DE102021204674A1

DE102021204674A1 - Energiemanagement eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102021204674A1
Application number: DE102021204674.6A
Authority: DE
Inventors: Daniel Geis-Esser
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2021-05-07
Filing date: 2021-05-07
Publication date: 2022-11-10
Also published as: WO2022233610A1; US20220355796A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (1), insbesondere eines Nutzfahrzeugs, mit einem elektrischen Energiespeicher (2) und einer elektrischen Antriebsmaschine, mit folgenden Schritten offenbart:- Schritt (A): Ermitteln einer aufnehmbaren Energiemenge (3) des elektrischen Energiespeichers (2);- Schritt (B): Bestimmen einer Fahrstrecke (4), die das Fahrzeug (1) zumindest teilweise im Schubbetrieb fahren kann;- Schritt (C): Bestimmen einer Rekuperationsleistung (5) mit der das Fahrzeug (1) über die Fahrstrecke (4) hinweg betrieben werden kann und/oder Bestimmen einer Soll-Geschwindigkeit mit der das Fahrzeug (1) die Fahrstrecke (4) befahren soll, wobei Schritt (C) derart durchgeführt wird, dass am Ende der Fahrstrecke (4) der Energieinhalt (6) des Energiespeichers (2) um die in Schritt (A) bestimmte aufnehmbare Energiemenge (3) erhöht wurde.Ferner werden eine Vorrichtung, ein Computerprogrammprodukt, ein Speichermedium für das Energiemanagement eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs sowie ein solches Fahrzeug offenbart.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung, ein Computerprogrammprodukt, ein Speichermedium für das Energiemanagement eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs sowie ein solches Fahrzeug.
Für mittels elektrischer Antriebsmaschinen angetriebene Nutzfahrzeuge gibt es zur Realisierung einer Dauerbremsfunktion insbesondere folgende Möglichkeiten: Einsatz eines Retarders, Zuführung von Rekuperationsleistung der Antriebsmaschine an einen elektrischen Energiespeicher, Umwandlung von durch die Antriebsmaschine generatorisch erzeugter Leistung in Wärme mittels eines Bremswiderstands. Bremswiderstand und Retarder sind zusätzliche Komponenten, die Bauraum im Fahrzeug benötigen und die Produktionskosten des Fahrzeugs erhöhen. Dafür weisen diese technischen Lösungen während des Betriebs des Fahrzeugs eine annähernd gleich bleibende Verfügbarkeit auf. Die Zuführung der Rekuperationsleistung an den elektrischen Energiespeicher ist die bevorzugte Methode, da keine weiteren Komponenten benötigt werden, um die Funktion der Dauerbremse zu realisieren. Die Verfügbarkeit hängt hier jedoch von der aufnehmbaren Energiemenge des Energiespeichers ab. Kann dieser keine weitere Energie durch die Rekuperation aufnehmen, so kann auch die Funktion der Dauerbremse auf diese Art nicht weiter umgesetzt werden. Hier spielen insbesondere die Länge der Fahrstrecke sowie deren Gefälle und die Fahrzeuggeschwindigkeit eine Rolle. Kann der Energiespeicher keine Energie mehr aufnehmen, so muss entweder auf ein sekundäres System (z.B. Bremswiderstand oder Retarder) gewechselt werden, oder es muss die Betriebsbremse verwendet werden, wobei dann insbesondere mit reduzierter Geschwindigkeit gefahren werden muss, da die Betriebsbremse für eine solche Belastung nicht ausgelegt ist, wodurch Schäden an der Betriebsbremse auftreten können.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, den Betrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs zu ermöglichen, so dass eine Fahrstrecke rein mit einer Dauerbremswirkung auf Basis der Rekuperation befahren werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, das einen elektrischen Energiespeicher und eine elektrische Antriebsmaschine aufweist, mit folgenden Schritten vorgesehen:

- Schritt A: Ermitteln einer aufnehmbaren Energiemenge des elektrischen Energiespeichers;
- Schritt B: Bestimmen einer Fahrstrecke, die das Fahrzeug zumindest teilweise im Rekuperationsbetrieb fahren kann;
- Schritt C: Bestimmen einer Rekuperationsleistung mit der das Fahrzeug über die Fahrstrecke hinweg betrieben werden kann und/oder Bestimmen einer Soll-Geschwindigkeit mit der das Fahrzeug die Fahrstrecke befahren soll.

Schritt C wird dabei derart durchgeführt, dass am Ende der Fahrstrecke der Energieinhalt des Energiespeichers um die in Schritt A bestimmte aufnehmbare Energiemenge erhöht wurde.
Die in Schritt C bestimmte Rekuperationsleistung und/oder die bestimmte Soll-Geschwindigkeit werden/wird dann als Soll-Größe(n) verwendet, wonach das Fahrzeug die Fahrstrecke befährt.
Unter Rekuperationsbetrieb ist hier zu verstehen, dass das Fahrzeug generatorisch eine elektrische Leistung durch seine elektrische Antriebsmaschine erzeugt und diese in dem elektrischen Energiespeicher als Energie speichert.
Der elektrische Energiespeicher weist insbesondere eine Traktionsbatterie auf.
Im Rekuperationsbetrieb wird durch die elektrische Antriebsmaschine eine bremsende Wirkung auf das Fahrzeug erreicht. Der Rekuperationsbetrieb kann somit gezielt dazu genutzt werden, eine Bremswirkung auf das Fahrzeug zu bewirken.
Diese Bremswirkung kann insbesondere dazu genutzt werden, das Fahrzeug im Sinne einer Dauerbremse abzubremsen, um insbesondere auf einer Gefällestrecke eine Dauerbremsleistung zur Verfügung zu stellen, um auf dieser Strecke eine maximal zulässige Geschwindigkeit nicht zu überschreiten bzw. eine gewünschte Geschwindigkeit zu halten.
Die in Schritt C bestimmte Rekuperationsleistung und/oder die in Schritt C bestimmte Soll-Geschwindigkeit können/kann jeweils ein konstanter Wert sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass einer oder beide veränderlich vorgegeben werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass sich die Werte zeitlich oder entsprechend der zurückgelegten Fahrstrecke verändern. Es kann also für die Rekuperationsleistung und/oder für die Soll-Geschwindigkeit eine Kennlinie vorgegeben werden, die zeitlich oder örtlich basiert ist.
Die in Schritt B bestimmte Fahrstrecke muss nicht zwingend durch das Verfahren bestimmt werden. Schritt B kann auch umfassen, dass eine Fahrstrecke, die durch ein anderes System, beispielsweise ein Navigationssystem, bereitgestellt wurde, in Schritt B herangezogen wird, welche dann der Fahrstrecke gleichgesetzt wird. Schritt B kann auch umfassen, dass eine Fahrstrecke aus einer größeren Route, die durch ein anderes System, beispielsweise ein Navigationssystem, bereitgestellt wurde, als Teilstrecke bestimmt wird.
Vorzugsweise beschreibt die aufnehmbare Energiemenge die Energiemenge bis zum Erreichen des maximalen Energieinhalts des Energiespeichers. Der maximale Energiegehalt des Speichers entspricht somit der Menge an Energie, die der Speicher aufnehmen kann und welche wieder abrufbar ist, um im Fahrzeug genutzt zu werden. Durch Alterungseffekte kann sich die maximal aufnehmbare Energiemenge ändern. Dies kann bei der Durchführung des Verfahrens berücksichtigt werden. Die aufnehmbare Energiemenge berücksichtigt die sich aktuell im Energiespeicher befindliche Energiemenge.
Alternativ beschreibt die aufnehmbare Energiemenge die Energiemenge bis zum Erreichen eines vorbestimmten Energieinhalts des Energiespeichers, der geringer als der maximale Energieinhalt des Energiespeichers ist, wobei insbesondere eine Pufferkapazität in dem Energiespeicher freigehalten wird. Somit kann der Energiespeicher weitere Energie aufnehmen, wenn beispielsweise kurzfristig eine höhere Rekuperationsleistung generiert wird. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Fahrzeug auf der Fahrstrecke einem vorausfahrenden Fahrzeug folgt, das mit einer Geschwindigkeit fährt, die eine höhere Rekuperationsleistung erfordert, als in Schritt C bestimmt. Die Pufferkapazität wird vorzugsweise dafür genutzt, um den Energiespeicher zwischenzeitlich über den vorbestimmten Energieinhalt des Energiespeichers hinaus zu laden, wobei die überschüssige Energie anschließend wieder beim Befahren der Fahrstrecke aus dem Energiespeicher entnommen wird.
Vorzugsweise ist die Fahrstrecke durch einen Startpunkt und einen Endpunkt charakterisiert, wobei der Startpunkt vorzugsweise geographisch höher als der Endpunkt liegt. Start- und Endpunkt werden vorzugsweise durch geographische Koordinaten und/oder durch eine Adresse charakterisiert. Die Fahrstrecke stellt dann die Verbindung zwischen beiden Punkten dar, wobei zur Verbindung insbesondere öffentliche Straßen herangezogen werden. Dadurch, dass der Startpunkt höher als der Endpunkt liegt, ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass potentielle Energie beim Befahren der Fahrstrecke durch das Fahrzeug in elektrische Energie mittels Rekuperation umgewandelt wird und dann im Energiespeicher gespeichert werden kann.
Vorzugsweise weist das Fahrzeug mindestens ein Getriebe auf, wobei Schritt C das Bestimmen einer Soll-Übersetzung des mindestens einen Getriebes umfasst. Das mindestens eine Getriebe kann eine oder mehrere diskrete Übersetzungsstufe(n) aufweisen, wie es bei einem manuell schaltbaren Getriebe, einem automatisierten Schaltgetriebe oder einem Automatikgetriebe der Fall ist. Das mindestens eine Getriebe kann aber auch alternativ oder zusätzlich eine stufenlose Übersetzung aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug achs- und/oder radindividuelle Getriebe aufweist und/oder dass das mindestens eine Getriebe achs- oder radindividuell angeordnet ist. Durch die Bestimmung der Soll-Übersetzung kann die elektrische Antriebsmaschine in einem Betriebspunkt betrieben werden, der die Rekuperationsleistung so anpasst, dass der Energiespeicher in der für die Fahrstrecke passenden Geschwindigkeit geladen wird, so dass dieser nicht zu schnell geladen wird, so dass die aufnehmbare Energiemenge erst am Ende der Fahrstrecke in den Energiespeicher geladen wurde. Andernfalls würde die Rekuperationsfähigkeit entfallen und es wäre keine Dauerbremsfunktion mehr durch den generatorischen Betrieb der Antriebsmaschine verfügbar. Gleichzeitig kann erreicht werden, dass der Energiespeicher nicht zu langsam geladen wird. Dies hätte den Nachteil, dass der Speicher am Ende der Fahrstrecke nicht die in Schritt A bestimmte Energiemenge, sondern eben eine geringere Energiemenge aufgenommen hat. Dies hätte wiederum einen Reichweitennachteil des Fahrzeugs zur Folge, da der Energiespeicher mehr Energie aufnehmen hätte können.
Vorzugsweise enthält die Fahrstrecke mindestens einen Streckenabschnitt, der eine Energieentnahme aus dem elektrischen Energiespeicher erfordert. Darunter kann ein Streckenabschnitt verstanden werden, der nur ein geringes Gefälle aufweist, so dass das Fahrzeug durch Energieentnahme aus dem Energiespeicher, wobei die Energie dann der elektrischen Antriebsmaschine zugeführt wird, angetrieben werden muss, um beispielsweise eine vorgeschriebene Mindestgeschwindigkeit, wie sie auf Autobahnen vorgegeben ist, einzuhalten. Ferner können dies auch Streckenabschnitte sein, die eben verlaufen, die also kein Gefälle und keine Steigung aufweisen. Auch hier muss das Fahrzeug, wenn seine Trägheit nicht ausreicht um eine vorgegebene Fahraufgabe zu erfüllen, beispielsweise um über einer vorgegebenen Mindestgeschwindigkeit zu bleiben, Energie aus dem Energiespeicher aufwenden. Schließlich kann ein solcher Streckenabschnitt eine Steigung aufweisen.
Allgemein kann auch die Trägheit des Fahrzeugs berücksichtigt werden. So kann beispielsweise eine Steigung auch durch die Massenträgheit des Fahrzeugs überwunden werden, ohne dass Energie aus dem Energiespeicher aufgewandt werden muss.
Allgemein kann festgehalten werden, dass das Verfahren, insbesondere einer oder mehrere der Schritte A, B und C, berücksichtigt, dass auf der Fahrstrecke nicht kontinuierlich rekuperiert werden muss oder kann. Vielmehr kann, insbesondere in Schritt A, berücksichtigt werden dass ein Teil der auf der Fahrstrecke zurückgewonnenen Energie noch während dem Befahren der Fahrstrecke wieder verbraucht wird.
Daher wird alternativ oder zusätzlich eine Energiemenge, die beim Befahren der Fahrstrecke benötigt wird, bei der Durchführung von Schritt A berücksichtigt.
Vorzugsweise umfasst das Fahrzeug mindestens einen weiteren elektrischen Energiespeicher, wobei bei der Durchführung von Schritt A dieser weitere Energiespeicher mit einbezogen wird. Hierbei kann auch eine Ladestrategie umgesetzt werden, so dass beispielsweise die Rekuperationsleistung stets dem Energiespeicher zugeführt wird, der gerade mehr Energie aufnehmen kann und/oder mit einem besseren Wirkungsgrad speichern kann.
Vorzugsweise wird bei der Durchführung von Schritt C eine Masse, ein Fahrwiderstand, insbesondere ein Roll- und/oder Luftwiderstand, und/oder ein Wirkungsgrad, insbesondere des Antriebsstrangs und/oder des elektrischen Energiespeichers, des Fahrzeugs berücksichtigt. Eine Masse kann insbesondere durch Annahme bzw. Codierung als Festwert berücksichtigt werden. Sie kann aber auch bestimmt werden und somit bei der Durchführung des Verfahrens berücksichtigt werden. Dies kann beispielsweise durch Wiegen des Fahrzeugs auf einer Fahrzeugwaage erfolgen oder durch entsprechende fahrzeugeigene Systeme, die beispielsweise Teil des Fahrwerks sind, wie eine Luftfederung. Insbesondere bei Nutzfahrzeugen, deren Beladungszustand von Fahrt zu Fahrt stark unterschiedlich sein kann, ist eine Bestimmung der Fahrzeugmasse vorteilhaft. Ein Rollwiderstand ist durch die Reifen des Fahrzeugs und durch drehende bzw. geschleppte Teile des Antriebsstrangs, wie Felgen, Kupplungen und Wellen beeinflusst. Auch dieser kann durch Annahme bzw. Codierung als Festwert berücksichtigt werden. Dies betrifft insbesondere die Teile des Antriebsstranges. Radseitig ist der Rollwiderstand stark durch den Luftdruck im Reifen beeinflusst. Dieser kann durch Annahme bzw. Codierung als Festwert berücksichtigt werden. Der Luftwiderstand kann jedoch auch gemessen und so als Eingangswert zur Verfügung gestellt werden oder direkt durch ein fahrzeugeigenes System, wie eine Luftdrucküberwachung bestimmt werden. Somit ist ein Rollwiderstand bestimmbar. Der Luftwiderstand kann durch Annahme bzw. Codierung als Festwert berücksichtigt werden. Bei Fahrzeugen deren Beladung offen transportiert wird, ist der Luftwiderstand stark von der tatsächlichen Beladung bzw. deren Form abhängig, die sich im Fahrtwind befindet. Die Wirkungsgrade können durch Annahme bzw. Codierung als Festwert berücksichtigt werden.
Der Fahrwiderstand kann alternativ oder zusätzlich auch darüber bestimmt werden, dass der erforderliche Energiebedarf ermittelt wird um das Fahrzeug auf einer, vorzugsweise ebenen, Fahrstrecke mit konstanter Geschwindigkeit zu bewegen. Dies kann beispielsweise über die Leistungsaufnahme der elektrischen Antriebsmaschine erfolgen, die zur Bewegung des Fahrzeugs verwendet wird und/oder über die Energieentnahme des elektrischen Energiespeichers. Diese Bestimmung hat den Vorteil, dass im Wesentlichen keine Details einzelner, den Fahrwiderstand beeinflussender Komponenten bekannt sein müssen, sondern letztendlich der tatsächliche Fahrwiderstand, der sich insbesondere aus einer Kombination von Roll-, Luft- und Antriebsstrangwiderstand ergibt, bestimmt werden kann. Diese Methode zur Ermittlung des Fahrwiderstandes ist auch auf Fahrstrecken mit bekanntem Gefälle oder bekannter Steigung möglich. Auch ist denkbar diese Methode zur Ermittlung des Fahrwiderstandes auf einer Fahrstrecke durchzuführen, die eben ist und/oder eine Steigung und/oder ein Gefälle aufweist. Ferner kann diese Methode zur Ermittlung des Fahrwiderstandes auch kontinuierlich durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug, vorzugsweise ausschließlich, durch die elektrische Antriebsmaschine angetrieben wird. Eine Information über die Steigung bzw. das Gefälle der Fahrstrecke bzw. darüber, ob die Fahrstrecke eben verläuft, kann beispielsweise aus Navigationsdaten und/oder Daten von Fahrzeugsensoren, wie Beschleunigungssensoren und/oder Neigungssensoren, gewonnen werden.
Vorzugsweise wird die Fahrstrecke in Schritt B unter Berücksichtigung von Navigationsdaten bestimmt. Wie bereits oben erläutert, kann die Fahrstrecke durch einen Start- und einen Endpunkt definiert sein. Durch Einbeziehen von Navigationsdaten, wie Koordinaten- oder Adressangaben, kann zudem eine Fahrstrecke bestimmt werden, die energetisch günstig ist, d.h., dass eine Fahrstrecke bestimmt wird, auf der wenig Abschnitte vorhanden sind, die eine Energieentnahme aus dem Energiespeicher erfordern. Stehen zwischen einem Start- und einem Endpunkt beispielsweise zwei mögliche Fahrstrecken zur Auswahl, so wird das Fahrzeug vorzugsweise die Strecke wählen, die es erlaubt, insbesondere unter Berücksichtigung möglicher Verluste, mehr Energie in dem Energiespeicher zu speichern. Weist die erste Fahrstrecke beispielsweise einen Gefällestreckenabschnitt gefolgt von einem ebenen Streckenabschnitt auf und die zweite Fahrstrecke einen Gefällestreckenabschnitt gefolgt von einem ansteigenden Streckenabschnitt, so kann unter diesem Gesichtspunkt die erste Fahrstrecke gewählt werden, da der ebene Streckenabschnitt in der Regel weniger Energieentnahme aus dem Energiespeicher erfordert, als der ansteigende Streckenabschnitt.
Vorzugsweise wird das Verfahren abgebrochen, wobei insbesondere die Schritte A, B und C erneut durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug von der Fahrstrecke abweicht oder wenn beim Befahren der Fahrstrecke ein außerplanmäßiges Ereignis auftritt, so dass das Fahrzeug nicht mit der Rekuperationsleistung betrieben werden kann und/oder dass die Soll-Geschwindigkeit nicht eingehalten werden kann. Ein Abweichen von der Fahrstrecke erfolgt beispielsweise, wenn sich auf der Fahrstrecke ein Stau gebildet hat, der durch das Abweichen umfahren werden soll oder wenn sich das Fahrtziel während der Fahrt ändert, so dass beispielsweise ein Zwischenziel in die Route des Fahrzeugs eingefügt wird. Ein Stau kann auch einem außerplanmäßigen Ereignis entsprechen. Darunter können weiterhin Unfälle oder Streckensperrungen verstanden werden. Das Verfahren wird vorzugsweise neu durchgeführt, nachdem es abgebrochen wurde, so dass insbesondere die Schritte A, B und C erneut durchgeführt werden, wobei bei der erneuten Durchführung als Randbedingungen Informationen über außerplanmäßige Ereignisse oder die Abweichung von der Fahrstrecke berücksichtigt werden können.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren, dass, vor dem Befahren der Fahrstrecke, ausgehend von dem aktuellen Energieinhalt des Energiespeichers bestimmt wird, welche Energiemenge zum Erreichen der Fahrstrecke benötigt wird, und diese Energiemenge dann zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus dem Energiespeicher entnommen wird, um das Fahrzeug zu der Fahrstrecke zu bewegen, wobei in Schritt A die zur Erreichung der Fahrstrecke aus dem Energiespeicher entnommene bzw. bestimmte Energiemenge berücksichtigt wird. Auf diese Weise wird vor dem Befahren der Fahrstrecke Energie aus dem Energiespeicher entnommen, die anschließend durch die Rekuperation wieder zurückgewonnen werden kann. Es wird also vorteilhafterweise erreicht, dass dadurch die aufnehmbare Energiemenge des elektrischen Energiespeichers erhöht wird und dadurch die Fahrstrecke mit einer höheren Geschwindigkeit und/oder einer höheren Rekuperationsleistung befahren werden kann. Besonders bevorzugt werden beim Bewegen des Fahrzeugs zu der Fahrstrecke alle weiteren Antriebe, wie ein konventioneller bzw. verbrennungsmotorischer Antrieb, bzw. Energiebereitsteller, wie eine Brennstoffzelle, deaktiviert oder zumindest so betrieben, dass sie nicht ausschließlich für die Bewegung des Fahrzeugs sorgen, um möglichst viel Energie aus dem Energiespeicher zu entnehmen, um so die aufnehmbare Energie, die in Schritt A ermittelt wird, zu erhöhen. Idealerweise wird die Energie in diesem Fall also ausschließlich aus dem Energiespeicher entnommen.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens vorgesehen, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist:

- eine Steuervorrichtung mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung, die zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist;
- mindestens eine Schnittstelle, die zum Empfang von Daten des Fahrzeugs ausgebildet ist;
- mindestens eine Schnittstelle, die zur Abgabe von Steuerdaten an das Fahrzeug ausgebildet ist; wobei

Die Daten des Fahrzeugs umfassen insbesondere Daten, die zur Durchführung des Verfahrens oder spezieller Weiterbildungen des Verfahrens, benötigt werden, wie einer aktuellen Getriebeübersetzung, der aktuellen Rekuperationsleistung, der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, dem aktuellen Energieinhalt des Energiespeichers und/oder dem Start- und Endpunkt der Fahrstrecke.
Die Steuerdaten umfassen insbesondere Daten zur Ansteuerung des Antriebsstrangs des Fahrzeugs. Insbesondere wird die in Schritt C bestimmte Rekuperationsleistung und/oder die in Schritt C bestimmte Soll-Geschwindigkeit an das Fahrzeug weitergegeben, um die Fahrstrecke entsprechend zu befahren.
Die bei vorstehender Beschreibung des Verfahrens beschriebenen Vorrichtungsmerkmale betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, vorgesehen, das folgendes aufweist:

- mindestens einen elektrischen Energiespeicher; und
- eine elektrische Antriebsmaschine; wobei

Das Fahrzeug ist insbesondere dazu ausgebildet, mit der Antriebsmaschine generatorisch erzeugte Energie in dem mindestens einen elektrischen Energiespeicher zu speichern.
Vorzugsweise ist das Fahrzeug als LKW, Zugmaschine, Anhänger oder Verbund aus Zugmaschine und Anhänger ausgebildet.
Das Fahrzeug ist ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Dieses kann für den elektrischen Antrieb eine Brennstoffzelle aufweisen, die mit der Antriebsmaschine zusammenwirkt. Das Fahrzeug kann alternativ oder zusätzlich auch hybridisch angetrieben sein.
Die bei vorstehender Beschreibung des Verfahrens oder der Vorrichtung beschriebenen Fahrzeugmerkmale betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
Erfindungsgemäß ist ferner ein Computerprogrammprodukt mit Codemitteln vorgesehen, die, wenn sie auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung, insbesondere auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung der oben beschriebenen Vorrichtung, ausgeführt werden, diese zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens veranlassen.
Erfindungsgemäß ist schließlich ein Datenträger mit einem vorstehend beschriebenen Computerprogrammprodukt vorgesehen.
Mit Computerprogrammprodukt bzw. Datenträger wird vorteilhafterweise die Möglichkeit geschaffen, bestehende Datenverarbeitungsvorrichtungen zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens auszubilden. Somit kann auch ein Fahrzeug das eine Datenverarbeitungsvorrichtung aufweist, zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet werden.
Die vorstehend und nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung sind nicht begrenzend auf den Gegenstand der Erfindung anzusehen. Vielmehr können weitere erfindungsgemäße Gegenstände durch Ergänzen, Weglassen oder Vertauschen einzelner Merkmale erhalten werden.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Im Einzelnen zeigen

1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers zur Erläuterung eines ersten Aspekts der Erfindung,
2 eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers zur Erläuterung eines zweiten Aspekts der Erfindung,
3 eine schematische Darstellung einer Fahrstrecke zur Erläuterung eines dritten Aspekts der Erfindung, und
4 eine schematische Darstellung einer Fahrstrecke zur Erläuterung eines vierten Aspekts der Erfindung.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers zur Erläuterung eines ersten Aspekts der Erfindung.
Es ist ein elektrischer Energiespeicher 2 eines Fahrzeugs gezeigt, dem eine Rekuperationsleistung 5, die generatorisch durch eine elektrische Antriebsmaschine (nicht gezeigt) erzeugt wurde, zugeführt werden kann, wobei eine Energieentnahme 13 aus dem Energiespeicher 2 erfolgen kann. Diese entnommene Energie kann dazu verwendet werden, das Fahrzeug anzutreiben und/oder um Nebenverbraucher, wie eine Klimaanlage, ein Kühlaggregat oder dergleichen, zu betreiben.
Die Darstellung des elektrischen Energiespeichers 2 dient als schematische Skala nach oben, um das erfindungsgemäße Verfahren zu erläutern.
Zum dargestellten Zeitpunkt weist der Energiespeicher 2 den Energieinhalt 6 auf. Dieser ist geringer als ein maximaler Energieinhalt 7 bis zu dem der Energiespeicher 2 Energie aufnehmen kann. Aus der Differenz des Energieinhalts 6 und des maximalen Energieinhalts 7 kann die aufnehmbare Energiemenge 3 des Energiespeichers 2 bestimmt werden. Dies erfolgt im Wesentlichen in Schritt A des oben beschriebenen Verfahrens.
Die in Schritt B bestimmte Fahrstrecke und die in Schritt C bestimmte Rekuperationsleistung bzw. Soll-Geschwindigkeit sind so aufeinander abgestimmt, dass am Ende der Fahrstrecke, also wenn das Fahrzeug die bestimmte Fahrstrecke durchfahren hat, der Energieinhalt 6 um die aufnehmbare Energiemenge 3 erhöht wurde, so dass der Energieinhalt 6 nun dem maximalen Energieinhalt 7 gleich ist.
Dabei kann vorgesehen sein, dass während des Befahrens der Fahrstrecke eine Energieentnahme 13 aus dem Energiespeicher 2 erfolgt. Diese kann insbesondere zum Befahren eines Teils der Fahrstrecke verwendet werden.
Im Wesentlichen erfolgt jedoch eine Sollwertvorgabe (durch die Rekuperationsleistung und/oder durch die Soll-Geschwindigkeit) an das Fahrzeug derart, dass der Energieinhalt 6 des Energiespeichers 2 nicht bereits während des Befahrens der Fahrstrecke gleich dem maximalen Energieinhalt 7 wird. In diesem Fall könnte nicht weiter rekuperiert werden, was eine Dauerbremsfunktion mittels Rekuperationsbetrieb nicht weiter erlauben würde. Dann müsste auf ein anderes Bremssystem zur Realisierung der Dauerbremsfunktion gewechselt werden, was bei verschleißbehafteten Bremssystemen vermieden werden soll.
Die Sollwertvorgabe erfolgt zudem so, dass am Ende der Fahrstrecke der Energieinhalt 6 des Energiespeichers 2 dem maximalen Energieinhalt 7 entspricht, bzw. so dass der Energieinhalt 6 um die aufnehmbare Energiemenge 3 zugenommen hat. Wäre dies nicht der Fall und würde der Energieinhalt 6 hinter dem maximalen Energieinhalt 7 zurückbleiben, so hätte das Fahrzeug im Anschluss einen energetischen Nachteil, da der Energiespeicher 2 nicht vollständig geladen wurde.
Bei der Durchführung des Verfahrens kann der Energieinhalt 6 auch unter den Energieinhalt fallen der zu Beginn der Durchführung des Verfahrens im Energiespeicher 2 vorlag, solange er am Ende um die aufnehmbare Energiemenge 3, bezogen auf den anfänglichen Energieinhalt 6, erhöht wurde.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Energiespeichers zur Erläuterung eines zweiten Aspekts der Erfindung.
Die Darstellung entspricht im Wesentlichen der von 1. Daher wird hier lediglich auf die Unterschiede eingegangen.
Hier ist ein vorbestimmter Energieinhalt 8 dargestellt, der geringer als der maximale Energieinhalt 7 des Energiespeichers 2 ist. Dieser vorbestimmte Energieinhalt 8 bestimmt dann die aufnehmbare Energiemenge 3. Er tritt also im Vergleich zu 1 an die Stelle des maximalen Energieinhalts 7 bei der Bestimmung der aufnehmbaren Energiemenge 3.
Dadurch wird bei der Durchführung des Verfahrens der Energiespeicher 2 nicht bis auf seinen maximalen Energieinhalt 7 ausgereizt. Dadurch wird in dem Energiespeicher 2 eine Pufferkapazität 9 geschaffen, die freigehalten wird und dazu genutzt werden kann weitere Rekuperationsleistung in dem Energiespeicher 2 aufzunehmen, um beispielsweise Fehler und Ungenauigkeiten bei der Durchführung des Verfahrens, insbesondere der Schritte A und C, auszugleichen. So wird die Wahrscheinlichkeit reduziert, dass der Energieinhalt 6 des Energiespeichers 2 noch vor dem Ende der Fahrstrecke den maximalen Energieinhalt 7 erreicht.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Fahrstrecke zur Erläuterung eines dritten Aspekts der Erfindung.
Es ist ein Fahrzeug 1 gezeigt, das eine Fahrstrecke 4 befährt. Das Fahrzeug 1 ist entsprechend der Erfindung ausgebildet. Die Fahrstrecke 4 ist durch einen Startpunkt 10 und einen Endpunkt 11 charakterisiert. Dabei liegt der Startpunkt 10 geographisch höher als der Endpunkt 11. Die Fahrstrecke 4 weist ferner durchgehend ein Gefälle auf.
Die Fahrstrecke 4 wird in Schritt B des Verfahrens bestimmt. Dies kann insbesondere durch Festlegen des Startpunkts 10 und des Endpunkts 11 erfolgen. Dabei kann das Festlegen durch einen Fahrer oder automatisiert erfolgen. Wenn beispielsweise bekannt ist, dass das Fahrzeug 1 eine längere Gefällestrecke befahren will, so kann dies automatisiert berücksichtigt werden oder auch durch eine Fahrereingabe insbesondere in Schritt B berücksichtigt werden.
Gemäß Schritt C wird die Rekuperationsleistung 5 (vgl. 1 und 2) so bestimmt, dass sich bei Erreichen des Endpunktes 11 der Energieinhalt 6 des Energiespeichers 2 so erhöht hat, dass nun bilanziert eine aufnehmbare Energiemenge 3 in den Energiespeicher 2 aufgenommen wurde.
Auf diese Weise kann das Fahrzeug 1 die Fahrstrecke 4 mit einer Dauerbremsfunktion zurücklegen, die rein durch die generatorische Rekuperationsleistung der Antriebsmaschine dargestellt wird, wodurch keine weiteren und insbesondere keine verschleißbehafteten Bremsvorrichtungen des Fahrzeugs 1 benötigt werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Fahrstrecke zur Erläuterung eines vierten Aspekts der Erfindung.
Im Unterschied zu 3 ist hier auf der Fahrstrecke 4 ein Streckenabschnitt 12 vorgesehen, der eine Steigung aufweist.
Reicht die kinetische Energie des Fahrzeugs 1 nicht aus, um diesen Streckenabschnitt 12 zu durchfahren und beispielsweise gleichzeitig eine Mindestgeschwindigkeit nicht zu unterschreiten, so muss hier das Fahrzeug angetrieben werden, indem eine Energieentnahme 13 (vgl. 1 und 2) aus dem Energiespeicher 2 zum Antrieb des Fahrzeugs 1 erfolgt.
Diese Energieentnahme 13 kann bei der Durchführung des Verfahrens, insbesondere bei der Durchführung der Schritte A, B und C, berücksichtigt werden, so dass beispielsweise vor der Einfahrt des Fahrzeugs 1 in den Streckenabschnitt 12 ein voller Energiespeicher 2 vorliegt, wodurch keine weitere Rekuperation mehr möglich ist und somit keine weitere Dauerbremsfunktion realisiert werden kann. Da im Streckenabschnitt 12 Energie aus dem Energiespeicher 2 entnommen wird, wird jedoch wieder Kapazität im Energiespeicher 2 geschaffen, wodurch nach der Durchfahrt des Streckenabschnitts 12 wieder rekuperiert werden kann, also wieder mit Dauerbremsfunktion gefahren werden kann.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der Energieinhalt 6 bei Erreichen des Streckenabschnitts 12 nicht dem maximalen Energieinhalt 7 entspricht, sondern dass sich dieser im Bereich der Pufferkapazität 9 (vgl. 2) befindet.
Es kann auch vorgesehen sein, dass zunächst eine Energieentnahme 13 aus dem Energiespeiche 2 erfolgt, wodurch der Energieinhalt 6 zunächst sinkt und anschließend durch Rekuperation wieder gesteigert wird.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Energiespeicher
3: aufnehmbare Energiemenge
4: Fahrstrecke
5: Rekuperationsleistung
6: Energieinhalt
7: maximaler Energieinhalt
8: vorbestimmter Energieinhalt
9: Pufferkapazität
10: Startpunkt
11: Endpunkt
12: Streckenabschnitt
13: Energieentnahme

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (1), insbesondere eines Nutzfahrzeugs, mit einem elektrischen Energiespeicher (2) und einer elektrischen Antriebsmaschine, mit folgenden Schritten: - Schritt (A): Ermitteln einer aufnehmbaren Energiemenge (3) des elektrischen Energiespeichers (2); - Schritt (B): Bestimmen einer Fahrstrecke (4), die das Fahrzeug (1) zumindest teilweise im Schubbetrieb fahren kann; - Schritt (C): Bestimmen einer Rekuperationsleistung (5) mit der das Fahrzeug (1) über die Fahrstrecke (4) hinweg betrieben werden kann und/oder Bestimmen einer Soll-Geschwindigkeit mit der das Fahrzeug (1) die Fahrstrecke (4) befahren soll, wobei Schritt (C) derart durchgeführt wird, dass am Ende der Fahrstrecke (4) der Energieinhalt (6) des Energiespeichers (2) um die in Schritt (A) bestimmte aufnehmbare Energiemenge (3) erhöht wurde.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die aufnehmbare Energiemenge (3) die Energiemenge bis zum Erreichen des maximalen Energieinhalts (7) des Energiespeichers (2) beschreibt, oder wobei die aufnehmbare Energiemenge (3) die Energiemenge bis zum Erreichen eines vorbestimmten Energieinhalts (8) des Energiespeichers (2) beschreibt, der geringer als der maximale Energieinhalt (7) des Energiespeichers (2) ist, wobei insbesondere eine Pufferkapazität (9) in dem Energiespeicher (2) freigehalten wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Fahrstrecke (4) durch einen Startpunkt (10) und einen Endpunkt (11) charakterisiert ist, wobei der Startpunkt (10) vorzugsweise geographisch höher als der Endpunkt (11) liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug (1) mindestens ein Getriebe aufweist und Schritt (C) das Bestimmen einer Soll-Übersetzung des mindestens einen Getriebes umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Fahrstrecke (4) mindestens einen Streckenabschnitt (12) enthält, der eine Energieentnahme (13) aus dem elektrischen Energiespeicher erfordert, und/oder wobei eine Energiemenge, die beim Befahren der Fahrstrecke (4) benötigt wird, bei der Durchführung von Schritt (A) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug (1) mindestens einen weiteren elektrischen Energiespeicher umfasst, wobei bei der Durchführung von Schritt (A) dieser weitere Energiespeicher mit einbezogen wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei der Durchführung von Schritt (C) eine Masse, ein Fahrwiderstand, insbesondere ein Roll- und/oder Luftwiderstand, und/oder ein Wirkungsgrad, insbesondere des Antriebsstrangs und/oder des elektrischen Energiespeichers, des Fahrzeugs (1) berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Fahrstrecke (4) in Schritt (B) unter Berücksichtigung von Navigationsdaten bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren abgebrochen wird und insbesondere die Schritte (A), (B) und (C) erneut durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug (1) von der Fahrstrecke (4) abweicht oder wenn beim Befahren der Fahrstrecke (4) ein außerplanmäßiges Ereignis auftritt, so dass das Fahrzeug (1) nicht mit der Rekuperationsleistung (5) betrieben werden kann und/oder dass die Soll-Geschwindigkeit nicht eingehalten werden kann.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren umfasst, dass, vor dem Befahren der Fahrstrecke (4), ausgehend von dem aktuellen Energieinhalt (6) des Energiespeichers (2) bestimmt wird, welche Energiemenge zum Erreichen der Fahrstrecke (4) benötigt wird, und diese Energiemenge dann zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus dem Energiespeicher (2) entnommen wird, um das Fahrzeug (2) zu der Fahrstrecke (4) zu bewegen, wobei in Schritt (A) die zur Erreichung der Fahrstrecke (4) aus dem Energiespeicher (2) entnommene bzw. bestimmte Energiemenge berücksichtigt wird, und/oder wobei mindestens ein Energiebereitsteller, wie eine Brennstoffzelle, deaktiviert wird, während das Fahrzeug (1) zu der Fahrstrecke (4) bewegt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend: - eine Steuervorrichtung mit einer Datenverarbeitungsvorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist; - mindestens eine Schnittstelle, die zum Empfang von Daten des Fahrzeugs (1) ausgebildet ist; - mindestens eine Schnittstelle, die zur Abgabe von Steuerdaten an das Fahrzeug (1) ausgebildet ist; wobei die Vorrichtung vorzugsweise dazu ausgebildet ist, in oder an dem Fahrzeug (1) befestigt zu werden.
Fahrzeug (1), insbesondere Nutzfahrzeug, aufweisend: - mindestens einen elektrischen Energiespeicher (2); und - eine elektrische Antriebsmaschine; wobei das Fahrzeug (1) eine Vorrichtung nach Anspruch 11 aufweist oder zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
Computerprogrammprodukt mit Codemitteln, die, wenn sie auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden, diese zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 veranlassen.
Datenträger mit einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 13.