DE102015226614A1

DE102015226614A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, Steuerungseinheit für ein Antriebssystem und ein Antriebssystem

Info

Publication number: DE102015226614A1
Application number: DE102015226614.1A
Authority: DE
Inventors: Tobias Radke; Jens Ritzert; Florian Schlumpp
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-23
Filing date: 2015-12-23
Publication date: 2017-06-29
Also published as: WO2017109218A1; JP2019507043A; US10737684B2; KR20180096756A; CN108698607A; US20190001959A1; CN108698607B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (3) und einem Elektroantrieb (2), der durch einen elektrischen Energiespeicher (8) versorgt wird, wobei die Antriebsleistungen des Verbrennungsmotors (3) und/oder des Elektroantriebs (2) gemäß einer vorgegebenen Lastverteilung eingestellt werden, mit den Schritten:
– Regeln (S10) der Lastverteilung zwischen dem Elektroantrieb (2) und dem Verbrennungsmotor (3) basierend auf einem momentanen Soll-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers (8); und
– Bestimmen des momentanen Soll-Ladezustands aus einem vorgegebenen linearen Soll-Ladezustands-Verlauf zwischen einer momentanen Position des Kraftfahrzeugs und einem Zielort.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft allgemein ein Steuerungsverfahren zum Energiemanagement bei hybriden Antriebssystemen. Insbesondere betrifft die Erfindung Betriebsstrategien zum Betreiben eines Fahrzeugs durch Vorgabe einer Lastverteilung.
Stand der Technik
Herkömmliche Hybridfahrzeuge beziehungsweise Hybridelektrofahrzeuge (HEV) gewinnen während der Fahrt kinematische Energie in elektrischer Form zurück und speichern diese in einem elektrischen Energiespeicher, wie z.B. einer Hochvolt (HV)-Batterie, was beispielsweise durch Rekuperation von Energie während des Fahrens des Fahrzeugs erfolgen kann.
PHEV sind dadurch charakterisiert, dass sie die Möglichkeit bieten, den elektrischen Energiespeicher durch ein externes Stromnetz aufzuladen. Dadurch stehen einem Antriebssystem eines PHEV zwei Arten von Energieträgern zur Erzeugung der erforderlichen Fahrzeugantriebsenergie zur Verfügung: nämlich konventioneller auf fossilen Energieträgern basierender Kraftstoff zum Antrieb des Verbrennungsmotors sowie elektrische Energie aus dem Stromnetz zum Antrieb eines Elektroantriebs.
Um dies in die Berechnung der CO₂-Emissionen des Fahrzeugs einzubeziehen, wurde eine spezielle Zertifizierungsvorschrift in der EU festgelegt. Es hat sich ferner gezeigt, dass bei einem PHEV die Versorgung aus einer zusätzlichen Energiequelle die Komplexität der in einem PHEV anzuwendenden Steuerungsstrategie zur Energiemanagementsteuerung erhöht.
In einem PHEV wird ein elektrischer Energiespeicher mit einer, im Vergleich zu einem elektrischen Energiespeicher, der in einem konventionellen HEV verbaut wird, vergleichsweisen hohen Kapazität verwendet. Daher kann für ein PHEV eine Ladungsverringerungs-/Ladungserhaltungsstrategie (CD/CS) („Charge Depleting / Charge Sustaining) Strategie angewandt werden, bei der die Antriebsleistung des PHEV zunächst hauptsächlich durch den elektrischen Energiespeicher bereitgestellt wird, solange bis ein unterer Ladungszustand (SoC) („State of Charge“)-Schwellenwert erreicht wird. Dann wird die Speicherladung des elektrischen Energiespeichers so geregelt, dass der bisher erreichte niedrige Ladungszustand beibehalten wird. Alternativ kann das Fahrzeug gemäß einem gemischten Modus („Blended Mode“) betrieben werden, bei dem der Ladungszustand so geregelt wird, dass die verfügbare elektrische Energie gleichmäßiger über die gesamte Fahrstrecke aufgeteilt wird.
Aus der Druckschrift DE 10 2013 220 935 A1 ist ein Verfahren zur Anpassung einer Betriebsstrategie in einem Hybridelektrofahrzeug bekannt, bei dem die Anpassung einer vorausschauenden Betriebsstrategie aufgrund ökologischer und/oder ökonomischer Merkmale der zur Verfügung stehenden Energieformen zum Antrieb des HEV erfolgt. Dabei wird den zur Verfügung stehenden Energieformen jeweils wenigstens ein Äquivalenzfaktor zur Umrechnung unterschiedlicher Energieformen ineinander zugeordnet.
Die Berechnung eines möglichst effizienten und CO₂-sparenden Sollverlaufs erfordert in der Regel einen hohen Rechenaufwand für die Steuerungseinheit (ECU) des Fahrzeugs. Daher besteht der Bedarf, die Steuerungsstrategie zum Betrieb des PHEV zu verbessern und zu vereinfachen.
Offenbarung der Erfindung
Es werden ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, nach Anspruch 1, eine Steuerungseinheit für ein Plug-In-Hybridelektrofahrzeug, die ein Prädiktionsmodul zur Berechnung eines Sollverlaufs für einen Ladungszustand einer Batterie des Plug-In-Hybridelektrofahrzeugs aufweist, sowie ein Plug-In-Hybridelektrofahrzeug, das eine Steuerungseinheit mit einem Prädiktionsmodul aufweist, gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektroantrieb vorgesehen, der durch einen elektrischen Energiespeicher versorgt wird. Die Antriebsleistungen des Verbrennungsmotors und/oder des Elektroantriebs werden gemäß einer vorgegebenen Lastverteilung eingestellt. Das Verfahren weist die Schritte auf:

– Regeln der Lastverteilung zwischen dem Elektroantrieb und dem Verbrennungsmotor basierend auf einem momentanen Soll-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers; und
– Bestimmen des momentanen Soll-Ladezustands aus einem vorgegebenen, insbesondere linearen Soll-Ladezustands-Verlauf zwischen einer momentanen Position des Kraftfahrzeugs und einem Zielort.

Insbesondere kann das Verfahren zyklisch wiederholt werden.
Mit obigem Verfahren kann eine Prädiktion beziehungsweise Vorhersage des zu verwendenden Soll-Ladezustandsverlaufs erheblich vereinfacht werden. Viele Informationen, die in die Berechnung des Soll-Ladezustands eingehen und die typischerweise prädiktiv ermittelt werden und daher fehlerbehaftet verwendet werden, können stattdessen ohne Fehler für den jeweils aktuellen Zeitpunkt ermittelt werden, was beispielsweise durch Fahrzeugsensoren und Navigationsgeräte geschehen kann.
Insbesondere können vor Ort ermittelbare Informationen, die oftmals vergleichsweise einfach für den aktuellen Zeitpunkt gewonnen werden können, jedoch nicht oder nur mit hohem Aufwand im Voraus bestimmbar wären, quasi in Echtzeit verwendet werden. Außerdem kann die Genauigkeit des erforderlichen Soll-Ladezustandsverlaufs derart erhöht werden, dass dieser hinsichtlich der CO₂-Emission nahe am optimalen Verlauf liegt. Gleichzeitig kann die Anforderung an die Rechenleistung der Steuerungseinheit verringert werden und/oder die Rechenleistung kann, im Vergleich zum Stand der Technik, besser genutzt werden.
Da bei diesem Verfahren ein linearer Soll-Ladezustandsverlauf gewählt wird, kann dadurch die Berechnung weiterhin vereinfacht werden, wobei gleichzeitig weiterhin eine hohe Genauigkeit gewährleistet werden kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine Modifizierung beziehungsweise eine Aktualisierung des Soll-Ladezustandsverlaufs wiederholt bzw. zyklisch durchgeführt wird, beispielsweise in einem gewissen zeitlichen oder streckenmäßigen Abstand während der Fahrt, und auf diese Weise stets ein korrigierter aktueller Soll-Ladezustand zur Verfügung gestellt wird. Der auf diese Weise aktualisierte Soll-Ladezustandsverlauf kann ebenfalls einem linearen Verlauf entsprechen, wobei im einfachsten Fall lediglich die Steigung des Soll-Ladezustandsverlaufs angepasst wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Steuerungseinheit zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektroantrieb vorgesehen, der durch einen elektrischen Energiespeicher versorgt wird. Dabei können die Antriebsleistungen des Verbrennungsmotors und/oder des Elektroantriebs gemäß einer vorgegebenen Lastverteilung eingestellt werden, wobei die Steuerungseinheit ausgebildet ist, um:

– die Lastverteilung zwischen dem Elektroantrieb und dem Verbrennungsmotor basierend auf einem momentanen Soll-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers zu regeln; und
– den momentanen Soll-Ladezustand aus einem vorgegebenen linearen Soll-Ladezustandsverlauf zwischen einer momentanen Position des Kraftfahrzeugs und einem Zielort zu bestimmen.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Steuerungseinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebssystem bereitgestellt, die ein Prädiktionsmodul aufweist, das zur Berechnung eines Soll-Ladezustandsverlaufs eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs eingerichtet ist. Die Steuerungseinheit ist dazu eingerichtet, einen Ladungszustand des elektrischen Energiespeichers gemäß dem von dem Prädiktionsmodul berechneten Soll-Ladezustandsverlauf zu regeln. Das Prädiktionsmodul ist außerdem dazu eingerichtet, zur Aktualisierung des berechneten Soll-Ladezustandsverlaufs den Soll-Ladezustandsverlauf in Antwort auf den Empfang von ermittelten prädiktiven Informationen über einen momentanen Zustand des Kraftfahrzeugs zu modifizieren.
Die zur Ermittlung der zu ermittelnden Informationen verwendeten Sensoreinheiten können verschiedener Art sein und beispielsweise ein Navigationsgerät, Fahrzeugsensoren, oder ähnliches, aufweisen.
Dadurch kann die Energieeffizienz eines Kraftfahrzeugs, bei dem die Antriebsleistung von einem Verbrennungsmotor und/oder dem Elektroantrieb bereitgestellt wird, auf eine einfache Weise erhöht werden. Ferner kann der CO₂-Verbrauch reduziert werden. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass der Soll-Ladezustandsverlauf jeweils basierend auf Informationen über einen momentanen Zustand des Fahrzeugs, das heißt basierenden auf Informationen, die aktuell gemessen oder empfangen werden können, aktualisiert wird. Somit muss nicht der gesamte Soll-Ladezustandsverlauf im Voraus berechnet werden. Stattdessen kann der Sollverlauf sukzessive angepasst werden.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ferner ein Plug-In-Hybridelektrofahrzeug bereitgestellt, das die oben genannte Steuerungseinheit mit einem Prädiktionsmodul aufweist. Die Steuerungseinheit ist dazu eingerichtet, einen Soll-Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs derart zu regeln, dass das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann.
Damit kann der zu verwendende Soll-Ladezustandsverlauf anhand möglichst einfach zu erfassender prädiktiver Informationen umgesetzt werden und optimiert werden. So konnte gezeigt werden, dass bereits mit sehr geringem Prädiktionsaufwand hohe Kraftstoffeinsparungen erreicht werden können.
Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass nicht der gesamte Soll-Ladezustandsverlauf bereits vor/zu Beginn der Fahrt berechnet wird. Stattdessen wird lokal für den aktuellen Zeitpunkt der Soll-Ladezustand bestimmt.
Folglich kann mit einer einfachen Umsetzung der oben genannten Aspekte eine geringe Fehleranfälligkeit sowie ein hohes CO₂-Einsparungspotential erreicht werden. Es kann dabei ein annähernd optimaler Soll-Ladezustandsverlauf bestimmt werden. Dieser Soll-Ladezustandsverlauf entspricht bevorzugt der Umsetzung eines „Blended-Mode“, wodurch eine deutliche Einsparung der CO₂-Emissionen erreicht werden kann.
Die Erfindung kann in allen gängigen PHEVs eingesetzt werden. Sie verbessert die Hybrid-Betriebsstrategie und kann auf bestehende Informationsquellen zurückgreifen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, eine Information über einen momentanen Zustand des Kraftfahrzeugs zu ermitteln, und den vorgegebenen Soll-Ladezustandsverlauf abhängig von der ermittelten Information zu aktualisieren.
Insbesondere kann das Verfahren die weiteren Schritte aufweisen:

– Ermitteln einer Energiedifferenz des Kraftfahrzeugs zwischen der momentanen Position des Kraftfahrzeugs und dem Zielort aus der ermittelten Information, und
– Berechnen eines Korrekturwerts für einen momentanen Soll-Ladezustand basierend auf der ermittelten Energiedifferenz;
– Beaufschlagen des momentanen Soll-Ladezustands mit dem Korrekturwert.

Dadurch kann durch den ermittelten Wert für die Energiedifferenz ein Parameter zur Verfügung gestellt werden, der direkten Einfluss auf das Energiemanagement des Fahrzeugs nimmt und daher eine robuste Bezugsgröße für die verfahrensgemäßen Berechnungen darstellt. Bei dem Korrekturwert können fahrzeuginterne Einflussfaktoren, wie beispielsweise eine Wirkungsgradkette, die beispielsweise von der Architektur des Antriebsstrangs des Fahrzeugs bestimmt wird, berücksichtigt werden.
Insbesondere kann eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit und/oder einer aktuellen Höhenkoordinate des Fahrzeugs und/oder eine absolute Höhe am Zielort ermittelt werden, und eine kinetische Energie des Fahrzeugs und/oder einer potentiellen Energie des Fahrzeugs gegenüber dem Zielort ermittelt werden.
Weiterhin kann eine zu erwartende Rekuperationsenergie basierend auf einer ermittelten positiven Energiedifferenz des Fahrzeugs gegenüber dem Zielort berechnet werden, wobei die zu erwartende Rekuperationsleistung in eine Reduzierung eines aktuellen Soll-Ladungszustands umgerechnet wird. Alternativ oder zusätzlich kann ein zusätzlicher Energiebedarf des Fahrzeugs basierend auf einer ermittelten negativen Energiedifferenz des Fahrzeugs gegenüber dem Zielort berechnet werden, wobei der berechnete zusätzliche Energiebedarf in eine Erhöhung eines aktuellen Soll-Ladungszustands umgerechnet wird.
Weiterhin kann zum Regeln des Ladungszustands ein ECMS-Verfahren basierend auf einem momentanen Soll-Ladezustand angewandt werden.
Weiterhin kann der lineare Soll-Ladezustandsverlauf über eine Strecke zwischen der momentanen Position des Kraftfahrzeugs und dem Zielort bestimmt werden, indem ein linearer Verlauf des Soll-Ladezustands bezüglich der Strecke zwischen der momentanen Position des Kraftfahrzeugs und dem Zielort abhängig von einem Ladezustand an der momentanen Position des Kraftfahrzeugs und einem vorgegebenen Entladungs-Schwellenwert, der eine maximal zulässige Entladung angibt, berechnet wird.
Dadurch kann das Verfahren auf besonders robuste Weise durchgeführt werden. Insbesondere ist es besonders gut möglich, eine Blended-Mode-Strategie mithilfe der Soll-Ladezustands-Regelung der ECMS und prädiktiven Informationen effektiv und effizient umzusetzen. Untersuchungen einer ECMS-Betriebsstrategie an diversen Fahrzyklen haben ergeben, dass der jeweils beste Soll-Ladezustandsverlaufs in den meisten Fällen mit hoher Genauigkeit durch eine Korrektur des linearen Soll-Ladezustandsverlauf durch die verbleibende potentielle und kinetische Energie des Kraftfahrzeugs gegenüber dem Zielort erreicht werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Antriebssystem mit einem Verbrennungsmotor, einem Elektroantrieb, der durch einen elektrischen Energiespeicher versorgt wird, und der obigen Steuerungseinheit.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Blockdiagramm eines Antriebssystems für ein Plug-In-Hybridelektrofahrzeug (PHEV),
2 ein Diagramm eines Verlaufs eines Ladezustandes (SoC) einer Batterie eines Antriebssystems, das in einem Ladungsabbau-/Ladungserhaltungsmodus betrieben wird,
3 ein Diagramm eines Verlaufs eines SoC einer Batterie eines Antriebssystems, das in einem gemischten Modus („Blended Mode“) betrieben wird,
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Antriebssystems,
5 ein Diagramm eines Verlauf eines SoC einer Batterie eines Antriebssystem, das in einem gemischten Modus betrieben wird, und
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Antriebssystems.
Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt ein Blockdiagramm eines hybriden Antriebssystems 1 eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Plug-In-Hybridelektrofahrzeugs (PHEV). Das Antriebssystem 1 weist einen Elektroantrieb 2 und einen Verbrennungsmotor 3 auf, die über die Antriebswelle 4 Antriebsleistung auf die Antriebsachse 5 des Antriebssystems 1 bereitstellen. Alternativ ist auch denkbar, dass das Antriebssystem 1 mehrere Elektroantriebe 2 zum Antrieb von mehreren Antriebsachsen 5 aufweist. Ferner kann das Antriebssystem 1 auch mit einem Vierradantrieb ausgestattet sein.
Zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und dem Elektroantrieb 2 ist eine erste Kupplung 6 zum Öffnen und Schließen des Antriebsstrangs angeordnet. Zwischen dem Elektroantrieb 2 und dem Getriebe 15 ist eine zweite Kupplung 7 zum Öffnen und Schließen des Antriebsstrangs angeordnet. Der Elektroantrieb 2 wird durch einen elektrischen Energiespeicher in Form einer Batterie 8 versorgt, die über eine Leistungselektronik 9 mit dem Elektroantrieb 2 verbunden ist. Bei der Batterie 8 kann es sich um eine Traktionsbatterie bzw. eine Hochvolt-Batterie zur Versorgung des Elektroantriebs 2 des Antriebssystems 1 handeln. Ferner ist die Batterie 8 mit einem Ladeanschluss 10 ausgestattet, an dem eine externe Stromquelle 11 angeschlossen werden kann, um die Batterie 8 aufzuladen.
Die Leistungselektronik 9 ist mit der Motorsteuerung beziehungsweise der Steuerungseinheit 12 des Antriebssystems 1 verbunden. Die Steuerungseinheit 12 steuert den Verbrennungsmotor 3 und den Elektroantrieb 2 zum Bereitstellen von Teilantriebsmomenten an. Ferner weist die Steuerungseinheit 12 ein Prädiktionsmodul 13 auf, das einen Soll-Ladezustandsverlauf (SoC) berechnen kann. Der Soll-Ladezustandsverlauf entspricht einem gewünschten bzw. vorgegebenen Verlauf eines Ladezustands der Batterie 8. Das Prädiktionsmodul 13 bzw. die Steuerungseinheit 12 ist mit einer Sensoreinheit 14 zum Ermitteln von Fahrzeug- beziehungsweise Umgebungsinformationen verbunden.
Das Antriebssystem 1 kann in verschiedenen Betriebsmodi betrieben werden, bei denen jeweils unterschiedliche Anteile der Gesamtantriebsleistung von dem Elektroantrieb 2 und dem Verbrennungsmotor 3 bereitgestellt werden und der Ladezustand (SoC) der Batterie 8 nach einer vorbestimmten Strategie geregelt wird. Bevorzugt wird der Ladezustand geregelt, indem ein Äquivalenzfaktor einer Steuerungsstrategie, wie der ECMS (Equivalent Consumption Minimization Strategy), angepasst wird.
In 2 wird ein Ladezustandsverlauf nach einer Ladungsverringerungs-/Ladungserhaltungs-Strategie beziehungsweise einer „Charge Depleting / Charge Sustaining (CD/CS)“-Strategie gezeigt. Dabei wird versucht, den in 2 dargestellten Verlauf des Ladezustands der Batterie 8 über der zurückgelegten Wegstrecke x zu erreichen. Das Antriebssystem 1 beginnt die Fahrt mit aufgeladener Batterie 8, wobei für eine möglichst lange Zeitdauer rein elektrisch gefahren wird bzw. die gesamte Antriebsleistung durch den Elektroantrieb 2 bereitgestellt wird. Diese Phase entspricht dem Ladungsverringerungsmodus (CD-Modus). Erst wenn eine vorbestimmte untere SoC-Schwelle des Ladezustandes erreicht ist, wird der Verbrennungsmotor 3 aktiviert und der Ladezustand der Batterie 8 wird durch Entlade- und Ladezyklen (mit generatorisch im Kraftfahrzeug erzeugter elektrischer Energie) um die untere SoC-Schwelle geregelt. Ein solches Antriebssystem kann über die gesamte restliche Zeitspanne den Ladezustand der Batterie 8 auf ein niedriges Niveau regeln. Damit kann die dargestellte CD/CS-Strategie umgesetzt werden.
In 3 wird ein Ladezustandsverlauf nach einer Strategie eines sogenannten „gemischten Modus („Blended Mode“) über der zurückgelegten Wegstrecke x dargestellt. Hier wird das Antriebssystem 1 in einem gemischten Modus betrieben, wobei die Antriebsleistung während der gesamten Betriebsdauer teils durch den Verbrennungsmotor 3 und teils durch einen aus der Batterie 8 gespeisten Elektroantrieb 2 erbracht wird.
Damit kann gegenüber der CD/CS-Strategie aus 2 eine Verbesserung der CO₂-Effizienz erreicht werden, da die Lastverteilung bei der CD/CS-Strategie bei realer Fahrt meistens nicht der optimalen Momentenaufteilung des hybriden Antriebssystems 1 entspricht. Dieser optimalen Momentenaufteilung kommt die „Blended-Mode“-Strategie deutlich näher.
4 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Verfahrens zum Betreiben eines Antriebssystems:
In Schritt S1 wird das Antriebssystem zu Beginn einer Fahrt mit einer vollständig aufgeladenen Batterie 8 bereitgestellt.
Bei dem nachfolgend beschrieben Verfahren wird das Ziel verfolgt, die Batterie bis zum Erreichen einer nächsten Auflademöglichkeit weitestgehend zu entladen. Dabei wird die Batterie 8 bis zu einem vorbestimmten Entladungs-Schwellenwert entladen.
In Schritt S2 werden aktuelle Informationen über den momentanen Zustand des Antriebssystems 1 bzw. des Kraftfahrzeug ermittelt und an das Prädiktionsmodul 13 übertragen.
Zunächst betreffen diese Informationen den Startort als momentane Position des Kraftfahrzeugs und den Ort der nächsten in Frage kommenden Lademöglichkeit als Zielort, wobei die die Streckenläge zwischen dem Startort und dem Zielort bestimmt wird. Ferner wird auch die absolute Höhe, insbesondere die Höhe über Normalnull, des Zielorts bestimmt und dem Prädiktionsmodul 13 mitgeteilt. Die notwendigen Daten können beispielsweise durch ein im Antriebssystem 1 verwendetes Navigationsgerät bereitgestellt werden, das mit der Steuerungseinheit des Antriebssystem 1 verbunden ist.
Nach der hier gezeigten Ausführungsform erkennt bzw. kennt das Navigationsgerät den wahrscheinlichen nächsten Aufladeort des Fahrzeuges und gibt diesen als Zielort und/oder die daraus resultierende verbleibende Fahrstrecke an das Prädiktionsmodul 13 weiter. Ansonsten wird die verbleibende Fahrtstrecke bis zum im Navigationsgerät eingegebenen Zielort berechnet. Das Prädiktionsmodul 13 kann auch die Rückfahrt zum Startort in die Berechnung berücksichtigen. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn der Fahrer an dem Zielort der Fahrt keine Auflademöglichkeit hat, jedoch das Kraftfahrzeug am Ausgangsort lädt.
In Schritt S3 wird aus prädiktiven Informationen ein linearer Sollverlauf des Ladezustands bestimmt, wobei der lineare Verlauf zwischen dem Startort bzw. der aktuellen Position des Kraftfahrzeugs 1 und dem Zielort, d.h. dem Ort der Auflademöglichkeit, berechnet wird, wobei für den Zielort ein Ladezustand einer maximalen (maximal zulässigen) Entladung vorgegeben wird, der z.B. einem Entladungs-Schwellenwert entsprechen kann. Mit anderen Worten ergibt sich der lineare Verlauf aus einem linear über die Entfernung zum Zielort abnehmender Soll-Ladezustand.
Dabei nimmt der bestimmte Verlauf in Schritt S3 von einem Startwert, d.h. von dem aktuellen Ladezustand bis zu einem gewünschten End-Ladezustand beziehungsweise dem vorgegebenen Entladungs-Schwellenwert für den Ladezustand linear oder gemäß einem sonstigen in einfacher Weise berechenbaren Verlauf ab. Falls der Fahrer bei Fahrtende einen bestimmen Wert für den Ladezustand der Batterie 8 erreichen möchte, kann das Prädiktionsmodul 13 den Soll-Ladezustand linear auf den gewünschten Zielwert einstellen und damit eine emissionsärmere und komfortablere beziehungsweise gleichmäßigere Betriebsstrategie anwenden, als es Strategien ermöglichen, die den Soll-Ladezustand sofort auf den gewünschten Zielwert des Ladezustands am Zielort verändern.
Bevorzugt wird der lineare Verlauf des Soll-Ladezustands über die verbleibende Fahrstrecke berechnet. Die Linearität des Soll-Ladezustands über der Strecke wird bevorzugt gewählt, weil die Bestimmung der prädiktiven Informationen hier besonders einfach und genau möglich ist, und die verbleibende Streckenlänge bis zum Aufladeort typischerweise genauer bestimmt werden kann als die verbleibende Fahrzeit. Nach einer Variante ist es aber auch möglich, die Linearität über die Zeit aufzutragen.
In Schritt S4 werden aktuelle Werte für weitere prädiktive Informationen, hier: die aktuelle absolute Höhe, wo sich das Fahrzeug befindet, und Fahrgeschwindigkeit ermittelt und an das Prädiktionsmodul 13 übertragen.
Charakteristisch für das Prädiktionsmodul 13 ist, dass der Soll-Ladezustands-Verlauf nicht zu Beginn der Fahrt, sondern während der Fahrt für den jeweils aktuellen Zeitpunkt bestimmt wird. Damit müssen viele Informationen nicht mehr prädiktiv bestimmt werden.
In Schritt S5 wird der lineare Soll-Ladezustands-Verlauf durch die in Schritt S4 bestimmten zusätzlichen prädiktiven Informationen modifiziert.
Dabei wird der lineare Soll-Ladezustands-Verlauf durch die verbleibende potentielle und kinetische Energie des Fahrzeugs gegenüber dem Zielort korrigiert. Dabei werden als prädiktive Information neben der verbleibenden Streckenlänge die absolute Höhe am Zielort verwendet.
Für jeden Zeitpunkt wird somit die aktuelle Fahrgeschwindigkeit und die aktuelle Höhe des Fahrzeuges von Fahrzeugsensoren/Navigationsgerät erfasst und an das Prädiktionsmodul 13 weitergeleitet. Dort wird die potentielle und kinetische Energiedifferenz zum Zielort berechnet. Ferner wird dabei mit Hilfe einer geschätzten Wirkungsgradkette des Antriebsstrangs und des Batterie-Systems eine erwartete Rekuperationsenergie bis zum Zielort errechnet. Diese wird in eine Reduktion des Soll-Ladezustands umgerechnet. Eine berechnete negative potentielle Energie (Steigung) hingegen wird als zusätzlicher Energiebedarf an die Batterie 8 betrachtet, wodurch verfahrensgemäß auch eine Erhöhung des Soll-Ladezustands möglich ist.
In Schritt S6 wird ein aktueller Soll-Ladezustand zu jedem Zeitpunkt an die Steuerungseinheit 12 übertragen. Die Steuerungseinheit 12 für ein Betriebsstrategieverfahren durch, bei dem eine Momentenaufteilung bzw. Lastverteilung abhängig von dem momentanen Soll-Ladezustand bestimmt wird, z.B. gemäß einem an sich bekannten ECMS-Verfahren (Equivalent consumption minimization strategy). Die Betriebsstrategie im Kraftfahrzeug regelt dann den Ladezustand auf den gewünschten Soll-Ladezustand als Zielwert.
5 zeigt ein Diagramm eines Verlaufs eines Ladezustands einer Batterie 8 eines Antriebsystems 1, das in einem gemischten Modus und gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren betrieben wird. Im Unterschied zu 3 wird in 5 zusätzlich die Aktualisierung des Soll-Ladezustandsverlaufs qualitativ dargestellt. Wie in der 5 gezeigt wird, beginnt das Verfahren zunächst mit einem linearen Verlauf, bei dem zwischen dem Startort x₀ und dem Zielort x_f ein linear abnehmender Verlauf des Soll-Ladezustands angenommen wird.
Am Ort x₁ wird eine beispielhafte Aktualisierung des linearen Verlaufs gezeigt, bei der der lineare Verlauf des Steuerungseinheit 12 durch einen Korrekturwert ΔSOC modifiziert wird. Im Folgenden wird der Soll-Ladezustand auf den neuen Soll-Ladezustands-Wert geregelt, wobei der Verlauf des Soll-Ladezustands nunmehr gemäß einer flacheren Steigung abnimmt, als ursprünglich ohne die Modifizierung vorgesehen wäre. Eine solche Modifizierung beziehungsweise Aktualisierung kann während des Verfahrens wiederholt bzw. zyklisch durchgeführt werden.
In 6 wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, insbesondere eines Plug-In-Hybridelektrofahrzeugs, gezeigt. Zunächst wird in Schritt S10 der Ladezustand gemäß einem vorgegebenen Verlauf des Soll-Ladezustand geregelt. Dies erfolgt unter Zugrundelegen eines Betriebsstrategieverfahrens, das in der Steuerungseinheit 12 ausgeführt wird.
In Schritt S11 werden durch mindestens eine Sensoreinheit Informationen über einen momentanen Zustand des Fahrzeugs ermittelt.
Schließlich wird in Schritt S12 der vorgegebene Soll-Ladezustands-Verlauf aktualisiert, indem dieser Soll-Ladezustandsverlauf basierend auf den ermittelten Informationen modifiziert wird. Dies kann durch einen Korrekturwert ΔSOC geschehen, der auf den Soll-Ladezustand am Ort x₁, an dem sich das Fahrzeug momentan befindet, beaufschlagt wird. Im Folgenden kehrt das Verfahren zu Schritt S10 zurück, um den Soll-Ladezustands-Verlauf weiterhin beispielsweise mittels eines ECMS-Verfahrens zu regeln.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013220935 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (3) und einem Elektroantrieb (2), der durch einen elektrischen Energiespeicher (8) versorgt wird, wobei die Antriebsleistungen des Verbrennungsmotors (3) und/oder des Elektroantriebs (2) gemäß einer vorgegebenen Lastverteilung eingestellt werden, mit den Schritten: – Regeln (S10) der Lastverteilung zwischen dem Elektroantrieb (2) und dem Verbrennungsmotor (3) basierend auf einem momentanen Soll-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers (8); und – Bestimmen des momentanen Soll-Ladezustands aus einem vorgegebenen, insbesondere linearen Soll-Ladezustandsverlauf zwischen einer momentanen Position des Kraftfahrzeugs (1) und einem Zielort.
Verfahren nach Anspruch 1, mit den weiteren Schritten: – Ermitteln (S11) einer Information über einen momentanen Zustand des Kraftfahrzeugs, und – Aktualisieren (S12) des vorgegebenen Soll-Ladezustandsverlaufs abhängig von der ermittelten Information.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner aufweisend: – Ermitteln einer Energiedifferenz des Kraftfahrzeugs (1) zwischen der momentanen Position des Kraftfahrzeugs (1) und dem Zielort aus der ermittelten Information, – Berechnen eines Korrekturwerts (ΔSoC) für einen momentanen Soll-Ladezustand basierend auf der ermittelten Energiedifferenz; und – Beaufschlagen des momentanen Soll-Ladezustands mit dem Korrekturwert.
Verfahren nach Anspruch 3, umfassend: – Ermitteln einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit und/oder einer aktuellen Höhenkoordinate des Fahrzeugs (1) und/oder eine absolute Höhe am Zielort, und – Ermitteln der Energiedifferenz aus einer kinetischen Energie des Fahrzeugs (1) und/oder einer potentiellen Energie des Fahrzeugs (1) gegenüber dem Zielort.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, ferner aufweisend: – Berechnen einer zu erwartenden Rekuperationsenergie basierend auf einer ermittelten positiven Energiedifferenz des Kraftfahrzeugs (1) gegenüber dem Zielort, wobei die zu erwartende Rekuperationsleistung in eine Reduzierung eines aktuellen Soll-Ladungszustands umgerechnet wird, und/oder – Berechnen eines zusätzlichen Energiebedarfs des Kraftfahrzeugs (1) basierend auf einer ermittelten negativen Energiedifferenz des Kraftfahrzeugs gegenüber dem Zielort, wobei der berechnete zusätzliche Energiebedarf in eine Erhöhung eines aktuellen Soll-Ladungszustands umgerechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der lineare Soll-Ladezustandsverlauf über eine Strecke zwischen der momentanen Position des Kraftfahrzeugs (1) und dem Zielort bestimmt wird, indem ein linearer Verlauf des Soll-Ladezustands bezüglich der Strecke zwischen der momentanen Position des Kraftfahrzeugs (1) und dem Zielort abhängig von einem Ladezustand an der momentanen Position des Kraftfahrzeugs (1) und einem vorgegebenen Entladungs-Schwellenwert, der eine maximal zulässige Entladung angibt, berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Regeln des Ladungszustands (SoC) ein ECMS-Verfahren basierend auf einem momentanen Soll-Ladezustand (SoC) angewandt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren zyklisch wiederholt wird.
Steuerungseinheit (12) zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (3) und einem Elektroantrieb (2), der durch einen elektrischen Energiespeicher (8) versorgt wird, wobei die Antriebsleistungen des Verbrennungsmotors (3) und/oder des Elektroantriebs (2) gemäß einer vorgegebenen Lastverteilung eingestellt werden, wobei die Steuerungseinheit (12) ausgebildet ist, um: – die Lastverteilung zwischen dem Elektroantrieb (2) und dem Verbrennungsmotor (3) basierend auf einem momentanen Soll-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers (8) zu regeln; und – den momentanen Soll-Ladezustand aus einem vorgegebenen insbesondere linearen Soll-Ladezustands-Verlauf zwischen einer momentanen Position des Kraftfahrzeugs und einem Zielort zu bestimmen.
Antriebssystem (1) mit einem Verbrennungsmotor (3), einem Elektroantrieb (2), der durch einen elektrischen Energiespeicher (8) versorgt wird, und einer Steuerungseinheit nach Anspruch 9.
Computerprogrammprodukt, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit durchgeführt wird, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchführt.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 11 gespeichert ist.