DE102015014872A1

DE102015014872A1 - Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeuges

Info

Publication number: DE102015014872A1
Application number: DE102015014872.9A
Authority: DE
Inventors: Alfred Jeckel
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-11-17
Filing date: 2015-11-17
Publication date: 2016-07-21

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeuges mit einem elektrischen und einem verbrennungsmotorischen Antrieb (E, V) mit einem Kühlkreislauf sowie mit einer elektrischen Zuheizung, wobei ein Aktivierungszustand oder eine aktuelle elektrische Leistung der elektrischen Zuheizung erfasst wird, wobei eine Kühlwassertemperatur des Kühlkreislaufes erfasst wird und wobei eine Außentemperatur erfasst wird, wobei der verbrennungsmotorische Antrieb (V) gestartet und betrieben wird, wenn sämtliche der folgenden Bedingungen erfüllt sind: – die aktuelle elektrische Leistung der elektrischen Zuheizung beträgt mehr als ein definierter Leistungs-Schwellenwert – die Kühlwassertemperatur beträgt weniger als ein definierter Kühlwassertemperatur-Schwellenwert – die Außentemperatur beträgt weniger ein definierter Außentemperatur-Schwellenwert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeuges mit einem elektrischen und einem verbrennungsmotorischen Antrieb mit einem Kühlkreislauf sowie mit einer elektrischen Zuheizung.
Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeuges mit einem elektrischen und einem verbrennungsmotorischen Antrieb mit einem Kühlkreislauf sowie mit einer elektrischen Zuheizung bekannt.
Im Stand der Technik ist bekannt, dass bei Fahrzeugen mit einem elektrischen Antrieb Abwärme, die an einem Antriebstrang anfällt, zur Aufheizung des Fahrzeugs und dessen Fahrgastraumes genutzt wird. Da diese Abwärme aber vor allem bei kalten Umgebungstemperaturen nicht ausreicht, um eine befriedigende Erwärmung des Fahrzeugs und dessen Fahrgastraumes zu gewährleisten, sind derartige Fahrzeuge, insbesondere Hybridfahrzeuge, auch mit einem Zuheizer ausgestattet, welcher aus elektrischer Energie Wärme zum Aufheizen bereitstellt. Derartige Zuheizer sind häufig PTC-Widerstände.
Im Stand der Technik ist weiterhin bekannt, dass ein verbrennungsmotorischer Antrieb eines Hybridfahrzeuges abhängig von Steuerparametern gestartet wird, um Abwärme zur Aufheizung zu erzeugen. Das Starten des verbrennungsmotorischen Antriebes kann unabhängig davon erfolgen, ob das Fahrzeug tatsächlich angetrieben wird, insbesondere kann eine Bedingung für den Start des verbrennungsmotorischen Antriebes allein eine Heizungsanforderung des Innenraums sein.
Aus DE 10 2013 214 728 A1 sind hierzu ein Verfahren und ein System zum Adaptieren des Aufwärmverlaufs der Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur (ECT) basierend auf der Heizkernlast bekannt, um eine Fahrgastzellentemperatur einzustellen. Hierbei ist ein Steuerverfahren in Form von Softwarebefehlen beschrieben, bei dem ein erforderliches Aufheizen einer Fahrgastzelle durch einen verbrennungsmotorischen Antrieb beschrieben ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeuges anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die in Anspruch 1 angegebene Merkmalskombination.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Verfahren dient dem Betrieb eines Hybridfahrzeuges, welches einen elektrischen und einen verbrennungsmotorischen Antrieb sowie eine elektrische Zuheizung aufweist. Der verbrennungsmotorische Antrieb weist einen Kühlkreislauf auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Aktivierungszustand oder eine aktuelle elektrische Leistung der elektrischen Zuheizung erfasst wird, dass eine Kühlwassertemperatur des Kühlkreislaufes erfasst wird und dass eine Außentemperatur erfasst wird. Erfindungsgemäß wird der verbrennungsmotorische Antrieb gestartet und betrieben, wenn sämtliche der drei folgenden Bedingungen erfüllt sind:

– die aktuelle elektrische Leistung der elektrischen Zuheizung ist größer als ein definierter Leistungs-Schwellenwert
– die Kühlwassertemperatur ist kleiner als ein definierter Kühlwassertemperatur-Schwellenwert
– die Außentemperatur beträgt weniger ein definierter Außentemperatur-Schwellenwert.

Dadurch ist bei Hybridfahrzeugen ein besonders energiesparender Betrieb möglich, der insbesondere eine Vergrößerung einer Reichweite, vor allem eine Vergrößerung einer Reichweite bei elektrischem Antrieb ermöglicht.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt nach dem Start der Betrieb des verbrennungsmotorischen Antriebs derart, dass der verbrennungsmotorische Antrieb mittels eines Generators einerseits genügend Leistung für den Betrieb der Zuheizung, insbesondere des PTC-Heizers, erzeugt. Außerdem liefert der verbrennungsmotorische Antrieb gleichzeitig, also während seines Betriebes, auch Abwärme, mit der die Temperatur des Kühlwassers des Kühlkreislaufes des verbrennungsmotorischen Antriebes erhöht wird. Dabei ist der über den Kühler geführte Teilkreis des Kühlkreislaufes geschlossen, um die entstehende Abwärme nicht nach außen abzuleiten, sondern weitgehend vollständig in demjenigen Teilkreis des Kühlkreislaufes zuzuführen, der der Aufheizung des Fahrgastraumes dient. Dadurch wird eine signifikante Vergrößerung der Reichweite des Hybridfahrzeuges im elektrischen Betrieb ermöglicht.
Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der verbrennungsmotorische Antrieb mit einer Leistung betrieben, die gerade ausreichend ist, um so viel elektrische Leistung zu erzeugen, wie jeweils momentan zum Betrieb des elektrischen Antriebs des Hybridfahrzeuges erforderlich ist, zuzüglich der sonstigen vom Bordnetz des Hybridfahrzeuges entnommenen elektrischen Leistung, also einschließlich der für die Zuheizung erforderlichen elektrischen Leistung.
Besonders bevorzugt wird der verbrennungsmotorische Antrieb gestartet, wenn sämtliche der folgenden Bedingungen erfüllt sind:

– die aktuelle elektrische Leistung der elektrischen Zuheizung beträgt mehr als 1 kW
– die Kühlwassertemperatur beträgt weniger als 60°C
– die Außentemperatur beträgt weniger als 10°C.

Sobald im Laufe des Betriebs des verbrennungsmotorischen Antriebs zumindest eine der erfindungsgemäß vorgenannten Bedingungen nicht mehr erfüllt ist, wird der verbrennungsmotorische Antrieb wieder abgeschaltet, falls dies nicht durch andere Verfahren und Betriebsparameter verhindert wird. Das heißt, dass der verbrennungsmotorische Antrieb abgeschaltet werden kann oder zumindest ein Signal an eine Steuereinheit abgegeben wird um den verbrennungsmotorische Antrieb abzuschalten, wenn entweder

– die aktuelle elektrische Leistung der elektrischen Zuheizung kleiner ist als ein definierter Leistungs-Schwellenwert oder
– die Kühlwassertemperatur größer ist als ein definierter Kühlwassertemperatur-Schwellenwert oder
– die Außentemperatur höher ist ein definierter Außentemperatur-Schwellenwert.

Vorgenanntes Abschalten des verbrennungsmotorischen Antriebes setzt voraus, dass den vorgenannten Kriterien zum Abschalten nicht gleichrangige oder höherrangige Kriterien eines Managements des Hybridfahrzeuges entgegenstehen. Beispielsweise kann eine momentan hohe Leistungsabforderung zum Antrieb des Hybridfahrzeuges einen weiteren Betrieb des verbrennungsmotorischen Antriebes auch beim Vorliegen vorgenannter Abschaltekriterien erforderlich machen. Ebenso kann eine erst kurze Betriebsdauer des verbrennungsmotorischen Antriebes einen weiteren Betrieb desselben erforderlich machen, um einen häufigen Betrieb mit jeweils kurzer Betriebsdauer zu unterbinden, welcher einen auf die Leistungsausbeute bezogen relativ hohen Schadstoffausstoß verursachen könnte.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bei einem niedrigem Ladestand einer Batterie, der auch als SOC bezeichnet wird, der verbrennungsmotorische Antrieb auch beim Entfall einer oder mehrerer der erfindungsgemäß genannten Bedingungen weiterhin betrieben wird, um beim erfindungsgemäßen Betrieb die Batterie zu laden.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass bei einem niedrigem Ladestand der Batterie der verbrennungsmotorische Antrieb auch beim Entfall einer oder mehrerer der erfindungsgemäß genannten Bedingungen der verbrennungsmotorische Antrieb mit einer Leistung betrieben, die gerade ausreichend ist, um so viel elektrische Leistung zu erzeugen, wie jeweils momentan zum Betrieb des elektrischen Antriebs des Hybridfahrzeuges erforderlich ist, zuzüglich der sonstigen vom Bordnetz des Hybridfahrzeuges entnommenen elektrischen Leistung, also einschließlich der für die Zuheizung erforderlichen elektrischen Leistung, zuzüglich einer elektrischen Leistung, die zum Laden der Batterie verwendet wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Verfahrens.
1 zeigt schematisch einen Regelungsablauf zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels zum Betrieb eines nicht dargestellten Hybridfahrzeuges. Das Hybridfahrzeug weist einen elektrischen Antrieb E und einen verbrennungsmotorischen Antrieb V auf, wobei letzterer mit einem Kühlkreislauf ausgestattet ist, bei dem Kühlwasser als Kühlmittel dient. Das Hybridfahrzeug weist eine elektrische Zuheizung auf, die als Kaltleiter, PTC-Widerstand oder PTC-Thermistor ausgebildet ist. Die Zuheizung dient der Erwärmung eines Fahrgastraumes des Hybridfahrzeuges, insbesondere wenn die Abwärme des verbrennungsmotorischen Antriebes V, die mittels des Kühlkreislaufes ebenfalls zur Erwärmung des Fahrgastraumes genutzt wird, nach einem Start des verbrennungsmotorischen Antriebes V noch nicht zur ausreichenden oder zur ausreichend zügigen Erwärmung des Fahrgastraumes genügt.
Bei einem Start S des Hybridfahrzeuges werden vor dessen Fahrtbeginn zunächst diverse übliche Fahrzeugsysteme, beispielsweise eine elektrische Beleuchtung oder ein Sicherheitssystem, aktiviert, bevor der elektrischer Antrieb E und zusätzlich oder alternativ der verbrennungsmotorische Antrieb V aktiviert werden.
Gegenstand des Regelungsablaufes ist die Festlegung, ob der verbrennungsmotorische Antrieb V des Hybridfahrzeuges aktiviert wird oder ob allein der elektrische Antrieb E zum Antrieb des Hybridfahrzeuges aktiviert wird.
Dazu wird ermittelt, ob eine erste Bedingung B1, eine zweite Bedingung B2 und eine dritte Bedingung B3 erfüllt sind.
Zunächst wird ermittelt, ob die erste Bedingung B1 erfüllt ist, nämlich ob die aktuelle elektrische Leistung der elektrischen Zuheizung mehr als 1,0 kW beträgt. Es ist möglich, einen anderen Leistungs-Schwellenwert als 1,0 kW als erste Bedingung B1 festzulegen.
Sofern die aktuelle elektrische Leistung der elektrischen Zuheizung mehr als 1,0 kW beträgt, also die erste Bedingung B1 erfüllt ist, wenn also eine hohe elektrische Leistung erforderlich ist, um den Fahrgastraum aufzuwärmen, wird ermittelt, ob die zweite Bedingung B2 erfüllt ist, nämlich ob die aktuelle Kühlwassertemperatur weniger als 60°C beträgt. Es ist möglich, einen anderen Kühlwassertemperatur-Schwellenwert als 60°C als zweite Bedingung B2 festzulegen.
Sofern die aktuelle Kühlwassertemperatur weniger als 60°C beträgt, also die zweite Bedingung B2 erfüllt ist, wenn also eine ausreichend hohe, abführbare Abwärme des Kühlwassers noch nicht zur Verfügung steht, um den Fahrgastraum aufzuwärmen, wird ermittelt, ob die die dritte Bedingung B3 erfüllt ist, nämlich ob die aktuelle Außentemperatur weniger als 10°C beträgt. Es ist möglich, einen anderen Außentemperatur-Schwellenwert als 10°C als dritte Bedingung B3 festzulegen.
Sofern neben der Bedingung B1 auch die zweite Bedingung B2 und auch die dritte Bedingung B3 erfüllt ist, wird der verbrennungsmotorische Antrieb V des Hybridfahrzeuges aktiviert.
Sofern eine der Bedingungen B1, B2, B3 nicht erfüllt ist, wird der elektrische Antrieb E aktiviert und der verbrennungsmotorische Antrieb V wird nicht aktiviert.
Der Betrieb des verbrennungsmotorischen Antriebs V erfolgt derart, dass mittels eines Generators genügend Leistung für den Betrieb der elektrischen Zuheizung erzeugt wird. Außerdem liefert der verbrennungsmotorische Antrieb V gleichzeitig zunehmend Abwärme, mit der die Temperatur des Kühlwassers des Kühlkreislaufes des verbrennungsmotorischen Antriebes V erhöht wird. Dabei ist der über den Kühler geführte Teilkreis des Kühlkreislaufes geschlossen, um die entstehende Abwärme nicht nach außen abzuleiten, sondern weitgehend vollständig demjenigen Teilkreis des Kühlkreislaufes zuzuführen, der der Aufheizung des Fahrgastraumes dient. Dadurch wird eine elektrische Reichweite des Hybridfahrzeuges durch eine bereits unmittelbar nach dem Start S erforderliche Aufheizung signifikant weniger oder gar nicht beeinträchtigt. Als Energiequelle beim elektrischen Antrieb E des Hybridfahrzeuges, insbesondere auch bei dessen Boost-Betrieb, dient eine bekannte HV-Batterie. Zudem kann eine Aufheizung des Innenraums anhand der Abwärme bei einem verbrennungsmotorischen Antriebs V wesentlich schneller und komfortabler erfolgen, als bei reinem elektrischen Antrieb E und einer rein elektrischen Zuheizung.
Alternativ kann beim verbrennungsmotorischen Antriebs V nicht nur so viel elektrische Energie erzeugt werden, wie das Bordnetz einschließlich der für die Zuheizung benötigten elektrischen Energie aktuell erfordert, sondern auch zusätzlich elektrische Energie in eine HV-Batterie eingespeist werden. Die anfallende Abwärme der HV-Batterie beim Aufladen kann dann ebenfalls als Wärme zur Innenraumaufheizung genutzt werden. Hierbei kann ebenfalls ein energetisches Optimum unter der zu berücksichtigten Fahrstrategie mit Innenraumaufheizung erreicht werden.
Alternativ ist es möglich, den verbrennungsmotorischen Antrieb V nach dessen Aktivierung mit einer Leistung zu betreiben, die gerade ausreichend ist, um so viel elektrische Leistung zu erzeugen, wie momentan zum Betrieb des elektrischen Antriebs E des Hybridfahrzeuges erforderlich ist, zuzüglich der sonstigen vom Bordnetz des Hybridfahrzeuges entnommenen elektrischen Leistung, also einschließlich der für die Zuheizung erforderlichen elektrischen Leistung. Dies bedeutet, dass das Hybridfahrzeug in einem Modus betrieben wird, in welchem beide Antriebe E, V aktiviert sind.
Bezugszeichenliste

B1

erste Bedingung

B2

zweite Bedingung

B3

dritte Bedingung

E

elektrischer Antrieb

S

Start

V

verbrennungsmotorischer Antrieb

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013214728 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeuges mit einem elektrischen und einem verbrennungsmotorischen Antrieb (E, V) mit einem Kühlkreislauf sowie mit einer elektrischen Zuheizung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktivierungszustand oder eine aktuelle elektrische Leistung der elektrischen Zuheizung erfasst wird, dass eine Kühlwassertemperatur des Kühlkreislaufes erfasst wird und dass eine Außentemperatur erfasst wird, wobei der verbrennungsmotorische Antrieb (V) gestartet und betrieben wird, wenn sämtliche der folgenden Bedingungen erfüllt sind: – die aktuelle elektrische Leistung der elektrischen Zuheizung beträgt mehr als ein definierter Leistungs-Schwellenwert – die Kühlwassertemperatur beträgt weniger als ein definierter Kühlwassertemperatur-Schwellenwert – die Außentemperatur beträgt weniger als ein definierter Außentemperatur-Schwellenwert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verbrennungsmotorische Antrieb (V) gestartet wird, wenn sämtliche der folgenden Bedingungen erfüllt sind: – die aktuelle elektrische Leistung der elektrischen Zuheizung beträgt mehr als 1 kW – die Kühlwassertemperatur beträgt weniger als 60°C – die Außentemperatur beträgt weniger als 10°C.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der verbrennungsmotorische Antrieb (V) abgeschaltet werden kann oder zumindest ein Signal an eine Steuereinheit abgegeben wird um den verbrennungsmotorische Antrieb (V) abzuschalten, wenn wenigstens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: – die aktuelle elektrische Leistung der elektrischen Zuheizung ist kleiner als ein definierter Leistungs-Schwellenwert – die Kühlwassertemperatur ist größer als ein definierter Kühlwassertemperatur-Schwellenwert – die Außentemperatur ist größer als ein definierter Außentemperatur-Schwellenwert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der verbrennungsmotorische Antrieb (V) mit einer Leistung betrieben wird, welche nicht größer ist als zur Erzeugung einer elektrischen Leistung erforderlich ist, welche gleich einer aktuellen elektrischen Leistung eines Bordnetzes, einschließlich der aktuellen elektrischen Leistung der elektrischen Zuheizung ist.