DE102022106043A1 - Battery state-of-charge-dependent power requirement in a method for operating a hybrid vehicle powertrain, computer-readable storage medium and hybrid vehicle powertrain - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugantriebsstrangs (1), aufweisend zumindest eine Verbrennungskraftmaschine (2), eine bedarfsweise motorisch und generatorisch betreibbare (erste) elektrische Maschine (3) und eine elektrische Antriebsmaschine / zweite elektrische Maschine (6), eine (Hochvolt-)Batterie (9) und ein Steuergerät (10) mit einer Leistungselektronik, wobei in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Batterieladungszustands (SOC) der (Hochvolt-)Batterie (9) die Energiequelle und der von der gewählten Energiequelle gestellte Energieanteil für den Antrieb ausgewählt wird. Die Erfindung betrifft auch ein computerlesbares Speichermedium und einen Hybridfahrzeugantriebsstrang (1), bei dem das Verfahren gemäß der Erfindung umgesetzt ist.The invention relates to a method for operating a hybrid vehicle drive train (1), comprising at least one internal combustion engine (2), a (first) electrical machine (3) that can be operated as a motor and as a generator if necessary, and an electrical drive machine/second electrical machine (6), a (high-voltage -) Battery (9) and a control device (10) with power electronics, the energy source and the energy share provided by the selected energy source being selected for the drive depending on the current battery state of charge (SOC) of the (high-voltage) battery (9). . The invention also relates to a computer-readable storage medium and a hybrid vehicle drive train (1) in which the method according to the invention is implemented.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugantriebsstrangs, aufweisend zumindest eine Verbrennungskraftmaschine, eine bedarfsweise motorisch und generatorisch betreibbare (erste) elektrische Maschine, eine optionale Kupplung und eine elektrische Antriebsmaschine / zweite elektrische Maschine, eine (Hochvolt-)Batterie und ein Steuergerät mit einer Leistungselektronik.The invention relates to a method for operating a hybrid vehicle drive train, comprising at least one internal combustion engine, a (first) electric machine that can be operated as a motor and as a generator if necessary, an optional clutch and an electric drive machine/second electric machine, a (high-voltage) battery and a control unit with a Power electronics.
Bei hybridisch angetriebenen Fahrzeugen stellt sich die Frage nach der effizienten Verteilung der Antriebsleistung während des Betriebs: Welchen Anteil der vom Fahrer geforderten Leistung soll zum Beispiel die Verbrennungskraftmaschine und welchen Anteil die elektrische Antriebsmaschine liefern? An dem Beispiel eines Multimode-Hybridantriebs sollte darüber hinaus eine Verbesserung erarbeitet werden.In the case of hybrid-powered vehicles, the question arises as to the efficient distribution of the drive power during operation: For example, what proportion of the power required by the driver should be provided by the internal combustion engine and what proportion by the electric drive unit? An improvement should also be developed using the example of a multimode hybrid drive.
Ein Multimode-Hybridantrieb zeichnet sich dadurch aus, dass neben dem rein elektrischen Modus (EV-Betrieb) noch der serielle Modus (serieller Modus) und der parallele Modus (paralleler Modus) verfügbar sind. Im rein elektrischen Modus ist eine Kupplung geöffnet und das Fahrzeug wird durch die elektrische Antriebsmaschine angetrieben und die Energie wird ausschließlich von der (Hochvolt-)Batterie bereitgestellt. Im seriellen Modus wird das Fahrzeug auch durch die elektrische Antriebsmaschine / zweite elektrische Maschine angetrieben, die benötigte Energie wird an sich sowohl von der (Hochvolt-)Batterie als auch von der (ersten) elektrischen Maschine / dem Generator bereitgestellt, wobei diese (erste) elektrische Maschine / der Generator durch die Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Es sei betont, dass also die erste elektrische Maschine dann als Generator betrieben wird.A multimode hybrid drive is characterized by the fact that, in addition to the purely electric mode (EV operation), the serial mode (serial mode) and the parallel mode (parallel mode) are also available. In purely electric mode, a clutch is opened and the vehicle is powered by the electric drive motor and the energy is provided exclusively by the (high-voltage) battery. In serial mode, the vehicle is also powered by the electric drive machine/second electric machine; the energy required is provided by both the (high-voltage) battery and the (first) electric machine/generator, whereby this (first) electric machine/generator is driven by the internal combustion engine. It should be emphasized that the first electrical machine is then operated as a generator.
Im parallelen Modus wird die Kupplung geschlossen und die Antriebsenergie wird sowohl von der (Hochvolt-)Batterie, als auch direkt von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt. Die erste elektrische Maschine liefert dabei keine Leistung und wird häufig aus Effizienzgründen im Freilaufmodus betrieben.In parallel mode, the clutch is closed and the drive energy is provided both by the (high-voltage) battery and directly by the internal combustion engine. The first electric machine does not deliver any power and is often operated in freewheeling mode for efficiency reasons.
Bisher ist es üblich, die Leistungsanforderung eher digital zu planen, also die elektrische Antriebsmaschine so lange exklusiv zu verwenden und die Energie damit ausschließlich von der (Hochvolt-)Batterie zu bedienen, bis der Batterieladezustand (SOC; State of Charge) so weit gesunken ist, dass der weitere Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine / zweiten elektrischen Maschine nicht mehr möglich ist bzw. effizient ist und die Verbrennungskraftmaschine den weiteren Betrieb übernehmen muss. Eine Alternative dazu besteht darin, immer einen konstanten Anteil der geforderten Leistung durch die elektrische Antriebsmaschine abzudecken und den Rest durch die Verbrennungskraftmaschine. Dies ist aber recht inflexibel und ineffizient.Up to now, it has been common practice to plan the power requirement digitally, i.e. to use the electric drive machine exclusively and thus to supply the energy exclusively from the (high-voltage) battery until the battery state of charge (SOC) has fallen so low that further operation of the electric drive machine/second electric machine is no longer possible or efficient and the internal combustion engine must take over further operation. An alternative to this is to always cover a constant proportion of the required power by the electric drive machine and the rest by the internal combustion engine. However, this is quite inflexible and inefficient.
Die Aufgabe der Erfindung liegt nun darin, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen oder wenigstens zu mildern.The object of the invention is to eliminate or at least mitigate the disadvantages of the prior art.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Batteriezustands (SOC) der (Hochvolt-)Batterie einerseits die Energiequelle und andererseits der von der gewählten Energiequelle gestellte Energieanteil für den Antrieb, ergo die elektrische Antriebsmaschine und/oder die Verbrennungskraftmaschine, ausgewählt wird.This is solved according to the invention by selecting, on the one hand, the energy source and, on the other hand, the energy share provided by the selected energy source for the drive, i.e. the electric drive machine and/or the internal combustion engine, depending on the current battery state (SOC) of the (high-voltage) battery .
Es wird nun eine Strategie zur Leistungsverteilung in einem hybridischen Triebstrang vorgestellt, die bei hohem Batterieladestand das rein elektrische Fahren präferiert, wogegen bei niedrigem Batterieladestand vermehrt der Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bevorzugt ist.A strategy for power distribution in a hybrid drive train is now presented, which prefers purely electric driving when the battery charge level is high, whereas operation of the internal combustion engine is increasingly preferred when the battery charge level is low.
Mit anderen Worten besteht die Erfindung darin, eine kontinuierliche batterieladungsabhängige (SOC-abhängige) Kennlinie zu definieren, die als Ergebnis einen Prozentbetrag KBatterieanteil liefert. Dieser Prozentsatz wird mit der maximalen Batterieleistung PBattMax, die zur Verfügung stehen sollte, multipliziert. Der Vorteil einer solchen Kennlinie besteht dabei aus zwei Punkten:
- 1. das Verhältnis der rein elektrischen Fahranteile zu verbrennerunterstützten Fahranteilen ändert sich abhängig vom SOC und somit langsam und kontinuierlich. Für den Fahrer gibt es keinen harten Übergang zwischen dem elektromotorischen und dem verbrennungsmotorischen Fahren, wie dies momentan jedoch bei so genannten Range Extendern der Fall wäre.
- 2. Durch die SOC-abhängige Belastung der Batterie stabilisiert sich der SOC am Ende eines Zyklus (zum Beispiels WLTP; World Wide Harmonized Light-Duty Vehicles Test Procedure) unabhängig von dem Startwert des SOC's am Anfang des Zyklus.
- 1. The ratio of purely electric driving components to combustion-assisted driving components changes depending on the SOC and therefore slowly and continuously. For the driver, there is no hard transition between electric motor and combustion engine driving, as would currently be the case with so-called range extenders.
- 2. Due to the SOC-dependent load on the battery, the SOC stabilizes at the end of a cycle (for example WLTP; World Wide Harmonized Light-Duty Vehicles Test Procedure) regardless of the starting value of the SOC at the beginning of the cycle.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.Advantageous embodiments are claimed in the subclaims and are explained in more detail below.
So ist es von Vorteil, wenn zwischen einem Mindest-Batterieladungszustandsgrenzwert und einem Maximal-Batterieladungszustandsgrenzwert als Energiequelle sowohl die Verbrennungskraftmaschine, als auch die (Hochvolt-)Batterie gewählt wird. Auf diese Weise kann, wenn die Verbrennungskraftmaschine zugeschalten wird, deren Energie entweder zum direkten Vortrieb, nämlich durch Abzweigung als mechanische Energie, genutzt werden, und/oder als Energielieferant durch Betrieb der ersten elektrischen Maschine und entweder Speicherung in der (Hochvolt-)Batterie oder zur Speisung der elektrischen Antriebsmaschine / zweiten elektrischen Maschine. Eine Vielzahl von energieeffizienten Betriebsweisen lassen sich dann realisieren.It is therefore advantageous if both the internal combustion engine and the (high-voltage) battery are selected as the energy source between a minimum battery state of charge limit and a maximum battery state of charge limit. In this way, if the combustion power machine is switched on, the energy of which is used either for direct propulsion, namely by branching off as mechanical energy, and / or as an energy supplier by operating the first electrical machine and either storing it in the (high-voltage) battery or for feeding the electric drive machine / second electric machine. A variety of energy-efficient operating modes can then be implemented.
Um besonders gut auf die Kundenanforderungen reagieren zu können, hat es sich als positiv herausgestellt, wenn als Mindest-Batterieladungszustandsgrenzwert 20 % +/-2,5 % oder +/-5 % des maximal überhaupt möglichen Batterieladungszustands gewählt wird und/oder als Maximal-Batterieladungszustandsgrenzwert 95 % +/-2,5 % oder +/-5 %, vorzugsweise exakt 100 % des maximal überhaupt möglichen Batterieladungszustands gewählt wird. Durch eine solch bedarfsgerechte Definition der Mindest-Batterieladungszustandsgrenzwerte und/oder der Maximal-Batterieladungszustandsgrenzwerte lässt sich auf das zu erwartende Fahrverhalten gezielt Einfluss nehmen.In order to be able to react particularly well to customer requirements, it has proven to be positive if the minimum battery charge state limit value is 20% +/-2.5% or +/-5% of the maximum possible battery charge state and/or as the maximum Battery charge state limit value 95% +/-2.5% or +/-5%, preferably exactly 100% of the maximum possible battery charge state is selected. Through such a needs-based definition of the minimum battery state of charge limit values and/or the maximum battery state of charge limit values, the expected driving behavior can be specifically influenced.
Eine weitere Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Mindest-Batterieladungszustandsgrenzwert und dem Maximal-Batterieladungszustandsgrenzwert ein festes / gleichbleibendes Verhältnis zwischen den beiden Energiequellen gewählt wird oder ein in Abhängigkeit des genauen Batterieladungszustandswerts gemäß einer linearen und/oder gestaffelten und/oder progressiven und/oder degressiven und/oder exponentiellen Funktion das Verhältnis zwischen den beiden Energiequellen gewählt wird.A further embodiment is also characterized in that a fixed/constant ratio between the two energy sources is selected between the minimum battery state of charge limit and the maximum battery state of charge limit or, depending on the exact battery state of charge value, according to a linear and/or staggered and/or progressive and/or or degressive and/or exponential function the ratio between the two energy sources is selected.
Um für Überlandfahrten und innerstädtischem Verkehr gut gewappnet zu sein, ist es von Vorteil, wenn ein Betrieb im parallelen oder seriellen Modus gewählt wird. Grundsätzlich ist es auch denkbar die erste elektrische Maschine im parallelen Betrieb im Freilaufmodus zu betreiben.In order to be well prepared for cross-country journeys and inner-city traffic, it is advantageous if operation in parallel or serial mode is selected. In principle, it is also conceivable to operate the first electrical machine in parallel operation in freewheeling mode.
Dabei ist es von Vorteil, wenn im seriellen Modus die erste elektrische Maschine im Generatormodus betrieben wird.It is advantageous if the first electrical machine is operated in generator mode in serial mode.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn im parallelen Modus die erste elektrische Maschine im Motormodus betrieben wird.Furthermore, it is expedient if the first electric machine is operated in motor mode in parallel mode.
Von Vorteil ist es auch, wenn im parallelen Modus eine/die Kupplung geschlossen wird.It is also advantageous if one of the clutches is closed in parallel mode.
Die Erfindung betrifft auch ein computerlesbares Speichermedium, das eingerichtet und vorbereitet ist, zum Ausführen von Steuer- und/oder Regelungsschritten zum Erzwingen des besagten Verfahrens.The invention also relates to a computer-readable storage medium arranged and prepared for carrying out control and/or regulation steps for enforcing said method.
Auch betrifft die Erfindung einen Hybridfahrzeugantriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer ihr zugeordneten ersten Elektromaschine / ersten elektrischen Maschine, die für einen motorischen und generatorischen Betrieb vorbereitet ist und einer, beispielsweise über eine Kupplung, anbindbaren elektrischen Antriebsmaschine / zweite Elektromaschine / zweite elektrische Maschine, ferner aufweisend ein Steuergerät mit einer Leistungselektronik und einem computerlesbaren Speichermedium sowie einer (Hochvolt-)Batterie, wobei das computerlesbare Speichermedium eingerichtet und vorbereitet zum Ausführen von Steuer- und/oder Regelungsschritten zum Erzwingen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.The invention also relates to a hybrid vehicle drive train with an internal combustion engine and a first electric machine / first electric machine assigned to it, which is prepared for motor and generator operation and an electric drive machine / second electric machine / second electric machine that can be connected, for example via a clutch, further comprising a control device with power electronics and a computer-readable storage medium and a (high-voltage) battery, the computer-readable storage medium being set up and prepared for executing control and / or regulation steps to enforce the method according to the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen schematischen Aufbau eines Hybridfahrzeugantriebsstrangs gemäß der Erfindung, -
2 ein Steuer- / Regelungsdiagramm gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, -
3 ein weiteres Steuer- / Regelungsdiagramm zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens einer zweiten Ausführungsform, -
4 ein weiteres Diagramm zum Erklären des Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens, und -
5 ein weiteres Diagramm zum Belegen einer weiteren Steuer- / Regelstrategie gemäß einer weiteren Ausführungsform.
-
1 a schematic structure of a hybrid vehicle drive train according to the invention, -
2 a control/regulation diagram according to a first embodiment of the method according to the invention, -
3 a further control/regulation diagram for carrying out the method according to the invention of a second embodiment, -
4 another diagram to explain the sequence of the method according to the invention, and -
5 a further diagram to demonstrate a further control/regulation strategy according to a further embodiment.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.The figures are only of a schematic nature and only serve to understand the invention. The same elements are given the same reference numbers.
In der
In
Die durchgezogene gestufte Linie 13 gibt die Regelungskurve / Steuerungskurve an.The solid stepped
Im Bereich von 70 % bis 100 % SOC wird ausschließlich die (Hochvolt-)Batterie 9 für den Vortrieb des Fahrzeugs genutzt. Unterhalb von 20 % SOC wird ausschließlich die Verbrennungskraftmaschine zum Vortrieb genutzt. Zwischen 20 % und 70 % SOC wird eine gleichbleibende Verteilung der Verbrennungskraftmaschinen-Antriebskraft und der Batterie-Antriebskraft gewählt. Ein Bereich 14 zeigt den Verbrennungskraftmaschinen-Antriebsbereich und der Bereich 15 den Batterie-Antriebsbereich auf.In the range from 70% to 100% SOC, only the (high-voltage)
Mit dem Bezugszeichen 16 ist der SOC-Minimalwert referenziert, wobei mit dem Bezugszeichen 17 der SOC-Maximalwert referenziert ist. Anders als in
Der SOC-Minimalwert entspricht somit einem Mindest-Batterieladungszustandsgrenzwert und der SOC-Maximalwert 17 einem Maximal-Batterieladezustandsgrenzwert.The SOC minimum value thus corresponds to a minimum battery state of charge limit and the SOC
In den Diagrammen der
In der
Mit dem Bezugszeichen 21 ist PBattMaxVLow gekennzeichnet. Mit dem Bezugszeichen 22 ist die Linie PBattMaxVHigh gekennzeichnet. Auf dieser Linie liegt auch die mit dem Bezugszeichen 23 gekennzeichnete PPARMax. Mit dem Bezugszeichen 24 ist die Linie PSoll gekennzeichnet. Ferner gibt es noch die Linie PICEPAR, die mit dem Bezugszeichen 25 referenziert ist. Die Bezugszeichen 11 und 18 bis 25 sind entsprechend auch in
In
Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit die Grenze von VVehParMin überschreitet, dann kann auch der parallele Modus aktiviert werden und somit wählen sich Leistungskennlinien wie in der
Sollte die vom Fahrer geforderte Leistung sich zwischen den Kennlinien 23 und 22 befinden, zum Beispiel durch Erhöhung der geforderten Antriebsleistung, dann wird der parallele Modus aktiviert. Dabei wird die Verbrennungskraftmaschine 2 gestartet und nachdem die Drehgeschwindigkeit von den beiden elektrischen Maschinen 3 und 6 synchronisiert wurde, wird die Kupplung 5 geschlossen. Das Moment der Verbrennungskraftmaschine 2 sollte sich dabei immer im effizientesten Punkt befinden, den Ausgleich zwischen der Wunschantriebsleistung des Fahrers PSoll 24 und der aus Effizienzgründen eingestellten Leistung der Verbrennungskraftmaschine PICEPAR schafft die Batterieleistung. Für PSoll größer PICEPAR 25 liefert die Batterie 9 die zusätzlich benötigte Leistung, für PSoll 24 kleiner PICEPAR 25 wird die überschüssige Leistung der Verbrennungskraftmaschine 2 in der Batterie 9 gespeichert. Die erste elektrische Maschine 3 liefert in diesem Modus keine Leistung und wird aus Effizienzgründen im Freilaufmodus betrieben.If the power required by the driver is between the
Da die Antriebsleistung im parallelen Modus wegen dem Wegfall der Verluste der ersten elektrischen Maschine 3 immer effizienter generiert werden kann als im seriellen Modus, soll der parallele Modus immer dem seriellen vorgezogen werden, es sei denn, die zu hohe Leistungsanforderung oder der zu geringe Ladezustand der Batterie 9 lassen es nicht zu. Fordert nämlich der Fahrer so viel Leistung, dass nicht durch die Batterieleistung die Leistung der Verbrennungskraftmaschine im parallelen Modus abgedeckt werden kann, muss der serielle Modus aktiviert werden, bei dem die Leistung der Verbrennungskraftmaschine aufgrund der freien Drehgeschwindigkeitsbestimmung größer ist, als im parallelen Modus.Since the drive power in parallel mode can always be generated more efficiently than in serial mode due to the elimination of losses in the first
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- HybridfahrzeugantriebsstrangHybrid vehicle powertrain
- 22
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 33
- erste elektrische Maschinefirst electric machine
- 44
- Getriebetransmission
- 55
- Kupplungcoupling
- 66
- elektrische Antriebsmaschineelectric drive machine
- 77
- Getriebetransmission
- 88th
- Radwheel
- 99
- (Hochvolt-)Batterie(High-voltage) battery
- 1010
- SteuergerätControl unit
- 1111
- SOC-%-WertSOC% value
- 1212
- KBatterieanteil K battery share
- 1313
- Regelungs- / SteuerungskurveRegulation/control curve
- 1414
- Verbrennungskraftmaschinen-AntriebsbereichInternal combustion engine drive area
- 1515
- Batterie-AntriebsbereichBattery drive area
- 1616
- SOC-MinimalwertSOC minimum value
- 1717
- SOC-MaximalwertSOC maximum value
- 1818
- Leistung / PowerPerformance / Power
- 1919
- PMax P Max
- 2020
- PICESER P ICESER
- 2121
- PBattMaxVLow P BattMaxVLow
- 2222
- PBattMaxVHigh P BattMaxVHigh
- 2323
- PPARMax P PAR Max
- 2424
- PSoll P should
- 2525
- PICEPAR P ICEPAR
Claims (10)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102022106043.8A DE102022106043A1 (en) | 2022-03-16 | 2022-03-16 | Battery state-of-charge-dependent power requirement in a method for operating a hybrid vehicle powertrain, computer-readable storage medium and hybrid vehicle powertrain |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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-
2022
- 2022-03-16 DE DE102022106043.8A patent/DE102022106043A1/en not_active Ceased
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