DE102016222727A1 - Betriebsbewertungsverfahren, Betriebsverfahren, Steuervorrichtung und Hybridfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsbewertungsverfahren für den Betrieb eines mit einem Verbrennungsmotor (3) und mit einem Elektromotor (3') antreibbaren Hybridfahrzeugs (1), insbesondere vom Plug-in-Typ und/oder unter Verwendung einer Brennstoffzelle, bei welchem bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors (3) mindestens ein für eine durch - zumindest temporäres - unnötiges Betreiben des Verbrennungsmotors (3) und/oder Nichtbetreiben des Elektromotors (3') entgangene Einsparung an Kraftstoff (2) für den Verbrennungsmotor (3) repräsentativer Wert (Kr) bestimmt und ein entsprechendes Signal bereitgestellt wird, insbesondere wenn ein für den Antrieb zu Grunde liegender und extern aufladbarer Speicher (9') zur Versorgung des Elektromotors (3') mit elektrischer Energie (2') bei einem Bewertungsbeginn einen nicht ausreichenden Ladezustand aufweist, und/oder bis zu einem Bewertungsendzeitpunkt (t).

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsbewertungsverfahren, ein Betriebsverfahren, eine Steuervorrichtung und ein Hybridfahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Betriebsbewertungsverfahren für den Betrieb eines mit einem Verbrennungsmotor und mit einem Elektromotor antreibbaren Hybridfahrzeugs, insbesondere vom Plug-in-Typ, ein Betriebsverfahren für ein derartiges Fahrzeug und eine Steuervorrichtung für den Betrieb eines derartigen Fahrzeugs.
• Beim Betrieb von mit einem Verbrennungsmotor und mit einem Elektromotor antreibbaren Hybridfahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen und dort im Bereich der Personenkraftwagen dieses Typs, besteht gerade im Kurzstreckenbereich die Möglichkeit eines Betriebs maßgeblich auf der Grundlage elektrischer Energie und der Verwendung des Elektromotors als Antriebsmittel mit einer entsprechenden Einsparung an brennbaren Kraftstoffen durch Nichtbetreiben des Verbrennungsmotors. Voraussetzung dafür ist jedoch ein ausreichender Vorrat an elektrischer Energie in dem der Versorgung des Elektromotors zu Grunde liegenden Energiespeicher.
• Problematisch bei herkömmlichen Betriebsverfahren für Hybridfahrzeuge und bei herkömmlichen Hybridfahrzeugen als solchen ist der Mangel an Transparenz im Hinblick auf vermeidbare Verluste, insbesondere durch einen erhöhten und vermeidbaren Kraftstoffverbrauch, die bei ineffizientem Betrieb auf Grund eines mangelhaften Ladezustands des der Versorgung des Elektromotors zu Grunde liegenden Energiespeichers durch einen zusätzlich notwendigen Einsatz des Verbrennungsmotors entstehen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Betriebsbewertungsverfahren, ein Betriebsverfahren, eine Steuervorrichtung für den Betrieb des Hybridfahrzeugs sowie ein Hybridfahrzeug als solches zu schaffen, bei welchen mit besonders einfachen Mitteln der Betrieb energieeffizienter gestaltet werden kann.
• Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Betriebsbewertungsverfahren erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, bei einem Betriebsverfahren erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 10, bei einer Steuervorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 11 und bei einem Hybridfahrzeug erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
• Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Betriebsbewertungsverfahren für den Betrieb eines mit einem Verbrennungsmotor und mit einem Elektromotor antreibbaren Hybridfahrzeugs, insbesondere vom Plug-in-Typ und/oder unter Verwendung einer Brennstoffzelle, geschaffen, bei welchem bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors mindestens ein für eine durch - zumindest temporäres - unnötiges Betreiben des Verbrennungsmotors und/oder Nichtbetreiben des Elektromotors entgangene Einsparung an Kraftstoff für den Verbrennungsmotor repräsentativer Wert bestimmt und ein entsprechendes Signal bereitgestellt wird, insbesondere wenn ein dem Antrieb zu Grunde liegender und extern ladbarer Speicher zur Versorgung des Elektromotors mit elektrischer Energie bei einem Bewertungsbeginn einen nicht ausreichenden Ladezustand aufweist, und/oder bis zu einem Bewertungsendzeitpunkt.
• Die Erfindung ist deshalb insbesondere von Vorteil, weil durch die Bestimmung des für eine entgangene Einsparung repräsentativen Werts und insbesondere durch Anzeige des möglichen Einsparpotenzials die Lademotivation durch den Benutzer gesteigert wird.
• Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist noch zu erwähnen, dass der Elektromotor häufig gemeinsam mit dem Verbrennungsmotor betrieben wird. Die vorliegende Erfindung betrifft also insbesondere eine mögliche Einsparung auf Grund eines unnötigen Betriebes des Verbrennungsmotors wegen eines nicht ausreichenden Ladungszustands des Hochvoltspeichers.
• Einer empfohlenen Betriebsart mit einem bei Betriebsbeginn möglichst hohen Ladezustand in einem für den Elektromotor vorgesehenen Energiespeicher kann dadurch besonders viel Nachdruck verliehen werden, dass gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Betriebsbewertungsverfahrens das Bereitstellen eines jeweiligen Signals ein Bestimmen des Signals und/oder insbesondere das Ausgeben einer dem Signal entsprechenden Anzeige aufweist.
• Um den tatsächlichen und/oder den empfohlenen Betrieb des Antriebs eines Fahrzeugs zu bewerten, bieten sich vielfältige Möglichkeiten an, die auch beliebig miteinander kombiniert werden können.
• Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Betriebsbewertungsverfahrens wird daher zu einem Bewertungsbeginn der tatsächliche Ladezustand des Speichers zur Versorgung des Elektromotors erfasst.
• Erfindungsgemäß kann auf das Vorliegen eines Bewertungsbeginns erkannt werden, wenn ein oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt sind:
• - Das Fahrzeug und insbesondere der Antrieb des Fahrzeugs werden in Betrieb genommen.
• - Vor Inbetriebnahme des Fahrzeugs und insbesondere des Antriebs des Fahrzeugs wurden das Fahrzeug und insbesondere der Antrieb für mindestens eine vorgegebene Zeitspanne, z.B. von zwei Stunden, nicht betrieben.
• - Der Speicher zur Versorgung des Elektromotors mit elektrischer Energie wurde während des Nichtbetreibens nicht oder nicht durchgehend geladen.
• - Bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs und insbesondere des Antriebs liegt der relative Ladezustand des Speichers zur Versorgung des Elektromotors unterhalb einer vorgegebenen Mindestladeschranke, insbesondere von 95 % einer vollständigen oder maximalen Aufladung des Speichers.
• Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Betriebsbewertungsverfahrens wird zur Bestimmung des für die entgangene Einsparung an Kraftstoff für den Verbrennungsmotor repräsentativen Werts Kr_pot,HVS ab einem Zeitpunkt t₀ entweder
1. (A) des Vorliegens eines Ladungshaltezustands (charge sustaining state) des Speichers zur Versorgung des Elektromotors oder
2. (B) des Übergangs von einem Ladungsabgabezustand (charge depletion state) zu einem Ladungshaltezustand (charge sustaining state) des Speichers zur Versorgung des Elektromotors oder
3. (C) ab dem es seit Fahrtbeginn erstmals zu einem Zustart des Verbrennungsmotors (3) kommt und gleichzeitig ein Fahrzustand vorliegt, der vom rein elektrischen Antriebsstrang bedient werden kann,
als Bewertungsstartzeitpunkt für sämtliche Betriebszeitpunkte oder Betriebszeitspannen mit für den Elektromotor gültigen Betriebsbedingungen und insbesondere für Betriebszeitspannen mit Antrieb allein durch den Elektromotor gültigen Betriebsbedingungen die für den Betrieb des Verbrennungsmotors verwendete Menge an Kraftstoff erfasst, insbesondere bis zu einem Bewertungsendzeitpunkt t_Ende.
• Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn als Betriebszeitpunkte und/oder Betriebszeitspannen mit für den Elektromotor gültigen Betriebsbedingungen - insbesondere bei einem rein elektrischen Antrieb - diejenigen Betriebszeitpunkte und/oder Betriebszeitspannen im tatsächlichen Betrieb des Fahrzeugs und insbesondere des Antriebs sind, für welche mindestens eine der nachfolgenden Bedingungen erfüllt ist:
• - Die tatsächliche aktuelle Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs überschreitet eine vorgegebene und für den Antrieb mit Elektromotor zulässige Grenzgeschwindigkeit nicht.
• - Das tatsächliche aktuelle Antriebsmoment überschreitet ein vorgegebenes und für den Antrieb mit Elektromotor zulässiges maximales Antriebsmoment nicht.
• Sinnvollerweise wird ein jeweiliger Bewertungsendzeitpunkt in Bezug gesetzt zu einem potentiellen Ladezustand des für den Elektromotor relevanten Speichers bei maximaler Vorladung zu Betriebsbeginn.
• So ist es bei einer anderen Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Betriebsbewertungsverfahrens vorgesehen, dass ein Bewertungsendzeitpunkt t_Ende definiert ist als derjenige Betriebszeitpunkt im tatsächlichen Betrieb des Fahrzeugs und insbesondere des Antriebs, welcher (A) dem Bewertungsstartzeitpunkt t₀ zeitlich folgt und (B) bei welchem ein zu Bewertungsbeginn maximal oder vollständig geladener Speicher zur Versorgung des Elektromotors im tatsächlichen aktuellen Betrieb des Fahrzeugs und insbesondere des Antriebs einen Übergang von einem Ladungsabgabezustand (charge depletion state) zu einem Ladungshaltezustand (charge sustaining state) zeigte oder zeigen würde.
• Der Übergang von einem Ladungsabgabezustand (charge depletion state) zu einem Ladungshaltezustand (charge sustaining state) ist insbesondere durch einen Zustart des Verbrennungsmotors gekennzeichnet.
• Für eine bessere Transparenz der entgangenen Einsparung und/oder des entstandenen Mehrverbrauchs an Kraftstoff können entsprechende Darstellungen aus dem für die entgangene Einsparung an Kraftstoff repräsentativen Wert Kr_pot,HVS abgeleitet werden.
• So ist es möglich, dass der für die entgangene Einsparung an Kraftstoff repräsentative Wert Kr_pot,HVS repräsentativ ist für einen - insbesondere streckenbezogenen und/oder relativen Mehrverbrauch an Kraftstoff - bei einem tatsächlichen Betrieb mit bei Betriebsbeginn nicht vollständig geladenem Speicher zur Versorgung des Elektromotors gegenüber einem Verbrauch an Kraftstoff in einer empfohlenen Betriebsart mit bei Betriebsbeginn ausreichendem, d.h. insbesondere vollständigem oder maximalem Ladezustand des Speichers zur Versorgung des Elektromotors, insbesondere für jeweils gleiche vom Fahrzeug realisierte Geschwindigkeits- und Beschleunigungsverläufe.
• Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Betriebsbewertungsverfahrens wird der für die entgangene Einsparung an Kraftstoff repräsentative Wert Kr_pot,HVS bestimmt als akkumulierter Wert über Teilstrecken einer Fahrt unter Verwendung des Verbrennungsmotors, durch Summation und/oder durch Integration.
• Einsetzen lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren im Hinblick auf sämtliche Betriebsmittel eines Antriebs eines Fahrzeugs mittels eines Verbrennungsmotors, also für sämtliche brennbaren Kraftstoffe.
• Auch ist die Erfindung anwendbar bei rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen, die einen extern ladbaren Energiespeicher und eine Brennstoffzelle als Energiequelle aufweisen. In diesem Fall kann als entgangene Einsparung bei unvollständiger Ladung des extern ladbaren Energiespeichern der Verlust durch den an sich unnötigen Betrieb über die Brennstoffzelle ermittelt, bewertet und/oder dargestellt werden.
• Demnach ist es bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Betriebsbewertungsverfahrens vorgesehen, dass ein Mehrverbrauch an brennbaren Kraftstoffen, zum Beispiel an Benzin, Diesel, Kerosin, und/oder deren Energieäquivalente bestimmt wird.
• Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch ein Betriebsverfahren für ein mit einem Verbrennungsmotor und mit einem Elektromotor antreibbares Hybridfahrzeug, insbesondere vom Plug-in-Typ, geschaffen. Bei diesem Betriebsverfahren wird das erfindungsgemäße Betriebsbewertungsverfahren als Teil des Betriebsverfahrens ausgeführt
• Des Weiteren ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Steuervorrichtung für den Betrieb eines mit einem Verbrennungsmotor und mit einem Elektromotor antreibbaren Hybridfahrzeugs, insbesondere vom Plug-in-Typ. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung ist eingerichtet und weist Mittel auf, das erfindungsgemäße Betriebsbewertungsverfahren und/oder das erfindungsgemäße Betriebsverfahren auszuführen.
• Ferner ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Hybridfahrzeug insbesondere ein Kraftfahrzeug oder ein Personenkraftwagen. Das erfindungsgemäße Hybridfahrzeug ist über einen Verbrennungsmotor und/oder einen Elektromotor antreibbar und weist diese als Komponenten auf. Ferner ist eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung vorgesehen, über welche der Betrieb des Antriebs des Hybridfahrzeugs steuerbar ist.
• Figurenliste
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Figur.
• 1 zeigt in schematischer Draufsicht eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs.
• Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf 1 Ausführungsbeispiele der Erfindung und deren technischer Hintergrund im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
• Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
• Die schematische Darstellung der 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs 1 mit Rädern 4, die an einem Gehäuse oder Chassis 5 montiert sind und über einen Antrieb 3, 3' angetrieben werden können.
• Das erfindungsgemäße Hybridfahrzeug 1 wird nachfolgend synonym und der Einfachheit halber auch als Fahrzeug 1 bezeichnet.
• Der Antrieb 3, 3' des erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugs 1 weist einen Verbrennungsmotor 3 und einen Elektromotor 3' auf, welche beide gleichzeitig oder alternativ dem Antreiben der Räder 4 des Fahrzeugs 1 dienen.
• Beim Antreiben durch den Verbrennungsmotor 3 wird in einem Speicher 9, zum Beispiel einem Tank, vorgehaltener brennbarer Kraftstoff 2, zum Beispiel Benzin oder Diesel, als Arbeitsmittel und über eine erste Leitung oder Kraftstoffleitung 9-1 dem Verbrennungsmotor 3 zum Verbrauch zugeführt und dort im Betrieb verbraucht.
• Zur Versorgung des Elektromotors 3' wird einem Speicher 9' für elektrische Energie, zum Beispiel einem Hochvoltspeicher oder einer Batterie im Allgemeinen, elektrische Energie entzogen und über eine entsprechende zweite Leitung 9-1' dem Elektromotor 3' zum Betrieb zugeführt.
• Das erfindungsgemäße Hybridfahrzeug 1 weist des Weiteren eine Steuervorrichtung 10 auf.
• Über eine Mehrzahl von Sensoren 12, die über Erfassungs- und Steuerleitungen 11 mit der Steuervorrichtung 10 verbunden sind, können Betriebsparameter des Hybridfahrzeugs 1 erfasst werden, zum Beispiel im Hinblick auf den Zustand des Verbrennungsmotors 3, des Elektromotors 3', des Speichers 9' im Sinne eines Hochvoltspeichers, eine Drehgeschwindigkeit der Räder 4 und damit eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 als Ganzes, einen Zustand eines Bremselements 6, zum Beispiel eines Bremspedals, eines Fahranforderungsmittels 7, zum Beispiel eines Gaspedals, und/oder eines Gangwahlelements 8, zum Beispiel einer Gangschaltung.
• Sämtliche erfassten Betriebsparameter werden über die Erfassungs- und Steuerleitungen 11 einem Erfassungs-, Auswerte- und Steuerelement 15 in der Steuervorrichtung 10 zur Aufnahme, Speicherung und/oder Auswertung und Bewertung zugeführt.
• Ferner ist im Hybridfahrzeug 1 eine Anzeige 20 ausgebildet. Die Anzeige 20 weist in der Ausführungsform gemäß 1 ein erstes und ein zweites Anzeigeelement 21 bzw. 22 auf, welche über entsprechende Erfassungs- und Steuerleitungen 11 von der Steuervorrichtung 10 und insbesondere vom Erfassungs-, Auswerte- und Steuerelement 15 zur Anzeige entsprechender Information angesteuert werden. Die Anzeige 20 kann optische und/oder akustische Mittel zur Anzeige aufweisen.
• In einem erfindungsgemäßen Auswerteschema werden im Erfassungs-, Auswerte- und Steuerelement 15 die mittels der Sensoren 12 erfassten Betriebsparameter aufgenommen und bewertet.
• Auf der Grundlage der Bewertung kann eine empfohlene Betriebsart abgeleitet und ein zur empfohlenen Betriebsart korrespondierendes Signal mittels des ersten Anzeigeelements 21 für den Benutzer des Fahrzeugs 1 zur Anzeige gebracht werden.
• Es kann sich dabei z.B. um einen empfohlenen Elektrobetrieb mittels des Elektromotors 3' handeln.
• Alternativ oder zusätzlich können über das erste Anzeigeelement 21 auch der tatsächliche Betrieb - also ein Elektrobetrieb mittels Elektromotor 3' oder ein Antrieb über den Verbrennungsmotor 3 - und/oder ein tatsächlicher Ladezustand des der Versorgung des Elektromotors 3' dienenden Speichers 9' angezeigt werden.
• Da einem Benutzer die Vorteile eines reinen Elektrobetriebs gerade im Kurzstreckenbereich oft nicht ausreichend transparent sind, ist erfindungsgemäß am Fahrzeug 1 - insbesondere in oder an der Anzeige 20 - ein zweites Anzeigeelement 22 ausgebildet, welches dazu dient, ein Signal zur Anzeige zu bringen, welches für den Wert Kr_Pot,HVS einer potentiellen Einsparung repräsentativ ist, die erreicht werden kann, wenn vor Betriebsbeginn der für den Elektromotor 3' relevante Speicher 9' zu dessen Versorgung sich in einem ausreichenden Ladezustand befindet.
• Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass eine entsprechende Anzeige auf einem Smartphone, einem anderen mobilen Endgerät und/oder via Backend auf einem Portal ermöglicht wird.
• Jedoch ist der Vorgang des Anzeigens eines Hinweises nicht obligatorisch. Vielmehr kann erfindungsgemäß oder zusätzlich daran gedacht werden, im Zusammenhang mit dem Wert Kr_Pot,HVS einer potentiellen Einsparung eine Analyse zum Fahrzeugbetrieb durchzuführen, entweder in Echtzeit oder im Nachhinein nach Abschluss einer Fahrt.
• Eine derartige Ex-Post-Analyse kann umfassendere Erkenntnisse zum tatsächlichen Betriebs- und Fahrverhalten eines Fahrzeugs bzw. Benutzers liefern, um langfristig und nachhaltig entsprechende Verhaltensweisen anzutrainieren.
• Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung - und insbesondere die Umstände und Details zur Bestimmung des Werts Kr_Pot,HVS einer potentiellen Einsparung - werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:
• Der Verbrauch an brennbaren Kraftstoffen 2 eines Plug-In-Hybridfahrzeugs 1 im Kundenbetrieb ist wesentlich vom Ladeverhalten des Fahrers in Bezug auf den zu Grunde liegenden Speicher 9'abhängig.
• So ergibt sich beispielsweise auf urbanen Kurzstrecken, die innerhalb der elektrischen Reichweite liegen, ein Kraftstoffverbrauch von nahezu 0 Liter auf 100 km, sofern der Hochvoltspeicher 9' zu Fahrtbeginn vollständig geladen war.
• Wurde der Hochvoltspeicher 9' vor Fahrtbeginn nicht oder nicht vollständig geladen, stellt sich ein Kraftstoffeinsparpotential durch das Nutzungsverhalten des Fahrers ein, die Verfügbarkeit von Ladestationen und eine ausreichende Ladezeit vorausgesetzt. Dieses Kraftstoffeinsparpotenzial kann durch einen entsprechend repräsentativen Wert Kr_pot,HVS charakterisiert werden.
• Die Ausweisung des Kraftstoffs 2 und der Einsparmöglichkeiten, die sich durch ideales Ladeverhalten ergeben hätten, unter Verwendung des repräsentativen Werts Kr_pot,HVS kann beispielsweise zur Sensibilisierung des Fahrers für den starken Zusammenhang zwischen Kraftstoffverbrauch und Ladeverhalten genutzt werden.
• Dies motiviert Fahrer von Plug-In-Hybridfahrzeugen, den konzeptionellen Vorteil ihres Fahrzeugs 1 für die Minimierung des Kraftstoffverbrauchs zu nutzen. Eine zusätzliche Lademotivation kann beispielsweise auch durch die Umrechnung des Kraftstoffeinsparpotentials oder des repräsentativen Werts Kr_pot,HVS in Mehrkosten gegenüber einem vollständigen Laden des Hochvoltspeichers 9' geboten werden.
• Um in Echtzeit und unmittelbar, also live im Fahrzeug oder alternativ auch nach abgeschlossener Fahrt zu berechnen, welche zusätzliche Kraftstoffmenge durch nicht ideales Ladeverhalten benötigt wurde, eignet sich die durch die vorliegende Erfindung definierte Vorgehensweise.
• Dabei kann optional die potentiell mögliche Ladeenergie berücksichtigt werden, die sich in Abhängigkeit von der Standzeit vor Fahrtbeginn bei durchgehend angeschlossenem Ladekabel eingestellt hätte.
• Zudem kann beispielsweise mit Hilfe von Karteninformationen geprüft werden, ob sich in unmittelbarer Umgebung des abgestellten Fahrzeuges Ladestationen befinden.
• Um stets das aktuelle Kraftstoffeinsparpotential bezogen auf die bis zum momentanen Zeitpunkt gefahrene Strecke berechnen und gegebenenfalls zusätzlich im Fahrzeug direkt anzeigen zu können, ist das erfindungsgemäße Vorgehen so konzipiert, dass sämtliche Rechnungen im Fahrzeug 1 und insbesondere in dessen Steuervorrichtung 10 mit dem Erfassungs-, Auswerte- und Steuerelement, also onboard und in Echtzeit, direkt und unmittelbar, also live ausführbar sind.
• Im Folgenden wird die Berechnung des Einsparpotentials Kr_Pot,HVS bei geladenem Hochvoltspeicher 9' beschrieben. Der erfindungsgemäß ermittelte Wert kann - zum Beispiel in l/100 km - die theoretisch eingesparte Kraftstoffmenge durch einen zu Fahrtbeginn vollständig geladenen Hochvoltspeicher 9' beschreiben.
• Als Bedingungen für die Berechnung des Einsparpotentials Kr_Pot,HVS können ein oder mehrere der nachfolgenden Bedingungen herangezogen werden:
1. (i) Das Fahrzeug 1 wurde vor Herstellung der Fahrbereitschaft mindestens für eine vorgegebene Zeitspanne, zum Beispiel von zwei Stunden, abgestellt.
2. (ii) Hochvoltspeicher 9' wurde während dieser Standphase nicht oder nicht durchgehend geladen.
3. (iii) Der relative Ladungszustand (SOC : state-of-charge) des Hochvoltspeichers 9' liegt bei Herstellung der Fahrbereitschaft, also bei Bewertungsbeginn unterhalb des vorgegebenen Schwellenwerts, zum Beispiel von 95 % der maximalen Ladung.
• Sind diese Bedingungen erfüllt so ist der Bewertungsbeginn definiert und die Berechnung des Einsparpotentials für einen geladenen Hochvoltspeicher kann ab dem Beginn der Fahrt - definiert als Zeitpunkt t₀ - erfolgen.
• Zunächst ist die dem Hochvoltspeicher 9' entnommene elektrische Energiemenge und/oder Leistung - zum Beispiel für Antrieb und gegebenenfalls auch für die Versorgung der Nebenverbraucher - zu bestimmen, zum Beispiel durch summieren und/oder Integrieren der Leistung.
• Diese Vorgänge werden durchgeführt, bis der Ladungszustand des Fahrzeugs die SOC-Schwelle für den Übergang von einem Ladungsabgabezustand oder einem Charge-Depleting zu einem Ladungshaltezustand oder einem Charge-Sustaining erreicht hat.
• Der Übergang ist insbesondere durch einen Zustart des Verbrennungsmotors 3 auf Grund des niedrigen Ladungszustands des Hochvoltspeichers 9' gekennzeichnet.
• Ab diesem Zeitpunkt ist während aller Betriebspunkte mit gültigen elektromotorischen oder E-Fahrbedingungen die Zugabe- oder Einspritzmenge des brennbaren Kraftstoffs 2 zum Verbrennungsmotor 3 zu integrieren.
• Diese Kraftstoffmenge entspricht dem Einsparpotential Kr_Pot,HVS für einen geladenen Hochvoltspeicher 9' zum aktuellen Zeitpunkt. Parallel dazu ist für ebendiese Betriebspunkte die theoretisch zur Verfügung zu stellende elektrische Energiemenge zu ermitteln, die sich bei einer Fahrt im Ladungsabgabezustand oder im Charge Depleting - also bei einem anfänglichen ausreichenden Ladungszustand - eingestellt hätte.
• Wird die maximal nutzbare Energiemenge des Hochvoltspeichers 9' erreicht, ist die Berechnung des absoluten Kraftstoffpotentials beendet.
• Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vorgehens wird im Folgenden detaillierter dargestellt:
1. (1) Es erfolgt die Bestimmung der ab Fahrtbeginn aus dem Hochvoltspeicher 9' entnommenen Menge E_HVS,genutzt an elektrischer Energie 2', zum Beispiel angegeben in der Einheit kWh. Die Bestimmung erfolgt, bis der Ladungszustand des Hochvoltspeichers 9' die SOC-Schwelle für den Übergang von Ladungsabgabe oder Charge-Depleting zum Ladungshalten oder Charge-Sustaining erreicht hat. Verwendet wird dabei der nachfolgend dargestellte Zusammenhang (1): $${\text{E}}_{\text{HVS}\text{,genutzt}}={{\displaystyle {\int }_{{\text{t}}_{\text{0}}}^{{\text{t}}_{\text{SOC-Schwelle}}}\frac{P_{HVS}}{3600}\text{dt}}}_{\text{,}}$$
   
   wobei folgende Bezeichnungen gelten:
   • P_HVS : Leistung des Hochvoltspeichers, zum Beispiel in der Einheit kW,
   • t₀ : Zeitpunkt des Fahrtbeginns und
   • t_SOC-Schwelle : Zeitpunkt, bei dem der Ladungszustand des Hochvoltspeichers 9' die Schwelle für den Übergang von Charge-Depleting zu Charge-Sustaining erreicht hat.
2. (2) Es erfolgt Bestimmung der eingespritzten Kraftstoffmenge im Ladungshaltezustand oder im Charge-Sustaining und für alle Betriebspunkte mit gültigen elektromotorischen oder E-Fahrbedingungen. Das bedeutet, dass eine Integration der Zugabe- oder Einspritzmenge für alle Betriebspunkte erfolgt, bei denen die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit unterhalb der maximalen E-Fahrgeschwindigkeit liegt und bei denen die dynamische Lastgrenze für einen Zustart des Verbrennungsmotors 3 nicht erreicht ist. Dies entspricht dem absoluten Potential Kr_{Abs Pot,HVS}, zum Beispiel in der Einheit Liter (l), und ist nachfolgend in der Beziehung (2) dargestellt: $${\text{Kr}}_{\text{Abs\_Pot}\text{,HVS}}={\left[{\displaystyle {\int }_{{\text{t}}_{\text{SOC-Schwelle}}}^{{\text{t}}_{\text{Ende}}}{\text{K}}_{\text{Einspr}}\left(\text{t}\right)\text{dt}}\right]}^{\stackrel{{\text{für v}}_{\text{Fzg}\text{,Ist}}<{\text{v}}_{\text{E\_Grenze}}}{{\text{M}}_{\text{VM}\text{,Ist}}<{\text{M}}_{\text{Zustart}}\left({\text{v}}_{\text{Fzg}\text{,Ist}}\right)}}{}_{\text{,}}$$
   
   wobei noch folgende Bezeichnungen zu beachten sind:
   • K_Einspr(t) : Einspritzmenge zum Zeitpunkt t, zum Beispiel in der Einheit l/s,
   • V_Fzg,Ist : Aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit, zum Beispiel in der Einheit m/s.
   • V_{E_Grenze} : Maximale Geschwindigkeit, zum Beispiel in der Einheit m/s, für eine rein elektromotorisch getriebene Fahrt im Ladungsabgabezustand oder im Charge-Depleting für den effizientesten Betriebsmodus.
   • M_VM,Ist : Aktuelles Drehmoment des Verbrennungsmotors, zum Beispiel in der Einheit Nm.
   • M_Zustart(v): Drehmomentgrenze, zum Beispiel in der Einheit Nm, im Ladungsabgabezustand oder im Charge-Depleting, ab der der Verbrennungsmotor 3 lastbedingt zugestartet wird.
   • t_Ende : Zeitpunkt, an dem der Ladungszustand des zu Fahrtbeginn vollständig geladenen Hochvoltspeichers 9' die SOC-Schwelle für den Wechsel vom Ladungsabgabezustand oder Charge-Depleting in den Ladungshaltezustand oder Charge-Sustaining erreicht hätte. Die diesbezügliche Berechnung wird unten beschrieben.
3. (3) Die Akkumulation, Summation oder Integration der Zugabe- oder Einspritzmenge ist so lange durchzuführen, bis der Ladungszustand des zu Fahrtbeginn vollständig geladenen Hochvoltspeichers 9' die SOC-Schwelle für den Wechsel vom Ladungsabgabezustand oder Charge-Depleting in den Ladungshaltezustand oder Charge-Sustaining erreicht hätte, und zwar mit dem Zeitpunkt t_Ende. Um diesen Zeitpunkt zu ermitteln, wird für alle Betriebspunkte mit gültigen elektromotorischen oder E-Fahrbedingungen die theoretische Energiemenge unmittelbar und in Echtzeit, also live mitberechnet, die sich mit einem vollständig geladenen Hochvoltspeicher 9' einstellt. Sobald diese Energiemenge die maximale nutzbare Energiemenge des Hochvoltspeichers 9' abzüglich der ab Fahrtbeginn aus dem Hochvoltspeicher 9' bereits entnommenen Energiemenge E_{HVS, genutzt} erreicht hat, ist der Zeitpunkt t_Ende erreicht. D.h. das Akkumulieren, Aufsummieren oder integrieren zur Berechnung des absoluten Potentials Kr_{Abs_Pot,HVS} ist so lange durchzuführen, bis die nachfolgend beschriebene Nebenbedingung (3) nicht mehr erfüllt ist: $$\frac{1}{3600}{\displaystyle \underset{t_{SOC-Schwelle}}{\overset{t_{Ende}}{\int }}\left(\frac{M_{Antr\text{,}Rad}\cdot 2\pi \cdot n_{Rad}}{{\eta }_{Getr}\cdot {\eta }_{Diff}\cdot 60\cdot 1000}+\frac{P_{NV\text{,}Verbr}}{{\eta }_{DCDC}}+P_{HV\text{,}Verbr}\right)}\frac{1}{{\eta }_{HVS}}dt\le E_{HVS\text{,}nutzbar}-E_{HVS\text{,}genutzt}$$
   
   dabei gelten noch folgende Bezeichnungen:
   • M_Antr,Rad : Aktuelles Summen-Antriebsdrehmoment an allen Rädern 4, zum Beispiel in der Einheit Nm,
   • n_Rad : Aktuelle Raddrehzahl in min^-1.
   • η_Getr : Wirkungsgrad des Getriebes in dem aktuell gewählten Gang. Falls kein Getriebe zwischen Antriebsrädern und dem Elektromotor 3' verbaut ist, entfällt diese Größe bzw. der Wirkungsgrad ist 1.
   • η_Diff: Wirkungsgrad des Differentials. Falls kein Differential zwischen Antriebsrädern und dem Elektromotor verbaut ist, entfällt diese Größe bzw. der Wirkungsgrad ist 1.
   • P_NV,Verbr: Aktuelle elektrische Leistung in kW der Nebenverbraucher im Niedervoltbordnetz.
   • P_HV,Verbr: Aktuelle elektrische Leistung in kW der Nebenverbraucher im Hochvoltbordnetz.
   • E_HVS,nutzbar: Maximal nutzbare Energiemenge des Hochvoltspeichers 9' bis zum Erreichen der SOC-Schwelle für den Wechsel von Ladungsabgabezustand oder Charge-Depleting in den Ladungshaltezustand oder Charge-Sustaining.
4. (4) Bei Bedarf kann das absolute Potential noch auf die gefahrene Strecke bezogen werden, zum Beispiel in der Einheit l/100 km gemäß der nachfolgenden Beziehung (4): $${\text{Kr}}_{\text{Pot}\text{,HVS}}={\text{Kr}}_{\text{Abs\_Pot}\text{,HVS}}\ast {\frac{{\text{S}}_{\text{Ges}}}{100}}_{\text{,}}$$
   
   wobei noch die nachfolgende Bezeichnung gilt:
   • S_Ges: Gesamte seit Fahrtbeginn (Zeitpunkt t₀) gefahrene Distanz in km.
• Sämtliche Berechnungen können direkt, unmittelbar und somit quasi live und im Fahrzeug 1 durchgeführt werden und es kann eine Bezugnahme erfolgen auf die bis zum aktuellen Moment gefahrene Strecke.
• Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass Darstellungen in der Anzeige 20 im Fahrzeug 1 während der Fahrt auch unmittelbar aktualisiert werden.
• Alternativ kann die Berechnung nach gleicher Berechnungslogik auch nach abgeschlossener Fahrt mittels Auswertung aufgezeichneter Signale erfolgen.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeug

2

(erstes) Antriebsmittel, (brennbarer) Kraftstoff

2'

(zweites) Antriebsmittel, elektrische Energie

3

(erster) Antrieb, Verbrennungsmotor

3'

(zweiter) Antrieb, Elektromotor

4

Rad

5

Chassis

6

Bremselement

7

Fahranforderungselement, Gaspedal

8

Betriebsartwahlelement, Gangwahlelement

9

(erster) Speicher für Antriebsmittel 2, Tank

9'

(zweiter) Speicher für Antriebsmittel 2', Batterie, Hochvoltspeicher

9-1

(erste) Leitung, Kraftstoffleitung

9-1'

(zweite) Leitung

10

Steuervorrichtung

11

Erfassung- und Steuerleitung

12

Sensorelement

15

Erfassungs-, Auswerte- und Steuerelement

20

Anzeige

21

(erstes) Anzeigeelement

22

(zweites) Anzeigeelement

Claims (12)

1. Betriebsbewertungsverfahren für den Betrieb eines mit einem Verbrennungsmotor (3) und mit einem Elektromotor (3') antreibbaren Hybridfahrzeugs (1), insbesondere vom Plug-in-Typ und/oder unter Verwendung einer Brennstoffzelle, - bei welchem bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors (3) mindestens ein für eine durch - zumindest temporäres - unnötiges Betreiben des Verbrennungsmotors (3) und/oder Nichtbetreiben des Elektromotors (3') entgangene Einsparung an Kraftstoff (2) für den Verbrennungsmotor (3) repräsentativer Wert (Kr_pot,HVS) bestimmt und ein entsprechendes Signal bereitgestellt wird, - insbesondere wenn ein dem Antrieb zu Grunde liegender und extern aufladbarer Speicher (9') zur Versorgung des Elektromotors (3') mit elektrischer Energie (2') bei einem Bewertungsbeginn einen nicht ausreichenden Ladezustand aufweist insbesondere bis zu einem Bewertungsendzeitpunkt (t_Ende).
2. Betriebsbewertungsverfahren nach Anspruch 2, bei welchem das Bereitstellen eines jeweiligen Signals ein Bestimmen des Signals und/oder ein Ausgeben einer dem Signal entsprechenden Anzeige aufweist.
3. Betriebsbewertungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, - bei welchem zu einem Bewertungsbeginn der tatsächliche Ladezustand des Speichers (9') zur Versorgung des Elektromotors (3') erfasst wird, - wobei insbesondere auf das Vorliegen eines Bewertungsbeginns erkannt wird, wenn ein oder mehrere der folgenden Bedingungen erfüllt sind: - das Fahrzeug (1) und insbesondere der Antrieb (3, 3') des Fahrzeugs (1) werden in Betrieb genommen, - vor Inbetriebnahme des Fahrzeugs (1) und insbesondere des Antriebs (3, 3') des Fahrzeugs (1) wurden das Fahrzeug (1) und insbesondere der Antrieb (3, 3') mindestens für eine vorgegebene Zeitspanne, insbesondere von 2 Stunden, nicht betrieben, - der Speicher (9') zur Versorgung des Elektromotors (3') wurde während des Nichtbetreibens nicht oder nicht durchgehend geladen, - bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs (1) und insbesondere des Antriebs (3, 3') liegt der relative Ladezustand des Speichers (9') zur Versorgung des Elektromotors (3') unterhalb einer vorgegebenen Mindestladeschranke, insbesondere von 95 % einer vollständigen oder maximalen Aufladung des Speichers (9').
4. Betriebsbewertungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem zur Bestimmung des für die entgangene Einsparung an Kraftstoff (2) für den Verbrennungsmotor (3) repräsentativen Werts (Kr_pot) ab einem Zeitpunkt (t₀) entweder (A) des Vorliegens eines Ladungshaltezustands des Speichers (9') zur Versorgung des Elektromotors (3') oder (B) des Übergangs von einem Ladungsabgabezustand zu einem Ladungshaltezustand des Speichers (9') zur Versorgung des Elektromotors (3') oder, (C) ab dem es seit Fahrtbeginn erstmals zu einem Zustart des Verbrennungsmotors (3) kommt und gleichzeitig ein Fahrzustand vorliegt, der vom rein elektrischen Antriebsstrang bedient werden kann, als Bewertungsstartzeitpunkt für sämtliche Betriebszeitpunkte oder Betriebszeitspannen mit für den Elektromotor (3') gültigen Betriebsbedingungen die für den Betrieb des Verbrennungsmotors (3) verwendete Menge an Kraftstoff (2) erfasst wird, insbesondere bis zu einem Bewertungsendzeitpunkt (t_Ende).
5. Betriebsbewertungsverfahren nach Anspruch 4, bei welchem Betriebszeitpunkte oder Betriebszeitspannen mit für den Elektromotor (3') gültigen Betriebsbedingungen diejenigen Betriebszeitpunkte oder Betriebszeitspannen im tatsächlichen Betrieb des Fahrzeugs (1) und insbesondere des Antriebs (3, 3') sind, für welche mindestens eine der nachfolgenden Bedingungen erfüllt ist: - die tatsächliche aktuelle Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (1) überschreitet eine vorgegebene und für den Antrieb mit Elektromotor (3') zulässige Grenzgeschwindigkeit nicht und/oder - das tatsächliche aktuelle Antriebsmoment überschreitet ein vorgegebenes und für den Antrieb mit Elektromotor (3') zulässiges maximales Antriebsmoment nicht.
6. Betriebsbewertungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem ein Bewertungsendzeitpunkt (t_Ende) definiert ist als derjenige Betriebszeitpunkt im tatsächlichen Betrieb des Fahrzeugs (1) und insbesondere des Antriebs (3, 3'), welcher (A) dem Bewertungsstartzeitpunkt (t₀) zeitlich folgt und (B) bei welchem ein zu Bewertungsbeginn maximal oder vollständig geladener Speicher (2') zur Versorgung des Elektromotors (3') im tatsächlichen aktuellen Betrieb des Fahrzeugs (1) und insbesondere des Antriebs (3, 3') einen Übergang von einem Ladungsabgabezustand zu einem Ladungshaltezustand zeigte.
7. Betriebsbewertungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der für die entgangene Einsparung an Kraftstoff (2) repräsentative Wert (Kr_pot,HVS) repräsentativ ist für einen, insbesondere streckenbezogenen und/oder relativen Mehrverbrauch an Kraftstoff (2), bei einem tatsächlichen Betrieb mit bei Betriebsbeginn nicht vollständig geladenem Speicher (9') zur Versorgung des Elektromotors (3') gegenüber einem Verbrauch an Kraftstoff (2) mit bei Betriebsbeginn ausreichendem Ladezustand des Speichers (9') zur Versorgung des Elektromotors (3').
8. Betriebsbewertungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der für die entgangene Einsparung an Kraftstoff (2) repräsentative Wert (Kr_pot,HVS) bestimmt wird als akkumulierter Wert über Teilstrecken einer Fahrt unter Verwendung des Verbrennungsmotors (3), durch Summation und/oder durch Integration.
9. Betriebsbewertungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem ein Mehrverbrauch an brennbaren Kraftstoffen, zum Beispiel an Benzin, Diesel, Kerosin und/oder deren Energieäquivalente bestimmt werden.
10. Betriebsverfahren für ein mit einem Verbrennungsmotor (3) und mit einem Elektromotor (3') antreibbares Hybridfahrzeug (1), insbesondere vom Plug-in-Typ, bei welchem ein Betriebsbewertungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt wird.
11. Steuervorrichtung (10) für den Betrieb eines mit einem Verbrennungsmotor (3) und mit einem Elektromotor (3') antreibbaren Hybridfahrzeugs (1), insbesondere vom Plug-in-Typ, welche eingerichtet ist, ein Betriebsbewertungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und/oder ein Betriebsverfahren nach Anspruch 10 auszuführen.
12. Hybridfahrzeug (1), insbesondere Kraftfahrzeug oder Personenkraftwagen, welches: - über einen Verbrennungsmotor (3) und einen Elektromotor (3') antreibbar ist und - eine Steuervorrichtung (10) nach Anspruch 11 aufweist.

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