzeugungseinheit (103, 105) bewirkt; – das Ermitteln eines möglichen Betriebspunktes umfasst, das Ermitteln eines zweiten möglichen Betriebspunktes für die Stromerzeugungseinheit (103, 105), wobei der zweite mögliche Betriebspunkt zu dem aktuellen Zeitpunkt (301) im Vergleich zu einem anderen möglichen Betriebspunkt einen höheren Temperatur-Gradienten (312) bewirkt; und – der aktuellen Betriebspunkt auf Basis des ersten möglichen Betriebspunktes und auf Basis des zweiten möglichen Betriebspunktes ermittelt wird.
  3. Verfahren (500) gemäß Anspruch 2, wobei – das Bestimmen (502) eines Temperatur-Gradienten (312) umfasst, das Bestimmen eines ersten Temperatur-Gradienten (312) für den ersten möglichen Betriebspunkt und das Bestimmen eines zweiten Temperatur-Gradienten (312) für den zweiten möglichen Betriebspunkt; und – der aktuellen Betriebspunkt auf Basis des ersten Temperatur-Gradienten (312) und des zweiten Temperatur-Gradienten (312) ermittelt wird.
  4. Verfahren (500) gemäß Anspruch 3, wobei das Ermitteln (503) des aktuellen Betriebspunktes umfasst, – das Vergleichen des ersten Temperatur-Gradienten (312) und des zweiten Temperatur-Gradienten (312); und – in Abhängigkeit von dem Vergleich, das Auswählen des ersten oder des zweiten Betriebspunktes als den aktuellen Betriebspunkt.
  5. Verfahren (500) gemäß Anspruch 4, wobei das Ermitteln (503) des aktuellen Betriebspunktes umfasst, – das Ermitteln, ob der zweite Temperatur-Gradient (312) größer ist als der mit einem Bewertungsfaktor gewichtete erste Temperatur-Gradient (312); – wenn dies zutrifft, Auswählen des zweiten Betriebspunktes als den aktuellen Betriebspunkt; und – wenn dies nicht zutrifft, Auswählen des ersten Betriebspunktes als den aktuellen Betriebspunkt.
  6. Verfahren (500) gemäß Anspruch 5, wobei der Bewertungsfaktor – von einer Vielzahl von Testmessungen von einer Vielzahl von Stromerzeugungseinheiten (103, 105) abhängt; und/oder – von einem prädizierten Energieverbrauch des Hybridfahrzeugs (100) abhängt.
  7. Verfahren (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – die Stromerzeugungseinheit (103, 105) in einer Vielzahl von unterschiedlichen Betriebspunkten betrieben werden kann; – eine erste Kennfunktion (200, 212) der Stromerzeugungseinheit (103, 105) die Wirkungsgrade (203) der Vielzahl von unterschiedlichen Betriebspunkten anzeigt; – eine zweite Kennfunktion (311) der Stromerzeugungseinheit (103, 105) die Temperatur-Gradienten (312) der Vielzahl von unterschiedlichen Betriebspunkten anzeigt; und – der mögliche Betriebspunkt auf Basis der ersten Kennfunktion und/oder auf Basis der zweiten Kennfunktion ermittelt wird.
  8. Verfahren (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – das Hybridfahrzeug (100) eine Vorrichtung (110) zur Erwärmung der Stromerzeugungseinheit (103, 105) umfasst; – die Vorrichtung (110) eingerichtet ist, einen Anstieg der Temperatur (302) der Stromerzeugungseinheit (103, 105) gemäß einer Vorwärm-Kennlinie zu bewirken; und – der aktuelle Betriebspunkt auch auf Basis der Vorwärm-Kennlinie ermittelt wird.
  9. Verfahren (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei – die Stromerzeugungseinheit (103, 105) eine erste Elektromaschine (105) zur Erzeugung von elektrischer Energie und einen Verbrennungsmotor (103) zum Antrieb der ersten Elektromaschine (105) umfasst; und/oder – die Stromerzeugungseinheit (103, 105) eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischer Energie umfasst; und – der Wirkungsgrad (203) der Stromerzeugungseinheit (103, 105) in einem Betriebspunkt eine Menge an elektrischer Energie anzeigt, die mit einer vorbestimmten Menge an Kraftstoff erzeugt werden kann.
  10. Verfahren (500) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aktuelle Betriebspunkt derart ermittelt wird, dass ein Zeitraum (305) bis zu Erreichen einer Ziel-Temperatur (303) verkürzt wird, im Vergleich zu einem Referenz-Zeitraum (305), der benötigt wird, wenn die Stromerzeugungseinheit (103, 105) in einem punktuell verbrauchsoptimierten Betriebspunkt betrieben wird.
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