WO2012052072A1 - Kraftfahrzeug mit verbrennungskraftmaschine und elektrischem antrieb sowie verfahren zum betreiben eines solchen - Google Patents

Kraftfahrzeug mit verbrennungskraftmaschine und elektrischem antrieb sowie verfahren zum betreiben eines solchen Download PDF

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WO2012052072A1
WO2012052072A1 PCT/EP2011/002061 EP2011002061W WO2012052072A1 WO 2012052072 A1 WO2012052072 A1 WO 2012052072A1 EP 2011002061 W EP2011002061 W EP 2011002061W WO 2012052072 A1 WO2012052072 A1 WO 2012052072A1
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battery
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Boris Blasinski
Rene Kasteneder
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B60W20/11—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand using model predictive control [MPC] strategies, i.e. control methods based on models predicting performance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2510/00—Input parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2510/24—Energy storage means
    • B60W2510/242—Energy storage means for electrical energy
    • B60W2510/244—Charge state

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a hybrid vehicle, that is to say a motor vehicle having an internal combustion engine and an electric drive.
  • the electric drive is powered by a battery.
  • the state of charge also referred to as "SOC” for “state of charge”
  • SOC state of charge
  • ie a percentage charge of the battery, based on the maximum charge capacity of the battery, must not fall below a predetermined low limit, so that the battery is not damaged. This can be driven as long as possible with the electric drive, so far waited until the predetermined low limit is reached, and immediately upon reaching the low limit, the internal combustion engine is activated and transferred to a drive with selbiger.
  • the invention also includes the provision of a motor vehicle, which is operated accordingly.
  • an operation of the electric drive during driving of the motor vehicle thus leads to an operation of the internal combustion engine at a lower limit for the charging of the battery, which is above the predetermined low limit.
  • a reserve is permanently maintained in the event that the vehicle is brought to a standstill and electrical power is to be removed from the battery.
  • the motor vehicle comes in the inventive method only when driving with the electric drive to the state when the lower limit is not reached.
  • the state of charge is available that can deliver the battery, starting from a load according to at least the lower limit to the lowest limit.
  • the lower limit may be suitably chosen so that a minimum period of standing can pass without the internal combustion engine having to be activated to operate the electrical consumers.
  • the lower limit can be determined on the basis of statistical average values of the electrical consumption, but the lower limit is preferably currently set as a function of the power drawn by consumers in the motor vehicle. If especially high-consumption consumers are activated, eg. B. the seat heating is set, the lower limit is likely to be higher. The fewer consumers that receive less power, the closer the lower limit can be to the low limit.
  • the invention thus, in particular in its preferred embodiments, ensures that the driver of the operation of his Motor vehicle feels natural and comfortable. In particular, it is not premature in the state of the motor vehicle to activate the internal combustion engine.
  • the motor vehicle according to the invention in addition to an internal combustion engine, an electric drive and a battery for feeding the electric drive whose charge capacity must not fall below a predetermined low limit, a control device for operating the internal combustion engine and the electric drive, and the control device is designed to to cause that is transferred from an operation of the electric drive during driving of the motor vehicle to an operation of the internal combustion engine at a lower limit for the loading of the battery, which is above the low limit, ie by the control device, the implementation of the method according to the invention causes ,
  • Fig. 1 shows a schematic plan view of a hybrid vehicle, in which the method according to the invention can be realized
  • Fig. 2 is a diagram for illustrating predetermined quantities.
  • a motor vehicle designated as a whole by 10 has, in addition to a conventional internal combustion engine 12, an electric drive 14, and thus is a hybrid vehicle.
  • the electric drive 14 is powered for its operation from an electric battery 16.
  • the internal combustion engine 12 and the electric drive 14 can be operated alternately or simultaneously, wherein an activation and control by a control device 18 takes place.
  • the activation takes place in particular as a function of the state of charge of the battery 16, possibly also of the fill level of a fuel tank 20.
  • the information about the power drawn is supplied to the control device 18.
  • SOC state of charge
  • SOC a bs. absolute state of charge SOC a bs. is defined as 0% for the state in which no charge can be taken from the battery, and 100%, which corresponds to the state in which the battery can no longer be charged.
  • the battery 16 is gradually from a relative Normally, the internal combustion engine 12 is activated by the control device 18 when the minimum limit of the present 30% SOCabs is reached, which deviates from the following:
  • An unloading limit is defined which is above the low limit If the discharge limit is reached when the motor vehicle is stationary, it remains that the energy is removed from the battery until, if appropriate, the low limit of 30% SOCabs is reached the state is thus the internal combustion engine only then activated when the low limit is reached.
  • the provision of the discharge limit ensures that enough energy is still available from the battery for the electrical consumers 22 for a minimum period of time, so that they can continue to be operated while the motor vehicle is stationary, without the internal combustion engine 12 having to be activated. This avoids that the internal combustion engine 12 is activated shortly after the movement of the motor vehicle 10 in the state.
  • the discharge limit in the present case is preferably set variably as a function of the values to be measured by the means 24.
  • the control device 18 determines how much charge must be available so that the consumers of the motor vehicle can still be left for a predetermined minimum period of time the performance in turn be dependent - can be operated. This available load then determines the unloading limit.
  • the variability of the discharge limit provides for increased flexibility, so that the internal combustion engine is not activated excessively early while driving, but on the other hand, a sufficient reserve of cargo for the state of the motor vehicle is available.

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Abstract

Batterien für Hybridfahrzeuge sollen nicht über eine Tiefstgrenze hinaus entladen werden. Bisher aktiviert man aus einer elektrischen Fahrt heraus die Verbrennungskraftmaschine unmittelbar bei Erreichen dieser Tiefstgrenze. Durch die Erfindung wird eine Untergrenze eingeführt, welche oberhalb der Tiefstgrenze liegt: Die Verbrennungskraftmaschine wird schon bei Erreichen der Untergrenze aktiviert, sofern das Fahrzeug fährt. Dadurch wird eine Reserve für den Fall bereitgestellt, dass das Fahrzeug zum Stand kommt. Im Stand braucht die Verbrennungskraftmaschine dann nicht aktiviert zu werden.

Description

Kraftfahrzeug mit Verbrennungskraftmaschine und elektrischem Antrieb sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, also eines Kraftfahrzeugs mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem elektrischen Antrieb. Der elektrische Antrieb wird aus einer Batterie gespeist. Bekanntlich darf der Ladezustand, auch als„SOC" für„State of Charge" bezeichnet, also eine bezogen auf die maximale Ladekapazität der Batterie definierte prozentuale Beladung der Batterie, eine vorbestimmte Tiefstgrenze nicht unterschreiten, damit die Batterie keinen Schaden nimmt. Damit möglichst lange mit dem elektrischen Antrieb gefahren werden kann, wird bisher abgewartet, bis die vorbestimmte Tiefstgrenze erreicht ist, und unmittelbar bei Erreichen der Tiefstgrenze wird die Verbrennungskraftmaschine aktiviert und auf einen Antrieb mit selbiger übergegangen. Diese Vorgehensweise erweist sich in Alltagssituationen als gelegentlich unangenehm: Es kann sein, dass ein Fahrzeugführer das Kraftfahrzeug zum Stehen bringt, solange es mit dem elektrischen Antrieb fährt. Wenn dann bestimmte Verbraucher, wie z. B. das Autoradio und die Klimaanlage, weiterbetrieben werden, so wird die Batterie weiter entladen, und es kann sein, dass sie dann gerade im Stand die vorbestimmte Tiefstgrenze ihrer Beladung erreicht, so dass die Verbrennungskraftmaschine aktiviert wird. Dies ist konträr zu der Entwicklung, dass man Verbrennungskraftmaschinen bei einem Stand des Kraftfahrzeugs zwischenzeitlich ausschaltet („Start- und Stopp-Betrieb"). Gerade von einem Hybridfahrzeug erwarten die Benutzer, dass es emissionsarm ist, insbesondere in Umgebungen, wo sich viele Menschen befinden, z. B. an Ampeln.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, durch das derartige Probleme möglichst weitgehend vermieden werden. Zur Erfindung gehört auch das Bereitstellen eines Kraftfahrzeugs, das entsprechend betrieben wird.
Erfindungsgemäß wird somit von einem Betrieb des elektrischen Antriebs während eines Fahrens des Kraftfahrzeugs zu einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bei einer Untergrenze für die Beladung der Batterie übergegangen, welche oberhalb der vorbestimmten Tiefstgrenze liegt.
Durch die Erfindung wird dauerhaft eine Reserve vorgehalten für den Fall, dass das Fahrzeug zum Stehen gebracht wird und elektrische Leistung aus der Batterie entnommen werden soll.
Dadurch, dass die Verbrennungskraftmaschine schon früher aktiviert wird, wird ihre Aktivierung zu ungünstigen Zeitpunkten vermieden.
Das Kraftfahrzeug kommt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nur dann bei einer Fahrt mit dem elektrischen Antrieb zum Stand, wenn die Untergrenze noch nicht erreicht ist. Somit steht dann im Stand Ladung zur Verfügung, die die Batterie ausgehend von einer Beladung gemäß zumindest der Unter- grenze bis hin zur Tiefstgrenze abgeben kann.
Bevorzugt erfolgt somit bei einem Unterschreiten der Untergrenze während
*
eines Stehens des Kraftfahrzeugs kein Übergang zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, bis die Tiefstgrenze erreicht ist.
Die Untergrenze kann geeignet so gewählt sein, dass eine Mindestzeitdauer des Stehens vergehen kann, ohne dass die Verbrennungskraftmaschine zum Betreiben der elektrischen Verbraucher aktiviert werden muss. Hierbei kann die Untergrenze aufgrund von statistischen Mittelwerten des elektrischen Verbrauchs festgelegt werden, bevorzugt wird die Untergrenze jedoch in Abhängigkeit von der von Verbrauchern im Kraftfahrzeug gezogenen Leistung jeweils aktuell festgelegt. Wenn gerade besonders verbrauchsstarke Verbraucher aktiviert sind, z. B. die Sitzheizung eingestellt ist, wird die Untergrenze eher höher zu wählen sein. Je weniger Verbraucher je weniger Leistung beziehen, desto näher kann die Untergrenze an der Tiefstgrenze liegen.
Durch die Erfindung wird somit, insbesondere in ihren bevorzugten Ausführungsformen, dafür gesorgt, dass der Fahrzeugführer den Betrieb seines Kraftfahrzeugs als natürlich und komfortabel empfindet. Insbesondere kommt es im Stand des Kraftfahrzeugs nicht verfrüht zu einer Aktivierung der Verbrennungskraftmaschine. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist neben einer Verbrennungskraftmaschine, einem elektrischen Antrieb und einer Batterie zum Speisen des elektrischen Antriebs, deren Ladekapazität eine vorbestimmte Tiefstgrenze nicht unterschreiten darf, eine Steuereinrichtung zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine und des elektrischen Antriebs auf, und die Steuerein- richtung ist dazu ausgelegt, zu bewirken, dass von einem Betrieb des elektrischen Antriebs während eines Fahrens des Kraftfahrzeugs zu einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine bei einer Untergrenze für die Beladung der Batterie übergegangen wird, die oberhalb der Tiefstgrenze liegt, d. h. durch die Steuereinrichtung wird die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah- rens bewirkt.
Die für das Verfahren genannten Vorteile gelten daher entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug. Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der
Fig. 1 in schematischer Draufsicht ein Hybridfahrzeug zeigt, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren verwirklicht werden kann, und
Fig. 2 ein Schaubild zur Veranschaulichung von vorbestimmten Größen ist.
Ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes Kraftfahrzeug weist neben einer her- kömmlichen Verbrennungskraftmaschine 12 einen elektrischen Antrieb 14 auf, es handelt sich somit um ein Hybridfahrzeug. Der elektrische Antrieb 14 wird für seinen Betrieb aus einer elektrischen Batterie 16 gespeist. Die Verbrennungskraftmaschine 12 und der elektrische Antrieb 14 können abwechselnd oder gleichzeitig betrieben werden, wobei eine Aktivierung und Ansteuerung durch eine Steuereinrichtung 18 erfolgt. Die Ansteuerung erfolgt insbesondere in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie 16, gegebenenfalls auch vom Füllstand eines Kraftstofftanks 20. In dem Kraftfahrzeug gibt es elektrische Verbraucher 22, wobei die von diesen gezogenen Leistungen von einer Messeinrichtung 24 ermittelt werden. (Diese ist beispielsweise als Strommesser passend zu einer vorbestimmten Spannung ausgebildet). Die Information über die gezogene Leistung wird der Steuereinrichtung 18 zugeführt.
Zur Batterie 16 lässt sich der so genannte Ladezustand, State of Charge, SOC, definieren. Der so genannte absolute Ladezustand SOCabs. ist definiert zwischen 0 % für den Zustand, in dem der Batterie gar keine Ladung ent- nommen werden kann, und 100 %, die dem Zustand entsprechen, in dem die Batterie nicht mehr weiter geladen werden kann.
Bekanntlich sollen elektrische Batterien nicht beliebig weit entladen und auch nicht beliebig weit geladen werden. Es gibt insbesondere eine Tiefstgrenze, die normalerweise nicht unterschritten werden sollte, und es gibt eine Höchstgrenze, die normalerweise nicht überschritten werden sollte. Im vorliegenden Beispiel ist die Tiefstgrenze mit 30 % für SOCabs. angegeben, die Höchstgrenze mit 70 %. Im Bereich zwischen der Tiefstgrenze und der Höchstgrenze kann man auf 100 % aufskalieren, dies ist der relative Lade- zustand SOCrei..
Für die vorliegende Anmeldung gilt Folgendes: Während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs 10, in der dieses mit dem elektrischen Antrieb 14 gefahren wird, während einer so genannten„E-Fahrt", also einer elektrischen Fahrt, wird die Batterie 16 nach und nach von einem relativ hohen Beladungszustand heraus entladen. Für gewöhnlich wird mit Erreichen der Tiefstgrenze von vorliegend 30 % SOCabs. die Verbrennungskraftmaschine 12 durch die Steuereinrichtung 18 aktiviert. Von dieser Vorgehensweise wird vorliegend abgewichen: Es wird eine Entladegrenze definiert, die oberhalb der Tiefstgrenze liegt. Schon bei Erreichen dieser Entladegrenze wird die Verbrennungskraftmaschine 12 aktiviert, sofern das Kraftfahrzeug fährt. Wird die Entladegrenze hingegen erreicht, wenn das Kraftfahrzeug steht, so bleibt es dabei, dass die Energie aus der Batterie entnommen wird, bis gegebenenfalls die Tiefstgrenze von 30 % SOCabs. erreicht ist. Aus dem Stand heraus wird somit die Verbrennungskraftmaschine erst dann aktiviert, wenn die Tiefstgrenze erreicht ist. Durch das Vorsehen der Entladegrenze ist gewährleistet, dass für die elektrischen Verbraucher 22 noch für eine Mindestzeitdauer genügend Energie aus der Batterie zur Verfügung steht, damit diese im Stand des Kraftfahrzeugs weiter betrieben werden können, ohne dass die Verbrennungskraftmaschine 12 aktiviert werden muss. Dadurch ist vermieden, dass die Verbrennungskraftmaschine 12 schon kurz nach dem Verbringen des Kraftfahrzeugs 10 in den Stand aktiviert wird. Die Entladegrenze wird vorliegend bevorzugt variabel festgelegt, und zwar in Abhängigkeit von den durch die Mittel 24 zu messenden Werten: Die Steuereinrichtung 18 ermittelt, wie viel Ladung zur Verfügung stehen muss, damit die Verbraucher des Kraftfahrzeugs noch für eine vorbestimmte Mindestzeitdauer - und diese kann von der Leistung ihrerseits nochmals abhängig sein - betrieben werden können. Diese zur Verfügung stehen müssende Ladung bestimmt dann die Entladegrenze.
Durch die Variabilität der Entladegrenze ist für erhöhte Flexibilität gesorgt, so dass die Verbrennungskraftmaschine während des Fahrens nicht übermäßig früh aktiviert wird, andererseits aber eine ausreichende Ladungsreserve für den Stand des Kraftfahrzeugs zur Verfügung steht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (10) mit einer Verbrennungskraftmaschine (12) und einem elektrischen Antrieb (14), der aus einer Batterie (16) gespeist wird, wobei eine bezogen auf die Ladekapazität der Batterie definierte prozentuale Beladung der Batterie eine vorbestimmte Tiefstgrenze nicht unterschreiten darf,
dadurch gekennzeichnet, dass
von einem Betrieb des elektrischen Antriebs (14) während eines Fahrens des Kraftfahrzeugs zu einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (12) bei einer Untergrenze für die Beladung der Batterie übergegangen wird, welche oberhalb der Tiefstgrenze liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei einem Unterschreiten der Untergrenze während eines Stehens des Kraftfahrzeugs ein Übergang zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine unterbleibt, bis die Tiefstgrenze erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Untergrenze in Abhängigkeit von der von Verbrauchern im Kraftfahrzeug gezogenen Leistung festgelegt wird.
Kraftfahrzeug (10) mit einer Verbrennungskraftmaschine (12), mit einem elektrischen Antrieb (14), mit einer Batterie zum Speisen des elektrischen Antriebs, deren bezogen auf die Ladekapazität der Batterie definierte prozentuale Beladung eine vorbestimmte Tiefstgrenze nicht unterschreiten darf, und mit einer Steuereinrichtung (18) zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine (12) und des elektrischen Antriebs (14),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinrichtung (18) dazu ausgelegt ist zu bewirken, dass von einem Betrieb des elektrischen Antriebs (14) während eines Fahrens des Kraftfahrzeugs zu einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (12) bei einer Untergrenze für die Beladung der Batterie (16) übergegangen wird, welche oberhalb der Tiefstgrenze liegt.
PCT/EP2011/002061 2010-05-22 2011-04-21 Kraftfahrzeug mit verbrennungskraftmaschine und elektrischem antrieb sowie verfahren zum betreiben eines solchen Ceased WO2012052072A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR3036352A1 (fr) * 2015-05-19 2016-11-25 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede d'optimisation de la mise en marche du moteur thermique d'un vehicule hybride modulant la puissance consommee des consommateurs secondaires

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DE102004006991A1 (de) * 2004-02-12 2005-09-01 Volkswagen Ag Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
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