DE102018211134A1 - Verfahren und Steuervorrichtung zum Betreiben eines Hybridelektrofahrzeugs - Google Patents

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Alexander Kruse
Stefan Appel
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridelektrofahrzeugs (1), umfassend eine elektrische Maschine (3), eine Batterie (4) und einen Verbrennungsmotor (2), dessen Lastpunkt zum Antreiben der elektrischen Maschine (3) im Generatorbetrieb zum Aufladen der Batterie (4) angehoben wird, wobei ein Zielladezustand der Batterie (4) vorgegeben wird; eine erforderliche Zielladeleistung ermittelt wird; der Lastpunkt des Verbrennungsmotors (2) zunächst nur innerhalb eines als günstig eingestuften Kennfeldbereich (9) des Verbrennungsmotors (2) angehoben wird; der Lastpunkt des Verbrennungsmotors (2) unter Verlassen des als günstig eingestuften Kennfeldbereichs (9) des Verbrennungsmotors (2) weiter angehoben wird, wenn innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls anhand einer erfassten mittleren Ist-Ladeleistung der Batterie (4) festgestellt wird, dass der Zielladezustand durch die alleinige Lastpunktanhebung innerhalb des als günstig eingestuften Kennfeldbereichs (9) nicht erreicht werden wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Steuervorrichtung (6) für ein Hybridelektrofahrzeug (1) sowie ein Hybridelektrofahrzeug (1) mit einer solchen Steuervorrichtung (6).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridelektrofahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung noch eine Steuervorrichtung zum Betreiben eines Hybridelektrofahrzeugs sowie ein Hybridelektrofahrzeug mit einer solchen Steuervorrichtung.
  • Es ist an sich bekannt, dass bei Hybridelektrofahrzeugen eine zum Antreiben des Fahrzeugs dienende elektrische Maschine auch in einem Generatorbetrieb betrieben werden kann, um eine Batterie des Fahrzeugs zu laden.
  • Die DE 10 2010 022 018 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit einer Verbrennungskraftmaschine und mit einem Generator. Beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine wird ein Teilmoment des von dieser an einer Welle aufgebrachten Drehmoments zur Erzeugung von elektrischem Strom durch den Generator genutzt. Das Teilmoment wird in einem ersten Modus so festgelegt, dass ein Wirkungsgrad auf einen maximalen Wert eingestellt ist. In einem zweiten Modus wird das Teilmoment so festgelegt, dass der Wirkungsgrad auf einen niedrigeren Wert eingestellt ist. Falls eine Batterie des Fahrzeugs in einer städtischen Umgebung schneller geladen werden soll, da nur für kurze Zeit mit der Verbrennungskraftmaschine gefahren werden und nach dem Laden der Batterie rein elektrisch gefahren werden soll, wird das Teilmoment im zweiten Modus festgelegt.
  • Die DE 10 2013 020 759 A1 zeigt Verfahren zur Regelung eines Hybridantriebs in einem Fahrzeug. Eine Zielladeleistung einer Batterie des Fahrzeugs wird derart reduziert, dass ein Verbrennungsmotor während eines Ladevorgangs der Batterie in einem optimalen Betriebspunkt betrieben wird.
  • Die DE 10 2008 008 238 A1 zeigt eine Ladestrategie für einen Hybridantrieb. Die Ladestrategie umfasst verschiedene Lade- und Entladefunktionen für eine Batterie eines Fahrzeugs, die durch eine Lastpunktverschiebung an einer Brennkraftmaschine eingestellt werden.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Steuervorrichtung für ein Hybridelektrofahrzeug bereitzustellen, mittels welchen eine besonders effektive elektrische Energiebereitstellung für ein Hybridelektrofahrzeug ermöglicht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und durch eine Steuervorrichtung zum Betreiben eines Hybridelektrofahrzeugs mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Hybridelektrofahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine, eine Batterie und einen Verbrennungsmotor, wird ein Lastpunkt des Verbrennungsmotors zum Antreiben der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb zum Aufladen der Batterie angehoben. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Zielladezustand der Batterie für einen zukünftigen Zeitpunkt in Abhängigkeit von mehreren, einen elektrischen Leistungsbedarf des Hybridelektrofahrzeugs bestimmenden Parametern vorgegeben wird. Anschließend wird eine erforderliche Zielladeleistung zum Erreichen des vorgegebenen Zielladezustands der Batterie ermittelt. Der Lastpunkt des Verbrennungsmotors wird zunächst nur innerhalb eines bezogen auf einen Wirkungsgrad und/oder akustische Emissionen betreffend günstig eingestuften Kennfeldbereich des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von der ermittelten Zielladeleistung angehoben. Der Lastpunkt des Verbrennungsmotors wird erst dann unter Verlassen des als günstig eingestuften Kennfeldbereichs des Verbrennungsmotors weiter angehoben, wenn innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls anhand einer erfassten mittleren Ist-Ladeleistung der Batterie festgestellt wird, dass der Zielladezustand durch die alleinige Lastpunktanhebung innerhalb des als günstig eingestuften Kennfeldbereichs nicht erreicht werden wird. Insbesondere wird das erfindungsgemäße kontinuierlich durchgeführt. Der zukünftige Zeitpunkt kann also beispielsweise in gewissen Abständen immer wieder weiter nach vorne verschoben und die Zielladeleistung entsprechend für den neuen in der Zukunft liegenden Zeitpunkt erneut festgelegt werden. Die Lastpunktanhebung bzw. die Lastpunktanhebungen erfolgen dann ebenfalls bedarfsweise kontinuierlich.
  • Es ist also erfindungsgemäß vorgesehen, dass falls die Ist-Ladeleistung aufgrund der Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors innerhalb des als günstig eingestuften Kennfeldbereichs nicht dazu führen wird, dass der vorgegebene Zielladezustand der Batterie für den zukünftigen Zeitpunkt erreicht werden wird, eine Art Eskalation eingeleitet wird, gemäß welcher immer bezogen auf den Wirkungsgrad und/oder auf akustische Emissionen des Verbrennungsmotors ungünstigere Verschiebungen im Hinblick auf die Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors erfolgen.
  • Die notwendige elektrische Energie für das Bordnetz und vor allem für das Aufladen der Batterie wird, falls sie nicht in ausreichendem Maß durch Rekuperation anfällt, durch die erfindungsgemäß optimierte Lastpunktverschiebung beziehungsweise Arbeitspunktverschiebung des Verbrennungsmotors erreicht. Hierbei werden insbesondere jene Verschiebungen des Lastpunkts begünstigt, bei denen die spezifischen Verbrauchslinien nahe zusammen liegen und akustisch unauffällige Zustände aufweisen. Befindet sich das Hybridelektrofahrzeug in einem bewegten Zustand, werden andere Lastpunktverschiebungen akustisch günstig sein als im unbewegten Zustand des Hybridelektrofahrzeugs. Sind die Lastpunktverschiebungen sehr groß, bedeutet dies für die elektrische Maschine und die Batterie eine sehr hohe Belastung sowie thermische und elektrische Verluste, wodurch dies auch nicht als sehr günstig angesehen werden wird. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es zudem möglich, einen nahezu konstanten Ladezustand der Batterie bei nahezu konstanter Drehzahl des Verbrennungsmotors einzuregeln. Insbesondere wird im Zuge der Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors eine Einspritzmenge, ein inneres Moment und/oder ein indizierter Druck des Verbrennungsmotors eingeregelt. Dies kommt der Laufruhe des Verbrennungsmotors und der akustischen Gesamtwahrnehmung des Hybridelektrofahrzeugs entgegen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also in Abhängigkeit von diversen Parametern die Zielladeleistung festgelegt und die momentane Ist-Ladeleistung der Batterie in einem ganz bestimmten zeitlichen Intervall auf Erreichung des Zielladezustands der Batterie hin geprüft. Sollte der Zielladezustand der Batterie, also die Zielenergiemenge bezogen auf die Batterie, nicht erreicht werden, insbesondere weil von der mittleren Zielladeleistung abgewichen wurde, wird die besagte Eskalation ausgelöst, sodass über das gesamte Kennfeld des Verbrennungsmotors und des gesamten Antriebsstrangs auch solche Betriebspunkte angefahren werden dürfen, die nicht einem Optimum bezogen auf den Wirkungsgrad und/oder der akustischen Emissionen entsprechen. Beim Hybridelektrofahrzeug kommt es auf den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine sowie auf die dazwischen liegenden wirksamen Triebstrangkomponenten an. Akustisch gesehen kommen die Auffälligkeiten jedoch meist vom Verbrennungsmotor und untergeordnet auch noch vom Getriebe.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also dem Bedürfnis Rechnung getragen, dass elektrische Energie aus Kraftstoff möglichst nur mit energetisch und akustisch besonders günstigen Lastpunktverschiebungen erzeugt wird. Im Mittel wird so der elektrische Bordnetzbedarf des Hybridelektrofahrzeugs gedeckt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst also einen definierten Eskalationsmechanismus, der es bei Bedarf ermöglicht, auch ungünstigere Lastpunktverschiebungen des Verbrennungsmotors zu nutzen, wobei sich das erfindungsgemäße Verfahren im gesamten Kennfeld des Verbrennungsmotors vorwiegend an energetisch und/oder akustisch besonders günstigen Lastpunktverschiebungen bedient und insbesondere nicht nur bei einer ganz bestimmten Drehzahl des Verbrennungsmotors.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann also das elektrische Bordnetz des Hybridelektrofahrzeugs im Mittel mit einer entsprechenden Ladeleistung versorgt werden und eine entsprechende Zielladeleistung in der Batterie realisiert werden. So ist es beispielsweise möglich, für bestimmte Emissionierungsmaßnahmen einen Energievorhalt innerhalb der Batterie zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt sicherzustellen. Insgesamt kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens also eine besonders effektive elektrische Energiebereitstellung für ein Hybridelektrofahrzeug realisiert werden.
  • Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Zielladezustand der Batterie in Abhängigkeit von einem aktuellen Ladezustand der Batterie, eines Leistungsbedarfs von Nebenverbrauchern des Hybridelektrofahrzeugs und/oder einer Geschwindigkeit des Hybridelektrofahrzeugs vorgegeben wird. Unter Berücksichtigung des aktuellen Ladezustand der Batterie kann so der Zielladezustand der Batterie für einen ganz bestimmten zukünftigen Zeitpunkt festgelegt werden. Je nachdem, wie gerade der Leistungsbedarf von Nebenverbrauchern des Hybridelektrofahrzeugs ausfällt, kann ebenfalls der Zielladezustand entsprechend passend für einen ganz bestimmten Zeitpunkt in der Zukunft vorgegeben werden. Und unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit des Hybridelektrofahrzeugs ist es ebenfalls möglich, den Zielladezustand besonders optimal für einen bestimmten Zeitpunkt in der Zukunft einzustellen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der als günstig eingestufte Kennfeldbereich umso mehr in Richtung stärkerer akustischer Emissionen des Verbrennungsmotors vergrößert wird, je schneller das Hybridelektrofahrzeug fährt. Denn je schneller das Hybridelektrofahrzeug fährt, desto stärker treten beispielsweise Windgeräusche und Abrollgeräusche des Hybridelektrofahrzeugs in den Vordergrund. Daher ist es möglich, den bezüglich akustischer Emissionen als günstig eingestuften Kennfeldbereich in Richtung stärkerer akustischer Emission des Verbrennungsmotors zu verschieben, ohne das Fahrzeuginsassen die stärkeren Emissionen des Verbrennungsmotors wahrnehmen. So kann Geschwindigkeitsabhängig auf einfache Weise unter Verbleib innerhalb des momentan bezogen auf akustische Emissionen günstig eingestuften Kennfeldbereichs der vorgegebene Zielladezustand erreicht werden.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass ein Schwellenwert für den Wirkungsgrad und/oder für die akustischen Emissionen vorgegeben wird, welcher den als günstig eingestuften Kennfeldbereich des Verbrennungsmotors definiert. Auf diese Weise kann der als günstig eingestufte Kennfeldbereich des Verbrennungsmotors klar umrissen werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Schwellenwert für den Wirkungsgrad und/oder für die akustischen Emissionen in Abhängigkeit von einem aktuellen Fahrmodus des Hybridelektrofahrzeugs vorgegeben wird. Wird das Hybridelektrofahrzeug beispielsweise in einem Sportmodus betrieben, ist es möglich, dass der Schwellenwert für den Wirkungsgrad gegenüber einem Standardwert herabgesetzt und der Schwellenwert für die akustischen Emissionen gegenüber einem Standardwert heraufgesetzt wird. Denn im Sportmodus wird ein Fahrer üblicherweise besonders viel Wert darauf legen, dass möglichst viel Antriebsleistung zur Verfügung steht, wohingegen er unter Umständen auch eine gewisse akustische Präsenz des Verbrennungsmotors begrüßt, um einen sportlichen Fahrcharakter zu unterstreichen. Auch ist es möglich, dass die Schwellenwerte für den Wirkungsgrad und die akustischen Emissionen beispielsweise in Abhängigkeit von einer aktuellen Umgebung des Hybridelektrofahrzeugs vorgegeben werden. So ist es beispielsweise denkbar, dass gerade eine Umweltzone durchfahren wird, durch welche das Hybridelektrofahrzeug besonders emissionsarm bezogen auf Abgase und Geräusche bewegt werden soll. In dem Fall kann der Schwellenwert für den Wirkungsgrad beispielsweise gegenüber einem Standardwert heraufgesetzt und der Schwellenwert für die akustischen Emissionen gegenüber einem Standardwert herabgesetzt werden. Durch fahrmodusabhängig und/oder umweltabhängig bestimmte Einstellung der Schwellenwerte können die erforderlichen Lastpunktanhebungen des Verbrennungsmotors besonders situationsgerecht angepasst werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Lastpunkt des Verbrennungsmotors außerhalb des als günstig eingestuften Kennfeldbereichs des Verbrennungsmotors schrittweise immer weiter angehoben wird, wenn innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls anhand der erfassten mittleren Ist-Ladeleistung der Batterie festgestellt wird, dass der Zielladezustand durch die vorhergehenden Lastpunktanhebungen nicht erreicht wird. Es ist also vorgesehen, die Lastpunktanhebung sukzessive vorzunehmen, sodass besonders optimale Betriebszustände des Verbrennungsmotors hinsichtlich seines Wirkungsgrads und/oder akustischer Emissionen nur stückweise immer weiter verlassen werden, sofern dies zur Erreichung des vorgegebenen Zielladezustands erforderlich sein sollte. Durch das stückweise beziehungsweise langsame Verlassen optimaler Betriebszustände des Verbrennungsmotors kann sichergestellt werden, dass dieser möglichst lange in einem oder zumindest nahe optimaler Betriebszustände betrieben wird. Einerseits kann dadurch sichergestellt werden, dass der vorgegebene Zielladezustand auch möglichst sicher erreicht wird, andererseits kann dadurch sichergestellt werden, dass das Aufladen der Batterie energetisch und akustisch optimiert erfolgt.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass eine Drehmomentgrenze der elektrischen Maschine bezogen auf ihren Generatorbetrieb vorgegeben und die Lastpunktanhebung nur so weit erfolgt, dass die Drehmomentgrenze nicht überschritten wird. Denn im Generatorbetrieb wird ein Teilmoment des Verbrennungsmotors über eine Welle zur Erzeugung von Strom durch die elektrische Maschine genutzt. Mit anderen Worten werden also Momentengrenzen der elektrischen Maschine bezogen auf ihren Generatorbetrieb berücksichtigt, sodass auch nur mögliche und sinnvolle Lastpunktverschiebungen des Verbrennungsmotors betrachtet und umgesetzt werden, sodass das besagte Teilmoment nicht zu hoch ausfällt. Dadurch kann ebenfalls sichergestellt werden, dass die erforderliche elektrische Energie beziehungsweise Leistung zur Erzielung des Zielladezustands nur durch besonders günstige Lastpunktverschiebungen generatorisch erzeugt wird.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass prädiktive Daten bereitgestellt werden, welche zukünftige Ladezustandsänderungen der Batterie durch Rekuperation beschreiben, und diese prädiktiven Daten bei der Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors und/oder beim Vorgeben des Zielladezustands berücksichtigt werden. In Kenntnis des noch in der Zukunft liegenden Rekuperationspotentials kann also die Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors entsprechend eingestellt werden. Ebenso ist es möglich, den Zielladezustand in Kenntnis des zukünftigen Rekuperationspotentials entsprechend vorzugegeben. Ist beispielsweise absehbar, dass relativ viel elektrische Energie durch Rekuperation zurückgewonnen werden wird, kann die Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors so moderat erfolgen, dass der als günstig eingestufte Kennfeldbereich des Verbrennungsmotors gar nicht oder nur wenig verlassen wird. Ebenso ist es möglich, in Kenntnis des zukünftigen Rekuperationspotentials den Zielladezustand entsprechend niedrig oder hoch zu wählen. Da die erforderliche Lastpunktanhebung auch vom vorgegebenen Zielladezustand abhängt, kann dies einen besonders effizienten Betrieb des Hybridelektrofahrzeugs unterstützen.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass prädiktive Daten zur Betriebsstrategie des Hybridelektrofahrzeugs bereitgestellt werden, welche beschreiben, wann das Hybridelektrofahrzeug zukünftig mittels der elektrischen Maschine und/oder mittels des Verbrennungsmotors angetrieben werden wird, und diese prädiktiven Daten zur Betriebsstrategie bei der Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors und/oder beim Vorgeben des Zielladezustands berücksichtigt werden. Ist beispielsweise absehbar, dass in näherer Zukunft die elektrische Maschine des Hybridelektrofahrzeugs wenig bis gar nicht zum Antreiben des Hybridelektrofahrzeugs eingesetzt werden wird, so können Lastpunktanhebungen des Verbrennungsmotors relativ moderat erfolgen und/oder der Zielladezustand von vornherein relativ niedrig gewählt werden. Ist hingegen absehbar, dass die elektrische Maschine sehr stark zum Antreiben des Hybridelektrofahrzeugs eingesetzt werden wird, so kann genau umgekehrt vorgegangen werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass bei der Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors und/oder beim Vorgeben des Zielladezustands ein noch zurückzulegendes Streckenprofil des Hybridelektrofahrzeugs berücksichtigt wird. Dadurch ist es möglich, den zukünftigen Energiebedarf des Hybridelektrofahrzeugs besonders exakt vorherzusagen, um angepasst daran die Lastpunktanhebung und/oder von vornherein die Vorgabe des Zielladezustands daran anzupassen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass bei der Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors und/oder beim Vorgeben des Zielladezustands ein Fahrerprofil eines Fahrers des Hybridelektrofahrzeugs berücksichtigt wird. Ist anhand des Fahrerprofils ersichtlich, dass es sich um einen relativ gemächlichen Fahrer handelt, so können die Lastpunktanhebungen beispielsweise sehr moderat erfolgen oder der Zielladezustand relativ niedrig gewählt werden. Bei einem Fahrerprofil mit sehr sportlicher Fahrweise kann beispielsweise umgekehrt vorgegangen werden. Unter Berücksichtigung des jeweiligen Fahrerprofils wird so eine besonders effektive elektrische Energiebereitstellung für das Hybridelektrofahrzeug ermöglicht.
  • Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für ein Hybridelektrofahrzeug ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren oder eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung und umgekehrt anzusehen, wobei die Steuervorrichtung insbesondere Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte aufweist.
  • Das erfindungsgemäße Hybridelektrofahrzeug umfasst die erfindungsgemäße Steuervorrichtung oder eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Die Zeichnung zeigt in:
    • 1: eine stark schematisierte Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs, umfassend eine elektrische Maschine, eine Batterie und einen Verbrennungsmotor; und in
    • 2 ein Verbrauchskennfeld des Verbrennungsmotors, wobei bezogen auf einen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors günstig und weniger günstig eingestufte Kennfeldbereiche sowie Lastpunktverschiebungen des Verbrennungsmotors schematisch angedeutet sind.
  • Ein Hybridelektrofahrzeug 1 ist in einer stark schematisierten Darstellung in 1 gezeigt. Das Hybridelektrofahrzeug 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2, eine elektrische Maschine 3, eine Batterie 4 zur elektrischen Energieversorgung der elektrischen Maschine und eines nicht näher dargestellten Bordnetzes des Hybridelektrofahrzeugs 1, ein Getriebe 5 und eine Steuervorrichtung 6 zum Steuern eines Generatorbetriebs der elektrischen Maschine 3 zum Aufladen der Batterie 4.
  • Im vorliegenden Fall ist das Hybridelektrofahrzeug 1 mit einem parallelen Hybridantrieb dargestellt. Die nachfolgenden Erläuterungen zum Betrieben des Hybridelektrofahrzeugs 1 sind aber nicht auf den parallelen Hybridantrieb beschränkt, sondern können auch beim seriellen Hybridantrieb oder beim leistungsverzweiten Hybridantrieb Anwendung finden. Bei dem Hybridelektrofahrzeug 1 kann es sich ganz beispielsweise um einen Mild-Hybrid oder auch um einen Full-Hybrid handeln.
  • In 2 ist ein Verbrauchskennfeld 7 für den Verbrennungsmotor 2 dargestellt. Das Verbrauchskennfeld 7 wird auch Muscheldiagramm, Muschelkurve oder Wirkungsgradkennfeld genannt und stellt den spezifischen Kraftstoffverbrauch über dem effektiven Mitteldruck und der Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 dar. Das Kennfeld ist auf der Abszisse durch die Mindest- und Höchstdrehzahl und auf der Ordinate durch die Volllastkurve 8 des Verbrennungsmotors 2 begrenzt. Linien mit gleichem spezifischen Kraftstoffverbrauch formen dabei ein Muschelmuster, daher auch die Bezeichnung „Muscheldiagramm“.
  • Nachfolgend wird ein Verfahren zum Betreiben des Hybridelektrofahrzeugs 1 näher erläutert, bei welchem ein Lastpunkt des Verbrennungsmotors 2 zum Antreiben der elektrischen Maschine 3 im Generatorbetrieb zum Aufladen der Batterie 4 angehoben wird. Zunächst wird ein Zielladezustand der Batterie 4 für einen zukünftigen Zeitpunkt in Abhängigkeit von mehreren, einen elektrischen Leistungsbedarf des Hybridelektrofahrzeugs 1 bestimmenden Parametern vorgegeben. Beispielsweise kann der Zielladezustand der Batterie 4 in Abhängigkeit von einem aktuellen Ladezustand der Batterie 4, in Abhängigkeit von einem Leistungsbedarf von Nebenverbrauchern des Hybridelektrofahrzeugs 1 und/oder einer Geschwindigkeit des Hybridelektrofahrzeugs 1 vorgegeben werden. Auch können prädiktive Daten bereitgestellt werden, welche zukünftige Ladezustandsänderungen der Batterie 4 durch Rekuperation beschreiben oder prognostizieren, wobei diese prädiktiven Daten beim Vorgegeben des Zielladezustands berücksichtigt werden. Zudem können auch prädiktive Daten zur Betriebsstrategie des Hybridelektrofahrzeugs 1 bereitgestellt werden, welche beschreiben beziehungsweise vorhersagen, wann das Hybridelektrofahrzeug 1 zukünftig mittels der elektrischen Maschine 3 und/oder mittels des Verbrennungsmotors 2 angetrieben werden. Diese prädiktiven Daten zur Betriebsstrategie können ebenfalls beim vorgeben des Zielladezustands der Batterie 4 berücksichtigt werden. Zudem kann auch ein noch vor dem Hybridelektrofahrzeug 1 liegendes und zurückzulegendes Streckenprofil und auch ein Fahrprofil eines Fahrers des Hybridelektrofahrzeugs 1 beim Vorgegeben des Zielladezustands berücksichtigt werden.
  • Eine erforderliche Zielladeleistung bezogen auf die Batterie 4 zum Erreichen des vorgegebenen Zielladezustands der Batterie 4 wird dann ermittelt. Der Lastpunkt des Verbrennungsmotors 2 wird mittels der Steuervorrichtung 7 zunächst nur innerhalb eines bezogen auf einen Wirkungsgrad und/oder akustische Emission betreffend günstig eingestuften Kennfeldbereich 9 des Verbrennungsmotors 2 in Abhängigkeit von der ermittelten Zielladeleistung angehoben. Der Lastpunkt des Verbrennungsmotors 2 wird erst dann unter Verlassen des als günstig eingestuften Kennfeldbereichs 9 weiter hin zu einem weniger günstigen Kennfeldbereich 10 angehoben, wenn innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls anhand einer erfassten mittleren Ist-Ladeleistung der Batterie 4 festgestellt wird, dass der vorgegebene Zielladezustand zum vorgegebenen zukünftigen Zeitpunkt durch die alleine Lastpunktanhebung innerhalb des als günstig eingestuften Kennfeldbereichs 9 nicht erreicht werden wird.
  • Der Lastpunkt des Verbrennungsmotors 2 kann zudem außerhalb des als günstig eingestuften Kennfeldbereichs 9 des Verbrennungsmotors 2 schrittweise immer weiter angehoben werden, wenn innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls anhand der erfassten mittleren Ist-Ladeleistung der Batterie 4 festgestellt wird, dass der Zielladezustand durch die vorhergehenden Lastpunktanhebungen nicht erreicht werden wird. Dabei wird stets eine Drehmomentgrenze der elektrischen Maschine 3 bezogen auf ihren Generatorbetrieb berücksichtigt und die Lastpunktanhebung nur soweit durchgeführt, dass die Drehmomentgrenze nicht überschritten wird.
  • Die notwendige elektrische Energie beziehungsweise Leistung zur Erzielung des vorgegebenen Zielladezustands der Batterie bezogen auf einen ganz bestimmten zukünftigen Zeitpunkt wird, falls sie zum Beispiel nicht durch Rekuperation anfällt, also durch optimierte Arbeitspunktverschiebungen des Verbrennungsmotors 2 erreicht. Hierbei werden insbesondere jene Verschiebungen innerhalb des Kennfelds 7 begünstigt, bei denen die spezifischen Verbrauchslinien nahe zusammen liegen und akustisch unauffällige Zustände des Verbrennungsmotors erreicht werden. Ist das Hybridelektrofahrzeug 1 in einem bewegten Zustand werden andere Verschiebungen begünstigt als in einem stehenden Zustand des Hybridelektrofahrzeugs 1. Mittels des Verfahrens zum Betreiben des Hybridelektrofahrzeugs 1 wird ein nahezu konstanter Ladezustand der Batterie 4 bei möglichst konstanter Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 eingeregelt. Entsprechend einer Abweichung von der mittleren Ist-Ladeleistung, welche tatsächlich erfolgt, werden insbesondere eine Einspritzmenge, ein inneres Moment oder ein indizierter Druck des Verbrennungsmotors 2 eingeregelt. Dies kommt der Laufruhe des Verbrennungsmotors 2 und der akustischen Gesamtwahrnehmung des Hybridelektrofahrzeugs 1 entgegen.
  • Dabei wird erst falls die Ladeleistung die Zielladeleistung nicht innerhalb des als günstig eingestuften Kennfeldbereichs 9 erreicht wird, eine Eskalation eingeleitet, infolgedessen immer ungünstigere, bezogen auf den Wirkungsgrad und/oder auf die Akustik, Verschiebungen innerhalb des Verbrauchkennfelds 7 erfolgen. So werden erst wenn tatsächlich nötig, über das gesamte Verbrauchskennfeld 7 hinweg Betriebspunkte angefahren, die nicht dem wirkungsgradtechnischen und/oder akustischen Optimum entsprechen. Die erforderliche elektrische Energie beziehungsweise Leistung wird also aus dem Kraftstoff nur mit energetisch und akustisch besonders günstigen Verschiebungen erzeugt, wobei im Mittel der elektrische Bordnetzbedarf gedeckt werden kann. Nach einem definierten Eskalationsmechanismus werden bei Bedarf ungünstigere Lastpunktverschiebungen genutzt, wobei sich im kompletten Verbrauchskennfeld 7 vorwiegend an energetisch günstigen Lastpunktverschiebungen bedient wird, und dies nicht nur bei einer ganz bestimmten Drehzahl. So kann eine besonders effektive elektrische Energiebereitstellung beim Hybridelektrofahrzeug 1 ermöglicht werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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    • DE 102008008238 A1 [0005]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Hybridelektrofahrzeugs (1), umfassend eine elektrische Maschine (3), eine Batterie (4) und einen Verbrennungsmotor (2), dessen Lastpunkt zum Antreiben der elektrischen Maschine (3) im Generatorbetrieb zum Aufladen der Batterie (4) angehoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Zielladezustand der Batterie (4) für einen zukünftigen Zeitpunkt in Abhängigkeit von mehreren, einen elektrischen Leistungsbedarf des Hybridelektrofahrzeugs (1) bestimmenden Parametern vorgegeben wird; - eine erforderliche Zielladeleistung zum Erreichen des vorgegebenen Zielladezustands der Batterie (4) ermittelt wird; - der Lastpunkt des Verbrennungsmotors (2) zunächst nur innerhalb eines bezogen auf einen Wirkungsgrad und/oder akustische Emissionen betreffend günstig eingestuften Kennfeldbereich (9) des Verbrennungsmotors (2) in Abhängigkeit von der ermittelten Zielladeleistung angehoben wird; - der Lastpunkt des Verbrennungsmotors (2) unter Verlassen des als günstig eingestuften Kennfeldbereichs (9) des Verbrennungsmotors (2) weiter angehoben wird, wenn innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls anhand einer erfassten mittleren Ist-Ladeleistung der Batterie (4) festgestellt wird, dass der Zielladezustand durch die alleinige Lastpunktanhebung innerhalb des als günstig eingestuften Kennfeldbereichs (9) nicht erreicht werden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zielladezustand der Batterie (4) in Abhängigkeit von einem aktuellen Ladezustand der Batterie (4), eines Leistungsbedarfs von Nebenverbrauchern des Hybridelektrofahrzeugs (1) und/oder einer Geschwindigkeit des Hybridelektrofahrzeugs (1) vorgegeben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der als günstig eingestufte Kennfeldbereich (9) umso mehr in Richtung stärkerer akustischer Emissionen des Verbrennungsmotors (2) vergrößert wird, je schneller das Hybridelektrofahrzeug (1) fährt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwellenwert für den Wirkungsgrad und/oder für die akustischen Emissionen vorgegeben wird, welcher den als günstig eingestuften Kennfeldbereich (9) des Verbrennungsmotors (2) definiert.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastpunkt des Verbrennungsmotors (2) außerhalb des als günstig eingestuften Kennfeldbereichs (9) des Verbrennungsmotors (2) schrittweise immer weiter angehoben wird, wenn innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls anhand der erfassten mittleren Ist-Ladeleistung der Batterie (4) festgestellt wird, dass der Zielladezustand durch die vorhergehenden Lastpunktanhebungen nicht erreicht werden wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehmomentgrenze der elektrischen Maschine (3) bezogen auf ihren Generatorbetrieb vorgegeben und die Lastpunktanhebung nur so weit erfolgt, dass die Drehmomentgrenze nicht überschritten wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass prädiktive Daten bereitgestellt werden, welche zukünftige Ladezustandsänderungen der Batterie (4) durch Rekuperation beschreiben, und diese prädiktiven Daten bei der Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors (2) und/oder beim Vorgeben des Zielladezustands berücksichtigt werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass prädiktive Daten zur Betriebsstrategie des Hybridelektrofahrzeugs (1) bereitgestellt werden, welche beschreiben, wann das Hybridelektrofahrzeug (1) zukünftig mittels der elektrischen Maschine (3) und/oder mittels des Verbrennungsmotors (2) angetrieben werden wird, und diese prädiktiven Daten zur Betriebsstrategie bei der Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors (2) und/oder beim Vorgeben des Zielladezustands berücksichtigt werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors (2) und/oder beim Vorgeben des Zielladezustands ein noch zurückzulegendes Streckenprofil des Hybridelektrofahrzeugs (1) berücksichtigt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors (2) und/oder beim Vorgeben des Zielladezustands ein Fahrerprofil eines Fahrers des Hybridelektrofahrzeugs (1) berücksichtigt wird.
  11. Steuervorrichtung (6) für ein Hybridelektrofahrzeug (1), welche dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
  12. Hybridelektrofahrzeug (1) mit einer Steuervorrichtung (6) nach Anspruch 11.
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