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DE102007047821A1 - Verfahren zur Optimierung der Energierückgewinnung bei einem Hybridfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur Optimierung der Energierückgewinnung bei einem Hybridfahrzeug Download PDF

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DE102007047821A1
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Winkfried Dr. Fakler
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Optimierung der Energierückgewinnung bei einem Hybridfahrzeug vorgeschlagen, im Rahmen dessen während des Betriebs des Fahrzeugs für die kinetische Energie des Fahrzeugs im an die Elektromaschine des Fahrzeugs angeschlossenen Energiespeicher des Fahrzeugs Speicherplatz freigehalten wird, um eine Rückgewinnung der kinetischen Energie zu ermöglichen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Optimierung der Energierückgewinnung bei einem Hybridfahrzeug, insbesondere bei einem parallelen Hybridfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor, zumindest eine Elektromaschine und einen an die Elektromaschine angeschlossenen Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind Hybridfahrzeuge umfassend ein Hybridgetriebe bekannt. Sie umfassen zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor zumindest einen Elektromotor bzw. eine elektrische Maschine. Bei seriellen Hybridfahrzeugen wird ein Generator vom Verbrennungsmotor angetrieben, wobei der Generator den die Räder antreibenden Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt. Des weiteren sind parallele Hybridfahrzeuge bekannt, bei denen eine Addition der Drehmomente des Verbrennungsmotors und zumindest einer mit dem Verbrennungsmotor verbindbaren elektrischen Maschine erfolgt. Hierbei sind die elektrischen Maschinen mit dem Riementrieb oder mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindbar. Die vom Verbrennungsmotor und/oder der zumindest einen elektrischen Maschine erzeugten Drehmomente werden über ein nachgeschaltetes Getriebe an die angetriebene Achse übertragen.
  • Beispielsweise ist im Rahmen der DE 10 2006 019 679 A1 ein Antriebsstrang mit einem elektrisch verstellbaren Hybridgetriebe und einem elektrohydraulischen Steuersystem, mehreren elektrischen Leistungseinheiten und mehreren Drehmomentübertragungsmechanismen bekannt. Hierbei können die Drehmomentübertragungsmechanismen durch das elektrohydraulische Steuersystem selektiv eingerückt werden, um vier Vorwärtsgänge, einen neutralen Zustand, eine elektrische Betriebsart mit niedriger und hoher Drehzahl, eine elektrisch verstellbare Betriebsart mit niedriger und hoher Drehzahl und eine Berghalte-Betriebsart bereitzustellen.
  • Aus der DE 10 2005 057 607 B3 ist ein Hybridantrieb für Fahrzeuge bekannt, zumindest beinhaltend einen Hauptmotor, insbesondere eine Brennkraftmaschine, einen Generator, einen Elektromotor und ein, ein Sonnenrad, ein Hohlrad, einen Planetenträger sowie Planetenräder aufweisendes Planetengetriebe, das mindestens eine Abtriebswelle beinhaltet. Hierbei ist vorgesehen, dass für einen ersten Fahrbereich des Fahrzeuges zur Addition der Drehmomente die Antriebswellen des Hauptmotors und des Elektromotors auf das Sonnenrad des Planetengetriebes gekoppelt sind und für einen weiteren Fahrbereich einer der beiden Motoren zur mechanischen Addition der Drehzahlen entsprechend dem Überlagerungsprinzip kraftschlüssig auf das Hohlrad des Planetengetriebes koppelbar ist.
  • Aus der US 2005/0221947 A1 ist ein Antriebssteuersystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb bekannt, bei dem eine Einrichtung vorgesehen ist, welche Signale liefert, die Betriebszustände des Fahrzeugs, des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine anzeigen, wobei von der Steuerung des Hybridantriebs eine Start/Stopp Funktion ausgeführt wird, bei der anhand des Betriebszustands des Fahrzeugs der Verbrennungsmotor ausgeschaltet und vom Antriebsstrang abgekoppelt wird um in einem nächsten Schritt in Abhängigkeit von Signalen der Steuerung vom der Elektromaschine gestartet zu werden.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, den an die Elektromaschine angeschlossenen Energiespeicher eines Hybridfahrzeugs durch Nutzung der kinetischen Energie des Fahrzeugs oder der Bremsenergie zu laden. Beispielsweise kann zu diesem Zweck die in der Schubphase des Fahrzeugs zur Verfügung stehende Bremsenergie (Rekuperationsenergie) genutzt werden und in elektrische Energie umgewandelt werden. Hierbei wird nach dem Stand der Technik die Rekuperationsenergie den Energiespeicher solange wie möglich zurückgeführt, ohne die aktuell vorhandene kinetische Energie des Fahrzeugs zu berücksichtigen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Optimierung der Energierückgewinnung bei einem Hybridfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor, zumindest eine Elektromaschine und einen an die Elektromaschine angeschlossenen Energiespeicher anzugeben, durch dessen Durchführung die kinetische Energie des Fahrzeugs berücksichtigt und optimal genutzt wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Demnach wird ein Verfahren zur Optimierung der Energierückgewinnung bei einem Hybridfahrzeug, insbesondere einem parallelen Hybridfahrzeug vorgeschlagen, im Rahmen dessen während des Betriebs des Fahrzeugs, für die kinetische Energie des Fahrzeugs im an die Elektromaschine des Fahrzeugs angeschlossenen Energiespeicher des Fahrzeugs Speicherplatz freigehalten wird, um eine Rückgewinnung der kinetischen Energie zu ermöglichen.
  • Gemäß der Erfindung wird der Ladevorgang des Energiespeichers des Fahrzeugs derart gesteuert, dass der Energiespeicher des Fahrzeugs zu keiner Zeit während des Fahrbetriebs an seine obere Ladegrenze gelangt; im Idealfall ist der Energiespeicher bei Stillstand des Fahrzeugs voll geladen. Durch das erfindungsgemäße Freihalten von Energiespeicherplatz kann beispielsweise beim Abbremsen des Fahrzeugs die gesamte kinetische Energie des Fahrzeugs in den Energiespeicher zurückgespeist werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Konzeption kann die kinetische Energie im Fahrzeug zum Zweck der Energierückgewinnung Zeit optimal genutzt werden. Des weiteren wird die Lebensdauer des Energiespeichers erhöht, da die Grenzen für die normale Funktionalität enger gemacht werden können und es seltener notwendig wird, Belastungen in kritische Bereiche durchzuführen. Ferner werden die Kosten für den Energiespeicher reduziert, da dieser durch die Optimierung der Energierückgewinnung in vorteilhafter Weise kleiner dimensioniert werden kann.
  • Gemäß der Erfindung werden die Grenzen für die zur Verfügung stehenden Lade- und Entladenergien bzw. die Belastungsgrenzen des an die Elektromaschine des Fahrzeugs angeschlossenen Energiespeichers des Fahrzeugs im Energiespeicher-Modul der Steuerung bestimmt und können dynamisch verändert werden, sodass während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs ein Speicherplatz für die Fahrzeug vorhandene kinetische Energie reserviert werden kann.
  • Beispielsweise können während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs die Grenzen für die zur Verfügung stehenden Lade- und Entladenergien derart verändert werden, dass im Energiespeicher ein Energiespeicherplatz vorhanden ist, welcher der aktuellen kinetischen Energie des Fahrzeugs EKin = ½·m·v2 entspricht, wobei m die Fahrzeugmasse und v die Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
  • Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass unter Berücksichtigung von GPS-Daten die potentielle Energie analog zur kinetischen Energie vorausschauend berücksichtigt wird, so dass die Grenzen für die zur Verfügung stehenden Lade- und Entladenergien derart dynamisch verändert werden, dass im Energiespeicher ein Energiespeicherplatz vorhanden ist, welcher der Summe aus der aktuellen kinetischen Energie des Fahrzeugs EKin = ½·m·v2 und der aktuellen potentiellen Energie des Fahrzeugs entspricht.
  • Hierbei ist die potentielle Energie des Fahrzeugs durch die Formel Epot = m·g·h gegeben, mit m: Masse, g: Erdbeschleunigung und h: Höhenunterschied, wobei der Höhenunterschied der Höhenunterschied zum Fahrziel oder zu einem definierten Punkt entlang der noch zurückzulegenden Strecke ist.
  • 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 102006019679 A1 [0003]
    • - DE 102005057607 B3 [0004]
    • - US 2005/0221947 A1 [0005]

Claims (5)

  1. Verfahren zur Optimierung der Energierückgewinnung bei einem Hybridfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor, zumindest eine Elektromaschine und einen an die Elektromaschine angeschlossenen Energiespeicher, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Fahrzeugs für die kinetische Energie des Fahrzeugs im an die Elektromaschine des Fahrzeugs angeschlossenen Energiespeicher des Fahrzeugs Speicherplatz freigehalten wird, um eine Rückgewinnung der kinetischen Energie zu ermöglichen.
  2. Verfahren zur Optimierung der Energierückgewinnung bei einem Hybridfahrzeug, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladevorgang des Energiespeichers des Fahrzeugs derart gesteuert wird, dass der Energiespeicher zu keiner Zeit während des Fahrbetriebs an seine obere Ladegrenze gelangt.
  3. Verfahren zur Optimierung der Energierückgewinnung bei einem Hybridfahrzeug, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzen für die zur Verfügung stehenden Lade- und Entladenergien bzw. die Belastungsgrenzen des an die Elektromaschine des Fahrzeugs angeschlossenen Energiespeichers des Fahrzeugs derart dynamisch verändert werden, dass während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs ein Speicherplatz für die Fahrzeug vorhandene kinetische Energie reserviert wird.
  4. Verfahren zur Optimierung der Energierückgewinnung bei einem Hybridfahrzeug, nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des Fahrzeugs zusätzlich zum für die kinetische Energie des Fahrzeugs freigehaltenen Speicherplatz im an die Elektromaschine des Fahrzeugs angeschlossenen Energiespeicher des Fahrzeugs Speicher platz freigehalten wird, um eine Rückgewinnung der aktuellen potentiellen Energie des Fahrzeugs zu ermöglichen, wobei die Grenzen für die zur Verfügung stehenden Lade- und Entladenergien derart dynamisch verändert werden, dass im Energiespeicher ein Energiespeicherplatz vorhanden ist, welcher der Summe aus der aktuellen kinetischen Energie des Fahrzeugs EKin = ½·m·v2 und der aktuellen potentiellen Energie des Fahrzeugs entspricht.
  5. Verfahren zur Optimierung der Energierückgewinnung bei einem Hybridfahrzeug, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die potentielle Energie des Fahrzeugs durch Epot = m·g·h gegeben ist, mit m: Masse, g: Erdbeschleunigung und h: Höhenunterschied, wobei der Höhenunterschied der Höhenunterschied zum Fahrziel oder zu einem definierten Punkt entlang der noch zurückzulegenden Strecke ist.
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