WO2021023477A1 - Hybridfahrzeug mit einem verbrennungsmotorischen und einem elektrischen antrieb - Google Patents

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WO2021023477A1
WO2021023477A1 PCT/EP2020/069685 EP2020069685W WO2021023477A1 WO 2021023477 A1 WO2021023477 A1 WO 2021023477A1 EP 2020069685 W EP2020069685 W EP 2020069685W WO 2021023477 A1 WO2021023477 A1 WO 2021023477A1
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Heiko SPRENGER
Bernhard BRENDLE
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • PHEVs Plug-In Hybrid Electric Vehicles
  • battery high-voltage battery
  • accumulator is charged both via the internal combustion engine and via an external power grid can.
  • Many operating strategies are also already known through which both drives are used with the greatest possible efficiency.
  • the invention relates to a hybrid vehicle with an internal combustion engine drive that includes at least one internal combustion engine, with an electric motor drive that includes at least one electric motor and an accumulator, the accumulator being chargeable both via the internal combustion engine and via an external power supply, with at least one electronic Control unit and with an automatically closable cover of a fuel tank, the electronic control unit being designed in such a way that in at least one defined condition that indicates insufficient use of the electric motor drive compared to the internal combustion engine drive, at least one compulsory measure to influence the behavior of the driver in Direction of increased use of the electric drive is made.
  • Hybrid vehicles with an electric drive (electric motor and battery or accumulator) and an internal combustion engine (internal combustion engine), especially PHEVs, should make a contribution with their electric drive to lower fuel consumption and emissions in the passenger car sector, at least locally.
  • the subject matter of the invention is therefore a mechanism which allows a PHEV to continue to be operated without restriction only if the vehicle is sufficiently charged during operation, in particular by means of external power.
  • PHEVs today have two complete drive systems (the electric drive and the internal combustion engine drive) on board. Both can be operated completely independently of each other. Ultimately, it is the driver's behavior that decides whether the vehicle is more electric, more combustion engine-driven or hybrid. If the battery of the electric drive is never or only very rarely charged, the PHEV cannot drive electrically and thus cannot achieve the low fuel consumption levels in order to help reduce emissions. To that Various types of measures are possible to positively influence the behavior of the driver.
  • One embodiment of the invention can be that refueling with fuel is only permitted and released (as a “compulsory measure”, so to speak) if the PHEV has also been charged often and with a sufficient amount of energy beforehand.
  • the tank lid can only be opened if the battery has also been fully charged beforehand.
  • the behavior can be implemented in the operating strategy via the use of the vehicle, thus ensuring the specified low consumption levels.
  • Another variant with less restriction in the form of a compulsory measure for the driver can be that refueling is released at any time or at least for a specified limited time (time or event-controlled), but the driver no longer has the full drive power of his vehicle available and the performance is degraded if too little is charged externally.
  • Conceivable characteristics can also be combined and, if necessary, lead to multi-level coercive measures.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing.
  • the single figure (FIG. 1) shows schematically the most important components of the invention in a hybrid vehicle that is not fully illustrated.
  • FIG. 1 an electric motor 1, which is connected to an accumulator 7, and an internal combustion engine 2 of a hybrid vehicle are shown.
  • the accumulator 7 can be electrically charged by the internal combustion engine 2, in particular when the ferry is in operation, or when the vehicle is at a standstill, for example via a rapid charging station 6 of an external power network.
  • the two motors 1 and 2 are controlled in particular by at least one electronic control unit 3, which is also connected to an automatically closable cover 5 of a fuel tank and preferably to a display and control unit 4.
  • the electronic control unit 3 can receive at least one signal, preferably several signals, to determine the following input parameters:
  • the charge amount and / or the Charging frequency can be detected and can be compared with a predefined charge quantity LM and / or a predefined charge frequency LH.
  • K the fuel consumption (e.g. per 100 km), which can be compared with a stored fuel consumption threshold KS (e.g. 2.21 / 100 km).
  • R the ratio or the proportion of purely electric driving for a total distance traveled, which can be compared with an electric driving proportion threshold RS (e.g. 75%).
  • T the tank content of the fuel tank, which can be compared with a tank content threshold TS.
  • SOC state of charge
  • SOCS state of charge threshold
  • any conditions from these or similar input parameters - alone or in combination with one another - that indicate an insufficient use of the electric motor drive 1 and 7 in comparison to the internal combustion engine drive 2 can be defined.
  • one or more compulsory measures, including stepped steps, can be taken by the control unit 3 to influence the behavior of the driver in the direction of increased use of the electric drive 1 and 7.
  • a first coercive step (level 1) in the form of a reduction (P-) of the available drive power P can be carried out.
  • a second coercive measure stage in the form of keeping the tank lid 5 closed S up to a complete Recharging of the battery 7 can be made.
  • Corresponding instructions A1 or A2 are preferably provided in the display / operating unit 4, which can also enable the driver to make further inputs.
  • the defined conditions and the compulsory measures can also be carried out depending on the tank content T and / or the state of charge SOC, e.g. depending on whether the threshold values TS and SOCS are not reached, in such a way that a good compromise between emission reduction and availability can be achieved.
  • the driver can manually switch off the compulsory measures in order to enable voluntary action to increase acceptance.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb, der mindestens einen Verbrennungsmotor (2) umfaßt, mit einem elektromotorischen Antrieb, der mindestens einen Elektromotor (1) und einen Akkumulator (7) umfaßt, wobei der Akkumulator (7) sowohl über den Verbrennungsmotor (2) als auch über ein externes Stromnetz (6) ladbar ist, mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit (3) und mit einem automatisch verschließbaren Deckel (5) eines Kraftstofftanks, wobei die elektronische Steuereinheit derart ausgestaltet ist, daß bei mindestens einer definierten Bedingung, die auf ein unzureichendes Nutzen des elektromotorischen Antriebs im Vergleich zum verbrennungsmotorischen Antrieb hinweist, mindestens eine Zwangsmaßnahme (Level1, Level2) zur Beeinflussung des Verhaltens des Fahrers in Richtung einer erhöhten Nutzung des elektrischen Antriebs vorgenommen wird.

Description

HYBRIDFAHRZEUG MIT EINEM VERBRENNUNGSMOTORISCHEN UND EINEM ELEKTRISCHEN ANTRIEB
Es sind bereits eine Vielzahl von Hybridfahrzeugen mit einem elektrischen Antrieb und mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb bekannt, insbesondere sogenannte PHEVs (Plug-In Hybrid Elektro Vehicles), deren Batterie (Hochvoltbatterie) bzw. Akkumulator sowohl über den Verbrennungsmotor als auch über ein externes Stromnetz geladen werden kann. Auch sind bereits viele Betriebsstrategien bekannt, durch die beide Antriebe möglichst wirkungsgradoptimal eingesetzt werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Hybridfahrzeug im Hinblick auf eine emissionsreduzierende Betriebsweise noch weiter zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb, der mindestens einen Verbrennungsmotor umfasst, mit einem elektromotorischen Antrieb, der mindestens einen Elektromotor und einen Akkumulator umfasst, wobei der Akkumulator sowohl über den Verbrennungsmotor als auch über ein externes Stromnetz ladbar ist, mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit und mit einem automatisch verschließbaren Deckel eines Kraftstofftanks, wobei die elektronische Steuereinheit derart ausgestaltet ist, dass bei mindestens einer definierten Bedingung, die auf ein unzureichendes Nutzen des elektromotorischen Antriebs im Vergleich zum verbrennungsmotorischen Antrieb hinweist, mindestens eine Zwangsmaßnahme zur Beeinflussung des Verhaltens des Fahrers in Richtung einer erhöhten Nutzung des elektrischen Antriebs vorgenommen wird.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde: Hybridfahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb (Elektromotor und Batterie bzw. Akkumulator) und mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb (Verbrennungsmotor), insbesondere PHEVs, sollen mit ihrem elektrischen Antrieb einen Beitrag leisten, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen im PKW Sektor, zumindest lokal, zu senken.
Dies ist allerdings nur dann möglich, wenn diese Fahrzeuge auch ausreichend oft geladen werden bzw. wenn diese Fahrzeuge mit besonders viel Energie aus externen Stromnetzen, vorzugsweise mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen, geladen werden.
Es gibt Studien und auch aktuelle Pressemeldungen, die das PHEV Antriebskonzept diesbezüglich in Frage stellen und das vor allem aus dem Grund, weil unterstellt wird, dass die Fahrer ihre PHEVs zu wenig extern laden bzw. noch zu häufig Kraftstoff für den Verbrennungsmotor tanken.
Wenn PHEVs nicht ausreichend oft geladen werden, können sie folglich keine ausreichend großen Strecken bzw. keine hohen Streckenanteile elektrisch und somit emissionsfrei zurücklegen. Dieses Verhalten konterkariert das oben genannte Ziel.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Mechanismus, der den Weiterbetrieb eines PHEVs nur dann uneingeschränkt erlaubt, wenn das Fahrzeug im Betrieb ausreichend genug, insbesondere mittels externem Strom, geladen wird.
Es gibt viele Lösungen zum Thema Betriebsstrategie von Hybridfahrzeugen. Alle bekannten Lösungen konzentrieren sich jedoch darauf, dass die zur Verfügung stehenden Antriebe in einem Hybridfahrzeug optimal Zusammenarbeiten bzw. sich optimal ergänzen, ohne dass der Fahrer für seine Fahranforderung (in der Regel angefordert durch das Fahrpedal) eine Einschränkung erfährt oder erlebt. Eine bewusste Einschränkung bzw. Beschränkung des Fahrerwunsches, ist grundsätzlich vorrangig nur bei Sicherheitsaspekten bekannt.
PHEVs haben heute zwei komplette Antriebssysteme (den Elektroantrieb und den verbrennungsmotorischen Antrieb) mit an Bord. Beide können völlig unabhängig voneinander betrieben werden. Letztendlich entscheidet der Fahrer durch sein Verhalten, ob das Fahrzeug eher elektrisch, eher verbrennungsmotorisch oder hybridisch betrieben wird. Wird der Akkumulator des elektrischen Antriebs nie oder nur sehr selten aufgeladen, kann der PHEV nicht elektrisch fahren und kann somit auch nicht die niedrigen Kraftstoffverbräuche erreichen, um einen Beitrag zur Emissionsreduktion zu leisten. Um das Verhalten des Fahrers positiv zu beeinflussen sind verschiedene Ausprägungen von Maßnahmen möglich.
Eine Ausprägung der Erfindung kann sein, dass das Tanken mit Kraftstoff nur dann erlaubt und freigegeben wird (sozusagen als „Zwangsmaßnahme“), wenn der PHEV im Vorfeld auch oft und mit ausreichender Energiemenge geladen wurde. In dieser Ausprägung kann beispielsweise der Tankdeckel nur dann geöffnet werden, wenn auch die Batterie vorher vollgeladen wurde. Das Verhalten kann in die Betriebsstrategie über die Nutzung des Fahrzeugs implementiert werden und somit können vorgegebene niedrige Verbräuche sichergestellt werden.
Eine andere Ausprägung mit weniger Einschränkung in Form einer Zwangsmaßnahme für den Fahrer kann sein, dass das Tanken zu jederzeit oder zumindest noch für eine vorgegebene beschränkte Zeit (zeit- oder ereignisgesteuert) freigegeben wird, jedoch dem Fahrer nicht mehr die volle Antriebsleistung seines Fahrzeugs zur Verfügung gestellt und die Leistung degradiert wird, wenn zu wenig extern geladen wird.
Denkbare Ausprägungen können auch kombiniert werden und gegebenenfalls zu mehrstufigen Zwangsmaßnahmen führen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur (Fig.1 ) zeigt schematisch die wichtigsten Komponenten der Erfindung in einem nicht vollständig dargestellten Hybridfahrzeug.
In Fig. 1 ist ein Elektromotor 1, der mit einem Akkumulator 7 verbunden ist, und ein Verbrennungsmotor 2 eines Hybridfahrzeuges dargestellt. Der Akkumulator 7 kann insbesondere im Fährbetrieb vom Verbrennungsmotor 2 oder im Stillstand beispielsweise über eine Schnellladesäule 6 eines externen Stromnetzes elektrisch geladen werden. Die beiden Motoren 1 und 2 werden insbesondere durch mindestens eine elektronische Steuereinheit 3 gesteuert, die auch mit einem automatisch verschließbaren Deckel 5 eines Kraftstofftanks und vorzugsweise mit einer Anzeige-Bedieneinheit 4 verbunden ist.
Die elektronische Steuereinheit 3 kann mindestens ein Signal, vorzugsweise mehrere Signale, zur Ermittlung folgender Eingangsparameter empfangen:
E: die elektrische Energie, die aus einem externen Stromnetz (z.B. aus einer Schnellladesäule 6) in den Akkumulator 7 geladen wird, wobei die Lademenge und/oder die Ladehäufigkeit erfassbar sein kann und mit einer vorgegebenen Lademenge LM und/oder einer vorgegebenen Ladehäufigkeit LH verglichen werden kann.
K: der Kraftstoffverbrauch (z.B. pro 100 km), der mit einer gespeicherten Kraftstoffverbrauchs-Schwelle KS (z.B. 2,21/100km) verglichen werden kann.
R: die Ratio bzw. der Anteil des rein elektrischen Fahrens bei einer Gesamt-Wegstrecke, die mit einer Elektrisch-Fahranteils-Schwelle RS (z.B. 75%) verglichen werden kann.
T: der Tankinhalt des Kraftstofftanks, der mit einer Tankinhalts-Schwelle TS verglichen werden kann.
B: der Ladezustand (SOC) des Akkumulators 7 (z.B. Hochvoltbatterie) für den Elektroantrieb, der mit einer Ladzustands-Schwelle SOCS verglichen werden kann.
Beliebige Bedingungen aus diesen oder ähnlichen Eingangsparametern - allein oder in Kombination miteinander -, die auf ein unzureichendes Nutzen des elektromotorischen Antriebs 1 und 7 im Vergleich zum verbrennungsmotorischen Antrieb 2 hinweisen, können definiert werden. Davon abhängig können eine oder mehrere auch gestufte Zwangsmaßnahmen zur Beeinflussung des Verhaltens des Fahrers in Richtung einer erhöhten Nutzung des elektrischen Antriebs 1 und 7 von der Steuereinheit 3 vorgenommen werden.
Beispielsweise kann vorzugsweise bei Unterschreiten einer vorgegebenen Lademenge LM und/oder einer vorgegebenen Ladehäufigkeit LH bezogen auf die Ladung des Akkumulators 7 mit Energie E des externen Stromnetzes 6 und/oder bei Überschreiten einer definierten Kraftstoffverbrauchs-Schwelle KS und/oder bei Unterschreiten einer Elektrisch-Fahranteils- Schwelle RS oder eines Elektrisch-Fahranteils-Bereichs eine erste Zwangsmaßnahmen- Stufe (Level 1) im Form einer Reduzierung (P-) der verfügbaren Antriebsleistung P vorgenommen werden. Wenn in dieser ersten Zwangsmaßnahmen-Stufe (Level 1) ein Nachladen des Akkumulators 7 mit Energie E des externen Stromnetzes 6 nicht erfolgt, kann eine zweite Zwangsmaßnahmen-Stufe (Level 2) in Form eines Verschlossenhaltens S des Tank-Deckels 5 bis zu einem vollständigen Wiederaufladen des Akkumulators 7 vorgenommen werden. Dabei erfolgen vorzugsweise entsprechende Hinweise A1 oder A2 in der Anzeige-Bedieneinheit 4, die dem Fahrer auch weitere Eingaben ermöglichen können. Darüber hinaus können die definierten Bedingungen und die Zwangsmaßnahmen auch vom Tankinhalt T und/oder vom Ladezustand SOC abhängig vorgenommen werden, z.B. abhängig vom Unterschreiten der Schwellwerte TS und SOCS, derart, dass ein guter Kompromiss zwischen Emissionsreduzierung und Verfügbarkeit erreicht werden kann. Mittels der Anzeige-Bedieneinheit 4 kann die Vornahme der Zwangsmaßnahmen manuell durch den Fahrer ausschaltbar sein, um zur Erhöhung der Akzeptanz eine Freiwilligkeit zu ermöglichen.

Claims

Ansprüche
1. Hybridfahrzeug mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb, der mindestens einen Verbrennungsmotor (2) umfasst, mit einem elektromotorischen Antrieb, der mindestens einen Elektromotor (1) und einen Akkumulator (7) umfasst, wobei der Akkumulator (7) sowohl über den Verbrennungsmotor (2) als auch über ein externes Stromnetz (6) ladbar ist, mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit (3) und mit einem automatisch verschließbaren Deckel (5) eines Kraftstofftanks, wobei die elektronische Steuereinheit (3) derart ausgestaltet ist, dass bei mindestens einer definierten Bedingung, die auf ein unzureichendes Nutzen des elektromotorischen Antriebs (1,7) im Vergleich zum verbrennungsmotorischen Antrieb (2) hinweist, mindestens eine Zwangsmaßnahme (Levell; Level 2) zur Beeinflussung des Verhaltens des Fahrers in Richtung einer erhöhten Nutzung des elektrischen Antriebs (1,7) vorgenommen wird.
2. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwangsmaßnahme (Level 2) das Verschlossenhalten des Deckels (5) ist.
3. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwangsmaßnahme (Level 1) das Reduzieren der verfügbaren Antriebsleistung (P) ist.
4. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine definierte Bedingung das Unterschreiten einer vorgegebenen Lademenge (LM) und/oder einer vorgegebenen Ladehäufigkeit (LH) bezogen auf die Ladung des Akkumulators (7) mit Energie (E) des externen Stromnetzes (6) ist.
5. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine definierte Bedingung das Überschreiten einer definierten Kraftstoffverbrauchs- Schwelle (KS) ist.
6. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine definierte Bedingung das Unterschreiten einer Elektrisch-Fahranteils-Schwelle (RS) oder eines Elektrisch-Fahranteils-Bereichs ist.
7. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mehrstufige Zwangsmaßnahmen-Reihenfolge abhängig von mehreren definierten Bedingungen vorgegeben ist.
8. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Zwangsmaßnahmen-Stufe (Level 1) die Reduzierung der verfügbaren Antriebsleistung (P) und eine zweite Zwangsmaßnahmen-Stufe (Level 2) das Verschlossenhalten des Deckels (5) bis zu einem vollständigen Wiederaufladen des
Akkumulators (7) ist, wenn in der ersten Zwangsmaßnahmen-Stufe (Level 1) ein Nachladen des Akkumulators (7) mit Energie (E) des externen Stromnetzes (6) nicht erfolgt ist.
9. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Bedingungen und die Zwangsmaßnahmen abhängig vom Tankinhalt (T) und/oder vom Ladezustand (SOC) des Akkumulators (7) vornehmbar sind.
10. Hybridfahrzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Anzeige-Bedieneinheit (4) die Vornahme der Zwangsmaßnahmen manuell ausschaltbar ist.
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