DE102020119596A1 - Steuereinheit und Verfahren zur Einstellung eines Kapazitäts-Vorhalts eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs - Google Patents

Steuereinheit und Verfahren zur Einstellung eines Kapazitäts-Vorhalts eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs Download PDF

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Abstract

Es wird eine Steuereinheit für ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb beschrieben, wobei der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine umfasst, die mit elektrischer Energie aus einem elektrischen Energiespeicher betrieben wird. Die Steuereinheit ist eingerichtet, zu bestimmen, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors in einer ersten Region, in der sich das Fahrzeug befindet oder befinden wird, zulässig ist oder nicht. Des Weiteren ist die Steuereinheit eingerichtet, den Kapazitäts-Vorhalt des Energiespeichers in Abhängigkeit davon einzustellen, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors in der ersten Region zulässig ist oder nicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb. Insbesondere betrifft die Erfindung die Steuerung bzw. die Einstellung des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb.
  • Ein Fahrzeug mit Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor und zumindest eine elektrische Maschine, die jeweils einzeln und/oder gemeinsam verwendet werden können, um ein angefordertes Antriebsmoment zu erbringen. Die Abgase des Verbrennungsmotors werden dabei über eine Abgasanlage aus dem Fahrzeug geführt. Dabei kann es vorteilhaft sein, insbesondere in Bezug auf den erforderlichen Bauraum, die Abgase möglichst nah an dem Verbrennungsmotor, und damit ggf. vor oder unter der Insassenkabine und/oder dem Kofferraum des Fahrzeugs, aus der Abgasanlage zu leiten.
  • Es kann ggf. gesetzlich festgelegt sein, dass im Stillstand und/oder im stillstandnahen Bereich eines Fahrzeugs Abgase nicht am Unterboden, insbesondere nicht unterhalb der Insassenkabine, aus der Abgasanlage geleitet werden dürfen. Eine derartige Regelung kann zu einer Beeinträchtigung der Betriebsstrategie eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb führen.
  • Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine möglichst flexible Betriebsstrategie für den Hybridantrieb eines Fahrzeugs bereitzustellen, für das ggf. Beschränkungen in Bezug auf die Emission von Abgasen vorliegen.
  • Die Aufgabe wird jeweils durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
  • Gemäß einem Aspekt wird eine Steuereinheit für ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb beschrieben. Der Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor (etwa einen Diesel- oder einen Ottomotor) und eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine mit elektrischer Energie aus einem elektrischen Energiespeicher (etwa aus einer Lithium-Ionen-basierten Batterie) betrieben wird. Der elektrische Energiespeicher kann somit elektrische Energie zum Betrieb der elektrischen Maschine (zum Antrieb des Fahrzeugs) aufweisen. Darüber hinaus kann in dem elektrischen Energiespeicher elektrische Energie für den Betrieb von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern (z.B. einer Klimaanlage, einer Heizeinheit, einer Lichtanlage, eines Infotainmentsystems, etc.) des Fahrzeugs gespeichert werden. Der elektrische Energiespeicher kann eine Nennspannung von 48V oder eine Nennspannung im Hochvoltbereich, z.B. bei 300V oder höher, aufweisen.
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, einen Kapazitäts-Vorhalt der verfügbaren Kapazität des Energiespeichers zu reservieren (insbesondere für den Betrieb der ein oder mehreren elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs). Die elektrische Energie aus dem Kapazitäts-Vorhalt kann dann ggf. nicht für den Betrieb der elektrischen Maschine (zum Antrieb des Fahrzeugs) verwendet werden bzw. verfügbar sein. So kann ein zuverlässiger Betrieb des Fahrzeugs, ohne Notwendigkeit des Betriebs des Verbrennungsmotors, ermöglicht werden (insbesondere bei Stillstand des Fahrzeugs).
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu bestimmen, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors in einer ersten Region, in der sich das Fahrzeug befindet oder befinden wird, zulässig ist oder nicht. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, Positionsdaten eines Positionssensors (etwa eines GPS-Empfängers) und/oder Umfelddaten eines Umfeldsensors (etwa einer Kamera) des Fahrzeugs und/oder Fahrroutendaten in Bezug auf eine geplante Fahrroute des Fahrzeugs (z.B. aus einem Navigationssystem des Fahrzeugs) zu ermitteln. Es kann dann auf Basis der Positionsdaten und/oder auf Basis der Umfelddaten und/oder auf Basis der Fahrroutendaten die erste Region ermittelt werden, in der sich das Fahrzeug befindet oder befinden wird. Die erste Region kann z.B. ein Land oder ein amerikanischer Bundesstaat sein.
  • Die Steuereinheit kann insbesondere eingerichtet sein, zu bestimmen, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors in der ersten Region für den Fall zulässig ist oder nicht, dass die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs kleiner als oder gleich wie eine Mindest-Geschwindigkeit (z.B. 10km/h oder weniger) ist oder dass das Fahrzeug stillsteht.
  • Das Fahrzeug kann eine Abgas-Ausleitung (etwa die Mündung eines Abgasrohrs) zur Ausleitung von Abgasen des Verbrennungsmotors aufweisen. Die Abgas-Ausleitung kann in einem Teilbereich des Fahrzeugs angeordnet sein, der vor oder unter oder neben der Insassenkabine und/oder dem Kofferraum des Fahrzeugs angeordnet ist. Der Verbau einer derart angeordneten Abgas-Ausleitung kann in Bezug auf eine Bauraum-Reduzierung und/oder Gewichts- bzw. KostenReduzierung vorheilhaft sein.
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu bestimmen, ob in der ersten Region der Betrieb des Verbrennungsmotors mit einer derart angeordneten Abgas-Ausleitung (im Stillstand oder bei einer Fahrgeschwindigkeit, die kleiner als die Mindest-Geschwindigkeit ist) zulässig ist oder nicht.
  • Es kann somit überprüft werden, ob es für das Fahrzeug in der ersten Region zulässig oder unzulässig ist, Abgase über die Abgas-Ausleitung des Fahrzeugs auszuleiten (wenn das Fahrzeug stillsteht oder mit einer relativ geringen Fahrgeschwindigkeit fährt, die kleiner als eine bestimmte Mindest-Geschwindigkeit ist).
  • Zu diesem Zweck kann die Steuereinheit eingerichtet sein, anhand einer (im Vorfeld bestimmten und ggf. in einer Speichereinheit des Fahrzeugs gespeicherten) Zulässigkeits-Datenbank zu bestimmen, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors in der ersten Region (für die spezifische Abgas-Ausleitung des Fahrzeugs und/oder bei Stillstand des Fahrzeugs bzw. bei einer relativ niedrigen Fahrgeschwindigkeit) zulässig ist oder nicht.
  • Die Zulässigkeits-Datenbank kann für eine Vielzahl von unterschiedlichen Regionen jeweils anzeigen, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors in der jeweiligen Region zulässig ist oder nicht. Alternativ oder ergänzend kann die Zulässigkeits-Datenbank für eine Vielzahl von unterschiedlichen Regionen jeweils ein oder mehrere Bedingungen in Bezug auf eine Eigenschaft eines Abgassystems eines Fahrzeugs, insbesondere in Bezug auf eine Anordnung der Abgas-Ausleitung an einem Fahrzeug, anzeigen, bei denen ein Betrieb eines Verbrennungsmotors zulässig oder unzulässig ist. Die Zulässigkeits-Datenbank kann z.B. für eine Region anzeigen, in welchen ein oder mehreren Teilbereichen des Fahrzeugs die Ausleitung von Abgasen (bei Stillstand oder bei niedriger Fahrgeschwindigkeit) unzulässig ist. Die Steuereinheit kann dann überprüfen, ob die Abgas-Ausleitung des betrachteten Fahrzeugs in einem der genannten Teilbereiche liegt oder nicht.
  • Durch die Berücksichtigung einer Zulässigkeits-Datenbank kann in besonders zuverlässiger und präziser Weise bestimmt werden, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs in der ersten Region zulässig ist oder nicht.
  • Die Steuereinheit ist ferner eingerichtet, den Kapazitäts-Vorhalt des Energiespeichers in Abhängigkeit davon einzustellen, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors in der ersten Region zulässig ist oder nicht. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, den Kapazitäts-Vorhalt des Energiespeichers zu reduzieren und/oder freizugeben, wenn bestimmt wird, dass der Betrieb des Verbrennungsmotors in der ersten Region zulässig ist. Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit eingerichtet sein, den Kapazitäts-Vorhalt des Energiespeichers zu erhöhen und/oder festzusetzen bzw. zu reservieren, wenn bestimmt wird, dass der Betrieb des Verbrennungsmotors in der ersten Region unzulässig ist.
  • Durch die regionale Anpassung des Kapazitäts-Vorhalts des elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs (an die jeweils vorliegenden Vorschriften in Bezug auf den Betrieb des Verbrennungsmotors) kann die elektrische Reichweite des Fahrzeugs (zumindest im Mittel) erhöht werden. Ferner können Aufwände in Bezug auf die Wartung von unterschiedlich bedateten Fahrzeugen (mit unterschiedlich hohen Kapazitäts-Vorhalten für unterschiedliche Regionen) reduziert werden.
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, wenn bestimmt wird, dass der Betrieb des Verbrennungsmotors in der ersten Region unzulässig ist, elektrische Energie aus dem Kapazitäts-Vorhalt des Energiespeichers zur Versorgung von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs (aber nicht für den Betrieb der elektrischen Maschine) zu verwenden, wenn sich das Fahrzeug in der ersten Region befindet. Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit eingerichtet sein, den Betrieb des Verbrennungsmotors zu unterbinden, wenn sich das Fahrzeug in der ersten Region befindet, auch dann, wenn der Ladezustand des Energiespeichers unterhalb des Kapazitäts-Vorhalts fällt. So kann ein zuverlässiger und regelkonformer Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht werden.
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, zu bestimmen, dass das Fahrzeug von einer zweiten Region, in der der Betrieb des Verbrennungsmotors zulässig ist, in die erste Region fährt oder fahren wird, in der der Betrieb des Verbrennungsmotors unzulässig ist. In Reaktion darauf kann dann der Kapazitäts-Vorhalt des Energiespeichers erhöht und/oder festgesetzt bzw. reserviert werden. Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit eingerichtet sein, zu bestimmen, dass das Fahrzeug von einer zweiten Region, in der der Betrieb des Verbrennungsmotors unzulässig ist, in die erste Region fährt oder fahren wird, in der der Betrieb des Verbrennungsmotors zulässig ist. In Reaktion darauf kann dann der Kapazitäts-Vorhalt des Energiespeichers reduziert und/oder freigegeben werden. Es kann somit eine dynamische Anpassung des Kapazitäts-Vorhalts bei der Fahrt durch unterschiedliche Regionen (insbesondere Länder) und/oder über Regionengrenzen hinweg erfolgen. So kann eine besonders effiziente Anpassung der elektrischen Reichweite des Fahrzeugs ermöglicht werden.
  • Das Fahrzeug kann eine erste Abgas-Ausleitung an dem Heck des Fahrzeugs (hinter dem Kofferraum des Fahrzeugs) und eine zweite Abgas-Ausleitung vor oder unter oder seitlich neben der Insassenkabine und/oder dem Kofferraum des Fahrzeugs umfassen. Dabei kann die erste Abgas-Ausleitung für einen geringeren Abgas-Volumenstrom (und somit auch für eine geringere Last des Verbrennungsmotors) ausgelegt sein, als die zweite Abgas-Ausleitung. Mit anderen Worten, das Fahrzeug kann ein Abgassystem aufweisen, bei dem die Abgase des Verbrennungsmotors über zwei unterschiedliche Abgas-Ausleitungen aus dem Fahrzeug geführt werden können. Dabei kann die zweite Abgas-Ausleitung (die relativ nah an dem Verbrennungsmotor angeordnet ist) für einen relativ hohen Abgase-Volumenstrom ausgelegt sein. Andererseits kann die erste Abgas-Ausleitung (die relativ weiter von dem Verbrennungsmotor entfernt angeordnet ist) für einen relativ niedrigen Abgase-Volumenstrom ausgelegt sein. Die erste Abgas-Ausleitung und die zweite Abgas-Ausleitung können über eine Y-Verbindung mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt sein. Das Abgassystem des Fahrzeugs und/oder die Steuereinheit können ausgebildet sein, zumindest die zweite Abgas-Ausleitung selektiv zu schließen oder zu öffnen.
  • Die zweite Abgas-Ausleitung kann verwendet werden, wenn der Verbrennungsmotor mit einer relativ hohen Last (z.B. für eine relative hohe Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs) verwendet wird. Für die Verwendung der zweiten Abgas-Ausleitung kann ggf. je nach Region eine Nutzungsbeschränkung (insbesondere bei Stillstand des Fahrzeugs oder bei einer stillstandnahen Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs) vorliegen.
  • Andererseits kann die erste Abgas-Ableitung (die relativ weit von dem Verbrennungsmotor entfernt ist) verwendet werden, wenn der Verbrennungsmotor mit einer relativ niedrigen Last (z.B. bei einer relativ niedrigen Fahrgeschwindigkeit oder bei Stillstand des Fahrzeugs) betrieben werden. Die Verwendung der zweiten Abgas-Ausleitung kann ggf. in allen Regionen möglich sein.
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, Abgase des Verbrennungsmotors über die zweite Abgas-Ausleitung aus dem Fahrzeug zu leiten, in Abhängigkeit davon, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors in der ersten Region zulässig ist oder nicht. Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, Abgase des Verbrennungsmotors nur dann über die zweite Abgas-Ausleitung aus dem Fahrzeug zu leiten, wenn dies in der ersten Region zulässig ist. Des Weiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, den Betrieb des Verbrennungsmotors zu drosseln oder ganz zu unterbinden, wenn das Ausleiten von Abgasen über die zweite Abgas-Ausleitung in der ersten Region unzulässig ist. So kann der Betrieb des Hybridantriebs weiter optimiert werden.
  • Die Steuereinheit kann somit eingerichtet sein, zu bestimmen, ob in der ersten Region, in der sich das Fahrzeug befindet oder befinden wird, das Ausleiten von Abgasen über die zweite Abgas-Ausleitung zulässig ist oder nicht. Der Kapazitäts-Vorhalt des Energiespeichers kann dann in Abhängigkeit davon eingestellt werden, ob das Ausleiten von Abgasen über die zweite Abgas-Ausleitung in der ersten Region zulässig ist oder nicht. Ferner können der Verbrennungsmotor und/oder eine Klappe bzw. ein Ventil zum Öffnen bzw. Schließen der zweiten Abgas-Ausleitung in Abhängigkeit davon betrieben werden, ob das Ausleiten von Abgasen über die zweite Abgas-Ausleitung in der ersten Region zulässig ist oder nicht.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit umfasst.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Computer-implementiertes) Verfahren zur Einstellung des Kapazitäts-Vorhalts eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb beschrieben, wobei der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine umfasst, die mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher betrieben wird. Das Verfahren umfasst das Bestimmen, ob ein Betrieb des Verbrennungsmotors in einer ersten Region, in der sich das Fahrzeug befindet oder (an einem nahen Zeitpunkt) befinden wird, zulässig ist oder nicht. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Einstellen des Kapazitäts-Vorhalts des Energiespeichers in Abhängigkeit davon, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors in der ersten Region zulässig ist oder nicht.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
    • 1a einen beispielhaften Hybridantrieb eines Fahrzeugs;
    • 1b beispielhafte Komponenten eines Fahrzeugs;
    • 2a beispielhafte Fahrzeug-Teilbereiche, in denen keine Ausleitung von Abgasen erfolgen darf;
    • 2b eine beispielhafte Zulässigkeits-Datenbank; und
    • 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichers.
  • Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument damit, einen möglichst flexiblen und effizienten Betrieb eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang zeigt 1a ein Blockdiagramm eines beispielhaften Hybridantriebs für ein Fahrzeug 100. Ein Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor 101 und eine elektrische Maschine 102, die einzeln oder zusammen genutzt werden können, um ein Antriebsmoment für das Fahrzeug 100 zu generieren. Der Verbrennungsmotor 101 und die elektrische Maschine 102 können derart angeordnet sein, dass sich die durch den jeweiligen Antriebsmotor generierten Momente zu einem Gesamt-Antriebsmoment addieren, das z.B. über ein Getriebe 104, eine Abtriebswelle 108 des Getriebes 104 und ein Achsgetriebe 103 auf ein oder mehrere Räder 109 des Fahrzeugs 100 übertragen wird. Die elektrische Energie für den Betrieb der elektrischen Maschine 102 kann in einem elektrischen Energiespeicher 110 gespeichert werden. Ferner kann der Hybridantrieb eine Trennkupplung 114 umfassen, die eingerichtet ist, den Verbrennungsmotor 101 von dem Antriebsstrang abzukoppeln (z.B. um den Verbrennungsmotor 101 zu stoppen). In dem in 1 dargestellten Beispiel ist die elektrische Maschine 102 zwischen Trennkupplung 114 und Getriebe 104 angeordnet. In einem alternativen Beispiel kann die elektrische Maschine 102 zwischen dem Getriebe 104 und der Abtriebswelle 108 angeordnet sein. Darüber hinaus sind noch andere Hybridantriebe möglich, z.B. ein Hybridantrieb, bei dem eine Achse (etwa die Vorderachse) durch den Verbrennungsmotor 101 angetrieben wird, und bei dem eine andere Achse (etwa die Hinterachse) durch die elektrische Maschine 102 angetrieben wird.
  • Das Fahrzeug 100 umfasst weiter eine Steuereinheit 111 (z.B. ein Motor-Steuergerät), die eingerichtet ist, ein angefordertes Gesamt-Antriebsmoment zu bestimmen. Das angeforderte Gesamt-Antriebsmoment kann z.B. über ein Fahrpedal und/oder über eine Einstellung des Getriebes 104 von einem Fahrer des Fahrzeugs vorgegeben werden. Beispielsweise kann ein Fahrer das Fahrpedal betätigen, um ein erhöhtes Gesamt-Antriebsmoment anzufordern. Die Steuereinheit 111 kann eingerichtet sein, das angeforderte Gesamt-Antriebsmoment in ein erstes Moment (für den Verbrennungsmotor 101) und in ein zweites Moment (für die elektrische Maschine 102) aufzuteilen. Mit anderen Worten, die Steuereinheit 111 kann eingerichtet sein, den Verbrennungsmotor 101 und/oder die elektrische Maschine 102 in Abhängigkeit von einem angeforderten Gesamt-Antriebsmoment (d.h. in Abhängigkeit von einem Fahrerwunsch) zu betreiben.
  • Um einen rein elektrischen Betrieb zu ermöglichen, kann der Verbrennungsmotor 101 gestoppt werden. Der Verbrennungsmotor 101 kann dann bei Bedarf, z.B. weil der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 110 niedrig ist und/oder bei relativ hohen Fahrgeschwindigkeiten, gestartet werden.
  • 1b zeigt beispielhafte Komponenten eines Fahrzeugs 100. Insbesondere zeigt 1b eine beispielhafte Ausleitung 130 (etwa die Mündung eines Abgasrohrs) für Abgase des Verbrennungsmotors 101. Die Abgas-Ausleitung 130 kann dabei vorteilhaft am Unterboden unterhalb der Insassenkabine 125 des Fahrzeugs 100 angeordnet sein, da dadurch der erforderliche Bauraum für die Abgasanlage des Fahrzeugs 100 reduziert werden kann.
  • In einigen Ländern bzw. Regionen kann es ggf. untersagt sein, Abgase aus einer Abgas-Ausleitung 130 zu leiten, die unterhalb oder neben der Insassenkabine 125 angeordnet ist, wenn das Fahrzeug 100 stillsteht. 2a zeigt beispielhafte Teilbereiche 201, 202, 203 eines Fahrzeugs 100, in denen ggf. je nach Region das Ausleiten von Abgasen bei Stillstand des Fahrzeugs 100 untersagt ist. In Teilbereich 201 erfolgt ein Ausleiten von Abgasen unterhalb oder seitlich neben der Insassenkabine 105. In Teilbereich 202 erfolgt ein Ausleiten von Abgasen vor der Insassenkabine 105. In Teilbereich 203 erfolgt ein Ausleiten von Abgasen unter oder neben dem Kofferraum des Fahrzeugs 100.
  • Um sicherzustellen, dass der Verbrennungsmotor 101 eines Fahrzeugs 100 mit Hybridantrieb nicht zugeschaltet werden muss, wenn sich das Fahrzeug 100 im Stillstand befindet (etwa an einer roten Ampel), kann im elektrischen Energiespeicher 110 des Fahrzeugs 100 ein Kapazitäts-Vorhalt blockiert werden, z.B. ein Kapazitäts-Vorhalt von 10% der Gesamtkapazität des Energiespeichers 110, der im Fahrbetrieb des Fahrzeugs 100 nicht unterschritten werden darf. Der reservierte Kapazitäts-Vorhalt kann dann bei Bedarf zum Betrieb von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern (aber typischerweise nicht für die elektrische Maschine 102) genutzt werden, wenn sich das Fahrzeug 100 im Stillstand befindet. So kann zuverlässig vermieden werden (insbesondere für einen bestimmten Zeitraum, der von der Höhe des Kapazitäts-Vorhalts abhängt), dass der Verbrennungsmotor 101 zugeschaltet werden muss.
  • Das Vorsehen eines Kapazitäts-Vorhalts hat zur Folge, dass die elektrische Reichweite des Fahrzeugs 100, die das Fahrzeug 100 rein elektrisch zurücklegen kann, reduziert wird. Die Steuereinheit 111 des Fahrzeugs 100 kann daher ggf. eingerichtet sein, zu überprüfen, ob in der Region, in der sich das Fahrzeug 100 befindet, das Vorsehen eines Kapazitäts-Vorhalts erforderlich ist oder nicht. Insbesondere kann überprüft werden, ob sich das Fahrzeug 100 in einer Region befindet, in der das Ausleiten von Abgasen des Verbrennungsmotors 101 im Stillstand zulässig oder unzulässig ist. Es kann dann, je nachdem, in welchem Typ von Region sich das Fahrzeug 100 befindet, ein Kapazitäts-Vorhalt gebildet werden (wenn das Ausleiten von Abgasen im Stillstand unzulässig ist), oder andererseits kein Kapazitäts-Vorhalt gebildet werden (wenn das Ausleitung von Abgasen im Stillstand zulässig ist). So kann die verfügbare elektrische Reichweite des Fahrzeugs 100, zumindest im Mittel, erhöht werden.
  • Das Fahrzeug 100 kann einen Positionssensor 123 (z.B. einen GPS-Empfänger) umfassen, der eingerichtet ist, Positionsdaten (z.B. GPS-Koordinaten) in Bezug auf die aktuelle Position des Fahrzeugs 100 zu ermitteln. Alternativ oder ergänzend kann das Fahrzeug 100 ein oder mehrere Umfeldsensoren 122 (z.B. eine Kamera) umfassen, die eingerichtet sind, Sensordaten in Bezug auf das Umfeld des Fahrzeugs 100 zu erfassen.
  • Die Steuereinheit 111 kann eingerichtet sein, auf Basis der Positionsdaten (z.B. in Kombination mit einer digitalen Karte in Bezug auf das von dem Fahrzeug 100 befahrene Straßennetz) und/oder auf Basis der Umfelddaten (z.B. unter Verwendung eines Bildanalyse-Algorithmus) zu ermitteln, in welcher Region, insbesondere in welchem Land, sich das Fahrzeug 100 befindet. Insbesondere kann die Steuereinheit 111 eingerichtet sein, auf Basis der Positionsdaten und/oder auf Basis der Umfelddaten zu ermitteln, ob sich das Fahrzeug 100 in einer Region befindet, in der das Ausleiten von Abgasen im Stillstand (oder im stillstandnahen Bereich) zulässig ist, oder ob sich das Fahrzeug 100 in einer Region befindet, in der das Ausleiten von Abgasen im Stillstand (oder im stillstandnahen Bereich) unzulässig ist.
  • Die Steuereinheit 111 kann, wie beispielhaft in 2b dargestellt, Zugriff auf eine Zulässigkeits-Datenbank 210 haben, die z.B. die ein oder mehreren Regionen anzeigt, in denen das Ausleitung von Abgasen im Stillstand zulässig bzw. unzulässig ist. Die Datenbank 210 kann ein oder mehrere Datensätze 211 für entsprechende ein oder mehrere Regionen 212 umfassen. Der Datensatz 211 für eine Region 212 kann dabei ein Datenfeld 213 umfassen, das anzeigt, ob in der jeweiligen Region 212 das Ausleiten von Abgasen im Stillstand (oder im stillstandnahen Bereich) zulässig bzw. unzulässig ist. Ferner kann das Datenfeld 213 anzeigen, in welchen ein oder mehreren Teilbereichen 201, 202, 203 des Fahrzeugs 100 das Ausleiten von Abgasen im Stillstand (oder im stillstandnahen Bereich) zulässig bzw. unzulässig ist.
  • Die Steuereinheit 111 kann eingerichtet sein, auf Basis der Zulässigkeits-Datenbank 210 zu ermitteln, ob in der Region, in der sich das Fahrzeug 100 befindet (oder in naher Zukunft befindet wird), das Ausleiten von Abgasen im Stillstand (oder im stillstandnahen Bereich) zulässig bzw. unzulässig ist. Dabei kann die Steuereinheit 111 berücksichtigen, in welchem Teilbereich 201, 202, 203 des Fahrzeugs 100 die Abgas-Ausleitung 130 des Fahrzeugs 100 angeordnet ist. Es kann dann in präziser Weise ermittelt werden, ob ein Kapazitäts-Vorhalt für die aktuelle Region vorzusehen ist oder nicht. So kann in präziser Weise die elektrische Reichweite des Fahrzeugs 100 an die lokalen Gegebenheiten der Region angepasst werden, in der sich das Fahrzeug 100 befindet.
  • In entsprechender Weise kann die Steuereinheit 111 eingerichtet sein, zu prädizieren, z.B. auf Basis einer für das Fahrzeug 100 geplanten Fahrroute, ob das Fahrzeug 100 in eine Region einfahren wird, in der das Ausleiten von Abgasen im Stillstand (oder im stillstandnahen Bereich) zulässig bzw. unzulässig ist. Es kann dann vorbereitend auf das Einfahren in die Region ein Kapazitäts-Vorhalt vorgesehen oder freigegeben werden. So kann die verfügbare elektrische Reichweite des Fahrzeugs 100 weiter optimiert werden.
  • Die Steuereinheit 111 kann somit eingerichtet sein, lokale Gesetzgebungen in Bezug auf die Ausleitung von Abgasen vor bzw. unter der Fahrerkabine und/oder vor bzw. unter dem Kofferraum im Unterboden bei Fahrzeugstillstand zu berücksichtigen. Diese Regelungen können z.B. in ausgewählten Ländern oder Bundesstaaten der USA gelten.
  • Diese regionalen Regelungen können dadurch berücksichtigt werden, dass die Ladezustandsregelung (d.h. die SOC-Regelung) für den Energiespeicher 110 des Fahrzeugs 100 dauerhaft einen Energievorhalt des Energiespeichers 110 vorhält, um den Betrieb des Verbrennungsmotors 101 bei Fahrzeugstillstand zuverlässig zu vermeiden. Dieser Energievorhalt kann als SOC-Vorhalt oder als Kapazitäts-Vorhalt bezeichnet werden. Die Höhe des SOC-Vorhalts kann als feste Größe bei der Ladezustandsregelung hinterlegt sein. Ein dauerhafter Vorhalt geht jedoch zu Lasten der verfügbaren elektrischen Reichweite des Fahrzeugs 100.
  • Wie in diesem Dokument beschrieben, kann die SOC-Regelung ausgebildet sein, GPS-gestützt in Abhängigkeit von dem Land bzw. der Region, in dem bzw. in der sich das Fahrzeug 100 aktuell befindet, den SOC-Vorhalt anzupassen. In einem Land bzw. in einer Region, die einen Betrieb des Verbrennungsmotors 101 bei oder nahe Fahrzeug-Stillstand mit einer im Unterboden ausströmenden Abgasanlage untersagt, kann der SOC-Vorhalt erhöht werden, so dass die elektrische Reichweite des Fahrzeugs 100 sinkt. Durch die Erhöhung des SOC-Vorhalts kann bewirkt werden, dass der Fahrzeug-Energiebedarf zuverlässig aus dem SOC-Vorhalt gedeckt werden kann, und dass ein Zuschalten des Verbrennungsmotors 101 unterbunden werden kann. In einem Land bzw. in einer Region, das bzw. die einen Betrieb des Verbrennungsmotors 101 bei oder nahe Fahrzeug-Stillstand mit einer im Unterboden ausströmenden Abgasanlage erlaubt, kann der SOC Vorhalt abgebaut werden, wodurch sich die elektrische Reichweite des Fahrzeugs 100 erhöht. Bei Bedarf kann dann der Verbrennungsmotor 101 aktiviert werden, um den Fahrzeug-Energiebedarf zu decken.
  • Das Navigationssystem des Fahrzeugs 100 kann ausgebildet sein, die Position des Fahrzeugs 100 und/oder das Land bzw. die Region, in dem sich das Fahrzeug 100 befindet, an die Betriebsstrategie der Ladezustandsregelung zu senden. Der Mindest-SOC (State of Charge), d.h. der Kapazitäts-Vorhalt, des Energiespeichers 110 kann dann basierend darauf angepasst werden.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften (ggf. Computerimplementierten) Verfahrens 300 zur Einstellung des Kapazitäts-Vorhalts eines elektrischen Energiespeichers 110 eines Fahrzeugs 100 mit einem Hybridantrieb. Der Hybridantrieb kann einen Verbrennungsmotor 101 und eine elektrische Maschine 102 umfassen, die mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher 110 betrieben wird. Der Kapazitäts-Vorhalt kann einen Mindest-Ladezustand (insbesondere einen Mindest-SOC) des Energiespeichers 110 festlegen, der nicht für den Betrieb der elektrischen Maschine 102 (zum Antrieb des Fahrzeugs 100) unterschritten werden darf bzw. kann. Andererseits kann die elektrische Energie aus dem Kapazitäts-Vorhalt ggf. für den Betrieb von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern verwendet werden (wenn eine Aktivierung des Verbrennungsmotors 101 zur Generierung von elektrischer Energie und/oder wenn ein serieller Betrieb des Verbrennungsmotors 101 mit der elektrischen Maschine 102 nicht zulässig sein sollte).
  • Das Verfahren 300 umfasst das Bestimmen 301, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors 101 in einer ersten Region (z.B. in einem bestimmten Land oder in einem bestimmten US-Bundestaat), in der sich das Fahrzeug 100 befindet oder befinden wird, (bei Stillstand oder bei einer Fahrgeschwindigkeit, die kleiner als eine Mindest-Geschwindigkeit ist) zulässig ist oder nicht. Dies kann z.B. auf Basis von Daten aus einer im Vorfeld ermittelten Zulässigkeits-Datenbank 210 ermittelt werden.
  • Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 das Einstellen 302 des Kapazitäts-Vorhalts des Energiespeichers 110 in Abhängigkeit davon, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors 101 in der ersten Region zulässig ist oder nicht. Dabei kann ein relativ hoher Kapazitäts-Vorhalt eingestellt werden, wenn bestimmt wird, dass der Betrieb des Verbrennungsmotors 101 in der ersten Region (bei Stillstand oder bei einer Fahrgeschwindigkeit, die kleiner als eine Mindest-Geschwindigkeit ist) unzulässig ist. Andererseits kann ein relativ niedriger Kapazitäts-Vorhalt eingestellt werden, wenn bestimmt wird, dass der Betrieb des Verbrennungsmotors 101 in der ersten Region (bei Stillstand oder bei einer Fahrgeschwindigkeit, die kleiner als eine Mindest-Geschwindigkeit ist) zulässig ist.
  • Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen kann in flexibler Weise der SOC-Vorhalt des elektrischen Energiespeichers 110 eines Fahrzeugs 100 mit Hybridantrieb an die jeweiligen regionalen Anforderungen angepasst werden. So kann die im Mittel verfügbare elektrische Reichweite des Fahrzeugs 100 erhöht werden. Des Weiteren kann so auf die Bereitstellung von unterschiedlichen Länder- bzw. Regionenvarianten eines Fahrzeugs 100 verzichtet werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims (10)

  1. Steuereinheit (111) für ein Fahrzeug (100) mit einem Hybridantrieb; wobei der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor (101) und eine elektrische Maschine (102) umfasst, die mit elektrischer Energie aus einem elektrischen Energiespeicher (110) betrieben wird; wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, - zu bestimmen, ob ein Betrieb des Verbrennungsmotors (101) in einer ersten Region, in der sich das Fahrzeug (100) befindet oder befinden wird, zulässig ist oder nicht; und - einen Kapazitäts-Vorhalt des Energiespeichers (110) in Abhängigkeit davon einzustellen, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors (101) in der ersten Region zulässig ist oder nicht.
  2. Steuereinheit (111) gemäß Anspruch 1, wobei - die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, zu bestimmen, ob ein Betrieb des Verbrennungsmotors (101) in der ersten Region für den Fall zulässig ist oder nicht, dass eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (100) kleiner als oder gleich wie eine Mindest-Geschwindigkeit ist; und - die Mindest-Geschwindigkeit insbesondere 10km/h oder weniger ist.
  3. Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Fahrzeug (100) eine Abgas-Ausleitung (130) zur Ausleitung von Abgasen des Verbrennungsmotors (101) in einem Teilbereich (201, 202, 203) des Fahrzeugs (100) vor oder unter oder seitlich neben einer Insassenkabine (125) und/oder einem Kofferraum des Fahrzeugs (100) umfasst; und - die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, zu bestimmen, ob in der ersten Region der Betrieb des Verbrennungsmotors (101) mit einer derart angeordneten Abgas-Ausleitung (130) zulässig ist oder nicht.
  4. Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, anhand einer Zulässigkeits-Datenbank (210) zu bestimmen, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors (101) in der ersten Region zulässig ist oder nicht; und - die Zulässigkeits-Datenbank (210) für eine Vielzahl von unterschiedlichen Regionen jeweils anzeigt, - ob der Betrieb eines Verbrennungsmotors (101) in der jeweiligen Region zulässig ist oder nicht; und/oder - ein oder mehrere Bedingungen in Bezug auf eine Eigenschaft eines Abgassystems eines Fahrzeugs (100), insbesondere in Bezug auf eine Anordnung einer Abgas-Ausleitung (130) an einem Fahrzeug (100), bei denen ein Betrieb eines Verbrennungsmotors (101) zulässig oder unzulässig ist.
  5. Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, - Positionsdaten eines Positionssensors (123) und/oder Umfelddaten eines Umfeldsensors (122) des Fahrzeugs (100) und/oder Fahrroutendaten in Bezug auf eine geplante Fahrroute des Fahrzeugs (100) zu ermitteln, und - auf Basis der Positionsdaten und/oder auf Basis der Umfelddaten und/oder auf Basis der Fahrroutendaten die erste Region zu ermitteln, in der sich das Fahrzeug (100) befindet oder befinden wird.
  6. Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, - den Kapazitäts-Vorhalt des Energiespeichers (110) zu reduzieren und/oder freizugeben, wenn bestimmt wird, dass der Betrieb des Verbrennungsmotors (101) in der ersten Region zulässig ist; und/oder - den Kapazitäts-Vorhalt des Energiespeichers (110) zu erhöhen und/oder festzusetzen, wenn bestimmt wird, dass der Betrieb des Verbrennungsmotors (101) in der ersten Region unzulässig ist.
  7. Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, wenn bestimmt wird, dass der Betrieb des Verbrennungsmotors (101) in der ersten Region unzulässig ist, - elektrische Energie aus dem Kapazitäts-Vorhalt des Energiespeichers (110) zur Versorgung von ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs (100) zu verwenden, wenn sich das Fahrzeug (100) in der ersten Region befindet; und/oder - einen Betrieb des Verbrennungsmotors (101) zu unterbinden, wenn sich das Fahrzeug (100) in der ersten Region befindet, auch dann, wenn ein Ladezustand des Energiespeichers (110) unterhalb des Kapazitäts-Vorhalts fällt.
  8. Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, - zu bestimmen, dass das Fahrzeug (100) von einer zweiten Region, in der der Betrieb des Verbrennungsmotors (101) zulässig ist, in die erste Region fährt oder fahren wird, in der der Betrieb des Verbrennungsmotors (101) unzulässig ist; und - in Reaktion darauf den Kapazitäts-Vorhalt des Energiespeichers (110) zu erhöhen und/oder festzusetzen; oder - zu bestimmen, dass das Fahrzeug (100) von einer zweiten Region, in der der Betrieb des Verbrennungsmotors (101) unzulässig ist, in die erste Region fährt oder fahren wird, in der der Betrieb des Verbrennungsmotors (101) zulässig ist; und - in Reaktion darauf den Kapazitäts-Vorhalt des Energiespeichers (110) zu reduzieren und/oder freizugeben.
  9. Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - das Fahrzeug (100) eine erste Abgas-Ausleitung (130) an einem Heck des Fahrzeugs (100) und eine zweite Abgas-Ausleitung (130) vor oder unter oder seitlich neben einer Insassenkabine (125) und/oder einem Kofferraum des Fahrzeugs (100) umfasst; - die erste Abgas-Ausleitung (130) insbesondere für einen geringeren Abgas-Volumenstrom ausgelegt ist, als die zweite Abgas-Ausleitung (130); und - die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, Abgase des Verbrennungsmotors (101) über die zweite Abgas-Ausleitung (130) aus dem Fahrzeug (100) zu leiten, in Abhängigkeit davon, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors (101) in der ersten Region zulässig ist oder nicht.
  10. Verfahren (300) zur Einstellung eines Kapazitäts-Vorhalts eines elektrischen Energiespeichers (110) eines Fahrzeugs (100) mit einem Hybridantrieb; wobei der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor (101) und eine elektrische Maschine (102) umfasst, die mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher (110) betrieben wird; wobei das Verfahren (300) umfasst, - Bestimmen (301), ob ein Betrieb des Verbrennungsmotors (101) in einer ersten Region, in der sich das Fahrzeug (100) befindet oder befinden wird, zulässig ist oder nicht; und - Einstellen (302) des Kapazitäts-Vorhalts des Energiespeichers (110) in Abhängigkeit davon, ob der Betrieb des Verbrennungsmotors (101) in der ersten Region zulässig ist oder nicht.
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