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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einer Steuerungseinrichtung umfassend wenigstens ein Steuergerät, einem Bordnetz mit wenigstens einem elektrischen Energiespeicher, einer Bremswunscherfassungsvorrichtung, einer Temperaturerfassungseinrichtung und einem Antriebsstrang, wobei der Antriebsstrang als Antriebsstrangkomponenten wenigstens eine elektrische Maschine und eine mit dem Energiespeicher und der elektrischen Maschine verbundene Leistungselektronik umfasst und die Temperaturerfassungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die Temperatur wenigstens einer der Antriebsstrangkomponenten zu ermitteln. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Bei Kraftfahrzeugen mit einem elektrischen Antrieb ist es bekannt, dass bei beim Bremsen des Kraftfahrzeugs freiwerdende kinetische und/oder potentielle Energie mittels Rekuperation über die zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendete elektrische Maschine in eine Fahrzeugbatterie zurückgespeist wird. Dabei erfolgt insbesondere eine Rückspeisung in eine Fahrzeugbatterie, welche als Traktionsbatterie auch zum Antrieb der als Traktionsmotor verwendeten elektrischen Maschine des Kraftfahrzeugs dient. Die Rekuperation kann nur erfolgen, wenn die Fahrzeugbatterie ausreichend freie Speicherkapazität aufweist, also zur Aufnahme der während der Durchführung des Bremsvorgangs freiwerdenden Energie in der Lage ist.
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Insbesondere in Zuständen, in denen die Fahrzeugbatterie komplett oder zu einem hohen Anteil geladen ist, kann durch sie jedoch keine oder eine nur sehr geringe Leistung aufgenommen werden. Gleiches gilt, wenn die Batterie sehr warm oder sehr kalt ist. Die kinetische und/oder potentielle Energie des Kraftfahrzeuges, welche nicht in die Fahrzeugbatterie rekuperiert werden kann, wird in der Regel während des Bremsvorgangs dann über eine Reibbremse des Fahrzeugs ungenutzt in Wärme der Bremse umgewandelt und anschließend an die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgegeben, so dass diese Energie nicht mehr im Kraftfahrzeug nutzbar gemacht werden kann. Sowohl aus Energieeffizienzgründen als auch zum Schutz einer Reibbremse vor Verschleiß ist es wünschenswert, wenn grundsätzlich möglichst viel Energie bei einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs rekuperiert werden kann. Dazu sind aus dem Stand der Technik verschiedene Ansätze bekannt.
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In
CN107487190 A wird ein Verfahren beschrieben, bei dem in einem Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs gespeicherte Energie vor einer Bergabfahrt des Kraftfahrzeuges gezielt in Wärme umgewandelt und abgegeben wird, so dass die Belastung eines mechanischen Bremssystems bei der Bergabfahrt entlastet werden kann, indem die aus dem Energiespeicher abgegebene Energie über den Elektromotor des Kraftfahrzeuges erneut rekuperiert wird.
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CN204123977 U beschreibt ein Kraftfahrzeug mit Elektromotor, bei dem zusätzlich bei einem Bremsvorgang rekuperierte Energie in einer Energieverbrauchsvorrichtung umgesetzt wird. Der Energieverbrauchsvorrichtung kann dabei einem Behälter eines Kühlsystems des Kraftfahrzeuges zugeordnet sein, so dass die aus der rekuperierten Energie erzeugte Wärme über das Kühlsystem des Kraftfahrzeuges abgegeben werden kann.
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Aus
W02013/167149 A1 ist ein Energiemanagementsystem für ein hybridelektrisches Fahrzeug bekannt. Das hybridelektrische Fahrzeug umfasst dabei eine elektrische Maschine als Traktionsantrieb sowie zum Umsetzen von Energierekuperation bei Bremsvorgängen. Das Kraftfahrzeug umfasst weiter ein Energiespeichersystem, über das die elektrische Maschine betrieben werden kann bzw. in das durch die elektrische Maschine rekuperierte elektrische Energie aufgenommen werden kann. Vor einer prädizierten Bergabfahrt kann durch ein Energiesteuergerät des Kraftfahrzeuges im Energiespeichersystem gespeicherte Energie über ein elektrisches Zusatzgerät verbraucht werden, so dass in der folgenden Bergabfahrt mehr elektrische Energie in das elektrische Energiespeichersystem rekuperiert werden kann.
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Die beschriebenen Verfahren haben dabei den Nachteil, dass zusätzliche Vorrichtungen zum Verbrauchen der elektrischen Energie vorhanden sein müssen sowie dass die darin umgesetzte elektrische Energie als Wärme abgegeben wird und somit nicht mehr nutzbar ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges anzugeben, welches insbesondere eine effizientere Nutzung von zur Verfügung stehender Energie ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs bei Erfassung eines Bremswunschs durch die Bremswunscherfassungsvorrichtung durch das Steuergerät eine maximal mögliche Rekuperationsleistung beim Bremsen ermittelt und mit einer maximal möglichen Energieaufnahmeleistung des Bordnetzes verglichen wird, wobei in einem ersten Fall, in dem die Rekuperationsleistung kleiner oder gleich der Energieaufnahmeleistung ist, die Leistungselektronik die elektrische Maschine in einem Rekuperationsbetrieb betreibt und wobei in einem zweiten Fall, in dem die Rekuperationsleistung die Energieaufnahmeleistung übersteigt und wenigstens eine von der Temperaturerfassungseinrichtung an das Steuergerät übermittelte Temperatur einer Antriebsstrangkomponente unterhalb eines der wenigstens einen Antriebsstrangkomponente zugeordneten Solltemperaturbereichs liegt, das Steuergerät die Leistungselektronik zum Betrieb der elektrischen Maschine in einem Erwärmungsmodus, in dem eine in der Leistungselektronik und/oder der elektrische Maschine entstehende Wärmeverlustleistung größer als in dem Rekuperationsbetrieb ist, ansteuert.
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Bei einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs wird folglich ermittelt, ob die maximal mögliche Rekuperationsleistung, das heißt die maximal mögliche elektrische Leistung, die aus der kinetischen und/oder potentiellen Energie des Kraftfahrzeugs bei dem Bremsvorgang über die elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs in einem Generatorbetrieb erzeugt werden kann, kleiner, gleich oder größer als eine maximal mögliche Energieaufnahmeleistung des Bordnetzes ist. Das Bordnetz kann insbesondere ein Hochvoltbordnetz sein, welches einen als Traktionsenergiespeicher, insbesondere als Traktionsbatterie, ausgebildeten Energiespeicher umfasst. Die Rekuperationsleistung kann sich auf die an wenigstens einem Rad des Kraftfahrzeugs abrufbare mechanische Leistung, welche zur Rekuperation in der als Generator betriebenen elektrischen Maschine zur Verfügung steht, beziehen. Aus dieser mechanischen Leistung bestimmt sich die in den Energiespeicher bzw. das Bordnetz rekuperierbare elektrische Leistung zum Beispiel unter Berücksichtigung eines auf die Wandlung von mechanischer Leistung in elektrische Leistung bezogenen Wirkungsgrads des Antriebsstrangs. Die Energieaufnahmeleistung kann sich zum Beispiel aus einem maximal möglichen Batteriestrom und einer Spannung des Gleichstromzwischenkreises des Kraftfahrzeugs ergeben. Die maximal mögliche Energieaufnahmeleistung beschreibt die aktuell mögliche Leistung, mit welcher rekuperierte Energie in dem Bordnetz aufgenommen werden kann. Die maximal mögliche Energieaufnahmeleistung kann dabei insbesondere von einer aktuellen Temperatur des Energiespeichers und/oder von einem aktuellen Ladezustand des Energiespeichers abhängen. Dabei kann die Energieaufnahmeleistung insbesondere geringer sein, je mehr Energie bereits in dem Energiespeicher gespeichert ist bzw. je höher der aktuelle Ladezustand des Energiespeichers ist. Auch bei einer zu hohen oder zu geringen Temperatur des Energiespeichers kann die Energieaufnahmeleistung begrenzt sein, so dass eine im Rekuperationsbetrieb erzeugte Rekuperationsleistung nicht oder nicht vollständig im Energiespeicher aufgenommen werden kann.
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In dem Fall, in dem die Rekuperationsleistung kleiner oder gleich der Energieaufnahmeleistung des Bordnetzes ist, betreibt die Leistungselektronik die elektrische Maschine in einem Rekuperationsbetrieb und die rekuperierte Energie wird in das Bordnetz, insbesondere in den wenigstens einen elektrischen Energiespeicher des Bordnetzes, eingespeist. Dadurch kann die gewonnene elektrische Energie für den Betrieb des Bordnetzes verwendet werden und/oder für eine spätere Verwendung in dem elektrischen Energiespeicher gespeichert werden. Bei dem Energiespeicher kann es sich um einen Traktionsenergiespeicher, insbesondere eine Hochvoltbatterie, handeln.
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Wenn die maximal mögliche Rekuperationsleistung jedoch größer ist als die maximal mögliche Energieaufnahmeleistung des Bordnetzes, wird zusätzlich überprüft, ob eine Temperatur einer Antriebsstrangkomponente unterhalb eines der wenigstens einen Antriebsstrangkomponente zugeordneten Solltemperaturbereichs liegt, mithin also ob wenigstens eine Antriebsstrangkomponente noch nicht auf ihre bevorzugte, innerhalb des Solltemperaturbereichs liegende Betriebstemperatur erwärmt ist. In diesem Fall wird die Leistungselektronik durch das Steuergerät zum Betrieb der elektrischen Maschine in einem Erwärmungsmodus angesteuert, in dem die elektrischen Verluste in der Leistungselektronik und/oder der elektrischen Maschine größer sind als in dem Rekuperationsbetrieb. Mithin wird also in dem Fall, dass die Temperatur einer Antriebsstrangkomponente noch unterhalb ihrer Solltemperatur liegt, zusätzliche Wärmeverlustleistung durch eine verglichen mit dem normalen Rekuperationsbetrieb ineffizientere Ansteuerung der Leistungselektronik und/oder der elektrischen Maschine erzeugt. Diese zusätzliche Verlustwärme trägt zur Erwärmung der Komponenten des Antriebsstrangs bei. Beispielsweise kann, wenn die Temperatur der Leistungselektronik unterhalb einem der Leistungselektronik zugeordneten Solltemperaturbereich liegt, durch das Erzeugen der zusätzlichen Verlustwärme in der Leistungselektronik eine Erwärmung der Leistungselektronik erreicht werden. Entsprechend gilt dies auch für die elektrische Maschine. Weiterhin können auch weitere Antriebsstrangkomponenten, welche mit der Leistungselektronik und/oder der elektrischen Maschine gekoppelt sind, über diese zusätzlich entstehende Wärmeverlustleistung erwärmt werden. Die zur Erwärmung zur Verfügung stehende Leistung kann sich, abhängig von dem Antriebsstrang bzw. seiner Komponenten, beispielsweise im Bereich einiger kW, insbesondere zwischen 0,1 kW und 10 kW, bewegen.
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Dies ermöglicht vorteilhaft, dass Energie, welche bei dem Bremsvorgang zwar rekuperiert werden kann, jedoch aufgrund der geringen Energieaufnahmeleistung des Bordnetzes nicht an das Bordnetz abgegeben werden kann, trotzdem zumindest teilweise in dem Kraftfahrzeug sinnvoll, nämlich zum Erwärmen von Antriebsstrangkomponenten, deren Temperatur noch unterhalb ihres Solltemperaturbereichs liegt, verwendet werden kann. Die aufgrund der erhöhten Wärmeverlustleistung in der Leistungselektronik und/oder der elektrischen Maschine zusätzlich umgesetzte Leistung wird über die elektrische Maschine rekuperiert, so dass zumindest gemäß dem Anteil der umgesetzten, zusätzlichen Wärmeverlustleistung ein größeres Rekuperationsmoment von der elektrischen Maschine erzeugt wird und somit eine geringere Beanspruchung einer mechanischen Bremse in dem Bremsvorgang notwendig ist. Dies reduziert vorteilhaft einen Verschleiß der wenigstens einen Bremse des Kraftfahrzeugs, so dass die Lebensdauer bzw. die Laufleistung der Bremse vorteilhaft erhöht werden kann.
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Das Verfahren hat den Vorteil, dass insbesondere bei einem noch kalten Fahrzeug, bei dem gegebenenfalls eine maximal mögliche Energieaufnahmeleistung des Bordnetzes durch einen vollständig geladenen Energiespeicher und/oder einen noch kalten Energiespeicher limitiert ist, rekuperierbare Energie sinnvoll zur Erwärmung von wenigstens einer Antriebsstrangkomponente verwendet werden kann, deren Temperatur ebenfalls noch unterhalb eines der Antriebsstrangkomponente zugeordneten Solltemperaturbereichs liegt. Durch die Erhöhung der Temperatur in der Leistungselektronik und/oder der elektrischen Maschine erwärmen sich diese und/oder weitere Antriebsstrangkomponenten, so dass sich die Temperaturen der Antriebsstrangkomponenten schneller in ihren Solltemperaturbereich bewegen können. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Antriebsstrangs vorteilhaft gesteigert werden.
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Eine schnellere Erwärmung der Antriebsstrangkomponenten wirkt sich weiterhin vorteilhaft auf einen zukünftigen Energieverlust in dem Antriebsstrang aus, da durch das schnellere Erreichen der jeweiligen Solltemperaturbereiche der Antriebsstrangkomponenten schneller ein möglichst effizienter Betrieb des Antriebsstrangs erreicht wird. Das schnellere Erreichen des Solltemperaturbereichs der einzelnen Antriebsstrangkomponenten wirkt sich somit vorteilhaft auf den Wirkungsgrad des gesamten Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs aus, so dass eine im elektrischen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs zu erzielende Reichweite ansteigt. Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiterhin den Vorteil, dass keine zusätzlichen Vorrichtungen zur Erwärmung und/oder zur Aufnahme von rekuperierter Energie notwendig sind, da durch die Leistungselektronik und die elektrische Maschine bereits zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendete Bauteile eingesetzt werden.
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Die Leistungselektronik kann insbesondere ein Wechselrichter sein oder einen Wechselrichter umfassen, wobei durch die Leistungselektronik ein von dem Energiespeicher bereitgestellter Gleichstrom in einen Wechselstrom zum Betrieb der elektrischen Maschine gewandelt werden kann. Im Rekuperationsbetrieb bzw. im Erwärmungsmodus erfolgt umgekehrt eine Wandlung des von der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb erzeugten Wechselstroms in einen Gleichstrom. Zusätzliche Wärmeverluste in der Leistungselektronik können beispielsweise durch höhere Schaltverluste in Schaltelementen der Leistungselektronik erzeugt werden. Zusätzliche Wärmeverluste in der elektrischen Maschine können zum Beispiel durch höhere Ummagnetisierungsverluste erreicht werden.
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Die Bremswunscherfassungsvorrichtung kann insbesondere ein Bremspedal sein oder ein Bremspedal umfassen, wobei ein Bremswunsch eines Fahrers des Kraftfahrzeuges beispielsweise durch eine Betätigung des Bremspedals erfasst wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Bremswunscherfassungsvorrichtung ein Gaspedal umfassen, wobei ein Bremswunsch detektiert wird, wenn vom Fahrer ein betätigtes Gaspedal zurückgenommen wird. Die Bremswunscherfassungsvorrichtung ist mit dem wenigstens einem Steuergerät der Steuerungseinrichtung verbunden, so dass ein erfasster Bremswunsch von der Bremswunscherfassungsvorrichtung an das Steuergerät übermittelt werden kann. Das Steuergerät kann, wenn ein Bremswunsch erfasst wurde, insbesondere abhängig von einem aktuellen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs eine maximal mögliche Rekuperationsleistung beim Bremsen ermitteln und diese mit der maximal möglichen Energieaufnahmeleistung des Bordnetzes vergleichen. Die Bremswunscherfassungsvorrichtung kann insbesondere ein durch den Bremswunsch angefordertes Bremsmoment ermitteln und an das Steuergerät übertragen.
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Weiterhin ist das Steuergerät mit der Temperaturerfassungseinrichtung verbunden, so dass die Temperaturerfassungseinrichtung die Temperatur wenigstens einer Antriebsstrangkomponente an das Steuergerät übermitteln kann. Das Steuergerät kann anschließend die übermittelte Temperatur mit einem in dem Steuergerät hinterlegten oder einem von der Temperaturerfassungseinrichtung an das Steuergerät übermittelten, wenigstens eine Solltemperatur umfassenden Solltemperaturbereich vergleichen, wodurch das Steuergerät zwischen dem ersten Fall und dem zweiten Fall entscheiden kann. Wenn der erste Fall vorliegt, wird durch das Steuergerät die Leistungselektronik zu einem Rekuperationsbetrieb angesteuert, so dass möglichst effizient die zur Verfügung stehende Energie insbesondere mit der maximal möglichen Rekuperationsleistung rekuperiert werden kann. In dem zweiten Fall erfolgt die Ansteuerung der Leistungselektronik zur Durchführung des Erwärmungsmodus, so dass die Rekuperation der während des Bremsvorgangs freiwerdenden Energie über die Leistungselektronik und/oder die elektrische Maschine mit einem schlechteren Wirkungsgrad erfolgt und sich eine zusätzliche Erwärmung der Leistungselektronik und/oder der elektrischen Maschine ergibt.
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In einem dritten Fall, in dem die Rekuperationsleistung die Energieaufnahmeleistung übersteigt und keine der von Temperaturerfassungseinrichtung an das Steuergerät übermittelte Temperatur einer Antriebsstrangkomponente unterhalb des der wenigstens einen Antriebsstrangkomponente zugeordneten Solltemperaturbereichs liegt, kann eine mechanische Bremse des Kraftfahrzeugs betätigt werden, um ein dem Bremswunsch entsprechendes Bremsmoment zu stellen, insbesondere unter Berücksichtigung des Rekuperationsmoments der elektrischen Maschine bei gleichzeitiger Rekuperation entsprechend der maximal möglichen Energieaufnahmeleistung.
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Es ist möglich, dass alle Schritte des Verfahrens in einem einzelnen Steuergerät der Steuerungseinrichtung durchgeführt werden oder dass die Steuerungseinrichtung mehrere Steuergeräte umfasst, welche miteinander über wenigstens eine Kommunikationsverbindung verbunden sind, wobei einzelne Schritte des Verfahrens in verschiedenen Steuergeräten der Steuerungseinrichtung umgesetzt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ansteuerung der Leistungselektronik im Erwärmungsbetrieb derart erfolgt, dass die Wärmeverlustleistung im Erwärmungsbetrieb kleiner oder gleich einer Differenz zwischen der Rekuperationsleistung und der Energieaufnahmeleistung ist. Dadurch kann der Anteil der maximal möglichen Rekuperationsleistung, welcher die maximal mögliche Energieaufnahmeleistung übersteigt, ganz oder zumindest teilweise als zusätzliche Wärmeverlustleistung verwendet werden. Ein gegebenenfalls übrig bleibender Anteil der maximal möglichen Rekuperationsleistung, welcher also die Summe aus der zusätzlichen Wärmeverlustleistung im Erwärmungsbetrieb und der maximal möglichen Energieaufnahmeleistung des Bordnetzes übersteigt, kann insbesondere über wenigstens eine mechanische Bremse eines Kraftfahrzeugs weggebremst, das heißt über die wenigstens eine mechanische Bremse in thermische Verlustleistung umgewandelt werden.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug ein mit einem Kühlfluid gefülltes und mit wenigstens einer Antriebsstrangkomponente gekoppeltes Kühlsystem umfasst, wobei als Temperatur dieser Antriebsstrangkomponente eine Temperatur des Kühlfluids verwendet wird. Durch eine Erhöhung der Temperatur der Leistungselektronik und/oder der elektrischen Maschine aufgrund der im Erwärmungsbetrieb erhöhten Wärmeverlustleistung erhöht sich auch die Temperatur eines Kühlfluids, beispielsweise eines durch das Kühlsystem zirkulierenden Kühlwassers, so dass eine Erwärmung weiterer Antriebsstrangkomponenten, welche ebenfalls mit dem Kühlsystem gekoppelt sind, erfolgen kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Antriebsstrang ein Getriebe als Antriebsstrangkomponente umfasst, wobei als Temperatur des Getriebes insbesondere eine Temperatur eines Getriebeöls des Getriebes verwendet wird. Durch die im Erwärmungsbetrieb in der Leistungselektronik und/oder der elektrischen Maschine erzeugte zusätzliche Wärmeverlustleistung kann indirekt auch die Temperatur des Getriebes, insbesondere die Temperatur des Getriebeöls des Getriebes, erhöht werden, so dass die Temperatur des Getriebeöls schneller innerhalb des Solltemperaturbereichs liegt.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Bordnetz wenigstens einen Nebenverbraucher umfasst, wobei als maximal mögliche Energieaufnahmeleistung eine Gesamtenergieaufnahmeleistung umfassend die Energieaufnahmeleistung des elektrischen Energiespeichers und die Energieaufnahmeleistung des wenigstens einen Nebenverbrauchers verwendet wird. Der Energiebedarf des Bordnetzes respektive die maximal mögliche Energieaufnahmeleistung des Bordnetzes, ergibt sich dabei aus einer über den Energiespeicher aufzunehmenden Energieaufnahmeleistung und aus dem Leistungsbedarf des wenigstens eines Nebenverbrauchers des Bordnetzes. Bei dem wenigstens einen Nebenverbraucher kann es sich beispielsweise um einen Klimakompressor, einer Heizeinrichtung, eine Beleuchtungseinrichtung des Fahrzeuges, einen Gleichspannungswandler zur Versorgung eines Niederspannungsbordnetzes oder Ähnliches handeln. Der wenigstens eine Nebenverbraucher kann außerhalb des Rekuperationsbetriebs beispielsweise aus dem Energiespeicher betrieben werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die maximal mögliche Energieaufnahmeleistung von einer Steuereinrichtung des Energiespeichers, insbesondere in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustandes des Kraftfahrzeugs und/oder einer Temperatur des Energiespeichers, bestimmt und an das Steuergerät übermittelt wird. Die Steuereinrichtung des Energiespeichers kann beispielsweise ein Batteriesteuergerät eines als Traktionsbatterie ausgebildeten Energiespeichers sein und beispielsweise eine Temperaturmesseinrichtung aufweisen, über die sie die Temperatur des Energiespeichers bestimmen kann. Weiterhin kann die Steuereinrichtung des Energiespeichers dazu ausgebildet sein, eine oder mehrere Messgrößen, welche einem aktuellen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind, zu messen und auf Grundlage der Temperatur des Energiespeichers und/oder eines aktuellen Betriebszustands des Kraftfahrzeuges die maximal mögliche Energieaufnahmeleistung des Bordnetzes zu ermitteln. Diese maximal mögliche Energieaufnahmeleistung kann dann von der Steuereinrichtung des Energiespeichers an das wenigstens eine Steuergerät übermittelt werden.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Rekuperationsleistung in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustands des Kraftfahrzeugs und/oder des erfassten Bremswunschs ermittelt wird. Die maximal mögliche Rekuperationsleistung kann sich dabei beispielsweise aus einer kinetischen Energie und/oder einer potentiellen Energie des Kraftfahrzeugs entsprechend dem aktuellen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs ergeben. Zusätzlich oder alternativ kann die maximal mögliche Rekuperationsleistung auch in Abhängigkeit des erfassten Bremswunschs, beispielsweise in Abhängigkeit eines durch den Bremswunsch angeforderten Bremsmoments, ermittelt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Solltemperaturbereich ein Temperaturbereich mit einem hohen Wirkungsgrad der jeweiligen Antriebsstrangkomponente verwendet wird. Der Wirkungsgrad kann sich dabei insbesondere auf ein Verhältnis zwischen einer von der Antriebsstrangkomponente umgesetzten elektrischen Leistung oder mechanischen Leistung zu einer in der Antriebsstrangkomponente auftretenden Wärmeverlustleistung beziehen. Je nach Ausgestaltung der verwendeten Antriebsstrangkomponente kann die thermische Verlustleistung durch Schaltverluste, Reibungsverluste, Magnetisierungsverluste oder Ähnliches entstehen.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass bei Erfassen des Bremswunschs von der Temperaturerfassungseinrichtung der der Antriebsstrangkomponente zugeordnete Solltemperaturbereich an das Steuergerät übermittelt wird. Die Temperaturerfassungseinrichtung kann beispielsweise durch mehrere, jeweils einer der Antriebsstrangkomponenten zugeordneten Temperaturerfassungseinrichtungen gebildet sein, welche jeweils eine Temperatur der ihr zugeordneten Antriebsstrangkomponente an das wenigstens eine Steuergerät übermitteln.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass bei Überschreiten des zugeordneten Solltemperaturbereichs durch die Temperatur wenigstens einer Antriebsstrangkomponente ein Betrieb der Leistungselektronik in dem Rekuperationsbetrieb erfolgt. Dadurch kann vorteilhaft vermieden werden, dass aufgrund eines Betriebes der Leistungselektronik und/oder der elektrischen Maschine in dem Erwärmungsmodus die Temperatur einer Antriebsstrangkomponente auf eine Temperatur oberhalb des zugeordneten Solltemperaturbereichs ansteigt, mithin also die Antriebsstrangkomponente zu heiß wird.
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Für ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist vorgesehen, dass es eine Steuereinrichtung umfassend wenigstens ein Steuergerät, ein Bordnetz mit wenigstens einem elektrischen Energiespeicher, eine Bremswunscherfassungsvorrichtung, eine Temperaturerfassungseinrichtung und einen Antriebsstrang umfasst, wobei der Antriebsstrang als Antriebsstrangkomponenten wenigstens eine elektrische Maschine und eine mit dem Energiespeicher und der elektrischen Maschine verbundene Leistungselektronik umfasst und die Temperaturerfassungseinrichtung dazu ausgebildet ist, die Temperatur wenigstens einer der Antriebsstrangkomponenten zu ermitteln, wobei das Steuergerät zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
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Für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gelten die vorangehend in Bezug zu dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen entsprechend.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Diese sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
- 2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst eine Steuerungseinrichtung 2, welche wenigstens ein Steuergerät 3 umfasst. Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug 1 ein Bordnetz 4 mit einem elektrischen Energiespeicher 5 und einem Nebenverbraucher 6. Der elektrische Energiespeicher 5 umfasst eine Steuereinrichtung 7. Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug einen Antriebsstrang 8 mit mehreren Antriebsstrangkomponenten.
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Der Antriebsstrang 8 umfasst als eine erste Antriebsstrangkomponente eine Leistungselektronik 9. Als eine zweite Antriebsstrangkomponente umfasst der Antriebsstrang 8 eine elektrische Maschine 10, welche mit einer als Getriebe 11 ausgeführten dritten Antriebsstrangkomponente gekoppelt ist. Über das Getriebe 11 ist die elektrische Maschine 10 mit wenigstens einem Rad 12 des Kraftfahrzeugs 1 gekoppelt, so dass das Kraftfahrzeug 1 über die elektrische Maschine 10 bewegt werden kann. Dazu ist die elektrische Maschine 10 über die beispielsweise als bidirektionaler Wechselrichter ausgebildete Leistungselektronik 9 mit dem Energiespeicher 5 verbunden, so dass über die Leistungselektronik 9 ein von dem Energiespeicher 5 bereitgestellte Gleichstrom in einen Wechselstrom zum Betreiben der elektrischen Maschine 10 gewandelt werden kann. Umgekehrt kann durch die Leistungselektronik 10 in einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine 10, also in einem Rekuperationsbetrieb der elektrischen Maschine 10 bzw. des Kraftfahrzeugs 1, ein von der elektrischen Maschine 10 erzeugter Wechselstrom in einen Gleichstrom gewandelt werden. Bei dem Energiespeicher 5 kann es sich beispielsweise um eine Hochvoltbatterie handeln.
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Der Antriebsstrang 8 umfasst weiterhin als eine vierte Antriebsstrangkomponente ein Kühlsystem 13, welches mit der Leistungselektronik 9, der elektrischen Maschine 10 und/oder weiteren Antriebsstrangkomponenten des Antriebsstranges 8 gekoppelt ist. Das Kühlsystem 13 umfasst ein Kühlfluid, welches durch das Kühlsystem 13 zirkuliert und zur Kühlung einer oder mehrerer der Antriebsstrangkomponenten des Antriebsstranges 8 dient.
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Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug 1 eine Bremswunscherfassungsvorrichtung 14, mittels welcher ein Bremswunsch eines Fahrers des Kraftfahrzeugs 1 erfasst werden kann. Die Bremswunscherfassungsvorrichtung 14 kann dazu beispielsweise ein Bremspedal umfassen, wobei ein Bremswunsch erfasst wird, wenn von einem Fahrer das Bremspedal betätigt wird. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Bremswunscherfassungsvorrichtung 14 ein Gaspedal umfassen, wobei ein Bremswunsch detektiert wird, wenn vom Fahrer ein betätigtes Gaspedal zurückgenommen wird. Die Bremswunscherfassungsvorrichtung 14 ist mit dem Steuergerät 3 verbunden und kann einen erfassten Bremswunsch und/oder ein von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 angefordertes Bremsmoment an das Steuergerät 3 übermitteln.
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Das Kraftfahrzeug 1 umfasst weiterhin eine Temperaturerfassungseinrichtung 15, welche dazu ausgebildet ist, die Temperatur einer der Antriebsstrangkomponenten des Antriebsstranges 8 zu ermitteln, sowie wenigstens eine als mechanische Reibbremse ausgeführte Bremse 16. Vorliegend kann die Temperaturerfassungseinrichtung 15 die Temperatur der Leistungselektronik 9, die Temperatur der elektrischen Maschine 10, die Temperatur des Getriebes 11, insbesondere die Temperatur eines Getriebeöls des Getriebes 11, sowie die Temperatur eines Kühlfluids im Kühlsystem 13 ermitteln und an das Steuergerät 3 übermitteln.
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Das Steuergerät 3 des Kraftfahrzeugs 1 ist mit der Temperaturerfassungseinrichtung 15, der Bremswunscherfassungsvorrichtung 14, der wenigstens einen Bremse 16, der Leistungselektronik 9 sowie mit der Steuereinrichtung 7 des Energiespeichers 5 verbunden. Von der Bremswunscherfassungsvorrichtung 14 wird bei Erfassen eines Bremswunschs eine entsprechende Information hinsichtlich des erfassten Bremswunschs sowie eines angeforderten Bremsmoments an das Steuergerät 3 übertragen. Die Steuereinrichtung 7 des Energiespeichers 5 ist dazu ausgebildet, eine maximal mögliche Energieaufnahmeleistung des Bordnetzes 4 zu ermitteln. Die Energieaufnahmeleistung ergibt sich dabei als eine Gesamtenergieaufnahmeleistung umfassend die Energieaufnahmeleistung des elektrischen Energiespeichers 5 sowie die Energieaufnahmeleistung des wenigstens einen Nebenverbrauchers 6. Bei dem Nebenverbraucher 6 kann es sich beispielsweise um einen Klimakompressor, ein Heizelement, eine Beleuchtungseinrichtung des Kraftfahrzeuges 1 oder Ähnliches handeln.
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Das Steuergerät 3 ist dazu ausgebildet, bei Erfassen eines Bremswunschs durch die Bremswunscherfassungsvorrichtung 14 eine maximal mögliche Rekuperationsleistung des Kraftfahrzeuges 1 zu ermitteln. Dabei wird insbesondere eine mechanisch mögliche Rekuperationsleistung an dem wenigstens einen Rad 12 des Kraftfahrzeuges 1 ermittelt. Das Steuergerät 3 ist weiterhin dazu ausgebildet, die maximal mögliche elektrische Rekuperationsleistung mit der maximal möglichen Energieaufnahmeleistung zu vergleichen, welche im Steuergerät 3 hinterlegt ist und/oder bei Erfassen des Bremswunschs von der Steuerungseinrichtung 7 des Energiespeichers 5 an das Steuergerät 3 übertragen wird. Dazu kann zum Beispiel ein auf die Wandlung von mechanischer Leistung an dem wenigstens einem Rad in elektrische Leistung bezogener Wirkungsgrad des Antriebsstrangs 8 berücksichtigt werden. Die Rekuperationsleistung wird durch das Steuergerät 3 in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustands, also eines aktuellen Fahrzustandes des Kraftfahrzeuges 1, und/oder in Abhängigkeit des erfassten Bremswunschs, beispielsweise einem vom Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 angeforderten Bremsmoment, ermittelt.
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Weiterhin ist das Steuergerät 3 dazu ausgebildet, eine von der Temperaturerfassungseinrichtung 15 an das Steuergerät übermittelte Temperatur einer Antriebsstrangkomponente des Antriebsstranges 8 mit einem der wenigstens einen Antriebsstrangkomponente zugeordneten Solltemperaturbereich zu vergleichen. Der Solltemperaturbereich umfasst dabei wenigstens eine Solltemperatur und gibt an, in welchem Temperaturbereich bzw. bei welcher Temperatur die jeweilige Antriebsstrangkomponente ihren optimalen Wirkungsgrad aufweist. Die jeweiligen Solltemperaturbereiche für die Antriebsstrangkomponenten des Antriebsstrangs 8 können in dem Steuergerät 3 hinterlegt sein und/oder von der Temperaturerfassungseinrichtung 15 an das Steuergerät 3 übermittelt werden.
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Weiterhin ist das Steuergerät 3 dazu ausgebildet, die Leistungselektronik 9 in einen Rekuperationsbetrieb anzusteuern, in dem an dem wenigstens einen Rad 12 des Kraftfahrzeugs 1 freiwerdende mechanische Leistung bei dem Bremsvorgang über die elektrische Maschine 10 in einem Generatorbetrieb in elektrische Leistung umgewandelt wird. Diese Energie kann unter Zuhilfenahme der Leistungselektronik 9 in das Bordnetz 4 eingespeist werden und dort im Energiespeicher 5 gespeichert und/oder in dem wenigstens einen Nebenverbraucher 6 verbraucht werden. Dabei kann das Steuergerät 3 in einem ersten Fall, in dem die maximal mögliche Rekuperationsleistung kleiner oder gleich der maximal möglichen Energieaufnahmeleistung des Bordnetzes 4 ist, die Leistungselektronik 9 derart ansteuern, dass die Leistungselektronik 9 die elektrische Maschine 10 in dem Rekuperationsbetrieb betreibt.
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Weiterhin kann das Steuergerät 3 die Leistungselektronik 9 in einem Erwärmungsmodus ansteuern, in dem eine in der Leistungselektronik 9 und/oder der elektrischen Maschine 10 entstehende Wärmeverlustleistung größer ist als in dem Rekuperationsbetrieb. Dies ermöglicht es, dass ein Teil der aufgenommenen mechanischen Leistung im Rekuperationsbetrieb in Wärme umgewandelt wird und zur Erwärmung des Antriebsstranges des Kraftfahrzeuges 1 beitragen kann.
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In einem zweiten Fall, in dem die maximal mögliche Rekuperationsleistung die Energieaufnahmeleistung übersteigt und wenigstens eine von der Temperaturerfassungseinrichtung 15 an das Steuergerät 3 übermittelte Temperatur einer Antriebsstrangkomponente des Antriebsstranges 8 unterhalb dem der wenigstens einen Antriebsstrangkomponente zugeordneten Solltemperaturbereich liegt, kann das Steuergerät die Leistungselektronik 9 zum Betrieb der elektrischen Maschine 10 in dem Erwärmungsmodus ansteuern. Dies bewirkt, dass die in der Leistungselektronik 9 und/oder der elektrischen Maschine 10 zusätzlich gegenüber dem Rekuperationsbetrieb entstehende Wärmeverlustleistung zum Erwärmen wenigstens einer Antriebsstrangkomponente des Antriebsstrangs 8 eingesetzt werden kann. Dadurch kann beispielsweise die Temperatur der Leistungselektronik 9 und/oder der elektrischen Maschine 10 erhöht werden. Durch die Erhöhung der Temperatur der Leistungselektronik 9 und/oder der elektrischen Maschine 10 erfolgt auch eine Erhöhung der Temperatur des Kühlfluides des Kühlsystems 13 und/oder eine Erhöhung der Temperatur des Getriebes 11, bzw. eines Getriebeöles des Getriebes 11, welches mit der elektrischen Maschine 10 gekoppelt ist.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In einem ersten Schritt S1 des Verfahrens wird von der Bremswunscherfassungsvorrichtung 14 ein Bremswunsch erfasst und an das Steuergerät 3 der Steuerungseinrichtung 2 übermittelt. In einem nachfolgenden Schritt S2 erfolgt die Übermittlung der maximal möglichen Energieaufnahmeleistung des Bordnetztes 4 von der Steuereinrichtung 7 des Energiespeichers 5. Dabei bestimmt die Steuereinrichtung 7 des Energiespeichers 5 die maximal mögliche Energieaufnahmeleistung des Bordnetzes 4 in Abhängigkeit des aktuellen Betriebszustandes des Kraftfahrzeuges 1 und/oder der Temperatur des Energiespeichers 5 sowie der Energieaufnahmeleistung bzw. des Energiebedarfs des wenigstens einen Nebenverbrauchers 6.
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Im Schritt S3 erfolgt die Übermittlung der Temperatur wenigstens einer Antriebsstrangkomponente des Antriebsstranges 8 von der Temperaturerfassungseinrichtung 15 an das Steuergerät 3. Insbesondere wird durch die Temperaturerfassungseinrichtung 15 die Temperatur jeder der Antriebsstrangkomponenten an das Steuergerät 3 übermittelt. Die Temperaturerfassungseinrichtung 15 kann folglich eine aktuelle Temperatur der Leistungselektronik 9, der elektrischen Maschine 10, des Getriebes 11, insbesondere eines Getriebeöls des Getriebes 11, sowie eine Temperatur eines Kühlfluids im Kühlsystem 13 an das Steuergerät 3 übermitteln. Das Steuergerät 3 vergleicht die Temperaturen der Antriebsstrangkomponenten mit jeweils einem der jeweiligen Komponente zugeordneten Solltemperaturbereich.
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In Schritt S4 erfolgt im Steuergerät 3 ein Vergleich zwischen der maximal möglichen elektrischen Rekuperationsleistung beim Bremsen und der maximal möglichen Energieaufnahmeleistung im Bordnetz 4. Wenn die maximal mögliche Rekuperationsleistung kleiner oder gleich der Energieaufnahmeleistung ist, so steuert die Leistungselektronik 9 die elektrische Maschine 10 in Schritt S5 im Rekuperationsbetrieb an, wobei die am wenigstens ein Rad 12 des Kraftfahrzeugs 1 abrufbare maximale mechanische Rekuperationsleistung abzüglich eventueller Wirkungsgradverluste im Antriebsstrang 8 in elektrische Energie gewandelt und im Energiespeicher 5 gespeichert bzw. in dem wenigstens einen Nebenverbraucher 6 umgesetzt wird.
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In einem zweiten Fall (Schritt S6), in dem die Rekuperationsleistung die Energieaufnahmeleistung übersteigt und wenigstens eine von der Temperaturerfassungseinrichtung 15 an das Steuergerät 3 übermittelte Temperatur einer Antriebsstrangkomponente unterhalb des der wenigstens einen Antriebsstrangkomponente zugeordneten Solltemperaturbereichs liegt, steuert das Steuergerät 3 die Leistungselektronik 9 zum Betrieb der elektrischen Maschine 10 in einem Erwärmungsmodus an, in dem eine in der Leistungselektronik 9 und/oder der elektrischen Maschine 10 entstehende Wärmeverlustleistung größer als in dem Rekuperationsbetrieb ist. In diesem Fall wird die maximal mögliche mechanische Rekuperationsleistung, welche an dem wenigstens einem Rad 12 des Kraftfahrzeugs 1 anfällt, abzüglich etwaiger Wirkungsgradverluste als elektrische Rekuperationsleistung nur teilweise in dem Energiespeicher 5 gespeichert bzw. in dem wenigstens einen Nebenverbraucher 6 umgesetzt.
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Ein zusätzlicher Anteil der rekuperierten elektrischen Leistung wird durch den verglichen mit dem Rekuperationsbetrieb ineffizienteren Erwärmungsmodus der Leistungselektronik 9 und/oder der elektrischen Maschine 10 als eine Wärmeleistung umgesetzt und trägt somit zum Erwärmen der Komponenten des Antriebsstranges 8 bei. Der den jeweiligen Antriebsstrangkomponenten zugeordnete Solltemperaturbereich kann im Steuergerät 3 hinterlegt sein oder von der Temperaturerfassungseinrichtung 15 an das Steuergerät 3 übermittelt werden. Als Solltemperaturbereich wird dabei insbesondere ein wenigstens eine Solltemperatur umfassender Temperaturbereich verwendet, in dem die jeweilige Antriebsstrangkomponente einen hohen Wirkungsgrad, beispielsweise einen möglichst geringen Anteil an Verlustwärme pro umgesetzter elektrischer und/oder mechanischer Leistung, aufweist.
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Wenn bei Umsetzung des durch den Fahrerwunsch geforderten Bremsmoments als ein Rekuperationsmoment die maximal mögliche Rekuperationsleistung die maximal mögliche Energieaufnahmeleistung überschreitet und auch nach der Erzeugung der zusätzlichen Wärmeverlustleistung durch den Erwärmungsmodus ein Anteil an nicht als Rekuperationsmoment erzeugbaren Bremsmoment verbleibt, so kann von dem Steuergerät 3 beispielsweise die wenigstens eine Bremse 16 des Kraftfahrzeugs 16 angesteuert werden, um das restliche durch den erfassten Bremswunsch geforderte Bremsmoment zu erzeugen.
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Neben dem ersten Fall (Schritt S5) und dem zweiten Fall (Schritt S6) kann in Schritt S4 des Verfahrens durch das Steuergerät 3 auch wenigstens ein weiterer Fall (Schritt S7) unterschieden werden. Ein weiterer Fall kann beispielsweise auftreten, wenn die Rekuperationsleistung die Energieaufnahmeleistung übersteigt und keine von der Temperaturerfassungseinrichtung 15 an das Steuergerät 3 übermittelte Temperatur einer Antriebsstrangkomponente des Antriebsstrangs 8 unterhalb des der wenigstens einen Antriebsstrangkomponente zugeordneten Solltemperaturbereichs liegt. In diesem Fall kann die wenigstens eine mechanische Bremse 16 des Kraftfahrzeugs betätigt werden, so dass die über die elektrische Maschine 10 in elektrische Energie gewandelte Rekuperationsleistung der Energieaufnahmeleistung des Bordnetzes 4 entspricht. Dieser Fall kann auch vorliegen, wenn wenigstens eine Temperatur eine Antriebsstrangkomponente oberhalb des Sollbereichs, welcher der Antriebsstrangkomponente zugeordnet ist, liegt, mithin wenigstens eine Antriebsstrangkomponente bereits zu stark erwärmt ist. Auch in diesem Fall kann die Differenz zwischen der maximal möglichen Rekuperationsleistung und der Energieaufnahmeleistung über die mechanische Bremse 16 in thermische Verlustleistung gewandelt werden.
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Es ist möglich, dass die Steuerungseinrichtung 2 mehr als ein Steuergerät 3 umfasst, wobei die mehreren Steuergeräte 3 jeweils miteinander verbunden sind und die Umsetzung der einzelnen Schritte des Verfahrens auf verschiedene der Steuergeräte 3 verteilt ist. Entsprechend kann auch die Temperaturerfassungseinrichtung 15 durch mehrere, jeweils einer der Antriebsstrangkomponenten zugeordneten Temperaturerfassungseinrichtungen gebildet sein, welche jeweils eine Temperatur der ihr zugeordneten Antriebsstrangkomponente an das wenigstens eine Steuergerät 3 übermitteln.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 107487190 A [0004]
- CN 204123977 U [0005]
- WO 2013/167149 A1 [0006]
