DE102020122102A1 - Charge Modus Eco - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs im Charge Modus eines Plug-In-Hybridfahrzeugs.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs im Charge Modus eines Plug-In-Hybridfahrzeugs.
  • Heutige Plug-in-Hybridelektrokraftfahrzeuge (PHEV für englisch plug-in hybrid electric vehicle) haben einen vom Fahrzeugführer anwählbaren Lademodus „Battery Charge“, in dem die Traktionsbatterie beim Fahren über den Verbrennungsmotor mit maximaler Ladegeschwindigkeit geladen wird. Der Fahrzeugführer kann somit selbst die Betriebsstrategie beeinflussen, indem er zum Beispiel nach dem Lademodus in einen elektrischen Fahrmodus schaltet, um die elektrische Energie aus der Traktionsbatterie zum elektrischen Fahren zu verwenden.
  • Durch die Auslegung des Lademodus auf maximale Ladegeschwindigkeit wird der Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs deutlich erhöht, da die Energie, die in die Traktionsbatterie gelangt, aus zusätzlichem Kraftstoff erzeugt wird.
  • Die freie Bedienbarkeit durch den Fahrer ermöglicht eine unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes missbräuchliche Nutzung des PHEV Antriebs, wenn zum Beispiel in der Stadt mit dem Lademodus die Batterie geladen wird und später auf der Autobahn die durch das Laden gespeicherte Energie zum rein elektrischen Fahren genutzt wird.
  • Der Wirkungsgrad des Antriebs im Stadtverkehr wird deutlich verschlechtert, z. B. durch das Verhindern der Start-Stopp-Funktion, so dass der Verbrenner bei einem Ampelstopp nicht abschaltet, und durch den Verzicht auf Schub-Rekuperation, wodurch Verbrenner-Schleppverluste nicht vermieden werden.
  • Bei fast voller Batterie wird trotz der Verschlechterung des Wirkungsgrads das Ladeniveau (State of Charge - SoC) der Traktionsbatterie nur noch sehr wenig gesteigert, da fast volle Batterien nur sehr langsam geladen werden können.
  • Die DE 10 2015 107 191 A1 lehrt ein Verfahren, bei dem ein Elektrofahrzeug in einem Elektromodus betrieben wird, wenn eine Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs auf oder unterhalb einer Schwellwertgeschwindigkeit liegt, und das Elektrofahrzeug in einem Hybridmodus betrieben wird, wenn die Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs über der Schwellwertgeschwindigkeit liegt. Die Schwellwertgeschwindigkeit ist vom Bediener einstellbar.
  • Die CN 109910640 A stellt ein Verfahren vor, das die folgenden Schritte umfasst: Messen einer Geschwindigkeit eines PHEV in einem elektrischen Fahrzustand und eines SoC einer Leistungsbatterie des PHEV; Bestimmen, ob die Leistungsbatterie aufgeladen werden muss oder nicht, entsprechend dem Geschwindigkeitswert und dem SoC; Steuern eines Antriebsmotors des PHEV zum Laden der Leistungsbatterie, wenn festgestellt wird, dass die Leistungsbatterie aufgeladen werden muss. Das Verfahren kann die Leistungsbatterie laden, wenn das Fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt, so dass elektrisches Fahren des Fahrzeugs auch unter Verwendung der geladenen Leistungsbatterie erreicht werden kann, selbst wenn sich das Fahrzeug in einem Überlastungszustand mit niedriger Geschwindigkeit befindet; und der Kraftstoffverbrauch wird reduziert.
  • Aus der US 5 842 534 A ist ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors und eines kleinen Hilfsaggregats, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, in einem Hybrid-Elektrofahrzeug in Abhängigkeit von den Fahrbedingungen bekannt. Der Betrieb des Elektromotors und des Hilfsaggregats ist so koordiniert, dass das Fahrzeug bei allen Geschwindigkeiten unterhalb einer Schwellwertgeschwindigkeit als emissionsfreies Fahrzeug oder Elektroauto arbeitet, außer, wenn der Ladezustand der Batterien eine Ladeschwelle unterschreitet. Ferner arbeitet das Fahrzeug bei Geschwindigkeiten oberhalb der Schwellwertgeschwindigkeit in einem Hybridmodus. Die Batterien werden während des Betriebs entladen und werden vom Hilfsaggregat nicht aufgeladen, außer im Notfall. In diesem Fall werden die Batterien nur so weit aufgeladen, dass sie die Leistung des kleinen Hilfsaggregats verstärken können.
  • Vor diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die den zum Laden der Traktionsbatterie erforderlichen Kraftstoffverbrauch reduzieren und eine missbräuchliche Nutzung des Lademodus durch den Fahrer unterbinden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
  • Erfindungsgemäß wird ein Lademodus („Charge Modus ECO“) eingeführt, der eine umweltschädliche Nutzung durch den Fahrer nicht zulässt. Statt unter allen Umständen die Traktionsbatterie möglichst schnell zu laden, wird ein Ladevorgang nur bei außerstädtischem Betrieb durchgeführt. Es ist nicht mehr möglich, die durch den Lademodus geladene Energie im rein elektrischen Fahren auf der Autobahn zu verbrauchen. Im Eco-Lademodus ist bei kleinen Lasten elektrisches Fahren möglich, im Schubbetrieb wird der Verbrennungsmotor abgekoppelt.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems eines Plug-in-Hybridelektrokraftfahrzeugs (PHEV), worin a) bei Anforderung eines Lademodus durch den Fahrzeugführer überprüft wird, ob eine aktuelle Geschwindigkeit des PHEV größer ist als ein vorgegebener Geschwindigkeits-Schwellenwert und ob ein aktueller Ladezustand der Traktionsbatterie kleiner ist als ein vorgegebener Ladezustands-Schwellenwert; und nur, falls beide Bedingungen erfüllt sind, ein Verbrennungsmotor des PHEV gestartet und die Traktionsbatterie bis zum Ladezustands-Schwellenwert geladen und der Ladezustand der Traktionsbatterie anschließend gehalten wird; und worin b) bei Anforderung eines rein elektrischen Fahrmodus durch den Fahrzeugführer bei einer Fahrgeschwindigkeit oberhalb des Geschwindigkeits-Schwellenwerts überprüft wird, ob ein aktueller Ladezustand der Traktionsbatterie größer ist als der vorgegebene Ladezustands-Schwellenwert; und nur, falls dies zutrifft, der rein elektrische Fahrmodus aktiviert wird.
  • Ein Plug-in-Hybridelektrokraftfahrzeug (PHEV) im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Hybridelektrokraftfahrzeug mit mindestens einer elektrischen Maschine (EM) und mindestens einer VerbrennungsKraftmaschine (VKM), dessen Akkumulator (HV-Batterie, Traktionsbatterie) sowohl über die VKM als auch am Stromnetz geladen werden kann.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens liegt der Geschwindigkeits-Schwellenwert im Bereich von 50 km/h bis 80 km/h, beispielsweise von 50 km/h bis 70 km/h, oder von 60 km/h bis 65 km/h. In einer speziellen Ausführungsform beträgt der Geschwindigkeits-Schwellenwert 60 km/h.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens liegt der Ladezustands-Schwellenwert im Bereich von 60% bis 90% der maximalen Ladekapazität der Traktionsbatterie, beispielsweise im Bereich von 70% bis 80%. In einer speziellen Ausführungsform beträgt der Ladezustands-Schwellenwert 75% der maximalen Ladekapazität der Traktionsbatterie.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Ladevorgang beendet, wenn die Fahrgeschwindigkeit des PHEV den vorgegebenen Geschwindigkeits-Schwellenwert unterschreitet. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Fahrzeug wieder in eine emissionssensitive Zone einfährt. In einer Ausführungsform wird der Ladevorgang nur beendet, wenn die Fahrgeschwindigkeit des PHEV den vorgegebenen Geschwindigkeits-Schwellenwert für einen längeren Zeitraum unterschreitet, z. B. mehr als 1 Minute, oder mehr als 5 Minuten. Dadurch wird verhindert, dass der Ladevorgang schon bei einem heftigen Bremsmanöver abgebrochen wird.
  • Der erfindungsgemäße Lademodus (Charge Modus ECO) ist nicht solange aktiv, bis die Traktionsbatterie vollständig geladen ist, sondern hält nach Erreichen des vorgegebenen Ladezustands-Schwellenwerts (z. B. 75% HV-Batterie-Ladung) den Ladezustand nur noch. Der EV-Modus ist nur bei Ladezuständen oberhalb des vorgegebenen Ladezustands-Schwellenwerts (z. B. bei >75%) aktivierbar, also einem Ladezustand, der nach externem Laden erreicht wird.
  • In einem Lademodus des Standes der Technik ist der Verbrennungsmotor immer aktiv und ein Laden erfolgt auch bei stehendem Fahrzeug, in Segelphasen erfolgt Schubabschaltung. Im erfindungsgemäßen Lademodus erfolgt ein Ladevorgang nur außerorts bei Geschwindigkeiten oberhalb des Schwellenwertes und während des Ladevorgangs anfallende Bremsenergie wird rekuperiert.
  • Zu den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens zählt, dass in emissionssensitiven Bereichen (Städten) weniger Emissionen erzeugt werden, da ein Laden nur noch bei Geschwindigkeiten möglich ist, die innerorts nicht erreicht werden. Durch die Anhebung der Freigabeschwelle des EV-Modus auf beispielsweise >75% Ladezustand ist es nicht mehr möglich, die durch den Ladevorgang gespeicherte Energie durch rein elektrisches Fahren bei hohen Geschwindigkeiten zu verbrauchen. Durch Sicherstellen des bestmöglichen Wirkungsgrades des Antriebs und geschickte Nutzung des Lademodus wird Kraftstoff eingespart. Außerdem wird die Lebensdauer der Traktionsbatterie verlängert, da sehr hohe Ladeniveaus vermieden werden. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Steuerung eines Antriebssystems eines Plug-in-Hybridelektrokraftfahrzeugs (PHEV). Das Antriebssystem umfasst mindestens eine Verbrennungskraftmaschine (VKM), mindestens eine elektrische Maschine (EM), mindestens eine Traktionsbatterie, Mittel zur Messung einer Fahrgeschwindigkeit des PHEV und Mittel zur Messung eines Ladezustands der Traktionsbatterie, sowie ein Steuergerät. Das Steuergerät ist dafür eingerichtet, bei Anforderung eines Lademodus durch den Fahrzeugführer zu überprüfen, ob eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit des PHEV größer ist als ein vorgegebener Geschwindigkeits-Schwellenwert, und ob ein aktueller Ladezustand der Traktionsbatterie des PHEV kleiner ist als ein vorgegebener Ladezustands-Schwellenwert; und nur, falls beide Bedingungen erfüllt sind, die mindestens eine VKM zu starten, die mindestens eine EM in einen Generatorbetrieb zu schalten und die Traktionsbatterie bis zum Ladezustands-Schwellenwert laden zu lassen und den Ladezustand der Traktionsbatterie anschließend zu halten. Das Steuergerät ist auch dafür eingerichtet, bei Anforderung eines rein elektrischen Fahrmodus durch den Fahrzeugführer bei einer Fahrgeschwindigkeit oberhalb des Geschwindigkeits-Schwellenwerts zu überprüfen, ob ein aktueller Ladezustand der Traktionsbatterie größer ist als der vorgegebene Ladezustands-Schwellenwert; und nur, falls dies zutrifft, den rein elektrischen Fahrmodus zu aktivieren.
  • In einer Ausführungsform ist das Steuergerät dafür eingerichtet, den Ladevorgang zu beenden, wenn die Fahrgeschwindigkeit des PHEV den vorgegebenen Geschwindigkeits-Schwellenwert unterschreitet
  • Es versteht sich, dass die vor anstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015107191 A1 [0007]
    • CN 109910640 A [0008]
    • US 5842534 A [0009]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems eines Plug-in-Hybridelektrokraftfahrzeugs (PHEV), worin a) bei Anforderung eines Lademodus durch den Fahrzeugführer überprüft wird, ob eine aktuelle Geschwindigkeit des PHEV größer ist als ein vorgegebener Geschwindigkeits-Schwellenwert und ob ein aktueller Ladezustand der Traktionsbatterie des PHEV kleiner ist als ein vorgegebener Ladezustands-Schwellenwert; und nur, falls beide Bedingungen erfüllt sind, eine Verbrennungskraftmaschine des PHEV gestartet und die Traktionsbatterie bis zum Ladezustands-Schwellenwert geladen und der Ladezustand der Traktionsbatterie anschließend gehalten wird; und worin b) bei Anforderung eines rein elektrischen Fahrmodus durch den Fahrzeugführer bei einer Fahrgeschwindigkeit oberhalb des Geschwindigkeits-Schwellenwerts überprüft wird, ob ein aktueller Ladezustand der Traktionsbatterie größer ist als der vorgegebene Ladezustands-Schwellenwert; und nur, falls dies zutrifft, der rein elektrische Fahrmodus aktiviert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der vorgegebene Geschwindigkeits-Schwellenwert im Bereich von 50 km/h bis 80 km/h liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, worin der vorgegebene Geschwindigkeits-Schwellenwert 60 km/h beträgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der vorgegebene Ladezustands-Schwellenwert im Bereich von 60% bis 90% der maximalen Ladekapazität der Traktionsbatterie liegt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, worin der vorgegebene Ladezustands-Schwellenwert 75% der maximalen Ladekapazität der Traktionsbatterie beträgt.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin der Ladevorgang beendet wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit des PHEV den Geschwindigkeits-Schwellenwert unterschreitet.
  7. Vorrichtung zur Steuerung eines Antriebssystems PHEV, welches mindestens eine Verbrennungskraftmaschine (VKM), mindestens eine elektrische Maschine (EM), mindestens eine Traktionsbatterie, Mittel zur Messung einer Fahrgeschwindigkeit des PHEV und Mittel zur Messung eines Ladezustands der Traktionsbatterie, sowie ein Steuergerät umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dafür eingerichtet ist, a) bei Anforderung eines Lademodus durch den Fahrzeugführer zu überprüfen, ob eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit des PHEV größer ist als ein vorgegebener Geschwindigkeits-Schwellenwert und ob ein aktueller Ladezustand der Traktionsbatterie des PHEV kleiner ist als ein vorgegebener Ladezustands-Schwellenwert; und nur, falls beide Bedingungen erfüllt sind, die mindestens eine VKM zu starten, die mindestens eine EM in einen Generatorbetrieb zu schalten und die Traktionsbatterie bis zum Ladezustands-Schwellenwert laden zu lassen und den Ladezustand der Traktionsbatterie anschließend zu halten; und b) bei Anforderung eines rein elektrischen Fahrmodus durch den Fahrzeugführer bei einer Fahrgeschwindigkeit oberhalb des Geschwindigkeits-Schwellenwerts zu überprüfen, ob ein aktueller Ladezustand der Traktionsbatterie größer ist als der vorgegebene Ladezustands-Schwellenwert; und nur, falls dies zutrifft, den rein elektrischen Fahrmodus zu aktivieren.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, worin der vorgegebene Geschwindigkeits-Schwellenwert im Bereich von 50 km/h bis 80 km/h liegt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, worin der vorgegebene Ladezustands-Schwellenwert im Bereich von 60% bis 90% der maximalen Ladekapazität der Traktionsbatterie liegt.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, worin das Steuergerät dafür eingerichtet ist, den Ladevorgang zu beenden, wenn die Fahrgeschwindigkeit des PHEV den Geschwindigkeits-Schwellenwert unterschreitet.
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