CN105564257A - 用于运行具有电蓄能器的机动车的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在机动车（1）中运行电驱动装置（2）的方法，其中，所述电驱动装置（2）由可再充电的电蓄能器（4）供电并且在回收运行中提供用于充电电蓄能器（4）的电能，具有下面的步骤：-以一个或多个可能的行驶路段的变化为基础，求得（S1）一个电子地平，该电子地平给出一个或多个具有各自的路段参数的路段；-以电子地平的路段参数为基础确定（S4）必需的电功率随时间的变化；-根据必需的电功率的变化并且根据电蓄能器（4）的给定的最大允许的充电电流确定（S5-S8）最佳充电电流。

Description

用于运行具有电蓄能器的机动车的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种具有电机驱动装置的机动车，电机驱动装置通过电蓄能器供给电能。本发明还涉及一种用于回收在制动过程期间发电机式产生的电能的方法。

背景技术

具有液压驱动装置或具有纯电动机式驱动装置的机动车具有电驱动装置，它具有通过电蓄能器、例如蓄电池或类似设备的电能。经常规定，电驱动装置在某些运行方式中也发电机式的运行。由此在制动过程时电驱动装置例如可以这样调节或控制，使得产生电能。

为了利用在制动过程期间产生的电能，电蓄能器可以通过发电机产生的电流充电。通过电驱动装置发电机式运行产生的电流由于电驱动装置与驱动车轮的机械耦联制动机动车。通常通过控制器分配制动功率在电驱动装置和制动系统上。

文献DE102007047821A1公开了一种用于在混合动力车中优化能量回收的方法，包括至少一电动机和连接在电动机上的蓄能器，其中在机动车运行期间对于动能在连接在电动机上的机动车蓄能器中空出储存空间，用于能够回收动能。此外可以这样控制机动车的蓄能器的充电过程，使蓄能器不会在行驶运行期间达到其上充电极限。供充和放电能量使用的极限或者说连接在机动车电动机上的蓄能器的充电极限可以这样动态地改变，在行驶运行期间储备用于在机动车中存在的动能的储存空间。由此可以提高蓄能器的使用寿命，因为对于正常功能的极限可以更窄并且更少地需要以临界范围执行充电。

文献DE102009040586A1涉及一种用于影响混合动力车电蓄能器充电容量的方法，计算机控制地通过输送可电储存的制动能提高蓄能器的充电率，并且通过取出电能用于多个机动车自身的消耗器的运行降低充电率。由机动车计算机求得沿着行驶路线电利用的和电不能利用的制动能并且配置这些数据到路段，在这些路段上混合动力车以全部蓄能器没有储存地继续制动。蓄能器的充电率在达到产生高的制动功率的路段之前在行驶路线每次出发时通过取出电能继续降低，由此使蓄能器为了接收可电储存的制动能自适应地做好准备。从蓄能器取出电能在可电储存的能量不足以以所需的程度充电蓄能器达到的路段之前自适应地降低。在自适应地提高或降低充电率时考虑由于高的充电或放电循环引起的蓄能器老化。

文献DE102011085454A1涉及一种用于控制混合动力车的方法，具有内燃机、电动机和电蓄能器，其中以路段为基础通过牵引控制器给定电的路段行驶计划。在此利用电的路段行驶计划预测地确定有轨电车以路段为基础的驱动方式，并且在利用蓄能器模型的条件下预测地确定电蓄能器的运行管理。也可以在蓄能器模型中存储电池的老化效应，由此整个预测运行管理可以一起考虑老化效应。由此电池管理控制器可以提供基准点供使用，参照该基准点可以有目的地充电、放电或运行蓄电池。

发明内容

按照本发明给出一种如权利要求1所述的用于运行具有电驱动装置的驱动系统的方法以及如并列权利要求所述的装置、驱动系统和机动车。

在从属权利要求中给出其它扩展结构。

按照第一方面，规定一种用于运行在机动车中的电驱动装置的方法。所述电驱动装置由可再充电的电蓄能器供电。在回收运行中提供用于充电电蓄能器的电能，具有下面的步骤：

-以一个或多个可能的行驶路段的变化为基础，求得一个电子地平（elektronischerHorizont），该电子地平给出一个或多个具有各自的路段参数的路段；

-以电子地平的路段参数为基础确定必需的电功率随时间的变化；

-根据必需的电功率的变化并且根据电蓄能器的给定的最大允许的充电电流确定最佳充电电流。

在制动过程期间回收电能时，回收的电能量数量受到电驱动装置和电蓄能器的尺寸的限制。经常出于保护结构部件的原因实现这种限制并且用于防止在以太高的发电机式产生的电流强烈制动过程时损伤电系统。大多固定地给定在电蓄能器中的限制并且作为最大允许充电电流作为参数考虑。此外存在动态限制，它们在机动车运行中计算并且它们明显由电蓄能器的实际状态确定。

但是通常只以实际电池充电状态为基础求得动态限制。通常电蓄能器充电直到最大允许充电电流，只要通过制动过程提供这个充电电流供使用。但是，电蓄能器的老化明显取决于充电电流的大小。较大充电电流一般比较小充电电流引起更剧烈的老化。

因此由于求得动态极限只以实际电池充电状态为基础不能最佳地充电电蓄能器。当然在目前的运行方式中可能出现，电蓄能器在结束制动状态之前已经完全充电。如果现在以强烈制动的制动状态比从属的回收状态持续更长的时间，这导致，电蓄能器以高的或者说最大允许的充电电流充电，并且由于电池完全充电而结束充电，尽管制动过程还没有结束。这由于较高的充电电流导致电蓄能器比在以更低的充电电流超过整个制动过程充电电蓄能器时的情况更快速地老化。

上述方法的构思在于，通过关注位于前面的路段以电子地平的形式识别制动状态（阶段）、即通过电驱动装置的负的功率输入（功率消耗）状态，并且推测可回收的能量，并且在计算用于电蓄能器的充电电流时考虑。由此可以使电蓄能器的充电持续时间在可能识别的制动状态的整个持续时间上延伸，由此相应地降低充电电流。

尤其通过考虑必需的功率随时间的变化规定，也考虑在通过电驱动装置的正的功率输入状态期间来自电蓄能器的电能消耗和在制动状态之间和期间对电能的其它需求。总之由此可以实现，在电蓄能器中老化最佳地进行电能回收。

此外可以以尤其通过优化方法提供的在电子地平的路段上的速度变化为基础确定必需的电功率随时间的变化。

尤其可以确定最佳充电电流作为至少一充电电流，该充电电流在电子地平的结束处的时刻引起与以最大允许充电电流充电电蓄能器相同的电蓄能器的充电状态。

此外所述最佳充电电流可以对应于至少一充电电流，在该充电电流下在电子地平内部的累积的持续时间，在该持续时间期间充电状态小于充电状态的给定的下阈值，不大于在电子地平内部的累积的持续时间，在该持续时间期间在以最大允许的充电电流充电时充电状态小于充电状态的给定的下阈值。

此外所述路段参数可以对于一个或多个路段中的每个路段给出长度且尤其是至少一下面的其它路段参数：

-上坡或下坡，

-弯道，

-路面状态，

-天气或风力条件。

可以规定，所述电子地平的路段对应于最可能的行驶路段的路段。

按照一实施例，所述电子地平的路段对应于对于多个可能实现的行驶路段分别通过行驶概率求得的路段，其中所述电子地平只考虑具有超过给定的最小概率的行驶概率的路段。

按照另一实施例，对于多个可能的行驶路段、尤其以大于给定的行驶概率的概率行驶的行驶路段可以分别求得最佳的充电电流，并且使用这样求得的最佳充电电流中最大的最佳充电电流作为最佳的充电电流。

按照另一方面规定一种用于在机动车中运行电驱动装置的装置、尤其是控制器，其中该装置设计成，执行上面的方法。

按照另一方面规定一种机动车，其具有电驱动装置和上述的装置。

附图说明

下面借助于附图详细解释实施例。附图示出：

图1机动车的示意图，具有用于回收电能的系统；

图2流程图，用于表示通过考虑位于前面的行驶路段回收电能的方法；和

图3电蓄能器充电状态的可能的变化的图。

具体实施方式

在图1中示意示出机动车1，它具有电驱动装置2。电驱动装置2可以作为唯一的驱动单元，或者作为混合的驱动系统的一部分。电驱动装置2可以包括一个或多个与驱动车轮耦联的电动机、尤其是电子换向的马达。

电驱动装置2一般借助于控制器3控制并且以来自电蓄能器4的电能供电。为此控制器3获得理论扭矩或转速的数据形式的给定值FV并且将它们转换成驱动单元2的相应的电子控制。

在混合驱动系统中控制器3或附加的混合驱动控制器（未示出）可以求得在由电驱动装置2和附加的驱动马达、例如内燃发动机提供的扭矩之间的负荷分配并且相应地控制电驱动装置2。

此外控制器3可以在回收运行方式下规定，在制动过程期间，例如通过操纵（未示出的）制动踏板作为制动要求BA给出制动过程，这样控制电驱动装置2，即产生发电机式电能或电流。这个电能可以输送到电蓄能器4。

电蓄能器4这样构成，借助于由此提供的电能可以充电蓄能器。控制器3由电蓄能器4得到状态指示，例如充电状态、其温度和类似参数，并且以公知的方式构成，根据状态指示求得最大允许充电电流。现在在制动过程期间回收时通过控制器3这样控制电驱动装置2，不超过最大允许充电电流。当已经确认电蓄能器4完全充电时，通过控制器3也停止回收运行。

常见的、将能量作为电化学能储存的电蓄能器可能老化。老化取决于用于电蓄能器充电所需的充电电流。充电电流越低，电蓄能器越受爱护地运行，并且其使用寿命越长。

为了尽可能爱护地运行电蓄能器4现在规定，控制器3分析关于位于前面的行驶路段的信息。在此通过确定预期要执行的制动过程可以求得通过回收提供的或可提供的电能，并且尽可能这样输送到电蓄能器4，使蓄能器爱护地以尽可能微小的充电电流充电。

为了分析位于前面的行驶路段，在控制器3中接收地图单元5的地图数据。地图单元5可以是导航系统或司机辅助系统的一部分。地图单元5可以与控制器3直接地或者通过机动车总线、例如CAN处于连接。

地图单元5可以提供地图数据，它们除了关于路段变化的指示以外也提供路段参数、尤其是关于路段的拓扑的和地理的信息和类似信息。路段参数还可以包括关于典型的速度、上和下速度极限、上坡和下坡信息和弯道信息。

在控制器3或在与控制器3独立连接的地平单元（地平线侦测单元）7中形成电子地平（电子地平线侦测装置），它对应于数据的汇总，该汇总包括以至少一最可能行驶的位于前面的行驶路段为基础的关于含有行驶路段的路段信息，其具有拓扑的和地理的状况。这个电子地平以地图数据为基础产生。

最可能的行驶路段例如借助于机动车1的司机的目的地输入在导航系统中获得。可以选择地利用关于过去行驶的行驶路段的启发或统计求得关于位于前面的行驶路段的概率。此外控制器3也可以得到一个概率，以该概率行驶最可能的行驶路段。

在图2的流程图中描述了一种方法，由此对于位于前面的行驶路段实现电蓄能器的爱护地充电。

在步骤S1中以电子地平为基础，电子地平在用于最可能的行驶路段的地平单元中获得，推测机动车的运行策略和在位于前面的路段上的假设的机动车参数和环境参数、可回收的能量量以及预期必需的电能能量量。推测的结果是电功率在时间上的变化，该电功率被确定用于行驶通过电子地平给定的位于前面的行驶路段。正的功率一般对应于电驱动装置2的电动机式运行，负的功率对应于电驱动装置的发电机式运行，由此以给定路段参数为基础将电子地平转换成电功率的变化。

电子地平提供关于速度限制、路段上的典型速度、沿着最可能的行驶路段的上坡和下坡以及弯道的信息。利用这些信息可以建立速度分布（图）。速度分布可以是关于最小能耗和/或燃料消耗的优化结果。

此外在地平单元7中含有关于路段的十字路口的信息和类似信息，利用它们可以预测沿着最可能的行驶路段的制动过程。同样在控制器3中存储大约的机动车参数，例如机动车质量、滚动阻力系数、流阻系数和投影的端面，并且可以被考虑用于求得必需的电功率随时间的变化。同样可以考虑大约的环境参数，如空气密度。根据速度分布和路段长度可以求得电功率沿着最可能的行驶路段以时间为基础的变化。

为了改善功率预测性、即为了求得电功率随时间的变化，地平单元7可以由过去的最可能行驶路段的行驶建立电功率的图示的随时间的变化。为此以地区为基础存储电功率在路段上每次行驶期间的变化。在回收状态，如果已经多次行驶一个路段，可以利用存储的在过去行驶相应的路段时的功率需求提供电功率，例如以存储的功率需求的平均值或者最大值。附加地可以规定，在经常行驶的路段中只考虑相关路段的、最终已经检测到的行驶次数。通过这种方式可以司机和机动车特有地建立功率分布（图）。

如果出现必需的电功率在位于前面的最可能的行驶路段上随时间的变化，可以以实际的充电状态为基础计算最佳的充电电流I_opt。

为此在步骤S2中确认用于充电电流I_{lade_set}的初始值。这个值可以初始、即在第一次执行本方法时作为可以较低地限定的初始充电电流I_{lade_init}给定，它可以位于0A或在最大允许充电电流I_max的10%至30%之间的范围中，最大允许充电电流由电池管理系统给定。因此利用上述方法求得的最佳充电电流I_{lade_opt}大于或等于初始充电电流I_{lade_init}。

在步骤S3中求得电蓄能器4的瞬时充电状态SOC。

在步骤S4中求得充电状态的变化SOC(t)，它在给定的充电电流I_{lade_set}时得到。换言之，以电功率随时间的变化为基础从瞬时充电状态SOC出发求得电蓄能器4的充电状态对于通过电子地平确定的时间段的随时间的变化。上述时间段对应于已经确定了必需的电功率随时间的变化的时间段。

在步骤S5中检验，对于通过电子地平确定的时间段的结束时刻最终充电状态SOC(t_end)是否对应于充电状态SOC，如同它将在以通过由电池管理系统给定的最大允许充电电流I_{lade_max}充电时所达到的那样，上述时间段对应于这样的时间段，对于该时间段已经确定了必需的电功率随时间的变化。

如果不是这种情况（选择：否），则在步骤S6中以确定的值递增地、例如以最大允许的充电电流I_{lade_max}的1%的递增值增加给定的充电电流I_{lade_set}，并且跳回到步骤S4。如果最终充电状态SOC(t_end)对应于将在以通过由电池管理系统给定的最大允许充电电流I_{lade_max}充电时所达到的充电状态（选择:是），则通过步骤S7继续本方法。

在步骤S7中首先求得时间范围的总持续时间作为第一未超出持续时间，在未超出持续时间期间充电状态以给定的充电电流I_{lade_set}达到或低于一个确定的给定的下阈值SOC_min。此外求得时间范围的总持续时间作为第二未超出持续时间，在该未超出持续时间期间充电状态以最大允许的充电电流I_max达到或低于一个确定的给定的下阈值SOC_min。接着检验，第一未超出持续时间是否大于第二未超出持续时间。如果是这种情况（选择：是），则通过步骤S6继续本方法并且以确定的值递增地增加充电电流。否则（选择：否）求得瞬时给定的充电电流I_{lade_set}作为用于被观察的电子地平的最佳充电电流I_{lade_opt}。

循环地执行上述方法步骤。在电子地平中观察的行驶路段每次改变时，由此电功率的变化的时间范围也改变，给出新的最佳充电电流I_{lade_opt}。

通过检验步骤S5和S8保证，在使用最佳充电电流I_{lade_opt}时回收与在使用最大允许的充电电流I_max时相同的能量，只要符合必需的电功率变化的预言。

在图3中示出电蓄能器的充电状态的可能的变化曲线。曲线K1示出在最大允许充电电流I_max时充电状态的变化SOC(t)，曲线K2示出电蓄能器在最佳充电电流I_{lade_opt}时的充电状态的变化SOC(t)。曲线K3示例地示出在比最佳充电电流I_{lade_opt}更低的充电电流时的变化，以该充电电流在结束时刻t_end、即在经过电子地平以后，对应于预期的功率分布，达到比给定的最终充电状态更低的充电状态。

为了补偿在预言功率分布时可能的错误，它们可能由于在地图单元中不准确的地图数据或者错误地推测最可能的行驶路段产生，可以选择地以确定的值提高利用本方法求得的最佳充电电流I_{lade_opt}，由此当地平单元的预言不准确时，也还可以以一定的限制回收最大能量。

为了改善本方法的可靠性，可以使用以电子地平的行驶路段的路段为基础的概率数据。只利用电子地平的这些路段，它们具有例如75%的给定的最小概率。这一方面导致预期的电功率变化的较高可信度，另一方面减小预言的长度，由此也减小本方法的优化潜能，因为在更小的预言长度时可以考虑不太有利的制动过程。

为了在功率分布由于最可能的行驶路段的微小的行驶概率只能覆盖短的时间范围时，也可以应用本方法，可以加入由地平单元传递的选择路段到计算中。如果存在许多可能的行驶路段具有类似大小的概率的时候，这尤其是有意义的。在这些情况下，利用每个可能的行驶路段以例如10%的可确定的最小概率计算可能的功率分布。

上述的用于求得最佳充电电流I_{lade_opt}的方法应用于每个功率分布。接着使用以这种方式计算的最大充电电流。由此实现，当司机选择具有最小回收潜能的行驶路段时，也回收最大能量，即使备选路段是不同长度的。

只要功率分布的预言符合可能的行驶路段，通过以这种方式计算的最佳充电电流I_{lade_opt}事实上可以回收的最大可能的能量的概率至少对应于所考虑的可能的行驶路段的概率的总和。在这个实施例中也可以改善本方法的可靠性，如果只使用电子地平的那些路段，它们的概率总和对应于一个给定最小概率，例如75%。因为备选路段可能是不同长度的，并因此提供不同长度的时间上的预言，时间上的预言长度在给定确定的概率总和时通过具有最小时间预言的路段限定。

在另一实施例中，也可以超过较长的发动机停止应用本方法。在这种情况下必需的电功率随时间的变化被中断并且可能导致，电蓄能器在发动机停止以前以微小的充电电流只部分地充电，如果这个蓄能器对应于最可能的行驶路段的电子地平可以在重新开始行驶以后再充电的话，例如在上山行驶或类似情况中断的时候。这要求，地平单元7也可以提供超过发动机停止时关于位于前面的行驶路段的预言。

Claims (12)

1.一种用于运行在机动车（1）中的电驱动装置（2）的方法，其中，所述电驱动装置（2）由可再充电的电蓄能器（4）供电并且在回收运行中提供用于充电电蓄能器（4）的电能，具有下面的步骤：

-以一个或多个可能的行驶路段的变化为基础，求得（S1）电子地平，该电子地平给出一个或多个具有各自的路段参数的路段；

-以电子地平的路段参数为基础确定（S4）必需的电功率随时间的变化；

-根据必需的电功率的变化并且根据电蓄能器（4）的给定的最大允许的充电电流确定（S5-S8）最佳充电电流。

2.如权利要求1所述的方法，其中，以尤其通过优化方法提供的在电子地平的路段上的速度变化为基础确定必需的电功率随时间的变化。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，确定最佳充电电流作为至少一充电电流，该充电电流在电子地平的结束处的时刻产生与以最大允许充电电流充电电蓄能器相同的电蓄能器（4）的充电状态。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述最佳充电电流对应于至少一充电电流，在该充电电流下在电子地平内部的累积的持续时间，在该持续时间期间充电状态小于充电状态的给定的下阈值，不大于在电子地平内部的累积的持续时间，在该持续时间期间在以最大允许的充电电流（l_max）充电时充电状态小于充电状态的给定的下阈值。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述路段参数对于所述一个或多个路段的每个路段给出长度且尤其是至少一下面的其它路段参数：

-上坡或下坡，

-弯道，

-路面状态，

-天气或风力条件。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述电子地平的路段对应于最可能的行驶路段的路段。

7.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述电子地平的路段对应于对于多个可能实现的行驶路段分别通过行驶概率求得的路段，其中所述电子地平只考虑具有超过给定的最小概率的行驶概率的路段。

8.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，对于多个可能的行驶路段、尤其以大于给定的行驶概率的概率行驶的行驶路段分别求得最佳的充电电流（I_{lade_opt}），并且使用这样求得的最佳的充电电流中的最大的作为最佳的充电电流。

9.一种用于运行在机动车（1）中的电驱动装置（2）的装置（3）、尤其是控制器，其中该装置设计成，执行如权利要求1至8中任一项所述的方法。

10.一种机动车（1），具有电驱动装置（2）和如权利要求9所述的装置（3）。

11.一种计算机程序，它设计成，执行如权利要求1至8中任一项所述方法的全部步骤。

12.一种可机器读取的存储介质，在其上存储如权利要求11所述的计算机程序。