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DE102007027703A1 - Verfahren zum Betrieb eines einen elektrischen Energiespeicher aufweisenden Hybridantriebes für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum Betrieb eines einen elektrischen Energiespeicher aufweisenden Hybridantriebes für ein Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

In einem Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges mit einem Hybrid-Antrieb, bestehend aus mindestens einer Verbrennungskraftmaschine und mindestens einer Elektromaschine, werden auf einer vorausberechneten Reststrecke bis zu einem Zielort die elektrischen Energiespeicher bis auf einen unteren Grenzwert entleert, wodurch am Zielort ein Maximum an Speicherkapazität für eine Aufladung während eines längeren Fahrzeugstillstands zur Verfügung steht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines einen elektrischen Energiespeicher aufweisenden Hybridantriebes für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Die Offenlegungsschrift DE 100 35 027 A1 offenbart ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs, bei der das vorhersagbare Streckenprofil zum Beispiel anhand des Straßenzustands, der Verkehrsführung sowie der aktuellen Wettersituation erfasst wird.
  • Wie in der DE 100 05 581 A1 veröffentlicht, können vom Fahrer häufig benutzte Strecken, wie beispielsweise zum Arbeitsplatz, durch Positionsermittler, beispielsweise ein GPS-Navigationssystem, prognostiziert und somit auch deren Höhen- und Verkehrsprofil erkannt werden. Ebenfalls finden zusätzliche Informationen wie Staumeldungen Eingang in die Vorausberechnung von Fahrtzeit und -Strecke, wodurch die Ausnutzung der elektrischen Speicherkapazität verbessert und somit der Systemwirkungsgrad gesteigert werden kann.
  • In der DE 198 31 487 C1 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs für ein Kraftfahrzeug beschrieben, welcher einen Verbrennungsmotor, eine Batterie und einen Generator aufweist. Das Verfahren erfasst, unter anderem aus Zielrouteneinstellungen von Navigationssystemen, Informationen über die zu absolvierende Fahrstrecke und kann so die Leistungsanforderungen an den Hybridantrieb im Voraus berechnen. Daraus kann ein Ansteuerzeitplan für die einzelnen Antriebskomponenten unter Berücksichtigung der jeweiligen Wirkungsgrade der Antriebskomponenten oder Betriebsarten in Abhängigkeit von den zu erwartenden Leistungsanforderungen ermittelt werden. Insbesondere wird hierbei der Ladezustand der Batterie berücksichtigt, so dass es möglich ist, die Batteriekapazität besser auszunutzen und den Wirkungsgrad des Gesamtsystems zu steigern. So wird beispielsweise bei einer vorhersehbaren Talfahrt nach Erreichen eines Passes die elektrische Energie der Batterie bei der Bergfahrt zum Pass von dem auch als Elektromotor wirkenden Generator verbraucht, da der elektrische Energiespeicher in dem sich anschließenden Gefälleabschnitt wieder durch Rekuperation im Generator geladen wird. Im Stand der Technik ist die Betrachtung einer besseren Kapazitätsausnutzung sowie der CO2–neutralen Wiederaufladung des elektrischen Energiespeichers auf die Rekuperation im Fahrzustand beschränkt.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb die Ausnutzung der Speicherkapazität eines elektrischen Energiespeichers zu erhöhen und damit den Anteil der mit CO2-Ausstoss verbundenen verbrennungsmotorischen Leistung am Betriebszyklus zu reduzieren.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Bei wiederkehrenden, oft benutzten Streckenverläufen, die abgespeichert sind und anhand bekannter Parameter erkannt werden können, wird der Energieverbrauch auf der Reststrecke bis zum Zielort berechnet und so die elektrische Energie in den Energiespeichern bis auf ein definiertes, zum Betrieb notwendiges Minimum bis zum Zielort verbraucht, so dass nun die maximal mögliche Aufnahmekapazität des Energiespeichers zur Verfügung steht. Die sich nun anschließende Stillstandsphase, z. B. die Arbeitszeit des Fahrers, kann zum stationären Aufladen des Energiespeichers genutzt werden. Die Aufladung erfolgt vorzugsweise aus CO2–neutralen Energiequellen.
  • In den in der Zukunft an Bedeutung gewinnenden Sperrzonen von Innenstädten und Ballungsgebieten lösen Ladestationen, an die ein Hybrid-Fahrzeug in einfacher Weise angeschlossen werden kann, das Emissionsproblem. Außerhalb der Sperrzonen kann wieder vom reinen Elektrobetrieb auf den vollen Hybrid-Betrieb umgeschaltet werden. Ladestationen können beispielsweise auf Firmenparkplätzen oder in Innenstädten, bzw. Ballungsgebieten installiert werden.
  • Die Erzeugung der Energie, mit der in der Stillstandsphase der Energiespeicher befüllt wird, erfolgt vorzugsweise regenerativ.
  • Als Erzeuger der elektrischen Energie für die Befüllung der Energiespeicher in der Stillstandsphase werden aufgrund der angestrebten Energiebilanz hinsichtlich der CO2–Problematik bevorzugt regenerative Energiequellen vorgeschlagen, welche elektrische Energie ohne einen CO2–Ausstoß erzeugen können, insbesondere unter Ausnutzung von Windkraft, Wasserkraft oder Solarenergie. Als eine weitere Möglichkeit kommen solche Energieträger in Frage, welche eine gute Gesamtbilanz hinsichtlich CO2–Ausstoß aufweisen, wie beispielsweise Pflanzenöle. Auch bei einer elektrischen Energieerzeugung aus fossilen Energieträgern bieten die Ladestationen Vorteile, indem die umweltbelastende Energieerzeugung außerhalb der Ballungsräume durchgeführt werden kann.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Hybrid-Fahrzeug mit einer autarken Energiequelle ausgerüstet, so dass in einer Stillstandsphase der Energiespeicher auch unabhängig von einer Ladestation sowie ohne CO2-Ausstoß wieder befüllt werden kann.
  • Eine Möglichkeit zur autarken Energieerzeugung ist die beispielsweise Ausnutzung der Windenergie durch ein am Fahrzeug vorhandenes, ausklappbares Windrad.
  • Bei einer weiteren Alternative kann das Fahrzeug zum Beispiel Solarzellen, die fest auf der Fahrzeugstruktur angebracht sind, aufweisen oder auch über ein mit Solarzellen bestücktes, ausklappbares Sonnensegel verfügen, welches eine größere Oberfläche bieten kann und sich beispielsweise automatisch nach dem Stand der Sonne ausrichten kann.
  • In einer weiteren Ausführung der Erfindung werden die Energiespeicher während des Ladevorganges automatisch in Reihe geschaltet, um den Ladestrom zu senken.
  • In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann automatisch die für jede Art des elektrischen Energiespeichers optimale Ladekennlinie abgerufen werden.
  • Besonders vorteilhaft lässt sich das Verfahren in ein Steuergerät in einem Hybridfahrzeug implementieren.
  • Um das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Fahrzeug anwenden zu können, ist an diesem ein elektrischer Anschluss angebracht, über welchen die Aufladung an der Ladestation erfolgen kann.
  • In der einzigen Figur ist der Ladezustandsverlauf der Erfindung über der Zeit dargestellt. In dem in der Erfindung beschriebenen Verfahren wird die gespeicherte elektrische Energie zum Erreichen des Zielortes bis auf einen zum Starten und zum Erfüllen der elektrischen Grundfunktionen minimalen Energiebetrag aufgebraucht. In der sich anschließenden Stillstandsphase steht die maximale Kapazität des Energiespeichers zur Aufladung zur Verfügung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10035027 A1 [0002]
    • - DE 10005581 A1 [0003]
    • - DE 19831487 C1 [0004]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges mit einem Hybrid-Antrieb, bestehend aus mindestens einer Verbrennungskraftmaschine und mindestens einer Elektromaschine, sowie mindestens einem elektrischen Energiespeicher, dessen Ladezustand abhängig von einem vorausberechneten Fahrprofil bestimmt wird, und einem Steuergerät, in dem zur Vorherbestimmung des Fahrprofils Informationen aus beispielsweise einem Navigationssystem oder einer Höhenmesseinrichtung verarbeitet werden, oder erkannte, sich wiederholende, Fahrtstrecken abgespeichert sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Reststrecke bis zu einem Zielort die elektrischen Energiespeicher bis auf einen unteren Grenzwert entleert werden, wodurch am Zielort ein Maximum an Speicherkapazität für eine Aufladung während eines längeren Fahrzeugstillstands zur Verfügung steht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladung der Energiespeicher mit einer Ladestation erfolgt.
  3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie zur Aufladung an der Ladestation regenerativ, insbesondere unter Ausnutzung von Windkraft, Wasserkraft und Solarenergie, erzeugbar ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fahrzeug eine autarke Einrichtung zur Umwandlung von regenerativen Energien in elektrischen Ladestrom vorhanden ist.
  5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der elektrischen Ladeenergie aus Windkraft ein Windrad am Fahrzeug ausklappbar angeordnet ist.
  6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der elektrischen Ladeenergie Solarzellen an dem Fahrzeug angeordnet sind.
  7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der elektrischen Ladeenergie Solarzellen ausklappbar am Fahrzeug angeordnet sind.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Senkung des Ladestromes die Energiespeicher während des Ladevorganges automatisch in Reihe geschaltet sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass automatisch die für jede Speicherart optimale Ladekennlinie abrufbar ist.
  10. Steuergerät in einem Fahrzeug mit Hybridantrieb, in der das Verfahren der vorhergehenden Ansprüche implementiert ist.
  11. Fahrzeug mit einem Hybrid-Antrieb mit einem Steuergerät nach Anspruch 10.
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