DE102021004765A1 - Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer an eine elektrische Maschine gekoppelten Hochvolt-Batterie und einer Brennkraftmaschine, bei welchem ein Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine mit einem Heizkreislauf einer Innenraumheizung und/oder einem Niedertemperaturkreislauf der Hochvolt-Batterie fluidisch gekoppelt ist, wobei beim Start des Hybridfahrzeugs, abhängig von einer Außentemperatur und/oder einer Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine, und/oder einer Batterietemperatur, und/oder einer Anforderung einer Innenraumheizung, die Brennkraftmaschine in einem Generatorbetrieb betrieben wird, bei dem die Brennkraftmaschine zusätzlich elektrischen Strom und Wärme erzeugt.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer an eine elektrische Maschine gekoppelten Hochvolt-Batterie und einer Brennkraftmaschine.
- Die
DE 10 2011 116 423 A1 offenbart eine Vorrichtung zur indirekten thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug. Bei der Vorrichtung sind die Kühlkreisläufe als ein Hochtemperaturkreislauf und ein Niedertemperaturkreislauf ausgebildet und jeweils mittels zumindest eines Wärmetauschers mit einem Kältekreislauf thermisch gekoppelt. Dadurch kann mittels des Kältekreislaufs eine thermische Energie sowohl vom Hochtemperaturkreislauf an den Niedertemperaturkreislauf als auch vom Niedertemperaturkreislauf an den Hochtemperaturkreislauf übertragen werden. Die Kühlkreisläufe können als Motorkühlkreislauf einer Verbrennungskraftmaschine, als Kühlkreislauf eines Ladeluftkühlers, eines Abgasrückführungskühlers, einer elektrochemischen Zelle, einer Klimaanlage, eines Hydrauliköls, elektrischer Antriebskomponenten, eines Getriebes und/oder einer Abwärmerückgewinnungsvorrichtung ausgebildet sein. - Nach der
DE 10 2011 116 423 A1 kann bei Hybridfahrzeugen die Fahrzeugkomponente im Niedertemperaturkreislauf zumindest als Hochvolt-Batterie ausgebildet sein und derart temperiert werden. Dabei erfolgt diese Temperierung der Hochvolt-Batterie bevorzugt bei einem Kaltstart und/oder sehr kalten Außentemperaturen und ist zeitlich beschränkt. Bei einer solchen Temperierung oder Aufheizung der kalten Hochvolt-Batterie wird thermische Energie der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine vom Hochtemperaturkreislauf an den Niedertemperaturkreislauf übertragen. Ein Innenraum des Hybridfahrzeuges wird in herkömmlicher Weise mittels des Hochtemperaturkreislaufs und der Abwärme der Verbrennungskraftmaschine beheizt. - Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Betriebsverfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer an eine elektrische Maschine gekoppelten Hochvolt-Batterie und einer Brennkraftmaschine anzugeben.
- Die vorgenannte Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.
- Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
- Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer an eine elektrische Maschine gekoppelten Hochvolt-Batterie und einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei welchem ein Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine mit einem Heizkreislauf einer Innenraumheizung und/oder einem Niedertemperaturkreislauf der Hochvolt-Batterie fluidisch gekoppelt ist, wobei beim Start des Hybridfahrzeugs, abhängig von einer Außentemperatur und/oder einer Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine, und/oder einer Batterietemperatur, und/oder einer Anforderung einer Innenraumheizung, die Brennkraftmaschine in einem Generatorbetrieb betrieben wird, bei dem die Brennkraftmaschine zusätzlich elektrischen Strom und Wärme erzeugt.
- Wenn ein Hybridfahrzeug bei Start zunächst elektrisch gefahren wird und erst bei niedriger Batterieladung auf die Brennkraftmaschine gewechselt wird, beispielsweise erst kurz vor dem Ziel, kann die thermische Energie der Brennkraftmaschine nicht effizient genutzt werden. Effizienter für den Betrieb der Hochvolt-Batterie wäre eine so kurz wie möglich gehaltene Nutzung der Brennkraftmaschine beim Start des Fahrzeugs und dann, wenn eine hinreichende Temperierung von Innenraum und/oder Hochvolt-Batterie erfolgt ist, ein möglichst früher Wechsel auf den elektrischen Antrieb.
- Der Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine kann mit dem Heizkreislauf der Innenraumheizung fluidisch gekoppelt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Kühlkreislauf mit einem Niedertemperaturkreislauf der Hochvolt-Batterie fluidisch gekoppelt sein.
- Nach dem vorgeschlagenen Verfahren erfolgt eine Nutzung der Abwärme der Brennkraftmaschine, um den Innenraum und die Hochvolt-Batterie zu temperieren, sowie gegebenenfalls von überschüssiger mechanischer Energie zur Stromerzeugung, für den Fall, dass die Brennkraftmaschine primär zur Temperierung betrieben wird, und nicht oder nur zu einem geringen Teil als Fahrzeugantrieb benötigt wird.
- Vorteilhaft kann so eine energieeffiziente, schnelle Temperierung des Innenraums des Hybridfahrzeugs und/oder der Hochvolt-Batterie erfolgen.
- Vorteile des Verfahrens bestehen darin, dass eine günstige Nutzung des Energieinhalts des Verbrennungskraftstoffes erfolgt. Mechanische Energie der Brennkraftmaschine kann dabei zum Vortrieb des Fahrzeugs genutzt werden. Weiter kann mechanische Energie der Brennkraftmaschine in elektrische Energie umgewandelt und in der Hochvolt-Batterie gespeichert werden. Die Abwärme der Brennkraftmaschine kann zur Beheizung des Innenraums und/oder der Hochvolt-Batterie genutzt werden. Durch den Betrieb einer elektrischen Zusatzheizung zum Beheizen des Innenraums und/oder der Hochvolt-Batterie kann der Innenraum und/oder die Hochvolt-Batterie erwärmt werden.
- Der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine kann dabei vorteilhaft von ca. 30% auf bis zu 65% gesteigert werden.
- Im Fahrbetrieb resultiert daraus ein höherer Komfort durch schnelles Aufheizen des Innenraums und schnelles Ansprechen der Innenraumheizung. Es tritt keine Reduzierung der Reichweite für elektrisches Fahren bei tiefen Außentemperaturen auf.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann eine Energie der im Generatorbetrieb betriebenen Brennkraftmaschine zu einem Vortrieb des Hybridfahrzeugs, und/oder zum Aufladen der Hochvolt-Batterie, und/oder zum Heizen des Innenraums des Hybridfahrzeugs, und/oder zum Anwärmen der Hochvolt-Batterie genutzt werden. Vorteilhaft kann so eine effiziente Nutzung des Hybridfahrzeugs durch Steigerung des Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine bei gleichzeitigem Betrieb der Hochvolt-Batterie unter günstigen Bedingungen erfolgen.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann, abhängig von der Außentemperatur und/oder der Batterietemperatur, zusätzlich der Innenraum des Hybridfahrzeugs und/oder der Niedertemperaturkreislauf der Hochvolt-Batterie mittels wenigstens einer elektrischen Heizeinrichtung geheizt werden. So wird der Energieinhalt der Hochvolt-Batterie geschont und es kann trotzdem ein schnelles Aufheizen des Innenraums erfolgen.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann die wenigstens eine elektrische Heizeinrichtung aus dem Generatorbetrieb der Brennkraftmaschine elektrisch versorgt werden. So wird der Energieinhalt der Hochvolt-Batterie geschont und es kann trotzdem ein schnelles Aufheizen des Innenraums erfolgen.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann beim Erreichen vorgegebener Schwellenwerte für die Außentemperatur und/oder die Kühlwassertemperatur, und/oder die Batterietemperatur, und/oder die Anforderung einer Innenraumheizung das Hybridfahrzeug auf einen elektrischen oder hybridischen Betrieb umgeschaltet werden. Vorteilhaft kann so eine effiziente Nutzung des Hybridfahrzeugs durch Steigerung des Wirkungsgrads der Brennkraftmaschine bei gleichzeitigem Betrieb der Hochvolt-Batterie unter günstigen Bedingungen erfolgen.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Verfahren wenigstens die folgenden Schritte umfassen: Im Fall, dass keine Anforderung der Innenraumheizung, insbesondere an das Klimasteuergerät, besteht, Starten des elektrischen bzw. Hybrid-Betriebs; Sonst, im Fall, dass die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine einen Temperaturschwellwert überschreitet, Starten des elektrischen bzw. Hybrid-Betriebs; Sonst, Starten der Brennkraftmaschine im Generatorbetrieb, Einschalten der wenigstens einen elektrischen Heizeinrichtung der Innenraumheizung und/oder des Niedertemperaturkreislaufs der Hochvolt-Batterie, Laden der Hochvolt-Batterie. Der Temperaturschwellwert der Kühlwassertemperatur kann beispielsweise 50° C betragen.
- Vorteilhaft kann so, wenn Innenraumheizbedarf besteht und das Kühlwasser der Brennkraftmaschine eine niedrige Temperatur aufweist, dann nicht der elektrische Antrieb gestartet werden, sondern gezielt die Brennkraftmaschine gestartet werden und diese zumindest teilweise im Lade-Modus für die Hochvolt-Batterie betrieben werden, bei zusätzlicher Nutzung der Abwärme der Brennkraftmaschine zur Innenraumheizung. Eine elektrische Zusatzheizung für den Innenraum und/oder die Hochvolt-Batterie soll erst dann angeschaltet werden, wenn dies mit durch die Brennkraftmaschine erzeugtem Strom erfolgen kann. So wird die Batterieladung geschont und es erfolgt trotzdem eine schnellere Aufheizung des Innenraums.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann ein Laden der Hochvolt-Batterie durch die Brennkraftmaschine mit höherer Priorität erfolgen als ein Betrieb der elektrischen Heizeinrichtung. Auf diese Weise kann die Energie der Hochvolt-Batterie bevorzugt für den Fahrbetrieb bereitgestellt und reserviert werden.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Anwärmen der Hochvolt-Batterie über einen vorgegebenen Zeitraum erfolgen. Dadurch kann ein möglichst früher Wechsel auf einen Betrieb mit dem elektrischen Antrieb erfolgen.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können der Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine und der Niedertemperaturkreislauf der Hochvolt-Batterie über einen Wärmetauscher, insbesondere über einen Wasser/Wasser-Wärmetauscher fluidisch gekoppelt sein. Dadurch kann ein effizientes Anwärmen der Hochvolt-Batterie über die Abwärme der Brennkraftmaschine erfolgen.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können der Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine und der Niedertemperaturkreislauf der Hochvolt-Batterie mittels Magnetventilen gesteuert werden. Auf diese Weise kann eine effektive Steuerung des Aufheizverhaltens von Innenraum und/oder Hochvolt-Batterie ermöglicht werden.
- Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
- Dabei zeigt:
-
1 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer an eine elektrische Maschine gekoppelten Hochvolt-Batterie und einer Brennkraftmaschine nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. - Die Figur zeigt lediglich ein Beispiel und ist nicht beschränkend zu verstehen.
-
1 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer an eine elektrische Maschine gekoppelten Hochvolt-Batterie und einer Brennkraftmaschine nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. - Bei dem Hybridfahrzeug ist ein Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine mit einem Heizkreislauf einer Innenraumheizung und/oder einem Niedertemperaturkreislauf der Hochvolt-Batterie fluidisch gekoppelt. Der Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine und/oder der Niedertemperaturkreislauf der Hochvolt-Batterie können beispielsweise über einen Wärmetauscher, insbesondere über einen Wasser/Wasser-Wärmetauscher fluidisch gekoppelt sein und mittels Magnetventilen gesteuert werden. Ein Niedertemperaturkreislauf der Hochvolt-Batterie kann optional vorhanden sein.
- Nach dem vorgeschlagenen Verfahren wird beim Start des Hybridfahrzeugs, abhängig von einer Außentemperatur und/oder einer Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine, und/oder einer Batterietemperatur, und/oder einer Anforderung einer Innenraumheizung, die Brennkraftmaschine in einem Generatorbetrieb betrieben, bei dem die Brennkraftmaschine zusätzlich elektrischen Strom und Wärme erzeugt.
- Dabei kann die Energie der im Generatorbetrieb betriebenen Brennkraftmaschine zu einem Vortrieb des Hybridfahrzeugs, und/oder zum Aufladen der Hochvolt-Batterie, und/oder zum Heizen des Innenraums des Hybridfahrzeugs, und/oder zum Anwärmen der Hochvolt-Batterie genutzt werden.
- Beim Erreichen vorgegebener Schwellenwerte für die Außentemperatur und/oder die Kühlwassertemperatur, und/oder die Batterietemperatur, und/oder die Anforderung einer Innenraumheizung das Hybridfahrzeug kann dann auf einen elektrischen oder hybridischen Betrieb umgeschaltet werden.
- Gemäß dem in
1 dargestellten Ablaufdiagramm wird das Fahrzeug in Schritt S100 gestartet. - Dann wird in Schritt S102 im Klimasteuergerät geprüft, ob eine Anforderung der Innenraumheizung vorliegt. Im Fall, dass keine Anforderung der Innenraumheizung, besteht S102 kann in Schritt S110 der elektrische bzw. Hybrid-Betrieb des Fahrzeugs gestartet werden.
- Besteht eine Anforderung auf Innenraumheizung, dann wird in Schritt S104 in der Motorkühlung der Brennkraftmaschine geprüft, wie hoch die Temperatur des Kühlwassers ist. Beträgt die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine beispielsweise größer oder gleich 50° C als Temperaturschwellwert kann in Schritt S110 ebenfalls der elektrische bzw. Hybrid-Betrieb des Fahrzeugs gestartet werden. Der Temperaturschwellwert der Kühlwassertemperatur kann natürlich auch auf einen anderen geeigneten Wert eingestellt sein.
- Liegt die Kühlwassertemperatur unter dem Temperaturschwellwert, dann wird in Schritt S106 die Brennkraftmaschine im Generatorbetrieb gestartet.
- Bedarfsweise können auch eine elektrische Zusatzheizung für die Erwärmung des Innenraums und/oder der Hochvolt-Batterie eingeschaltet werden. Abhängig von der Außentemperatur und/oder der Batterietemperatur, kann so zusätzlich der Innenraum des Hybridfahrzeugs und/oder der Niedertemperaturkreislauf der Hochvolt-Batterie mittels wenigstens einer elektrischen Heizeinrichtung geheizt werden. Bevorzugt kann dabei die wenigstens eine elektrische Heizeinrichtung aus dem Generatorbetrieb der Brennkraftmaschine elektrisch versorgt werden.
- Die Brennkraftmaschine im Generatorbetrieb wird zum Laden der Batterie verwendet. Ein Laden der Hochvolt-Batterie durch die Brennkraftmaschine kann dabei vorteilhaft mit höherer Priorität erfolgen als ein Betrieb der elektrischen Heizeinrichtung.
- Das Anwärmen der Hochvolt-Batterie kann über einen vorgegebenen Zeitraum erfolgen und so zeitlich begrenzt werden.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102011116423 A1 [0002, 0003]
Claims (10)
- Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer an eine elektrische Maschine gekoppelten Hochvolt-Batterie und einer Brennkraftmaschine, bei welchem ein Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine mit einem Heizkreislauf einer Innenraumheizung und/oder einem Niedertemperaturkreislauf der Hochvolt-Batterie fluidisch gekoppelt ist, wobei beim Start des Hybridfahrzeugs, abhängig von einer Außentemperatur und/oder einer Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine, und/oder einer Batterietemperatur, und/oder einer Anforderung einer Innenraumheizung, die Brennkraftmaschine in einem Generatorbetrieb betrieben wird, bei dem die Brennkraftmaschine zusätzlich elektrischen Strom und Wärme erzeugt.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , wobei eine Energie der im Generatorbetrieb betriebenen Brennkraftmaschine zu einem Vortrieb des Hybridfahrzeugs, und/oder zum Aufladen der Hochvolt-Batterie, und/oder zum Heizen des Innenraums des Hybridfahrzeugs, und/oder zum Anwärmen der Hochvolt-Batterie genutzt wird. - Verfahren nach
Anspruch 2 , wobei, abhängig von der Außentemperatur und/oder der Batterietemperatur, zusätzlich der Innenraum des Hybridfahrzeugs und/oder der Niedertemperaturkreislauf der Hochvolt-Batterie mittels wenigstens einer elektrischen Heizeinrichtung geheizt wird. - Verfahren nach
Anspruch 3 , wobei die wenigstens eine elektrische Heizeinrichtung aus dem Generatorbetrieb der Brennkraftmaschine elektrisch versorgt wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Erreichen vorgegebener Schwellenwerte für die Außentemperatur und/oder die Kühlwassertemperatur, und/oder die Batterietemperatur, und/oder die Anforderung einer Innenraumheizung das Hybridfahrzeug auf einen elektrischen oder hybridischen Betrieb umgeschaltet wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wenigstens umfassend die Schritte - Im Fall, dass keine Anforderung der Innenraumheizung, insbesondere an das Klimasteuergerät, besteht (S102), Starten des elektrischen bzw. Hybrid-Betriebs (S110), - Sonst, im Fall, dass die Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine einen Temperaturschwellwert überschreitet (S104), Starten des elektrischen bzw. Hybrid-Betriebs (S110), - Sonst, Starten der Brennkraftmaschine im Generatorbetrieb, Einschalten der wenigstens einen elektrischen Heizeinrichtung der Innenraumheizung und/oder des Niedertemperaturkreislaufs der Hochvolt-Batterie, Laden der Hochvolt-Batterie (S106).
- Verfahren nach
Anspruch 6 , wobei ein Laden der Hochvolt-Batterie durch die Brennkraftmaschine mit höherer Priorität erfolgt als ein Betrieb der elektrischen Heizeinrichtung. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anwärmen der Hochvolt-Batterie über einen vorgegebenen Zeitraum erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine und der Niedertemperaturkreislauf der Hochvolt-Batterie über einen Wärmetauscher, insbesondere über einen Wasser/Wasser-Wärmetauscher fluidisch gekoppelt sind.
- Verfahren nach
Anspruch 9 , wobei der Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine und der Niedertemperaturkreislauf der Hochvolt-Batterie mittels Magnetventilen gesteuert werden.
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| DE102011116423A1 (de) | 2011-10-19 | 2012-05-03 | Daimler Ag | Vorrichtung und Verfahren zur indirekten thermischen Kopplung zweier Kühlkreisläufe in einem Fahrzeug |
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- 2021-09-21 DE DE102021004765.6A patent/DE102021004765A1/de active Pending
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