EP1940641A1 - Kraftfahrzeug mit einer elektrischen energiequelle sowie ein verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Kraftfahrzeug mit einer elektrischen energiequelle sowie ein verfahren zu dessen betrieb

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EP1940641A1
EP1940641A1 EP06818029A EP06818029A EP1940641A1 EP 1940641 A1 EP1940641 A1 EP 1940641A1 EP 06818029 A EP06818029 A EP 06818029A EP 06818029 A EP06818029 A EP 06818029A EP 1940641 A1 EP1940641 A1 EP 1940641A1
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Abstract

Kraftfahrzeug, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einer elektrischen Energiequelle und einem dieser zugeordneten Steuergerät, dass den Wirkungsgrad verbessern sowie die Lebensdauer der elektrischen Energiequelle in einem derartigen Fahrzeug erhöhen soll. Dazu ist erfindungsgemäß ein Steuergerät vorgesehen, das zur Sendung von aus für den bisherigen Betriebsablauf charakteristischen Kenndaten generierten Steuersignalen an die elektrische Energiequelle ausgelegt ist.

Description

Beschreibung
Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Energiequelle sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einer elektrischen Energiequelle und einem dieser zugeordneten Steuergerät.
Ein Hybridfahrzeug ist ein Fahrzeug, das die Kombination verschiedener Antriebsprinzipien oder verschiedener Energiequellen für eine Antriebsaufgäbe innerhalb einer Anwendung aufweist. Man unterscheidet zwischen verschiedenen Hybridisie- rungssystemen, beispielsweise Micro-Hybrid. Dabei ist ein Stopp-/Startbetrieb möglich. Das System arbeitet hierzu mit dem vorhandenen Bordnetz. Im Micro-Hybrid-System kann der Verbrennungsmotor bei Stillstand des Fahrzeugs, etwa an einer Ampel oder im Stau, abgeschaltet und beim Wiederanfahren automatisch ohne spürbare zeitliche Verzögerung wieder gestar- tet werden. Bei einem alltäglichen innerstädtischen Stop-and- go-Verkehr sind somit deutliche Kraftstoffeinsparungen möglich.
Des Weiteren möglich ist ein Mild-Hybrid, wenn eine alterna- tive Antriebsform nur zur Unterstützung der Hauptantriebsform dient, oder Voll-Hybrid, wenn jede der zur Verfügung stehenden Antriebsformen in der Lage ist, autonom zu agieren. Zwischen diesen Hauptformen kommen, je nach Anforderung und Einsatz, unterschiedliche Zwischenformen vor.
Eine Variante des Hybridfahrzeuges ist als Kombination eines Verbrennungsmotors mit einem oder mehreren Elektromotoren ausgeführt. Der Verbrennungsmotor kann beim Hybridantrieb in einem sehr günstigen Wirkungsgradbereich betrieben werden. Anfallende überschüssige Energie wird über einen Generator für die elektrische Aufladung der Batterie verwendet. Beim Beschleunigen arbeiten Verbrennungs- und Elektromotor gemein- sam. Bei gleicher erzielter Beschleunigung kann also ein kleinerer Verbrennungsmotor vorgesehen werden. Die Verkleinerung des Verbrennungsmotors kompensiert dabei zum Teil das zusätzliche Gewicht der Hybrid-Aggregate .
Ein Hybridfahrzeug weist mindestens einen Energiespeicher oder eine Batterie auf. Die Energie aus diesem Energiespeicher kann zum Starten des Verbrennungsmotors für die elektrischen Verbraucher im Fahrzeug und für Beschleunigungsvor- gänge genutzt werden.
Beim Bremsen und im Schubbetrieb wird ein Teil der Bremsenergie in die Batterie zurückgeführt, als Rekuperation bezeichnet. Insbesondere im Stadtverkehr und bei Bergabfahrten trägt die Rückgewinnung zur Verbrauchsminderung bei. Wird keine Antriebsleistung benötigt, wird auch der Verbrennungsmotor abgeschaltet. Dies ist im Schubbetrieb, bei Stillstand oder bei voll geladener Batterie der Fall. Ein weiterer Vorteil dieser Auslegung ist, dass auf einen konventionellen Anlasser ver- ziehtet werden kann, da der Elektromotor diese Funktion übernehmen kann.
Ein Verbrennungsmotor liefert ausschließlich in einem bestimmten Drehzahlbereich ein verwertbares Drehmoment. Der Elektromotor dagegen stellt schon beim Anfahren das maximale Drehmoment zur Verfügung und lässt bei höherer Drehzahl im Drehmoment nach. Durch Kombination der beiden Motoren kann das jeweils besser Drehmoment genutzt werden und das Fahrzeug um etwa 10 % bis 20 % schneller beschleunigen.
Hybridfahrzeuge leisten typischerweise durch einen leistungsärmeren Verbrennungsmotor, der im Gegensatz zu konventionellen Fahrzeugen nicht mehr für alle Fahrzustände dimensioniert sein muss, eine geringere Höchstgeschwindigkeit. Dieser Fahr- zustand, beispielsweise bei schneller Autobahnfahrt, ist die einzige Situation, bei dem typischerweise über eine längere Zeitspanne eine hohe Motorleistung benötigt wird, die nur vom Verbrennungsmotor bereitgestellt werden kann. In dieser Betriebsphase wirken die Hybrid-Mechanismen nur bedingt. Das Beschleunigungsverhalten, für das beide Motoren verantwortlich sind, ist davon nicht betroffen.
Es sind mehrere Versionen der Ausgestaltung eines Fahrzeuges mit Hybridantrieb und der Kombination eines Verbrennungsmotors mit einem oder mehreren Elektromotoren möglich. In einer möglichen Version besitzt das Hybridfahrzeug einen Ben- zin- und einen Elektromotor, die über ein Planetengetriebe an die Antriebsachse gekoppelt sind. Betriebszustände, in denen der Verbrennungsmotor nur einen geringen Wirkungsgrad aufweist, beispielsweise Anfahren oder Stadtverkehr, werden vom Elektromotor mit seinem sehr viel höheren Wirkungsgrad über- nommen. Bei Bedarf kann der Verbrennungsmotor auch komplett abgeschaltet werden. Bei Fahrt mit gleichbleibender Last, beispielsweise im Autobahn- und/oder Marschbetrieb, treibt allein der Benzinmotor das Fahrzeug an, während die Batterie gleichzeitig vom Benzinmotor über den Generator geladen wird. Bei stärkerer Last wird das Fahrzeug von beiden Motoren gemeinsam angetrieben. Im Motorbremsbetrieb kann Energie reku- periert werden. Die Energieeinsparung gegenüber benzingetriebenen Fahrzeugen der gleichen Fahrzeugklasse beträgt nach aktuellem Stand der Technik rund 30 %.
In einer anderen Auslegung, beispielsweise zur Steigerung der Fahrleistungen in unwegsamem Gelände, umfasst der Antrieb des Hybridfahrzeuges neben dem Benzinmotor zwei Elektromotoren, je einen auf der Vorder- und auf der Hinterachse.
Eine weitere Auslegung des Antriebssystems sieht vor, dass der Elektromotor nicht auf einer Achse sitzt, sondern auf einen Antriebsstrang zwischen Motor und Getriebe gekoppelt ist. Dadurch wird gegenüber den vorher genannten Ausführungen we- sentlich an vorzuhaltender Technik eingespart, was wiederum zu einem niedrigeren Leistungsbedarf sowie zu günstigen Produktionskosten führt. Ein technischer Vorteil der Kombination eines Verbrennungsmotors mit einem oder mehreren Elektromotoren als Antrieb liegt im schnelleren Eingriff in die Fahrsituationsstabili- sierung gegenüber einem ABS-/ESP-System mit herkömmlichem Hydraulikaggregat, wenn die Elektromotoren mit einem ESP-System gekoppelt sind, demzufolge in einer erhöhten Fahrsicherheit.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug der oben genannten Art anzugeben, das den Wirkungsgrad verbessert sowie die Lebensdauer der elektrischen Energiequelle in einem derartigen Fahrzeug erhöht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem das Steuer- gerät zur Sendung von aus für den bisherigen Betriebsablauf charakteristischen Kenndaten generierten Steuersignalen an die elektrische Energiequelle ausgelegt ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass ein Kraftfahrzeug erfahrungsgemäß in unterschiedlichen Betriebszustän- den und mit unterschiedlichen Anforderungen an die zur Verfü- gung zu stellende Leistung gefahren wird. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, ist ein Kraftfahrzeug üblicherweise für ein breites Leistungsspektrum ausgelegt, das sowohl einer defensiven als auch einer dynamischen Fahrweise und den Zwischenbereichen und dem jeweils entsprechenden Leistungsbedarf Rechnung trägt.
In einem Hybridfahrzeug wird die Leistung für den Elektromotor von einer elektrischen Energiequelle zur Verfügung gestellt. Eine defensive Fahrweise fordert eine relativ geringe Leistungsabgabe von der elektrischen Energiequelle, auch wird die Leistung über einen bestimmten Zeitraum verteilt abgerufen. Im Gegensatz hierzu entstehen bei einer dynamischen Fahrweise Leistungsspitzen, die von der elektrischen Energiequelle geleistet werden sollen.
Um nicht das gesamte Leistungsspektrum für das Fahrverhalten aller Benutzer zur Verfügung stellen zu müssen, sollte eine Möglichkeit gefunden werden, angepasst an das Verhalten der jeweiligen Benutzer auch die Leistung bereitzustellen. Bei einem defensiven Fahrer kann das die Entlastung der elektrischen Energiequelle und somit eine Verlängerung des Nutzungs- Zeitraums in einem Ladezyklus sowie der Lebensdauer der elektrischen Energiequelle bedeuten. Für den dynamischen Benutzer kann die angepasste Bereitstellung der Energie und die mögliche Nutzung der Leistungsspitzen eine höhere Fahrdynamik bedeuten .
Damit die elektrische Energiequelle für den jeweiligen Fahrbetrieb bedarfsgerecht die von diesem benötigte Leistung liefern kann, ohne einen leistungsbedingten, vorschnellen Alte- rungsprozess zu initiieren, sollten der elektrischen Energie- quelle entsprechende Kenndaten zur Verfügung gestellt werden.
Um die Daten, die das Steuergerät vom jeweiligen Benutzer des Kraftfahrzeuges aufnimmt, auswerten und in für den bisherigen Betriebsablauf charakteristische Kenndaten umwandeln zu kön- nen und um dem Steuergerät die Möglichkeit zur bedarfsgerechten Abforderung von Energie aus der elektrischen Energiequelle zu geben und der elektrischen Energiequelle die zur Leistungsabgabe erforderlichen Daten zu übermitteln, ist im Kraftfahrzeug zweckmäßigerweise eine Auswerteeinheit vorgese- hen, die über entsprechend ausgelegte Datenleitungen mit dem Steuergerät verbunden ist.
Damit die für den bisherigen Betriebsablauf charakteristischen Kenndaten dauerhaft abgelegt werden können und neu ge- wonnene Daten unter Berücksichtigung bereits vorher gewonnener Daten in für die bedarfsgerechte Leistungsabgabe notwendige Kenndaten umgewandelt werden können, ist vorteilhafter- weise eine mit dem Steuergerät verbundene Speichereinheit vorgesehen.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonde- re darin, dass die Anpassung der Leistungsabgabe der elektrischen Energiequelle an eine defensive Fahrweise zu einer Erhöhung der Lebensdauer der elektrischen Energiequelle und die Anpassung an eine offensive, dynamische Fahrweise zu einer höheren Fahrdynamik und somit zu einer breiteren Akzeptanz des Hybridantriebes auf dem Zielmarkt führt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
FIG. 1 ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Energiequelle im Schnitt, und
FIG. 2 in schemat'ischer Darstellung die Steuerung einer elektrischen Energiequelle.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
FIG. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, das eine elektrische Energiequelle 2 aufweist, die die Energieversorgung des Kraftfahrzeugs 1 im Elektrobetrieb sicherstellen soll. Dieser elektrischen Energiequelle 2 ist ein Steuergerät 4 zugeordnet, das die Leistungsabgabe der elektrischen Energiequelle 2 an den zugehöri- gen, hier nicht dargestellten Elektromotor, der das Kraftfahrzeug 1 antreibt, steuert.
FIG. 2 zeigt schematisch den Ablauf der Steuerung der Leistungsabgabe in Abhängigkeit von den die Leistungsabgabe be- einflussenden Parametern. Das Steuergerät 4 ist dateneingangsseitig mit einer Kommunikationseinheit 6 verbunden, die im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 die das Fahrverhalten charakterisierenden und die Leistungsabgabe der elektrischen Energiequelle 2 beeinflus- senden Daten ermittelt. Der Datenbereich umfasst verschiedene das Fahrverhalten charakterisierende Merkmale, wozu beispielsweise Lastzustände, Drehzahl, Gaspedalstellung, Schaltpunkte und Lenkbewegungen gehören können.
Diese dem Fahrverhalten zugeordneten Kenndaten werden dem
Steuergerät 4 übermittelt und in der Speichereinheit 8 hinterlegt und/oder bereits hinterlegten Kenndaten zugeordnet.
Im Falle eines defensiven und zurückhaltenden Fahrbetriebes mit geringen Leistungsspitzen fordert das Steuergerät 4 aufgrund der hinterlegten Kenndaten für diese Art des Fahrbetriebes eine Leistungsabgabe der elektrischen Energiequelle 2 ab, die bei graphischer Darstellung in einer flachen Kurve verläuft. Durch eine derartige Leistungsanforderung und -ab- gäbe erfolgt eine Schonung der elektrischen Energiequelle 2 und somit eine Erhöhung der Lebensdauer.
Die Leistungsabgabe der elektrischen Energiequelle 2 für einen dynamischen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 erfolgt in einer wesentlich steileren Kurve, da die gleiche oder eine höhere Leistung zum Antrieb des Elektromotors 10 des Kraftfahrzeugs 1 in einer kürzeren Zeit zur Verfügung stehen soll als in einem defensiven Fahrbetrieb. Dadurch wird eine dynamischere Fahrweise mit höheren Leistungsspitzen ermöglicht, aber die elektrische Energiequelle 2 stärker belastet, was wiederum gegenüber der Nutzung in einem defensiven Fahrbetrieb zu einer kürzeren Lebensdauer führen kann.
Diese Verringerung der Lebensdauer der elektrischen Energie- quelle 2 soll dadurch vermieden werden, dass die Überwachung der Leistungsabgabe sowie die Speicherung der die Leistungsabgabe charakterisierenden Kenndaten eine Berechnung der zu erwartenden Lebensdauer und einen Abgleich mit bereits gespeicherten Daten ermöglicht und für den Fall einer Leistungsanforderung, die eine Überschreitung der vorgegebenen Maximalwerte bedeuten würde, eine Begrenzung der Leistungs- abgäbe über das Steuergerät 4 durchgeführt wird.
Das Steuergerät 4 ist weiterhin mit einer Auswerteeinheit 12 verbunden. In der Auswerteeinheit 12 werden die aufgenommenen, den bisherigen Betriebsablauf charakterisierenden Daten ausgewertet, eventuell schon vorhandenen Kenn- und Betriebsdaten, die in der Speichereinheit 8 hinterlegt sind, zugeordnet und diese im Bedarfsfall modifiziert und die aktuellen Kenndaten und die modifizierten Belastungsdaten der elektrischen Energiequelle 2 über das Steuergerät 4 in der Speicher- einheit 8 abgelegt.
Die Leistungsabgabe der elektrischen Energiequelle 2 an den Elektromotor 10 erfolgt zum einen bedarfsgerecht, indem sie an das Fahrverhalten und die Leistungsanforderungen des je- weiligen Benutzers und an den jeweiligen Fahrbetrieb ange- passt ist, zum anderen die Historie und die Belastungsdaten der elektrischen Energiequelle 2 berücksichtigend, die in der Speichereinheit 8 hinterlegt sind. Diese Daten und die daraus resultierenden Werte für die Leistungsabgabe meldet das Steu- ergerät 4 an die elektrische Energiequelle 2.
Der Elektromotor 10 treibt entweder eine Antriebsachse 14 des Kraftfahrzeugs 1 direkt an oder ist einem Getriebe 16 vorgeschaltet, das die Kraft bedarfsgerecht auf eine Achse leitet oder auf mehrere Achsen verteilt. Bezugs zeichenliste
1 Kraftfahrzeug
2 elektrische Energiequelle
4 Steuergerät
6 Kommunikationseinheit
8 Speiehereinheit
10 Elektromotor
12 Auswerteeinheit
14 Antriebsachse
16 Getriebe

Claims

Patentansprüche
1 . Kraftfahrzeug, insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, mit einer elektrischen Energiequelle und einem dieser zuge- ordneten Steuergerät , das zur Sendung von aus für den bisherigen Betriebsablauf charakteristischen Kenndaten generierten Steuersignalen an die elektrische Energiequelle ausgelegt ist .
2 . Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 , das eine mit dem Steuergerät verbundene Auswerteeinheit zur Auswertung der für den bisherigen Betriebsablauf charakteristischen Kenndaten um- fasst .
3 . Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2 , das eine Speichereinheit zur nichtflüchtigen Speicherung der für den bisherigen Betriebsablauf charakteristischen Kenndaten umfasst .
4 . Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs , insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs , nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , bei dem die Leistungsabgabe der elektrischen Energiequelle abhängig vom Ergebnis der Kenndatenauswertung durch das Steuergerät geregelt wird, und im Fall des Erreichens und/oder Überschreitens eines vorgegebenen Wertes für die bisherige Leistungsabgabe der elektrischen Energiequelle die Leistungsabgabe begrenzt wird .
EP06818029A 2005-10-28 2006-10-27 Kraftfahrzeug mit einer elektrischen energiequelle sowie ein verfahren zu dessen betrieb Withdrawn EP1940641A1 (de)

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