DE102020207952A1

DE102020207952A1 - Verfahren zur Steuerung einer Stromerzeugungs-Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung

Info

Publication number: DE102020207952A1
Application number: DE102020207952.8A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Ch. Knapp
Original assignee: Dr Ulrich Knapp GmbH
Current assignee: Dr Ulrich Knapp GmbH
Priority date: 2020-06-26
Filing date: 2020-06-26
Publication date: 2021-12-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Stromerzeugungs-Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung sowie eine Stromerzeugungs-Vorrichtung zur Stromerzeugung zur Reichweitenverlängerung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs (1), insbesondere eines Nutzfahrzeugs, umfassend einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Kreiskolbenmotor (20), und eine mit dem Verbrennungsmotor gekoppelte, als Generator betreibbare elektrische Maschine (22), wobei mittels eines Navigations- und/oder Kartensystems (3) ein Einfahren des Fahrzeugs (1) in eine Verbotszone, in welcher die Nutzung des Verbrennungsmotors temporär oder dauerhaft verboten ist, erfasst wird und vor oder bei einem Einfahren in die Verbotszone der Verbrennungsmotor automatisiert abgeschaltet wird.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Stromerzeugungs-Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung sowie eine Stromerzeugungs-Vorrichtung zur Stromerzeugung zur Reichweitenverlängerung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, umfassend einen Verbrennungsmotor und eine mit dem Verbrennungsmotor gekoppelte, als Generator betreibbare elektrische Maschine.
Bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen mit einem zusätzlichen Verbrennungsmotor wird unterschieden zwischen sogenannten parallelen Hybriden, bei welchen der Verbrennungsmotor und die als Elektromotor betriebene elektrische Maschine beide auf einen Antriebsstrang wirken, und sogenannten seriellen Hybriden, bei welchen ausschließlich die als Elektromotor betriebene Maschine auf den Antriebsstrang wirkt, wohingegen der Verbrennungsmotor ausschließlich zum Laden eines Akkumulators mittels einer als Generator betreibbaren elektrischen Maschine vorgesehen ist. Die Systeme zur Aufladung des Akkumulators in einem seriellen Hybrid werden im Zusammenhang mit der Anmeldung als Stromerzeugungs-Vorrichtungen zur Reichweitenverlängerung bezeichnet.
Bei einer derartigen Stromerzeugungs-Vorrichtung dient ein eingesetzter Verbrennungsmotor somit allein dem Zweck, Strom zum Aufladen eines Akkumulators zu produzieren und treibt hierfür eine als Generator betriebene elektrische Maschine an.
AUFGABE UND LÖSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung einer Stromerzeugungs-Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung sowie eine verbesserte Stromerzeugungs-Vorrichtung zur Stromerzeugung zur Reichweitenverlängerung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs zu schaffen.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung einer Stromerzeugungs-Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, umfassend einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Kreiskolbenmotor, und eine mit dem Verbrennungsmotor gekoppelte, als Generator betreibbare elektrische Maschine geschaffen, wobei mittels eines Navigations- und/oder Kartensystems ein Einfahren des Fahrzeugs in eine Verbotszone, in welcher die Nutzung des Verbrennungsmotors temporär oder dauerhaft verboten ist, erfasst wird und vor oder bei einem Einfahren in die Verbotszone der Verbrennungsmotor automatisiert abgeschaltet wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Stromerzeugungs-Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, geschaffen, umfassend einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Kreiskolbenmotor, eine mit dem Verbrennungsmotor gekoppelte, als Generator betreibbare elektrische Maschine und eine Steuerung, wobei die Steuerung ein Navigations- und/oder Kartensystems umfasst und/oder mit diesem kommuniziert ist, und die Steuerung eingerichtet und ausgebildet ist, um ein Einfahren des Fahrzeugs in eine Verbotszone, in welcher die Nutzung des Verbrennungsmotors temporär oder dauerhaft verboten ist, zu erfassen und um vor oder bei einem Einfahren in die Verbotszone ein Signal an eine Motorsteuerung der Verbrennungsmotors zur Abschaltung des Verbrennungsmotors zu senden.
Insbesondere Nutzfahrzeuge fahren häufig eine festgelegte Route, wobei die Reichweitenverlängerung die Möglichkeit schafft, das Fahrzeug auf einer Route einzusetzen, bei welcher eine Reichweite des Fahrzeugs auch mit voll aufgeladenem Akkumulator nicht ausreicht. Die Stromerzeugung zur Reichweitenverlängerung ist „on board“, d.h. bei Verwendung des Fahrzeugs möglich. Nutzungsunterbrechungen aufgrund von Standzeiten an einer Ladesäule können vermieden werden. Ebenso können Probleme aufgrund einer mangelnden Verfügbarkeit von passenden, freien Ladesäulen vermieden werden.
Dabei ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass eine Stromerzeugung grundsätzlich zu jedem Zeitpunkt des Betriebs des Fahrzeugs erfolgt und aufgrund besonderer Umstände automatisch oder manuell unterbrochen wird. Eine Unterbrechung erfolgt erfindungsgemäß, wenn das Fahrzeug in eine Verbotszone einfährt.
Bei der Verbotszone handelt es sich beispielsweise um eine Zone, in welcher ein Betrieb eines Verbrennungsmotors zu bestimmten Uhrzeiten untersagt ist, eine Zone, in welcher ein Betrieb von Verbrennungsmotoren grundsätzlich untersagt ist und/oder eine Zone, in welcher ein Betrieb mit einem bestimmten Kraftstoff, insbesondere einem Dieselkraftstoff, untersagt ist.
Erfindungsgemäß wird ein Einfahren in eine derartige Verbotszone erfasst und der Betrieb des Verbrennungsmotors kann unterbrochen werden. Zusätzlich kann eine Unterbrechung des Betriebs des Verbrennungsmotors auch aufgrund anderer Umstände vorgesehen sein, beispielsweise wenn ein Ladezustand der Batterie erreicht ist, ab welchem keine weitere Aufladung erfolgen soll. Alternativ oder zusätzlich ist in einer Ausgestaltung ein in einem Fahrerbereich des Fahrzeuges anordenbarer Bedienschalters vorgesehen, wobei mittels des Bedienschalters der Verbrennungsmotor bedarfsweise abschaltbar ist.
Daten zu den Verbotszonen sind in einer Ausgestaltung Teil des Navigations- und/oder Kartensystems. In anderen Ausgestaltungen werden Daten zu den Verbotszonen in einer Datei bereitgestellt, welche nicht Teil des Navigations- und/oder Kartensystems ist. Die Daten sind beispielsweise in einem Speicherbereich der Steuerung abgelegt. Alternativ oder zusätzlich können die Daten in einer Cloud und/oder in einem Datenträger abgelegt sein, welche mit der Steuerung kommuniziert sind.
In einer Ausgestaltung werden Verbotszonen entlang eines geplanten Fahrwegs ermittelt, wobei und basierend auf dem geplanten Fahrweg und einem Batterieladezustand geprüft wird, ob eine Reichweitenlücke zu einem Ziel besteht, wobei insbesondere bei festgestellter Reichweitenlücke zu dem Ziel ein alternativer Fahrweg ermittelt wird und/oder bei festgestellter Reichweitenlücke ein Nutzer eine Aufforderung erhält, eine Verbotszone zu verlassen oder ein Einfahren in eine Verbotszone zu vermeiden.
Der Verbrennungsmotor wird in einer Ausgestaltung mit einem Dieselkraftstoff betrieben, wobei die Verbotszonen Dieselfahrverbotszonen umfassen.
Insbesondere handelt es sich bei dem Verbrennungsmotor um einen Kreiskolbenmotor, insbesondere einen dieselbetriebenen Kreiskolbenmotor, welcher sich durch seine kompakte Bauweise asuzeichnet.
Figurenliste
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das nachfolgend anhand der Figur erläutert wird. Dabei zeigt:

1 schematisch ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einer Stromerzeugungs-Vorrichtung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt schematisch ein elektrisch betriebenes Fahrzeug 1 mit einer als Elektromotor betriebenen elektrischen Maschine 10, einem Akkumulator 12 und einer Stromerzeugungs-Vorrichtung 2.
Die Stromerzeugungs-Vorrichtung 2 umfasst einen als Kreiskolbenmotor 20 gestalteten Verbrennungsmotor, eine mit dem Kreiskolbenmotor 20 gekoppelte, als Generator betreibbare elektrische Maschine 22 und eine Steuerung 21. Weiter sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Motorsteuerung 24, eine Kühleinrichtung 26, ein Tank 27 für einen Kraftstoff, insbesondere einen Dieselkraftstoff, und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 28 vorgesehen. Es ist für den Fachmann offensichtlich, dass weitere Elemente für einen Betrieb vorgesehen sein können. Die gewählte Darstellung der Elemente dient lediglich der Illustration. Eine tatsächliche Anordnung und Dimensionierung der einzelnen dargestellten Elemente kann durch den Fachmann je nach Anwendungsfall geeignet gewählt werden.
Bei dem dargestellten Verbrennungsmotor handelt es sich beispielsweise um einen mit einem Dieselkraftstoff betreibbaren Kreiskolbenmotor 20.
Die von der als Generator betreibbaren elektrische Maschine 22 produzierte elektrische Energie lädt den Akkumulator 12 im Fahrzeug 1 auf. In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass auch die als Elektromotor betriebenen elektrischen Maschine 10 des Fahrzeugs 1 als Generator betreibbar ist, sodass Rekuperationsenergie, beispielsweise aus einem Bremsvorgang des Fahrzeugs 1, zusätzlich in dem Akkumulator 12 rückgespeichert werden kann. Wechselnde Energieflüsse zwischen dem Akkumulator 12 und der elektrischen Maschine 10 des Fahrzeugs 1 werden zu diesem Zweck beispielsweise mittels einer nicht dargestellten Steuerungselektronik überwacht und können in einer Ausgestaltung an die Motorsteuerung 24 rückgemeldet werden.
Die Steuerung 21 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit einem Navigations- und/oder Kartensystem 3 kommuniziert, beispielsweise mittels Kabel oder kabellos, insbesondere mittels Funktechnik. Die Steuerung 21 ist weiter mit der Motorsteuerung 24 kommuniziert. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zudem ein Bedienschalter 4 vorgesehen, welcher mit der Motorsteuerung 24 kommuniziert ist. Der Bedienschalter 4 ist beispielsweise in einem Fahrerbereich des Fahrzeuges 1 angeordnet, wobei ein Nutzer oder Fahrer mittels des Bedienschalters 4 den Verbrennungsmotor bedarfsweise ein- oder ausschalten kann.
Unter Verwendung von Daten des Navigations- und/oder Kartensystems 3 wird ein Einfahren des Fahrzeugs 1 in eine Verbotszone, in welcher die Nutzung des Verbrennungsmotors temporär oder dauerhaft verboten ist, erfasst. Die Steuerung 21 ist derart eingerichtet, dass vor oder bei einem Einfahren in die Verbotszone ein Signal an die Motorsteuerung 24 zum Abschalten des Verbrennungsmotors sendbar ist. Daten zu den Verbotszonen werden in einer Ausgestaltung in einer Datei bereitgestellt, welche nicht Teil des Navigations- und/oder Kartensystems 3 ist. Die Datei ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Cloud 5 abgelegt. Alternativ oder zusätzlich ist die Datei beispielsweise in einem an der Steuerung 21 vorgesehenen oder mit diesem kommunizierten Speicher oder in einem mobilen Speichergerät, welches mit der Steuerung 21 kommuniziert ist, abgelegt.
Basierend auf den von dem Navigations- und/oder Kartensystem 3 oder dem Bedienschalter 4 empfangenen Signalen ist ein automatisches bzw. manuelles Abschalten des Kreiskolbenmotors 20 beispielsweise in Dieselfahrverbotszonen möglich.
Die Kühleinrichtung 26 überwacht und versorgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel sowohl den Kreiskolbenmotor 20 als auch die elektrische Maschine 22.
Wie in 1 gezeigt, wird die Leistung des als Kreiskolbenmotors 20 gestalteten Verbrennungsmotors ausschließlich für die Erzeugung elektrischer Energie genutzt. Zu diesem Zweck ist der Kreiskolbenmotor 20 mit der elektrischen Maschine 22 vorzugsweise direkt, d.h. ohne dazwischen geschaltetes Getriebe, oder mit einem Getriebe mit einer festen Übersetzungsstufe, verbunden.
Der Kreiskolbenmotor 20 wird vorzugsweise mit einem Dieselkraftstoff in einem festgelegten Drehzahlbereich verbrauchs- und abgasoptimiert betrieben. Aufgrund der festgelegten Betriebsbedingungen ist in Kenntnis oder Messung einer Qualität des eingesetzten Dieselkraftstoffs eine Voraussage über eine Abgaszusammensetzung möglich. Die wird in einer Ausgestaltung in der Abgasnachbehandlung 28 genutzt, sodass Schadstoffe im Abgas nahezu vollständig vermieden werden können.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Stromerzeugungs-Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs (1), insbesondere eines Nutzfahrzeugs, umfassend einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Kreiskolbenmotor (20), und eine mit dem Verbrennungsmotor gekoppelte, als Generator betreibbare elektrische Maschine (22), dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Navigations- und/oder Kartensystems (3) ein Einfahren des Fahrzeugs (1) in eine Verbotszone, in welcher die Nutzung des Verbrennungsmotors temporär oder dauerhaft verboten ist, erfasst wird und vor oder bei einem Einfahren in die Verbotszone der Verbrennungsmotor automatisiert abgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Daten zu den Verbotszonen in einer Datei bereitgestellt werden, welche nicht Teil des Navigations- und/oder Kartensystems (3) ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Verbotszonen entlang eines geplanten Fahrwegs ermittelt werden, und basierend auf dem geplanten Fahrweg und einem Batterieladezustand geprüft wird, ob eine Reichweitenlücke zu einem Ziel besteht, wobei insbesondere bei festgestellter Reichweitenlücke zu dem Ziel ein alternativer Fahrweg ermittelt wird und/oder bei festgestellter Reichweitenlücke ein Nutzer eine Aufforderung erhält, eine Verbotszone zu verlassen oder ein Einfahren in eine Verbotszone zu vermeiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit einem Dieselkraftstoff betrieben wird und die Verbotszonen Dieselfahrverbotszonen umfassen.
Stromerzeugungs-Vorrichtung zur Reichweitenverlängerung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs (1), insbesondere eines Nutzfahrzeugs, umfassend einen Verbrennungsmotor, insbesondere einen Kreiskolbenmotor (20), eine mit dem Verbrennungsmotor gekoppelte, als Generator betreibbare elektrische Maschine (22) und eine Steuerung (21), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (21) ein Navigations- und/oder Kartensystems (3) umfasst und/oder mit diesem kommuniziert ist, und die Steuerung (21) eingerichtet und ausgebildet ist, um ein Einfahren des Fahrzeugs (1) in eine Verbotszone, in welcher die Nutzung des Verbrennungsmotors temporär oder dauerhaft verboten ist, zu erfassen und um vor oder bei einem Einfahren in die Verbotszone ein Signal an eine Motorsteuerung (24) der Verbrennungsmotors zur Abschaltung des Verbrennungsmotors zu senden.
Stromerzeugungs-Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Daten zu den Verbotszonen in einer Datei bereitgestellt sind, welche nicht Teil des Navigations- und/oder Kartensystems (3) ist.
Stromerzeugungs-Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (21) eingerichtet und ausgebildet ist, um Verbotszonen entlang eines geplanten Fahrwegs zu erfassen, und um basierend auf dem geplanten Fahrweg und einem Batterieladezustand zu prüfen, ob eine Reichweitenlücke zu einem Ziel besteht, wobei insbesondere die Steuerung (21) eingerichtet und ausgebildet ist, um bei festgestellter Reichweitenlücke zu dem Ziel einen alternativen Fahrweg zu ermitteln und/oder um bei festgestellter Reichweitenlücke eine Aufforderung an einen Nutzer abzusetzen, eine Verbotszone zu verlassen oder ein Einfahren in eine Verbotszone zu vermeiden.
Stromerzeugungs-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit einem Dieselkraftstoff betreibbar ist und die Verbotszonen Dieselfahrverbotszonen umfassen.