DE102019121415A1 - Hybridfahrzeug mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb, der mindestens einen Verbrennungsmotor umfasst, mit einem elektromotorischen Antrieb, der mindestens einen Elektromotor und einen Akkumulator umfasst, wobei der Akkumulator sowohl über den Verbrennungsmotor als auch über ein externes Stromnetz ladbar ist, mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit und mit einem automatisch verschließbaren Deckel eines Kraftstofftanks, wobei die elektronische Steuereinheit derart ausgestaltet ist, dass bei mindestens einer definierten Bedingung, die auf ein unzureichendes Nutzen des elektromotorischen Antriebs im Vergleich zum verbrennungsmotorischen Antrieb hinweist, mindestens eine Zwangsmaßnahme zur Beeinflussung des Verhaltens des Fahrers in Richtung einer erhöhten Nutzung des elektrischen Antriebs vorgenommen wird.

Description

  • Es sind bereits eine Vielzahl von Hybridfahrzeugen mit einem elektrischen Antrieb und mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb bekannt, insbesondere sogenannte PHEVs (Plug-In Hybrid Elektro Vehicles), deren Batterie (Hochvoltbatterie) bzw. Akkumulator sowohl über den Verbrennungsmotor als auch über ein externes Stromnetz geladen werden kann. Auch sind bereits viele Betriebsstrategien bekannt, durch die beide Antriebe möglichst wirkungsgradoptimal eingesetzt werden.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Hybridfahrzeug im Hinblick auf eine emissionsreduzierende Betriebsweise noch weiter zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
  • Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb, der mindestens einen Verbrennungsmotor umfasst, mit einem elektromotorischen Antrieb, der mindestens einen Elektromotor und einen Akkumulator umfasst, wobei der Akkumulator sowohl über den Verbrennungsmotor als auch über ein externes Stromnetz ladbar ist, mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit und mit einem automatisch verschließbaren Deckel eines Kraftstofftanks, wobei die elektronische Steuereinheit derart ausgestaltet ist, dass bei mindestens einer definierten Bedingung, die auf ein unzureichendes Nutzen des elektromotorischen Antriebs im Vergleich zum verbrennungsmotorischen Antrieb hinweist, mindestens eine Zwangsmaßnahme zur Beeinflussung des Verhaltens des Fahrers in Richtung einer erhöhten Nutzung des elektrischen Antriebs vorgenommen wird.
  • Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
    • Hybridfahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb (Elektromotor und Batterie bzw.
    • Akkumulator) und mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb (Verbrennungsmotor),
    • insbesondere PHEVs, sollen mit ihrem elektrischen Antrieb einen Beitrag leisten, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen im PKW Sektor, zumindest lokal, zu senken.
  • Dies ist allerdings nur dann möglich, wenn diese Fahrzeuge auch ausreichend oft geladen werden bzw. wenn diese Fahrzeuge mit besonders viel Energie aus externen Stromnetzen, vorzugsweise mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen, geladen werden.
  • Es gibt Studien und auch aktuelle Pressemeldungen, die das PHEV Antriebskonzept diesbezüglich in Frage stellen und das vor allem aus dem Grund, weil unterstellt wird, dass die Fahrer ihre PHEVs zu wenig extern laden bzw. noch zu häufig Kraftstoff für den Verbrennungsmotor tanken.
  • Wenn PHEVs nicht ausreichend oft geladen werden, können sie folglich keine ausreichend großen Strecken bzw. keine hohen Streckenanteile elektrisch und somit emissionsfrei zurücklegen. Dieses Verhalten konterkariert das oben genannte Ziel.
  • Gegenstand der Erfindung ist daher ein Mechanismus, der den Weiterbetrieb eines PHEVs nur dann uneingeschränkt erlaubt, wenn das Fahrzeug im Betrieb ausreichend genug, insbesondere mittels externem Strom, geladen wird.
  • Es gibt viele Lösungen zum Thema Betriebsstrategie von Hybridfahrzeugen. Alle bekannten Lösungen konzentrieren sich jedoch darauf, dass die zur Verfügung stehenden Antriebe in einem Hybridfahrzeug optimal zusammenarbeiten bzw. sich optimal ergänzen, ohne dass der Fahrer für seine Fahranforderung (in der Regel angefordert durch das Fahrpedal) eine Einschränkung erfährt oder erlebt. Eine bewusste Einschränkung bzw. Beschränkung des Fahrerwunsches, ist grundsätzlich vorrangig nur bei Sicherheitsaspekten bekannt.
  • PHEVs haben heute zwei komplette Antriebssysteme (den Elektroantrieb und den verbrennungsmotorischen Antrieb) mit an Bord. Beide können völlig unabhängig voneinander betrieben werden. Letztendlich entscheidet der Fahrer durch sein Verhalten, ob das Fahrzeug eher elektrisch, eher verbrennungsmotorisch oder hybridisch betrieben wird. Wird der Akkumulator des elektrischen Antriebs nie oder nur sehr selten aufgeladen, kann der PHEV nicht elektrisch fahren und kann somit auch nicht die niedrigen Kraftstoffverbräuche erreichen, um einen Beitrag zur Emissionsreduktion zu leisten. Um das Verhalten des Fahrers positiv zu beeinflussen sind verschiedene Ausprägungen von Maßnahmen möglich.
  • Eine Ausprägung der Erfindung kann sein, dass das Tanken mit Kraftstoff nur dann erlaubt und freigegeben wird (sozusagen als „Zwangsmaßnahme“), wenn der PHEV im Vorfeld auch oft und mit ausreichender Energiemenge geladen wurde. In dieser Ausprägung kann beispielsweise der Tankdeckel nur dann geöffnet werden, wenn auch die Batterie vorher vollgeladen wurde. Das Verhalten kann in die Betriebsstrategie über die Nutzung des Fahrzeugs implementiert werden und somit können vorgegebene niedrige Verbräuche sichergestellt werden.
  • Eine andere Ausprägung mit weniger Einschränkung in Form einer Zwangsmaßnahme für den Fahrer kann sein, dass das Tanken zu jederzeit oder zumindest noch für eine vorgegebene beschränkte Zeit (zeit- oder ereignisgesteuert) freigegeben wird, jedoch dem Fahrer nicht mehr die volle Antriebsleistung seines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt und die Leistung degradiert wird, wenn zu wenig extern geladen wird.
  • Denkbare Ausprägungen können auch kombiniert werden und gegebenenfalls zu mehrstufigen Zwangsmaßnahmen führen.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur (1) zeigt schematisch die wichtigsten Komponenten der Erfindung in einem nicht vollständig dargestellten Hybridfahrzeug.
  • In 1 ist ein Elektromotor 1, der mit einem Akkumulator 7 verbunden ist, und ein Verbrennungsmotor 2 eines Hybridfahrzeuges dargestellt. Der Akkumulator 7 kann insbesondere im Fahrbetrieb vom Verbrennungsmotor 2 oder im Stillstand beispielsweise über eine Schnellladesäule 6 eines externen Stromnetzes elektrisch geladen werden. Die beiden Motoren 1 und 2 werden insbesondere durch mindestens eine elektronische Steuereinheit 3 gesteuert, die auch mit einem automatisch verschließbaren Deckel 5 eines Kraftstofftanks und vorzugsweise mit einer Anzeige-Bedieneinheit 4 verbunden ist.
  • Die elektronische Steuereinheit 3 kann mindestens ein Signal, vorzugsweise mehrere Signale, zur Ermittlung folgender Eingangsparameter empfangen:
    • E: die elektrische Energie, die aus einem externen Stromnetz (z.B. aus einer Schnellladesäule 6) in den Akkumulator 7 geladen wird, wobei die Lademenge und/oder die Ladehäufigkeit erfassbar sein kann und mit einer vorgegebenen Lademenge LM und/oder einer vorgegebenen Ladehäufigkeit LH verglichen werden kann.
    • K: der Kraftstoffverbrauch (z.B. pro 100 km), der mit einer gespeicherten Kraftstoffverbrauchs-Schwelle KS (z.B. 2,21/100km) verglichen werden kann.
    • R: die Ratio bzw. der Anteil des rein elektrischen Fahrens bei einer Gesamt-Wegstrecke, die mit einer Elektrisch-Fahranteils-Schwelle RS (z.B. 75%) verglichen werden kann.
    • T: der Tankinhalt des Kraftstofftanks, der mit einer Tankinhalts-Schwelle TS verglichen werden kann.
    • B: der Ladezustand (SOC) des Akkumulators 7 (z.B. Hochvoltbatterie) für den Elektroantrieb, der mit einer Ladzustands-Schwelle SOCS verglichen werden kann.
  • Beliebige Bedingungen aus diesen oder ähnlichen Eingangsparametern - allein oder in Kombination miteinander -, die auf ein unzureichendes Nutzen des elektromotorischen Antriebs 1 und 7 im Vergleich zum verbrennungsmotorischen Antrieb 2 hinweisen, können definiert werden. Davon abhängig können eine oder mehrere auch gestufte Zwangsmaßnahmen zur Beeinflussung des Verhaltens des Fahrers in Richtung einer erhöhten Nutzung des elektrischen Antriebs 1 und 7 von der Steuereinheit 3 vorgenommen werden.
  • Beispielsweise kann vorzugsweise bei Unterschreiten einer vorgegebenen Lademenge LM und/oder einer vorgegebenen Ladehäufigkeit LH bezogen auf die Ladung des Akkumulators 7 mit Energie E des externen Stromnetzes 6 und/oder bei Überschreiten einer definierten Kraftstoffverbrauchs-Schwelle KS und/oder bei Unterschreiten einer Elektrisch-Fahranteils-Schwelle RS oder eines Elektrisch-Fahranteils-Bereichs eine erste Zwangsmaßnahmen-Stufe (Level 1) im Form einer Reduzierung (P-) der verfügbaren Antriebsleistung P vorgenommen werden. Wenn in dieser ersten Zwangsmaßnahmen-Stufe (Level 1) ein Nachladen des Akkumulators 7 mit Energie E des externen Stromnetzes 6 nicht erfolgt, kann eine zweite Zwangsmaßnahmen-Stufe (Level 2) in Form eines Verschlossenhaltens S des Tank-Deckels 5 bis zu einem vollständigen Wiederaufladen des Akkumulators 7 vorgenommen werden. Dabei erfolgen vorzugsweise entsprechende Hinweise A1 oder A2 in der Anzeige-Bedieneinheit 4, die dem Fahrer auch weitere Eingaben ermöglichen können. Darüber hinaus können die definierten Bedingungen und die Zwangsmaßnahmen auch vom Tankinhalt T und/oder vom Ladezustand SOC abhängig vorgenommen werden, z.B. abhängig vom Unterschreiten der Schwellwerte TS und SOCS, derart, dass ein guter Kompromiss zwischen Emissionsreduzierung und Verfügbarkeit erreicht werden kann.
  • Mittels der Anzeige-Bedieneinheit 4 kann die Vornahme der Zwangsmaßnahmen manuell durch den Fahrer ausschaltbar sein, um zur Erhöhung der Akzeptanz eine Freiwilligkeit zu ermöglichen.

Claims (10)

  1. Hybridfahrzeug mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb, der mindestens einen Verbrennungsmotor (2) umfasst, mit einem elektromotorischen Antrieb, der mindestens einen Elektromotor (1) und einen Akkumulator (7) umfasst, wobei der Akkumulator (7) sowohl über den Verbrennungsmotor (2) als auch über ein externes Stromnetz (6) ladbar ist, mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit (3) und mit einem automatisch verschließbaren Deckel (5) eines Kraftstofftanks, wobei die elektronische Steuereinheit (3) derart ausgestaltet ist, dass bei mindestens einer definierten Bedingung, die auf ein unzureichendes Nutzen des elektromotorischen Antriebs (1,7) im Vergleich zum verbrennungsmotorischen Antrieb (2) hinweist, mindestens eine Zwangsmaßnahme (Level1; Level 2) zur Beeinflussung des Verhaltens des Fahrers in Richtung einer erhöhten Nutzung des elektrischen Antriebs (1,7) vorgenommen wird.
  2. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwangsmaßnahme (Level 2) das Verschlossenhalten des Deckels (5) ist.
  3. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwangsmaßnahme (Level 1) das Reduzieren der verfügbaren Antriebsleistung (P) ist.
  4. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine definierte Bedingung das Unterschreiten einer vorgegebenen Lademenge (LM) und/oder einer vorgegebenen Ladehäufigkeit (LH) bezogen auf die Ladung des Akkumulators (7) mit Energie (E) des externen Stromnetzes (6) ist.
  5. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine definierte Bedingung das Überschreiten einer definierten Kraftstoffverbrauchs-Schwelle (KS) ist.
  6. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine definierte Bedingung das Unterschreiten einer Elektrisch-Fahranteils-Schwelle (RS) oder eines Elektrisch-Fahranteils-Bereichs ist.
  7. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrstufige Zwangsmaßnahmen-Reihenfolge abhängig von mehreren definierten Bedingungen vorgegeben ist.
  8. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Zwangsmaßnahmen-Stufe (Level 1) die Reduzierung der verfügbaren Antriebsleistung (P) und eine zweite Zwangsmaßnahmen-Stufe (Level 2) das Verschlossenhalten des Deckels (5) bis zu einem vollständigen Wiederaufladen des Akkumulators (7) ist, wenn in der ersten Zwangsmaßnahmen-Stufe (Level 1) ein Nachladen des Akkumulators (7) mit Energie (E) des externen Stromnetzes (6) nicht erfolgt ist.
  9. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Bedingungen und die Zwangsmaßnahmen abhängig vom Tankinhalt (T) und/oder vom Ladezustand (SOC) des Akkumulators (7) vornehmbar sind.
  10. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Anzeige-Bedieneinheit (4) die Vornahme der Zwangsmaßnahmen manuell ausschaltbar ist.
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