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CN111497639A - 用于运行主蓄能器的方法 - Google Patents

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CN111497639A CN202010064956.3A CN202010064956A CN111497639A CN 111497639 A CN111497639 A CN 111497639A CN 202010064956 A CN202010064956 A CN 202010064956A CN 111497639 A CN111497639 A CN 111497639A
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Abstract

本发明涉及一种用于运行车辆(30)电性的至少一个主蓄能器的方法，其中，在所述至少一个主蓄能器中储存用于驱动车辆(30)的电能，其中，根据为车辆(30)规定的建议车速的相应值和根据车辆(30)的实际车速的当前值来调节所述至少一个主蓄能器的荷电状态。

Description

用于运行主蓄能器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行车辆的至少一个电的主蓄能器的方法和一种用于运行车辆的至少一个电的主蓄能器的系统。
背景技术
利用电机驱动的机动车具有作为电机的电能源的电池。在此可能需要使电池的荷电状态适配于机动车的运动。
文献DE 2 453 149 A1描述了一种用于车辆的电子的速度调节电路或者说控制电路。
在文献DE 101 16 463 A1中描述了一种用于储存电能的系统。
从文献DE 11 2014 001 587 T5中已知一种用于控制车辆的能源控制设备。
发明内容
在此背景下本发明的目的是，以合适的方式控制用于车辆的电蓄能器。
该目的通过具有独立权利要求的特征的方法和系统来实现。所述方法和系统的实施方式由从属权利要求得出。
根据本发明的方法被设置为用于运行车辆的或者用于车辆的、尤其是车辆中的至少一个电的主蓄能器、例如电容器，其中，在至少一个主蓄能器中储存电能，所述电能被用于通过电机来驱动车辆或使车辆前进。在此，根据例如在由车辆驶过的地面上为车辆规定的和/或许可的建议车速的相应值、例如和时间相关联的值，并且根据车辆例如在由车辆驶过的地面上的实际车速的当前值，调节至少一个主蓄能器在某个时刻的荷电状态或在该时刻储存在至少一个主蓄能器中的电能的量。
在此可能的是，对于车辆在相应的时刻、也就是说在当前的或将来的时刻驶过或将驶过的地面并且因此例如对于道路规定或将规定建议车速的值。
可以针对车辆的每个电蓄能器来实施所提出的方法，该电蓄能器在这里按定义设计为和/或称为电的主蓄能器。至少一个这种主蓄能器与车辆的至少一个另外的电蓄能器不同，所述另外的电蓄能器在此按照定义设计为和/或称为电的副蓄能器。在所述方法的一个可能的实施方式中，所述至少一个电的主蓄能器和所述至少一个电的副蓄能器可以彼此和/或相互交换电能。
作为电蓄能器的至少一个电的主蓄能器在设计方案中设计为电容器。因此可以针对至少一个设计为电容器的主蓄能器来实施或执行该方法。也可能的是，将至少一个电的主蓄能器设计为高功率蓄能器、尤其是高功率二次蓄能器，其中，该高功率蓄能器可以基于锂离子。这样的主蓄能器例如可以被使用在动能回收系统(Kinetic-Energy-Recovery-System)或者说KERS系统中，如其也在赛车运动中、例如在一级方程式赛车中用在车辆中那样。这种KERS系统具有电机并且被设计为用于，将车辆的动能转换成电能，其中，电机在车辆制动时作为发电机和/或再生地运行，其中，由电机转换的电能被传输到主蓄能器中。
此外可以考虑，至少一个电的副蓄能器例如设计为电池或蓄电池并且与至少一个例如设计为电容器的电的主蓄能器不同。然而也可能的是，至少一个电的主蓄能器设计为所谓的第一电容器，至少一个电的副蓄能器设计为另外的、所谓的第二电容器。另选地或补充地，至少一个电的主蓄能器可以设计为所谓的第一电池，至少一个电的副蓄能器可以设计为另外的、所谓的第二电池。该方法可以被转用于所有高功率蓄能器。
在所述方法中，根据设计为理论速度/设定速度和/或设计为允许的最高速度的建议车速的值来调节至少一个主蓄能器、例如电容器的荷电状态，或者说在该时刻、例如在相应时刻储存在至少一个主蓄能器中的电能的量，车辆以所述建议车速值在地面上行驶。
在此也可能的是，车辆首先和/或当前在地面的第一路段上行驶，随后或将来在地面的第二路段上行驶，其中，在从地面的第一路段过渡到第二路段时，建议车速的值改变。考虑到建议车速值从第一路段到第二路段的变化，也相应地调节荷电状态。在此，也可以考虑在针对当前行驶的第一路段的建议车速的值与针对将来要驶过的第二路段的建议车速的值之间的差别。
在设计方案中，考虑在预设的和/或规定的建议车速的值与实际车速的当前值之间的差或者说区别，其中，可以根据该差来调节荷电状态，其中，还可以考虑，实际车速的值是大于、等于还是小于建议车速的值。
根据本发明的系统被设计为用于运行车辆的至少一个电的主蓄能器、例如电容器，其中，至少一个主蓄能器被设计为用于储存用于通过电机来驱动车辆或使车辆前进的电能。该系统具有控制装置，该控制装置被设计为用于，根据例如在车辆行驶的地面上为车辆所设置的和/或许可的建议车速的值，并且根据车辆例如在被车辆驶过的地面上的实际车速的当前值来调节荷电状态，或者说在相应时刻待储存或可储存在至少一个主蓄能器中的电能的量，和/或促使根据建议车速和实际车速的相应值来调节荷电状态。
此外，该系统具有车辆的导航装置，其中，导航装置被设计为用于，获取和/或确定建议车速的至少一个所设置的值、例如当前值和/或未来值，并且将关于至少一个所设置的值的信息提供给控制装置。也可以考虑，利用导航装置也获取和/或确定车辆的实际车速的当前值。此外，实际车速的当前值可以由车辆的速度计获取和/或确定。获取的和/或确定的实际车速值同样被提供给控制装置。
利用该方法可以智能地控制作为车辆的电蓄能器或电能源的至少一个主蓄能器。
在此，将至少一个主蓄能器、例如电容器的荷电状态适配于行驶的实际车速或实际车速的当前值和许可的建议车速或建议车速的值。在与导航系统组合的情况下，至少一个主蓄能器也可以前瞻性地被充电和放电。作为系统的可能的部件的导航系统被设计为用于，识别和/或获取建议车速的分别针对地面的各个路段而设置的相应的值以及该值的变化。
在此，至少一个主蓄能器尤其可以在城市交通中明显更多地被使用，这是因为不必提供用于加速到例如在高速公路上许可的建议车速的值的附加能量。在此考虑，用于控制所述方法的软件允许，在许可的建议车速的值为例如50km/h的情况下，至少一个主蓄能器在70km/h的实际车速值的情况下可以完全放电。如果车辆的驾驶员无意地或者说意外地加速到比建议车速高的实际车速，则能够得出方法的这种可能的实施方式。
如果没有这种功能，则在车辆行驶时必须在作为主蓄能器的至少一个电容器中维持如此多的能量，以便使车辆在高速公路上也能加速到例如180km/h的建议车速的高值。利用该方法考虑到，在高速公路上的建议车速的许可值高于在居民区中、例如城市中的建议车速的许可值。
附加地，能够使用由导航装置提供的导航数据，以便例如在驶入高速公路或快速路之前就已经给例如设计为电容器的至少一个主蓄能器尽可能充满电或使其适应于预期的交通状况。因此，对于至少一个主蓄能器例如在城市交通中需要比在高速公路上行驶时低的功率。
由于高的再生能力，该方法可以被实施用于所有电驱动的车辆，例如机动车(Kfz)或乘用车(Pkw)、载货汽车(Lkw)、火车或摩托车。
除了作为高功率蓄能器的至少一个主蓄能器、例如电容器之外，可以实施所述方法的电驱动车辆还具有至少一个具有高能量密度的副蓄能器、例如电池或电池单体，由此可以为车辆实现高的续驶里程。利用至少一个设计为电容器的主蓄能器、尤其是高功率蓄能器可以保证车辆的高性能。这种电容器是极其高效的，即与电池相比是更高效的，其中，电池具有比电容器高的能量密度。
电容器可以在车辆中使用，以便补偿功率峰值且由此保护电池且延长其使用寿命。功率峰值大多在强加速度时和在再生运行时出现。因为电容器在购置时相对昂贵，所以应尽可能有效地使用电容器。利用该方法能实现，电容器在车辆停止时被充满电并且根据车辆当前的实际车速具有足够的功率，以便能使车辆继续加速。附加地，至少一个电容器应当被放电到这样的程度，即车辆的机械能或动能的至少一部分、例如全部动能或动能的大部分在制动过程中能够通过电容器再生，其中，机械能在由电机再生的过程中又被转化为电能。
在设计方案中，可以考虑预设的或许可的建议车速，针对所述建议车速在不同的道路上或在由车辆驶过或将要驶过的地面的不同路段上设置和/或许可不同大小的值，例如在居民区中为30km/h或50km/h、在国道上为100km/h、例如在快车道上为120km/h和例如在高速公路上为180km/h或例如在高速公路上的施工现场内为70km/h。
许可的建议车速越高，则在主蓄能器、例如电容器中储存越多的能量，以便在加速时能够从车辆当前行驶时的较低的实际车速短时间地达到相应的建议车速。然而如果要制动车辆，则主蓄能器必须很大程度上被排空并且具有足够大的储存容量或荷电容量，使得主蓄能器可以接收和储存足够的电能，其中，将车辆从当前行驶的、高于建议车速的实际车速减速到建议车速。
显而易见的是，只要不离开本发明的范围，前面所述的和后面还要阐述的特征不仅能在分别说明的组合中、而且也能在其它组合中或单独地使用。
附图说明
根据附图中的实施方式示意性示出并且参考附图示意性且详细地描述本发明。
图1示出用于不同的电蓄能器的能量比较图。
图2示出根据本发明的系统的一个实施方式在实施根据本发明的方法的一个实施方式时的示意图。
连续地和全面地描述附图，相同的附图标记对应于相同的部件。
具体实施方式
图1中的能量比较图被设置为用于比较不同的电蓄能器并且具有横坐标2和纵坐标4。在此，沿着横坐标2以Wh/kg为单位绘出例如相应的蓄能器在电池单体或电池的单体级别上的比能量或者相应的蓄能器的能量密度。沿着纵坐标4以W/kg为单位绘出相应的蓄能器例如在电池单体或电池的单体级别上的比功率，或者相应的蓄能器的功率密度。
在该图中示出用于不同的电蓄能器的多个等时线6、8、10、12、14、16、18、20。在此，为设计为锂离子电池的蓄能器设置第一等时线6，其中，为高压或者说高功率锂离子电池设置具有约50Wh/kg至约100Wh/kg的比能量密度的第一等时线6的第一区域，和其中，为高压或高功率锂离子电池设置具有约160Wh/kg至约190Wh/kg的比能量密度的第一等时线6的第二区域。第二等时线8被设置为用于设计为锂聚合物电池的蓄能器。第三等时线10被设置为用于设计为钠-氯化镍电池或NaNiCl2-电池或Zebra-电池的蓄能器。第四等时线12被设置为用于设计为镍氢电池或NiMH-电池的蓄能器。第五等时线14被设置为用于设计为镍镉电池或NiCd-电池的蓄能器。第六等时线16被设置为用于设计为铅电池或Pb-电池的蓄能器。第七等时线18被设置为用于设计为螺旋卷绕的或螺旋缠绕的铅电池的蓄能器。在此，第八等时线20被设置为用于设计为电容器、在此例如设计为超级电容器的蓄能器。
用于各个蓄能器的相应的等时线6、8、10、12、14、16、18、20说明了通过比能量或能量密度除以比功率或功率密度而得到的时间。在此，在能量比较图中很大程度上对角线延伸的等时线6、8、10、12、14、16、18、20显示出，相应的蓄能器、即相应的电池或电容器具有高能量密度和低有效功率，或者具有高有效功率和低能量密度。
在此，能量比较图应当作为用于比较不同电蓄能器的指标。然而可能的是，电池的能量密度改变并且例如也可以比在此所示出的能量密度高、尤其是明显更高。该图示用于了解和显示出不同类型电蓄能器的功率谱和/或能量谱。
图2以示意图示出在此设计为和/或称为机动车或汽车的车辆30，该车辆在此具有车轮32、电机34、控制装置36、用于导航系统的导航装置37和两个电蓄能器，即作为主蓄能器的电容器38和作为副蓄能器的电池40。车辆30在此被电驱动，其中，为了驱动车辆或使车辆30前进，将储存在所述蓄能器中的至少一个蓄能器中的电能传输到电机34，当该电机作为马达运行时由该电机将电能转化为机械能，由此，使车轮32旋转并且使车辆30在设计为道路的地面42上运动，该地面在此被分为两个路段46a、46b。
在此，车辆30具有实际车速，该实际车速具有当前值，该实际车速在此通过箭头44或向量表征。交通指示牌48布置在地面42的两个路段46a、46b的边界或过渡部处。在此，在第一路段46a中的规定针对建议车速或许可的和/或允许的最高速度的第一值，在第二路段46b中规定针对建议车速或许可的和/或允许的最高速度的第二值，其中，在第一路段46a和第二路段46b之间的边界处改变建议车速。
如果电机34作为马达运行，则可以通过提高功率来使车辆30加速、特别是正向加速。此外，可以进行再生运行，其中，电机34作为发电机运行并且机械能被转化为电能，所述电能被储存在所述蓄能器中的至少一个蓄能器中，其中，车辆30通过降低功率而被制动或被负向加速。
根据本发明的系统50的实施方式，作为部件至少具有电容器38和控制装置36，该电容器作为主蓄能器。根据规定，电池40也可以设计为副蓄能器，导航装置37和/或电机34也可以设计为系统50的这种实施方式的部件。
在根据本发明的方法的实施方式中，根据针对地面42规定的建议车速的相应的值和车辆30的实际车速的当前值来调节电容器38的荷电状态、即在电容器38中当前储存的电能的量。
在此提出，将实际车速的值与建议车速的值进行比较。
如果实际车速的值小于建议车速的值，则荷电状态具有大的值。因此得到短时间地将大量的电能从电容器38传输到电机34并且使车辆30加速的可能性。在此，在设计方案中可设想，在建议车速的值和实际车速的值之间的差越大，荷电状态就越高。在此，在本方法的范围内调节相应设置的荷电状态的值。
相反，如果实际车速的值大于建议车速的值，则荷电状态具有相对较低的或较小的值。因此存在如下可能性，在执行再生时短时间地将由电机34从机械能转换而来的大量的电能从电机34传输到电容器38并且储存在那里，其中，车辆30被制动。在此，在设计方案中可设想，在实际车速的值和建议车速的值之间的差越大，荷电状态就越低。
在此也要考虑，在这里例如设计为速度指示牌或地点指示牌的交通指示牌48上相应预设的建议车速的值改变，利用所述交通指示牌显示出相应设置的建议车速的值，则该建议车速被设置和/或规定用于地面42的相应路段46a、46b。
在此提出，在车辆30离开居民区之前或者在该车辆驶入居民区中之前，已经改变在电容器38中的荷电容量或者电能的量，其中，在居民区内的例如50km/h的建议车速的值小于在该居民区之外的例如100km/h的值。
如果车辆30如在此示出的那样位于地面42的第一路段46a上并且朝向地面42上的第二路段46b的方向运动，则通过导航装置37确定交通指示牌48上的建议车速的值的变化，其中，如果车辆30在当前时刻还位于第一路段46a上、正要靠近第二路段46b并且在将来的时刻才位于第二路段46b上，那么可以已经前瞻性地改变电容器38的荷电容量或储存容量。
为了根据即将发生的建议车速的变化来前瞻性地改变荷电容量，如果电容器38的荷电状态在建议车速的值升高或增大时应当升高或增大，则电能可以从作为副蓄能器的电池40传输到作为主蓄能器的电容器38中并储存在其中。另选地，如果电容器38的荷电状态在建议车速的值降低或缩小时应当降低或缩小，则电能可以从电容器38传输到电池40中并储存在其中。
可设想的是，荷电状态取决于在建议车速和实际车速之间的关系或差。因此例如可以考虑，实际车速是大于还是小于建议车速。在此要考虑，该关系与至少一个另外的因数或参数有关。这种因数例如是在设计为电容器38的主蓄能器、例如高功率蓄能器中最大可储存的能量。此外，系统50可以根据车辆30的当前驾驶模式来运行。例如，以所谓的续航模式作为驾驶模式，其中以最大效率来运行系统50，或者所谓的运动模式/激进模式作为驾驶模式，其中将系统50设定为尽可能经常和长时间地提供最高功率。
如果当前行驶的实际车速和许可的建议车速一样大，则系统50和由此作为主蓄能器的电容器38能被前瞻性地充电和放电。
在该方法的设计方案中也可以考虑，车辆30经过交通指示牌48并且在此或者从具有较低的建议车速值的第一路段46a行驶至具有较高的建议车速值的第二路段46b，或者另选地从具有较高的建议车速值的第一路段46a行驶至具有较低的建议车速值的第二路段46b，其中，可以注意实际车速与建议车速值的即将发生的变化之间的关系。在此可能的是，电容器38作为高功率蓄能器前瞻性地被充电或放电。另选地或补充地，作为高功率蓄能器的电容器38的荷电状态可以适配于所行驶的实际车速和所设置的建议车速。
必要时可设想，电容器38中的荷电状态或所储存的电能的量取决于在建议车速和实际车速之间的差。也可以考虑车辆的其它因数、例如运行参数。
附图标记列表：
2 横坐标
4 纵坐标
6、8、10、12、14、16、18、20 等时线
30 车辆
32 车轮
34 电机
36 控制装置
37 导航装置
38 电容器
40 电池
42 地面
44 箭头
46a、46b 路段
48 交通指示牌
50 系统

Claims (7)

1.一种用于运行用于车辆(30)的电性的至少一个主蓄能器的方法，其中，在所述至少一个主蓄能器中储存用于驱动车辆(30)的电能，其中，根据为车辆(30)规定的建议车速的相应值和根据车辆(30)的实际车速的当前值来调节所述至少一个主蓄能器的荷电状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据设计为理论速度的建议车速的值来调节所述至少一个主蓄能器的荷电状态。
3.根据权利要求1或2所述的方法，针对设计为电容器(38)的至少一个主蓄能器来实施所述方法。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，车辆(30)首先在地面(42)的第一路段(46a)上行驶，随后将在地面(42)的第二路段(46b)上行驶，其中，在从地面(42)的第一路段(46a)过渡到第二路段(46b)中时，建议车速的值发生改变，其中，例如根据在过渡部处的建议车速的改变来调节荷电状态。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，考虑在建议车速的值与实际车速的值之间的差。
6.一种用于运行用于车辆(30)的电性的至少一个主蓄能器的系统，其中，所述至少一个主蓄能器被设计为用于储存用于驱动车辆(30)的电能，其中，系统(50)具有控制装置(36)，该控制装置被设计为用于根据为车辆(30)规定的建议车速的值和根据车辆(30)的实际车速的当前值来调节所述至少一个主蓄能器的荷电状态。
7.根据权利要求6所述的系统，所述系统具有车辆(30)的导航装置(37)，其中，导航装置(37)被设计为用于，获取建议车速的至少一个值并为控制装置(36)提供关于所述建议车速的至少一个值的信息。
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