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DE102014203004A1 - Drive train for a vehicle with a flywheel mass storage and charging strategy of the flywheel mass storage - Google Patents

Drive train for a vehicle with a flywheel mass storage and charging strategy of the flywheel mass storage Download PDF

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DE102014203004A1
DE102014203004A1 DE102014203004.8A DE102014203004A DE102014203004A1 DE 102014203004 A1 DE102014203004 A1 DE 102014203004A1 DE 102014203004 A DE102014203004 A DE 102014203004A DE 102014203004 A1 DE102014203004 A1 DE 102014203004A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
drive train
speed
vehicle
flywheel
energy storage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102014203004.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Nico Schütze
Andreas Kain
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Antriebstrang für ein Fahrzeug, umfassend eine Antriebsmaschine und einen Schwungmassenspeicher, der über eine Verbindungseinheit mit dem Antriebsstrang mechanisch koppelbar ist, so dass der Schwungmassenspeicher durch mechanische Anbindung an den Antriebsstrang gemäß einer vorgegebenen Ladestrategie ladbar und bei Bedarf des Antriebs entladbar ist. Erfindungsgemäß ist die Ladestrategie derart ausgestaltet, dass der Schwungmassenspeicher in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs geladen wird.The invention relates to a drive train for a vehicle, comprising a prime mover and a flywheel energy storage, which is mechanically coupled via a connection unit with the drive train, so that the flywheel energy storage by mechanical connection to the drive train according to a predetermined charging strategy and loadable unloaded when required by the drive is. According to the charging strategy is designed such that the flywheel energy storage is loaded in dependence on the current speed of the vehicle.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug mit einem Antriebsmotor und einem Schwungmassenspeicher, der über eine Verbindungseinheit mit dem Antriebsstrang mechanisch koppelbar ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a drive unit for a vehicle having a drive motor and a flywheel mass storage device, which can be mechanically coupled via a connection unit to the drive train, according to the preamble of claim 1.

In der Automobilentwicklung ist bereits seit längerem der Einsatz von Schwungmassenspeichern in Fahrzeugen als Energiespeicher in der Erprobung. Dabei erfolgt die Speicherung der Energie durch Rotation der Schwungmasse als mechanische (kinetische) Energie.In automotive development, the use of flywheel mass accumulators in vehicles as an energy storage device has already been tested for a long time. The energy is stored by rotation of the flywheel as mechanical (kinetic) energy.

Bei der elektrischen Anbindung wandelt eine elektrische Antriebsmaschine im Antriebsstrang mechanische in elektrische Energie, die mittels einer am Schwungrad angekoppelten elektrischen Motor-Generator-Einheit in mechanische Energie gewandelt wird. Der Einsatz elektrisch angebundener Schwungmassenspeicher ist aus heutiger Sicht im Wesentlichen für Fahrzeuge mit einer ohnehin vorhandenen elektrischen Motor-Generator-Einheit als Haupt- oder Nebenantriebsmaschine (z. B. Hybridfahrzeug, Elektrofahrzeug) sinnvoll, da zur Ausgabe der Energie zum Antrieb die bereits im Fahrzeug vorhandene, elektrische Energie nutzende Antriebsmaschine verwendet werden kann.In the electrical connection converts an electric drive machine in the drive train mechanical into electrical energy, which is converted by means of a flywheel coupled to the electric motor-generator unit into mechanical energy. The use of electrically connected flywheel mass storage is from today's point of view essentially useful for vehicles with an already existing electric motor-generator unit as a main or auxiliary drive machine (eg., Hybrid vehicle, electric vehicle), as to output the energy to the drive already in the vehicle existing, electric energy using drive machine can be used.

Neben der Ausgestaltung der Anbindung eines Schwungmassenspeichers in elektrischer Form kann die Anbindung auch mechanisch erfolgen. Die Schwungmasse wird mittels eines Vorschaltgetriebes an den Antriebsstrang eines Fahrzeuges z. B. an der Hinterachse angebunden, so dass die Raddrehzahl des Fahrzeuges mit der Drehzahl der Schwungmasse in Beziehung steht. Das Vorschaltgetriebe wandelt beim Laden das Drehmoment und die Drehzahl des Antriebsstrangs und versetzt die Schwungmasse in Rotation. Beim Entladen wird die durch Rotation der Schwungmasse gespeicherte Energie mittels des Vorschaltgetriebes wieder an den Antriebsstrang abgegeben. Bedingt durch die mechanische Kopplung von Schwungmassenspeicher und Antriebsstrang ist die Mindestdrehzahl des Schwungmassenspeichers abhängig von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Abhängig von der Ausprägung der mechanischen Anbindung des Schwungmassenspeichers an den Antriebsstrang kann dieser nur bis zu einer Mindestdrehzahl entladen werden, bei der sich eine Drehzahlangleichung mit dem Antriebsstrang, beziehungsweise den angetriebenen Rädern einstellt. Eine weitere Entladung unter diese geschwindigkeitsabhängige Drehzahl ist systembedingt nicht möglich.In addition to the design of the connection of a flywheel mass storage in electrical form, the connection can also be made mechanically. The flywheel is by means of a Vorschaltgetriebes to the drive train of a vehicle z. B. attached to the rear axle, so that the wheel speed of the vehicle is related to the speed of the flywheel. The gearbox converts the torque and the speed of the drivetrain while loading and sets the flywheel in rotation. When unloading the energy stored by rotation of the flywheel energy is returned to the drive train by means of the Vorschaltgetriebes. Due to the mechanical coupling of flywheel energy accumulator and powertrain, the minimum speed of the flywheel mass accumulator depends on the driving speed of the vehicle. Depending on the nature of the mechanical connection of the flywheel mass accumulator to the drive train, it can only be discharged to a minimum speed at which a speed adjustment with the drive train or the driven wheels is established. A further discharge below this speed-dependent speed is not possible due to the system.

Ist ein Schwungmassenspeicher – wie soeben ausgeführt – an den Antriebsstrang angebunden, kann der Schwungmassenspeicher in unterschiedlichen Fahrsituationen geladen werden, und die im Schwungmassenspeicher gespeicherte Energie somit genutzt werden, um die Antriebsmaschine beim Antrieb zu unterstützen. Zudem kann der Antrieb rein mittels der im Schwungmassenspeicher gespeicherten Energie erfolgen und die Antriebsmaschine abgelegt werden.If a flywheel mass storage device is connected to the drive train as described above, the flywheel energy storage device can be charged in different driving situations, and the energy stored in the flywheel energy storage device can thus be used to assist the drive machine during drive. In addition, the drive can be done purely by means of the stored energy in the flywheel energy storage and the engine are stored.

Aus der DE 10 2007 033 575 A1 ist bereits ein Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug bekannt, bei dem ein Schwungmassenspeicher in Verbindung mit einer elektrischen Maschine einerseits elektrisch und andererseits über eine eigene Kupplung mechanisch an den Antriebsstrang koppelbar ist. Damit kann der Schwungmassenspeicher sowohl mechanisch als auch elektrisch ge- und entladen werden.From the DE 10 2007 033 575 A1 For example, a powertrain for a hybrid vehicle is already known, in which a flywheel mass storage device in conjunction with an electric machine can be coupled to the drive train electrically on the one hand and mechanically via its own clutch on the other hand. Thus, the flywheel energy storage can be both mechanically and electrically charged and discharged.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen hinsichtlich der Nutzung der Energie eines mechanisch angebundenen Schwungmassenspeichers für den Antrieb verbesserten Antriebsstrang für ein Fahrzeug anzugeben.The object of the invention is to provide a with respect to the use of energy of a mechanically connected flywheel energy storage for the drive improved powertrain for a vehicle.

Diese Aufgabe wird durch einen Antriebsstrang nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, insbesondere durch ein Verfahren nach Anspruch 7.This object is achieved by a drive train according to claim 1. Advantageous developments emerge from the dependent claims, in particular by a method according to claim 7.

Der Erfindung geht von einem bereits bekannten Antriebsstrang für ein Fahrzeug aus, wobei der Antriebsstrang zumindest eine Antriebsmaschine und einen Schwungmassenspeicher, der mechanisch an den Antriebsstrang angebunden ist, umfasst. Der Schwungmassenspeicher ist mittels einer Verbindungseinheit bzw. mittels einer Kupplung und eines entsprechenden Getriebes mit dem Antriebsstrang mechanisch koppelbar. Der Schwungmassenspeicher ist dabei durch mechanische Anbindung an den Antriebsstrang gemäß einer vorgegebenen Ladestrategie ladbar und bei Bedarf für den Anrieb entladbar.The invention is based on an already known drive train for a vehicle, wherein the drive train comprises at least one drive machine and a flywheel energy storage device that is mechanically connected to the drive train. The flywheel energy storage device can be mechanically coupled to the drive train by means of a connection unit or by means of a clutch and a corresponding transmission. The flywheel mass storage is loadable by mechanical connection to the drive train according to a predetermined charging strategy and discharged as needed for the Anrieb.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass beim Laden eines (an den Antriebsstrang) mechanisch angebundenen Schwungmassenspeichers in Verzögerungsphasen des Fahrzeugs (Rekuperation) die so gewonnene und gespeicherte mechanische Energie für eine schnelle Beschleunigung des Fahrzeugs (sog. Boosten) nicht reproduzierbar zur Verfügung steht. Im Gegensatz zu diesem realen Betrieb des Fahrzeuges im natürlichen Verkehr bieten gesetzliche Fahrzyklen eine gewisse Reproduzierbarkeit.The invention is based on the finding that, when a flywheel mass memory (mechanically connected to the drive train) is loaded in deceleration phases of the vehicle (recuperation), the mechanical energy thus obtained is not reproducibly available for rapid acceleration of the vehicle (so-called boosting). In contrast to this real operation of the vehicle in natural traffic, legal driving cycles offer a certain degree of reproducibility.

Die Erfindung basiert weiter auf dem Gedanken, den Schwungmassenspeicher somit nicht nur in Verzögerungsphasen des Fahrzeugs durch mechanische Anbindung an den Antriebsstrang zu laden, sondern zusätzlich auch bei Konstantfahrt und Beschleunigungsphasen gezielt zu laden, um ausreichend Energie im Schwungmassenspeicher zum Boosten vorzuhalten. Die Beschleunigungsphasen zeichnen sich dadurch aus, dass die maximale Leistung der Antriebsmaschine nicht ausgenutzt wird. Das Laden ermöglicht so auch die Lastpunktverschiebung der Antriebsmaschine, um Effizienzpotentiale zu erschließen.The invention is further based on the idea to load the flywheel mass storage not only in deceleration phases of the vehicle by mechanical connection to the drive train, but also in constant driving and Acceleration phases targeted load, in order to keep sufficient energy in the flywheel energy storage for boosting. The acceleration phases are characterized by the fact that the maximum power of the prime mover is not exploited. The loading thus also allows the load point shift of the drive machine in order to develop efficiency potentials.

Zu diesem Zweck kann beim Laden des mechanischen Schwungmassenspeichers ein zu erhaltender Ziel-Ladezustand und ein nicht zu unterschreitender minimaler Ladezustand festgelegt werden, die in Verbindung eine nutzbare Boostenergie beschreiben. Zudem kann eine maximale Boostleistung festgelegt werden, mit der die im Schwungmassenspeicher enthaltene Energie im Boost entladen werden soll. Diese maximale Boostleistung kann auch kleiner als die max. abrufbare Leistung aus dem Schwungmassenspeicher sein.For this purpose, when loading the mechanical flywheel energy storage device, a target state of charge to be maintained and a minimum state of charge which can not be undershot are defined, which in combination describe a usable boosting energy. In addition, a maximum boost power can be set, with which the energy contained in the flywheel energy storage is to be discharged in boost. This maximum boost power can also be less than the max. be retrievable power from the flywheel mass storage.

Wird als Ziel-Ladezustand ein geschwindigkeitsunabhängiger konstanter prozentualer Anteil der maximal im Schwungmassenspeicher speicherbaren Energie gewählt, so sinkt systembedingt mit zunehmender Geschwindigkeit der zum Boosten nutzbare Energievorhalt. Um dies zu verhindern, wird zunächst erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Ladestrategie des Schwungmassenspeichers derart ausgestaltet ist, dass der Schwungmassenspeicher in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs geladen wird.If a speed-independent constant percentage of the maximum energy that can be stored in the flywheel mass storage is selected as the target state of charge, the energy reserve that can be used for boosting decreases as a result of the system with increasing speed. In order to prevent this, it is initially proposed according to the invention that the charging strategy of the flywheel mass accumulator is designed such that the flywheel mass accumulator is charged as a function of the speed of the vehicle.

Vorteilhafterweise kann die geschwindigkeitsabhängige Ladestrategie dabei derart ausgestaltet sein, dass der Schwungmassenspeicher durch entsprechende Kopplung mit dem Antriebsstrang auf einen vorgegebenen geschwindigkeitsabhängigen Ziel-Ladezustand des Schwungmassenspeichers geladen wird, d. h. der zu erhaltende Ziel-Ladezustand des Schwungmassenspeichers wird geschwindigkeitsabhängig gewählt. Dieser Ziel-Ladezustand muss dabei nicht dem bei einer vorgegebenen Geschwindigkeit zu erzielendem maximalen Ladezustand entsprechen. Durch die Realisierung eines Energievorhalts wird die reproduzierbare Nutzung des Schwungmassenspeichers möglich, und die dynamische Nutzung der im Schwungmassenspeicher gespeicherten Energie zum Antrieb möglich.Advantageously, the speed-dependent charging strategy can be configured such that the flywheel mass accumulator is charged by appropriate coupling with the drive train to a predetermined speed-dependent target state of charge of the flywheel mass memory, d. H. the target state of charge of the flywheel mass storage device to be obtained is chosen as a function of the speed. This target state of charge does not have to correspond to the maximum state of charge to be achieved at a given speed. Through the realization of an energy reserve, the reproducible use of the flywheel mass storage is possible, and the dynamic use of the energy stored in the flywheel energy storage for driving possible.

Der geschwindigkeitsabhängige Ziel-Ladezustand kann entsprechend unterschiedlichen Anforderungen verschieden gewählt werden. Gemäß einer ersten vorteilhaften Alternative kann der geschwindigkeitsabhängige Ziel-Ladezustand derart vorgegeben werden, dass stets ein konstanter nutzbarer Energievorhalt für den Antrieb, insb. für eine schnelle Beschleunigung (Boost), entnehmbar ist. Somit ist zum Beispiel für den Boostvorgang stets – also unabhängig von der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs – ein konstanter Energievorhalt von z. B. 40% der maximal im Schwungmassenspeicher speicherbaren Energie nutzbar. Aufgrund des systembedingten Ansteigens der Untergrenzen des durch Entladen in den Antriebsstrang nicht zu unterschreitenden minimalen Ladezustands mit steigender Geschwindigkeit muss zum Vorhalten eines konstanten Energievorrats der Ziel-Ladezustand bei steigender Geschwindigkeit entsprechend dem Anstieg des nicht zu unterschreitenden minimalen Ladezustands erhöht werden.The speed-dependent target state of charge can be chosen differently according to different requirements. According to a first advantageous alternative, the speed-dependent target state of charge can be specified in such a way that a constant usable energy reserve for the drive, in particular for rapid acceleration (boost), can always be removed. Thus, for example, for the boost process always - so independent of the current speed of the vehicle - a constant energy reserve of z. B. 40% of the maximum stored in the flywheel energy storable energy. Due to the systemic increase in the lower limits of the minimum load state with increasing speed not to be exceeded by discharging into the drive train, the target state of charge must be increased with increasing speed in accordance with the increase of the minimum state of charge that must not be exceeded in order to maintain a constant energy supply.

Alternativ kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der geschwindigkeitsabhängige Ziel-Ladezustand derart vorgegeben werden, dass (immer) eine von der aktuellen Geschwindigkeit abhängige, vorgegebene Energiemenge für einen definierten Beschleunigungsvorgang zum Erreichen einer vorgegebenen Geschwindigkeitserhöhung bei vorgegebener maximaler Leistung des Schwungmassenspeichers entnehmbar ist. Mit anderen Worten wird der Ziel-Ladezustand so gewählt, dass aus dem Schwungmassenspeicher eine geschwindigkeitsspezifische Energie entnommen werden kann, um eine Beschleunigung um ein definiertes Geschwindigkeitsdelta zu erreichen. Aufgrund des systembedingten Ansteigens der Untergrenzen des nicht zu unterschreitenden minimalen Ladezustands mit steigender Geschwindigkeit muss zum Vorhalten eines entsprechenden Energievorrats der Soll-Ladezustand bei steigender Geschwindigkeit entsprechend dem Anstieg des nicht zu unterschreitenden minimalen Ladezustands überproportional erhöht werden.Alternatively, according to a further advantageous embodiment of the invention, the speed-dependent target state of charge can be specified such that (always) a predetermined amount of energy dependent on the current speed can be removed for a defined acceleration process to achieve a given speed increase for a given maximum power of the flywheel mass storage. In other words, the target state of charge is selected such that a speed-specific energy can be taken from the flywheel mass storage in order to achieve acceleration by a defined speed delta. Due to the system-induced increase of the lower limits of the not to be exceeded minimum state of charge with increasing speed to maintain a corresponding energy supply of the desired state of charge must be increased disproportionately with increasing speed corresponding to the increase of the minimum state of charge.

Da der Kunde insbesondere in bestimmten Betriebsmodi des Fahrzeugs eine reproduzierbare und wiederholbaren Erlebbarkeit einer schnellen Beschleunigung wünscht, wird vorteilhafterweise der Schwungmassenspeicher zumindest in einem vorgegebenen Betriebsmodus des Fahrzeugs, insbesondere in einem Sportmodus in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit (auf einen geschwindigkeitsabhängigen Ziel-Ladezustand) geladen. Da – wie bereits eingangs erwähnt wurde – dieser Energievorhalt nicht nur über Laden des Schwungmassenspeichers während einer Verzögerungsphase erreicht bzw. aufrechterhalten bleiben kann, wird weiter vorgeschlagen, dass der Antriebsstrang vorteilhafterweise in dem entsprechenden Betriebsmodus zusätzlich in einer vorgegebenen Betriebsart des Antriebsstrangs, insbesondere bei Konstantfahrt und Beschleunigung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit (auf einen vorgegebenen geschwindigkeitsabhängigen Ziel-Ladezustand) geladen wird.Since the customer desires a reproducible and repeatable experience of rapid acceleration, in particular in certain operating modes of the vehicle, the flywheel mass storage is advantageously loaded (at a speed-dependent target state of charge) at least in a predetermined operating mode of the vehicle, in particular in a sports mode. Since - as already mentioned - this energy reserve can be achieved or maintained not only by loading the flywheel energy storage during a deceleration phase, it is further proposed that the drive train advantageously in the corresponding operating mode in addition in a given mode of the powertrain, especially in constant driving and Acceleration depending on the speed (to a given speed-dependent target state of charge) is loaded.

Zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang erstreckt sich die Erfindung auch auf ein entsprechendes Verfahren zum Laden eines Schwungmassenspeichers in einem Fahrzeug, wobei der Schwungmassenspeicher über eine Verbindungseinheit mit dem Antriebsstrang mechanisch koppelbar ist, so dass der Schwungmassenspeicher gemäß einer zuvor beschriebenen Ladestrategie geschwindigkeitsabhängig geladen, und bei Bedarf für den Antrieb entladen wird.In addition to the drive train according to the invention, the invention also extends to a corresponding method for loading a Flywheel mass storage in a vehicle, wherein the flywheel energy storage device via a connection unit with the drive train is mechanically coupled, so that the flywheel energy storage is charged according to a charging strategy described above, and discharged as needed for the drive.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigtThe invention will now be explained in more detail with reference to an embodiment. It shows

1 eine erste Variante eines erforderlichen geschwindigkeitsabhängigen Ziel-Ladezustands eines mechanisch angebundenen Schwungmassenspeichers, und 1 a first variant of a required speed-dependent target state of charge of a mechanically connected flywheel mass storage, and

2 eine zweite Variante eines erforderlichen geschwindigkeitsabhängigen Ziel-Ladezustands eines mechanisch angebundenen Schwungmassenspeichers. 2 a second variant of a required speed-dependent target state of charge of a mechanically connected flywheel mass storage.

Die 1 zeigt einen über die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs maximalen Ladezustandsbereich SOC (graue Fläche) eines durch Ankoppeln an den Antriebsstrang eines Fahrzeugs ladbaren und entladbaren Schwungmassenspeichers, der mechanisch an den Antriebsstrang angebunden ist, wobei der maximale Ladezustandsbereich nach unten durch einen (geschwindigkeitsabhängigen) nicht zu unterschreitenden minimalen Ladezustand SOCgrenz und nach oben durch eine maximale Ladezustandsgrenze SOCmax von 100% begrenzt ist.The 1 shows a maximum state of charge area SOC (gray area) of a vehicle loadable and dischargeable by coupling to the drive train of a vehicle flywheel mass accumulator, which is mechanically connected to the drive train, the maximum state of charge area down by a (speed-dependent) not to be exceeded minimum state of charge SOCgrenz and upwards by a maximum state of charge limit SOCmax of 100% is limited.

Die über den gesamten Ladezustandsbereich verlaufende Linie SOCZiel0 zeigt ein Beispiel eines geschwindigkeitsunabhängigen Ziel-Ladezustands. Ist die Ladestrategie des Schwungmassenspeichers derart ausgelegt, dass unabhängig von der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs stets ein konstanter prozentualer Anteil der maximal im Schwungmassenspeicher speicherbaren Energie von z. B. 45% gewählt wird, so sinkt mit zunehmender Geschwindigkeit der zum Boosten bzw. schnellen Beschleunigen nutzbare Energievorhalt, da mit steigender Geschwindigkeit v des Fahrzeugs der nicht zu unterschreitende minimale Ladezustand SOCgrenz systembedingt ansteigt.The line SOCZiel0 extending over the entire state of charge area shows an example of a speed-independent target state of charge. Is the charging strategy of the flywheel mass memory designed such that regardless of the speed v of the vehicle is always a constant percentage of the maximum stored in the flywheel energy storage of z. B. 45% is selected, then decreases with increasing speed of the usable for boosting or rapid acceleration energy reserve, as with increasing speed v of the vehicle not to be exceeded minimum state of charge SOCgrenz systemic increases.

Um dieses Problem zu umgehen, kann gemäß einer ersten Variante als Ziel-Ladezustand ein geschwindigkeitsabhängiger Ziel-Ladezustand derart vorgegeben werden, dass stets ein konstanter prozentualer Anteil der im Schwungmassenspeicher gespeicherten Energie für den Antrieb, insb. für eine schnelle Beschleunigung (Boost) entnehmbar ist. Dieser Ziel-Ladezustand ist durch die Kurve SOCZiel1 dargestellt. Somit ist zum Beispiel für den Boostvorgang stets – also unabhängig von der aktuellen Geschwindigkeit v des Fahrzeugs – ein konstanter Energievorhalt von z. B. 40% SOC nutzbar. Aufgrund des systembedingten Ansteigens der Untergrenzen des nicht zu unterschreitenden minimalen Ladezustands SOCgrenz mit steigender Geschwindigkeit v muss zum Vorhalten eines konstanten Energievorrats der Ziel-Ladezustand SOCZiel1 bei steigender Geschwindigkeit v entsprechend erhöht werden.To circumvent this problem, according to a first variant as the target state of charge a speed-dependent target state of charge can be specified such that always a constant percentage of energy stored in the flywheel energy storage for the drive, esp. For a fast acceleration (boost) can be removed , This target state of charge is represented by the curve SOCZiel1. Thus, for example, for the boost process always - that is independent of the current speed v of the vehicle - a constant energy reserve of z. B. 40% SOC usable. Due to the system-induced increase of the lower limits of the not to be exceeded minimum state of charge SOCgrenz with increasing velocity v, the target state of charge SOCZiel1 must be increased correspondingly with increasing speed v to maintain a constant energy supply.

Die 2 zeigt nun eine alternative Ausgestaltung zur Festlegung eines geschwindigkeitsabhängigen Ziel-Ladezustands, wobei der Ziel-Ladezustand SOC Ziel2 auf Basis eines erforderlichen Energievorhalts für eine vorgegebene Beschleunigung mit einem definierten Geschwindigkeitsdelta von z. B. 40 km/h ermittelt wird. Der Ziel-Ladezustand SOCZiel2 wird dabei so gewählt, dass aus dem Schwungmassenspeicher eine geschwindigkeitsspezifische Energie entnommen werden kann, um eine Beschleunigung um ein definiertes Geschwindigkeitsdelta zu erreichen. Dies entspricht z. B. dem Boost für einen Überholvorgang mit einer Geschwindigkeitserhöhung um 40 km/h. Diese steht dann reproduzierbar in Stadt, Oberland und Autobahn zum souveränen Überholen zu Verfügung.The 2 shows an alternative embodiment for establishing a speed-dependent target state of charge, wherein the target state of charge SOC Ziel2 based on a required Energievorhalts for a given acceleration with a defined speed delta of z. B. 40 km / h is determined. The target state of charge SOCZiel2 is selected such that a speed-specific energy can be taken from the flywheel mass storage in order to achieve acceleration by a defined speed delta. This corresponds to z. B. the boost for an overtaking operation with a speed increase of 40 km / h. This is then reproducibly in the city, Oberland and highway for sovereign overtaking available.

Nimmt man bspw. eine vom Schwungmassenspeicher zur Verfügung stellende konstante Leistung und ein zu überwindendes Geschwindigkeitsdelta von 40 km/h an, unterscheidet sich der erforderliche Energievorhalt aufgrund der aktuellen Geschwindigkeit v wie folgt:
Soll eine 4 Sekunden andauernde Beschleunigung eines Fahrzeugs von der aktuellen Geschwindigkeit v 60 km/h auf 100 km/h mit konstanter Boostleistung 70 kW aus dem Schwungmassenspeicher unterstützt werden, so ist hier ein Energievorhalt von 78 Wh notwendig.Taking, for example, a constant power provided by the flywheel mass storage and a speed delta of 40 km / h to be overcome, the required energy reserve differs due to the actual speed v as follows:
If a 4-second acceleration of a vehicle from the current speed v 60 km / h to 100 km / h with a constant boost power 70 kW from the flywheel mass storage is to be supported, an energy reserve of 78 Wh is necessary here.

Beträgt die aktuelle Geschwindigkeit v des Fahrzeugs jedoch 100 km/h und soll eine Beschleunigung auf 140 km/h innerhalb von 6 Sekunden ermöglicht werden, so ist hierfür bei einer angenommenen konstanten Boostleistung von 70 kW ein Energievorhalt von 117 Wh erforderlich. Bei einer derartigen Ermittlung und Festlegung des Energievorhalts muss demnach der Soll-Ladezustand SOCZiel2 überproportional steigen.However, if the current speed v of the vehicle is 100 km / h and acceleration to 140 km / h is allowed within 6 seconds, assuming a constant boost power of 70 kW, an energy reserve of 117 Wh is required. In such a determination and determination of the energy balance, therefore, the target state of charge SOCZiel2 must rise disproportionately.

Die Erfindung bringt gegenüber dem bekannten Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen. So führt die Bereitstellung einer für den Boostbetrieb erforderlichen geschwindigkeitsabhängigen Energiemenge über den Schwungmassenspeicher über den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeugs zu einer reproduzierbaren und wiederholbaren Erlebbarkeit des Boostbetriebs beim Kunden. Im Vergleich zur dauerhaften maximalen Ladung des Schwungmassenspeichers ergibt sich durch die ausgeführte Ladestrategie ein Verbrauchsvorteil in gesetzlichen Zyklen, Fahrleistungszyklen und im Kundenbetrieb. Die Ladestrategie kann kostenneutral umgesetzt werden.The invention brings a number of advantages over the known prior art. Thus, the provision of a speed-dependent amount of energy required for the boost operation via the flywheel mass storage over the entire speed range of the vehicle leads to a reproducible and repeatable experience of the boosting operation at the customer. Compared to the permanent maximum charge of the flywheel mass storage, the charging strategy results in a consumption advantage in legal cycles, driving cycles and in customer operation. The charging strategy can be implemented cost-neutral.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102007033575 A1 [0006] DE 102007033575 A1 [0006]

Claims (7)

Antriebsstrang für ein Fahrzeug, umfassend eine Antriebsmaschine und einen Schwungmassenspeicher, der über eine Verbindungseinheit mit dem Antriebsstrang mechanisch koppelbar ist, so dass der Schwungmassenspeicher durch mechanische Anbindung an den Antriebsstrang gemäß einer vorgegebenen Ladestrategie ladbar und bei Bedarf des Antriebs entladbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestrategie derart ausgestaltet ist, dass der Schwungmassenspeicher in Abhängigkeit von der aktuellen Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs geladen wird.Drive train for a vehicle, comprising a prime mover and a flywheel energy storage device, which is mechanically coupled via a connection unit with the drive train, so that the flywheel energy storage is loadable by mechanical connection to the drive train according to a predetermined charging strategy and discharged as needed by the drive, characterized in that the charging strategy is designed such that the flywheel energy storage device is charged as a function of the current speed (v) of the vehicle. Antriebsstrang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestrategie derart ausgestaltet ist, dass der Schwungmassenspeicher auf einen vorgegebenen geschwindigkeitsabhängigen Ziel-Ladezustand (SOCZiel1, SOCZiel2) des Schwungmassenspeichers geladen wird.Drive train according to claim 1, characterized in that the charging strategy is designed such that the flywheel energy storage is loaded to a predetermined speed-dependent target state of charge (SOCZiel1, SOCZiel2) of the flywheel mass storage. Antriebsstrang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der geschwindigkeitsabhängige Ziel-Ladezustand (SOCZiel1) derart vorgegeben wird, dass unabhängig von der aktuellen Geschwindigkeit (v) des Fahrzeugs ein vorgegebener, insbesondere ein konstanter prozentualer Anteil der im Schwungmassenspeicher gespeicherten Energie für den Antrieb entnehmbar ist.Drive train according to claim 2, characterized in that the speed-dependent target state of charge (SOCZiel1) is specified such that regardless of the current speed (v) of the vehicle, a predetermined, in particular a constant percentage of the energy stored in the flywheel energy storage for the drive can be removed , Antriebsstrang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der geschwindigkeitsabhängige Ziel-Ladezustand (SOCZiel2) derart vorgegeben wird, dass eine von der aktuellen Geschwindigkeit (v) abhängige Energiemenge für einen definierten Beschleunigungsvorgang zum Erreichen einer vorgegebenen Geschwindigkeitserhöhung entnehmbar ist.Drive train according to claim 2, characterized in that the speed-dependent target state of charge (SOCZiel2) is set such that one of the current speed (v) dependent amount of energy for a defined acceleration process to achieve a predetermined increase in speed can be removed. Antriebsstrang nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwungmassenspeicher in einem vorgegebenen Betriebsmodus des Fahrzeugs, insbesondere in einem Sportmodus, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit (v) geladen wird.Drive train according to one of the preceding claims, characterized in that the flywheel mass accumulator is loaded in a predetermined operating mode of the vehicle, in particular in a sports mode, in dependence on the speed (v). Antriebsstrang nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang in einer vorgegebenen Betriebsart des Antriebsstrangs, insbesondere während Konstantfahrt oder während einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs durch mechanische Anbindung an den Antriebsstrang in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit (v) geladen wird.Drive train according to one of the preceding claims, characterized in that the drive train is loaded in a predetermined operating mode of the drive train, in particular during constant driving or during an acceleration phase of the vehicle by mechanical connection to the drive train as a function of the speed (v). Verfahren zum Laden eines Schwungmassenspeichers in einem Fahrzeug, wobei der Schwungmassenspeicher über eine Verbindungseinheit mit dem Antriebsmotor mechanisch koppelbar ist, so dass der Schwungmassenspeicher durch mechanische Anbindung an den Antriebsstrang gemäß einer vorgegebenen Ladestrategie nach einem der vorangegangenen Ansprüche geladen und bei Bedarf des Antriebs entladen wird.A method for loading a flywheel energy storage in a vehicle, wherein the flywheel energy storage device via a connection unit with the drive motor is coupled, so that the flywheel energy storage is loaded by mechanical connection to the drive train according to a predetermined charging strategy according to one of the preceding claims and discharged as needed by the drive.
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