DE102021128803A1

DE102021128803A1 - Verfahren zum Betreiben eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs sowie elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102021128803A1
Application number: DE102021128803.7A
Authority: DE
Inventors: Tobias Stegmaier; Bernd Propfe; Lars Kern
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-11-05
Filing date: 2021-11-05
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2041-11-06
Also published as: DE102021128803B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs sowie ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug. Das Fahrzeug weist eine in einem Normalmodus und in einem Sportmodus betreibbare elektronische Steuereinrichtung auf, zur Regelung einer Leistungsabgabe eines elektrischen Antriebsmotors.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs sowie ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug. Elektrisch oder teilelektrisch angetriebene Fahrzeuge weisen einen Elektromotor sowie eine Traktionsbatterie als Energieversorgung für den Elektromotor auf. Bei dem Betreiben eines solchen Fahrzeugs, insbesondere beim Betreiben eines solchen Fahrzeugs auf einer Rennstrecke, ist es wünschenswert, das Fahrzeug derart zu betreiben, dass das Fahrzeug in einem Betriebsbereich betrieben wird, in dem eine optimale Performance von dem Fahrzeug abgerufen werden kann. Beim Abrufen von hohen Antriebsleistungen durch den Führer des Fahrzeugs kommt es jedoch zu hohen thermischen Belastungen der Traktionsbatterie und/oder der elektrischen Antriebseinheit. Zudem ist auch der Ladezustand der Traktionsbatterie ein für die Antriebsleistung bzw. die maximale Antriebsleistung relevanter Faktor, sodass auch eine Energiestrategie während des Betreibens des Fahrzeugs, insbesondere während des Betreibens des Fahrzeugs auf einer Rennstrecke, relevant ist für eine optimale Performance des Fahrzeugs.
Strategien bzw. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs hinsichtlich eines optimalen Kraftstoffverbrauchs sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 102 26 678 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs, wobei die Fahrgeschwindigkeit auf einen maximalen Wert begrenzt wird, bei welchem ein für stationäre Fahrgeschwindigkeiten vorgegebener maximaler Kraftstoffverbrauch nicht überschritten wird. Die US 972 50 83 B2 offenbart ein Geschwindigkeitsregelsystem für ein Hybridfahrzeug, wobei das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine und einen Modusschalter zum Umschalten zwischen einem ersten Geschwindigkeitsregelmodus und einem zweiten Geschwindigkeitsregelmodus aufweist. Die US 9 96 93 91 B2 , US 2007/0057645 A1 und die WO 2010/096919 A1 offenbaren weiteren Stand der Technik.
Ferner ist aus der DE 10 2010 037 919 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs in einem Launchbetrieb bekannt, um einen Sportstart durchzuführen, wobei ein für den normalen Betrieb des Kraftfahrzeuges maximales zulässiges Getriebeeingangsmoment im Launchbetrieb temporär angehoben wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs anzugeben, das es dem Führer des Fahrzeugs ermöglicht, über eine möglichst lange Zeit eine optimale Antriebsleistung von dem Elektromotor abrufen zu können, um eine möglichst optimale Performance des Fahrzeugs zur Verfügung zu haben. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Fahrzeug anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, sowie ein Fahrzeug, das die Merkmale des Patentanspruchs 10 aufweist, gelöst.
Das Verfahren zum Betreiben eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs sieht vor, dass das Fahrzeug eine in einem Normalmodus und in einem Sportmodus betreibbare elektronische Steuereinrichtung aufweist, zur Regelung einer maximalen Leistungsabgabe eines elektrischen Antriebsmotors, wobei in dem Normalmodus der elektrische Antriebsmotor in einem Normalleistungsbetrieb betrieben wird. In dem Normalleistungsbetrieb ist die maximale Leistungsabgabe des elektrischen Antriebsmotors auf einen gewissen Wert begrenzt. Das bedeutet, dass bei Anforderung einer maximalen Leistungsabgabe durch den Führer des Fahrzeugs eine gewisse Maximalleistung durch den Antriebsmotor abgegeben wird. Diese Maximalleistung ist im Normalmodus typischerweise derart beschränkt, dass diese Maximalleistungsabgabe einen Dauerbetrieb der elektrischen Maschine mit entsprechend vorgeschalteter Leistungselektronik ermöglicht, ohne dass Bauteile der elektrischen Maschine bzw. des gesamten Antriebsstrangs des Fahrzeugs beschädigt werden. Wird die Steuereinrichtung in dem Sportmodus betrieben, wird der elektrische Antriebsmotor für eine vorgegebene Hochleistungs-Zeitspanne in einem Hochleistungsbetrieb betrieben, wobei die maximale Leistungsabgabe des Antriebsmotors in dem Hochleistungsbetrieb gegenüber der maximalen Leistungsabgabe im Normalleistungsbetrieb angehoben ist. Im Anschluss an diesen Hochleistungsbetrieb des elektrischen Antriebsmotors wird der elektrische Antriebsmotor für eine vorgegebene Niedrigleistungs-Zeitspanne in einem Niedrigleistungsbetrieb betrieben, wobei die maximale Leistungsabgabe des Antriebsmotors in den Niedrigleistungsbetrieb gegenüber der maximalen Leistungsabgabe im Hochleistungsbetrieb abgesenkt ist.
Der Erfindung liegt insofern der Gedanke zugrunde, dass der elektrische Motor bzw. der gesamte Antriebsstrang für eine gewisse Zeitspanne in einem Hochleistungsbetrieb betrieben werden kann, bei dem die Leistungsabgabe, insbesondere die maximale Leistungsabgabe, eigentlich über den vorgegebenen Grenzwerten für einen Dauerbetrieb liegt, die in dem Normalleistungsbetrieb eingehalten werden, wobei aufgrund der relativ kurzen Zeitspanne, in der der Antriebsmotor in dem Hochleistungsbetrieb betrieben wird, Komponenten des Antriebsstrangs, wie beispielsweise der elektrische Antriebsmotor oder die Leistungselektronik, keine Schädigungen oder zu hohen Belastungen erfahren.
Vorzugsweise findet das Verfahren Anwendung während der Fahrt des Fahrzeugs, somit in einem Zustand, bei dem das Fahrzeug bereits eine von 0 km/h unterschiedliche Geschwindigkeit aufweist. Insbesondere findet das Verfahren Anwendung bei einer Kurvenausfahrt, da bei einer Kurvenausfahrt mit einer besonders hohen Leistungsabgabe besonders schnelle Fahrten, beispielsweise auf einer Rennstrecke, und somit besonders gute Rundenzeiten erreicht werden können.
Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich der Thermodynamik, des Stromintegrals und dem damit einhergehenden Lifetime-Derating, den Energieverbrauch und auch hinsichtlich einer möglichst hohen Performance auf einer Rennstrecke Vorteile gegenüber einem konstanten Leistungslevel, wie er bei einem Betreiben des Fahrzeugs im Normalmodus vorgesehen ist, bietet.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist quasi vorgesehen, dass mit in Relation viel Leistung zu Beginn eines Beschleunigungsvorgangs gefahren wird und anschließend ein Abrampen auf ein niedrigeres Leistungsniveau stattfindet. Es hat sich gezeigt, dass im Gegensatz zu dem Normalmodus der Sportmodus bei Maximalleistungsanforderung durch den Führer des Fahrzeugs in der Summe eine geringere Belastung an Wärme und somit ein geringes Lifetime-Derating, einen geringeren Verbrauch an Energie erreicht werden kann und zudem eine vorgegebene Strecke in einer kürzeren Zeit abgefahren werden kann, beispielsweise auf einer Rundstrecke eine bessere Rundenzeit erzielt wird. Auch bei Bergpassfahrten mit mehreren Kehren hat sich der Sportmodus als vorteilhaft erwiesen.
Die Begriffe „Sportmodus“ und „Normalmodus“ sind lediglich gewählt, um die beiden Modi begrifflich voneinander zu unterscheiden und um deren typischen Anwendungsbereich bereits im der Bezeichnung anzudeuten. Es ist nicht notwendig, dass die Modi tatsächlich diese Bezeichnung tragen. Es ist lediglich notwendig, dass es zumindest zwei unterschiedliche Betriebsmodi mit den entsprechenden Merkmalen gibt.
Vorzugsweise weist das Fahrzeug eine Traktionsbatterie und ein Leistungsteil auf, wobei das Leistungsteil dazu eingerichtet ist, die von der Traktionsbatterie bereitgestellte Gleichspannung bzw. den von der Traktionsbatterie bereitgestellten Gleichstrom in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom zum Betreiben des elektrischen Antriebsmotors umzuwandeln. Somit kann über das Leistungsteil die Leistungsabgabe des elektrischen Antriebsmotors verändert werden. Die Steuereinrichtung ist, vorzugsweise elektronisch, mit dem Leistungsteil, insbesondere mit einem Controller des Leistungsteils, verbunden, wobei in Abhängigkeit von dem Modus der Steuereinrichtung das Leistungsteil derart angesteuert wird, dass die elektrische Maschine bzw. der elektrische Antriebsmotor entsprechend dem Modus der Steuereinrichtung angesteuert wird. Die Steuereinrichtung kann durchaus Bestandteil des Leistungsteils, insbesondere Bestandteile eines Controllers des Leistungsteils, sein.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die maximale Leistungsabgabe in dem Niedrigleistungsbetrieb gegenüber der maximalen Leistungsabgabe im Normalleistungsbetrieb abgesenkt ist. Durch diese Leistungsabsenkung können sich diejenigen Komponenten bzw. Bauteile, die in dem Hochleistungsbetrieb besonders stark belastet sind, wieder erholen, insbesondere abkühlen, sodass im Anschluss an diesen Niedrigleistungsbetrieb wiederum ein Hochleistungsbetrieb möglich ist, ohne dass diese Bauteile beschädigt werden.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn während des Hochleistungsbetriebs im Vergleich zu dem Normalleistungsbetrieb keine zusätzlichen Kühlmaßnahmen an den Antriebskomponenten, insbesondere dem elektrischen Antrieb, vorgenommen werden. Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn eine Kühlleistung von Kühlkomponenten im Hochleistungsbetrieb gegenüber den Kühlleistungen der Kühlkomponenten im Normalleistungsbetrieb nicht erhöht sind. Insofern ist es nicht notwendig, besondere Kühlstrategien während des Hochleistungsbetriebs durchzuführen, da der Hochleistungsbetrieb nur über eine relativ kurze Zeitspanne, nämlich der Hochleistungs-Zeitspanne, aufrechterhalten wird und im Anschluss daran wieder abgesenkt wird. Besondere Kühlmaßnahmen sind insbesondere dann nicht notwendig, wenn in dem an den Hochleistungsbetrieb anschließenden Niedrigleistungsbetrieb die maximale Leistungsabgabe gegenüber der maximalen Leistungsabgabe im Normalleistungsbetrieb abgesenkt ist.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn im Sportmodus erst bei einer Maximalleistungsanforderung durch den Führer des Fahrzeugs, beispielsweise durch maximales Durchtreten des Beschleunigungspedals, der Hochleistungsbetrieb initiiert wird, es sei denn dies erfolgt in einer Niedrigleistungs-Zeitspanne. Dies hat den Vorteil, dass das Fahrzeug im Niedrigleistungsbetrieb verbleibt, bis eine Maximalleistung durch den Führer des Fahrzeugs angefordert wird, beispielsweise um einen Überholvorgang zu starten oder möglichst schnell aus einer Kurve auszufahren. Dadurch werden ständige Wechsel der Leistungsabgabe sobald die Niedrigleistungs-Zeitspanne abgelaufen ist vermieden und die Hochleistung steht dann zur Verfügung, wenn der Fahrer Bedarf an der Hochleistung meldet durch Anforderung einer Maximalleistung.
Vorzugsweise ist die Niedrigleistungs-Zeitspanne größer oder gleich der Hochleistungs-Zeitspanne.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die vorgegebene Hochleistungs-Zeitspanne für den Hochleistungsbetrieb 1 bis 4 Sekunden.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die vorgegebene Niedrigleistungs-Zeitspanne für den Niedrigleistungsbetrieb 1 bis 10 Sekunden beträgt.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Hochleistungsbetrieb für 1 bis 4 Sekunden aufrechterhalten wird und/oder der Niedrigleistungsbetrieb für 1 bis 10 Sekunden aufrechterhalten wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die maximale Leistungsabgabe im Hochleistungsbetrieb zumindest 110 % der maximalen Leistungsabgabe im Normalleistungsbetrieb beträgt und/oder wobei die maximale Leistungsabgabe im Niedrigleistungsbetrieb höchstens 90 % der maximalen Leistungsabgabe im Normalleistungsbetrieb beträgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Fahrzeug mehrmals im Hochleistungsbetrieb betrieben wird, wobei vorgesehen ist, dass zwischen zwei Hochleistungsbetrieben jeweils ein Niedrigleistungsbetrieb stattfindet.
Vorzugsweise sind die vorgegebene Hochleistungs-Zeitspanne und/oder vorgegebene Niedrigleistungs-Zeitspanne während des Betreibens des Fahrzeugs unveränderlich. Es ist aber durchaus denkbar, dass die vorgegebene Hochleistungs-Zeitspanne und/oder vorgegebene Niedrigleistungs-Zeitspanne während des Betreibens des Fahrzeugs verändert werden, insbesondere automatisch angepasst werden. So ist es denkbar, dass bei höheren Temperaturen des Antriebsmotors und/oder des Leistungsteils und/oder der Traktionsbatterie die Hochleistungs-Zeitspanne verkürzt und/oder die Niedrigleistungs-Zeitspanne verlängert wird, um ein zu starkes Erwärmen zu verhindern.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Fahrzeug eine Sensoreinrichtung aufweist, wobei die Sensoreinrichtung dazu eingerichtet ist, ein Ausfahren des Fahrzeugs aus einer Kurve zu erkennen, wobei bei Erkennen eines Ausfahrens aus der Kurve durch die Sensoreinrichtung der elektrische Antriebsmotor für die Hochleistungs-Zeitspanne in dem Hochleistungsbetrieb betrieben wird. Dadurch ist es möglich, aus einer Kurve besonders schnell heraus zu beschleunigen, wodurch trotz einer darauffolgenden Absenkung der Maximalleistungsabgabe ein Performance-Gewinn erzielt wird. Dadurch können im Gegensatz zu einem Betrieb im Normalmodus besonders gute Rundenzeiten auf einer Rennstrecke erzielt werden.
Das Erkennen des Ausfahrens des Fahrzeugs aus der Kurve kann beispielsweise anhand einer Änderung des Lenkradeinschlags, anhand von GPS-Daten und/oder anhand einer Änderung einer Beschleunigung in Fahrzeugquerrichtung erkannt werden.
Es wird ferner als besonders vorteilhaft angesehen, wenn das Fahrzeug eine Sensoreinrichtung aufweist, wobei die Sensoreinrichtung dazu eingerichtet ist, einen Bremsvorgang zu erkennen. Dies kann beispielsweise anhand einer Betätigung eines Bremspedals, einer Veränderung der Längsbeschleunigung des Fahrzeugs und/oder anhand von GPS-Daten erfolgen. Es ist durchaus denkbar, dass Komponenten eines ESP zur Erkennung eines Bremsvorgangs herangezogen werden. Es ist vorgesehen, dass im Anschluss an den Bremsvorgang der elektrische Antriebsmotor für die vorgegebene Hochleistungs-Zeitspanne in dem Hochleistungsbetrieb betrieben wird.
Hinsichtlich eines Bremsvorgangs wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Erkennung des Bremsvorgangs anhand eines Bremsdrucks ermittelt wird. Es ist ferner durchaus denkbar, dass ein Wechsel in den Hochleistungsbetrieb nur dann stattfindet, wenn eine harte Bremsung erkannt wird, beispielsweise der Bremsdruck einen gewissen Grenzwert überschreitet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass bei einem Abfahren einer gewissen Strecke unter Maximalleistungsanforderung durch den Führer des Fahrzeugs der Energieverbrauch in dem Sportmodus geringer ist als in dem Normalmodus.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung derart eingestellt ist, dass bei einem Abfahren einer gewissen Strecke mit mehreren Beschleunigungsvorgängen und mehreren Bremsvorgängen eine dafür benötigte Zeit und ein Energieverbrauch bei einem Betreiben der Steuereinrichtung im Sportmodus geringer ist als bei einem Betreiben der Steuereinrichtung im Normalmodus.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass zwischen dem Normalmodus und dem Sportmodus mittels einer durch den Führer des Fahrzeugs bedienbaren Bedienungseinrichtung gewechselt werden kann. Diese Bedienungseinrichtung ist vorzugsweise am Lenkrad des Fahrzeugs ausgebildet. Bei der Bedienungseinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Schalter handeln.
Das elektrisch oder teilelektrisch angetriebene Fahrzeug weist eine in einem Normalmodus und in einem Sportmodus betreibbare elektronische Steuereinrichtung auf, zur Regelung einer maximalen Leistungsabgabe eines elektrischen Antriebsmotors. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, in dem Normalmodus den elektrischen Antriebsmotor in einem Normalleistungsbetrieb zu betreiben, wobei eine maximale Leistungsabgabe des elektrischen Antriebsmotors in dem Normalleistungsbetrieb begrenzt ist. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, in dem Sportmodus den elektrischen Antriebsmotor für eine vorgegebene Hochleistungs-Zeitspanne in einem Hochleistungsbetrieb zu betreiben, wobei die maximale Leistungsabgabe des Antriebsmotors in dem Hochleistungsbetrieb gegenüber der maximalen Leistungsabgabe im Normalleistungsbetrieb angehoben ist, und im Anschluss an den Hochleistungsbetrieb der elektrische Antriebsmotor zumindest für eine Niedrigleistungs-Zeitspanne in einem Niedrigleistungsbetrieb zu betreiben, wobei die maximale Leistungsabgabe des Antriebsmotors in dem Niedrigleistungsbetrieb gegenüber der maximalen Leistungsabgabe im Hochleistungsbetrieb abgesenkt ist.
Das Fahrzeug ist insbesondere dazu geeignet, dass erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Die obigen Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen vorteilhaften Ausführungsformen gelten entsprechend für das elektrisch oder teilelektrisch angetriebene Fahrzeug und umgekehrt.
In den nachfolgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne auf dieses beschränkt zu sein. Es zeigen:

1 einen Antriebsstrang eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs in einer schematischen Darstellung,
2 ein Diagramm mit Leistungswerten beim Abfahren einer Teststrecke,
3 ein weiteres Diagramm, betreffend Geschwindigkeitsdaten beim Abfahren einer Teststrecke.

Die 1 zeigt schematisch Komponenten eines Antriebsstrangs eines elektrischen oder teilelektrischen Fahrzeugs. Das Fahrzeug weist eine Traktionsbatterie 1 und einen elektrischen Motor 2 auf, wobei ein Leistungsteil 3 dazu eingerichtet ist, die von der Traktionsbatterie 1 bereitgestellte Gleichspannung bzw. den von der Traktionsbatterie 1 bereitgestellten Gleichstrom in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom zum Betreiben des elektrischen Antriebsmotors 2 umzuwandeln.
Ferner weist das Fahrzeug eine elektronische Steuereinrichtung 4 auf, wobei diese Steuereinrichtung 4 in einem Normalmodus und in einem Sportmodus betreibbar ist. Die Steuereinrichtung 4 dient zur Regelung einer maximalen Leistungsabgabe des elektrischen Antriebsmotors 2 und ist zu diesem Zweck elektronisch mit dem Leistungsteil 3 verbunden, wobei in Abhängigkeit von dem Modus der Steuereinrichtung 4 das Leistungsteil 3 die elektrische Maschine bzw. den elektrischen Antriebsmotor 2 entsprechend ansteuert. In dem Normalmodus wird der elektrische Antriebsmotor 2 in einem Normalleistungsbetrieb betrieben, wobei eine maximale Leistungsabgabe des elektrischen Antriebsmotors 2 in dem Normalleistungsbetrieb auf einen gewissen Wert begrenzt ist. Dieser Wert ist in der 2 durch die gestrichelte Linie 14 kenntlich gemacht.
Wird die Steuereinrichtung 4 in dem Sportmodus betrieben, wird bei einer Maximalleistungsanforderung durch den Führer des Fahrzeugs der elektrische Antriebsmotor 2 für eine vorgegebene Hochleistungs-Zeitspanne, die vorliegend etwa 3 Sekunden beträgt, in einem Hochleistungsbetrieb betrieben, wobei die maximale Leistungsabgabe des Antriebsmotors 2 in dem Hochleistungsbetrieb gegenüber der maximalen Leistungsabgabe im Normalleistungsbetrieb angehoben ist. Die maximale Leistungsabgabe des Antriebsmotors 2 in dem Hochleistungsbetrieb ist in der 2 durch die gestrichelte Linie 15 kenntlich gemacht. Die Steuereinrichtung 4 ist derart eingerichtet, dass im Sportmodus im Anschluss an den Hochleistungsbetrieb der elektrische Antriebsmotor 2 zumindest für eine vorgegebene Niedrigleistungs-Zeitspanne in einem Niedrigleistungsbetrieb betrieben wird, wobei die maximale Leistungsabgabe des Antriebsmotors 2 in dem Niedrigleistungsbetrieb gegenüber der maximalen Leistungsabgabe im Hochleistungsbetrieb abgesenkt ist. Vorliegend ist die maximale Leistungsabgabe in dem Niedrigleistungsbetrieb gegenüber der maximalen Leistungsabgabe im Normalleistungsbetrieb abgesenkt. Der Wert der maximalen Leistungsabgabe in dem Niedrigleistungsbetrieb ist in der 2 durch die gestrichelte Linie 16 kenntlich gemacht.
Wie unmittelbar aus der 2 hervorgeht, liegt die maximale Leistungsabgabe im Normalleistungsbetrieb etwa mittig zwischen der maximalen Leistungsabgabe im Niedrigleistungsbetrieb und der maximalen Leistungsabgabe im Hochleistungsbetrieb.
Vorliegend beträgt die maximale Leistungsabgabe im Normalleistungsbetrieb etwa 460 kW, die maximale Leistungsabgabe in dem Hochleistungsbetrieb etwa 560 kW und die maximale Leistungsabgabe in dem Niedrigleistungsbetrieb etwa 380 kW.
Die 2 zeigt in einem gemeinsamen Diagramm die von dem elektrischen Antriebsmotor 2 abgegebene Leistung und den damit einhergehenden Energieverbrauch für die beiden unterschiedlichen Betriebsmodi der elektronischen Steuereinrichtung 4, nämlich einmal bei einem Betrieb der elektronischen Steuereinrichtung 4 im Normalmodus und bei einem Betrieb der Steuereinrichtung 4 im Sportmodus. Die Kurve 6 zeigt dabei die von dem elektrischen Antriebsmotor 2 abgegebene Antriebsleistung im Normalmodus und die Kurve 8 zeigt den kumulierten Energieverbrauch im Normalmodus. Die Kurve 7 zeigt hingegen die von dem elektrischen Antriebsmotor 2 abgegebene Antriebsleistung im Sportmodus und die Kurve 9 zeigt den zugehörigen kumulierten Energieverbrauch.
Wie aus dem Diagramm der 2 hervorgeht, wird beim Abfahren der Strecke entweder eine Maximalleistung durch den Führer des Fahrzeugs angefordert oder von dem elektrischen Antriebsmotor 2 nur eine sehr geringe Leistung von unter 100 kW angefordert. Dementsprechend beträgt die im Normalmodus von dem elektrischen Antriebsmotor 2 abgegebene Leistung im Wesentlichen entweder dem Wert der gestrichelten Linie 14 oder unter 100 kW. Hingegen liegt im Sportmodus der elektronischen Steuereinrichtung 4 die Leistungsabgabe zu Beginn eines Beschleunigungsvorgangs zunächst bei dem Wert, der der Linie 15 entspricht und somit oberhalb des Werts im Normalleistungsbetrieb liegt. Der Antriebsmotor 2 wird dementsprechend in einem Hochleistungsbetrieb betrieben. Nach einer gewissen Strecke bzw. einer gewissen Zeit wird vom Hochleistungsbetrieb in den Niedrigleistungsbetrieb gewechselt, in dem die maximale Leistungsabgabe bei dem Wert liegt, der der Linie 16 in der 2 entspricht und der unterhalb des Werts im Normalleistungsbetrieb liegt.
Wie insbesondere den Kurven 8 und 9 zu entnehmen ist, liegt der Energieverbrauch im Sportmodus unterhalb des Energieverbrauchs im Normalmodus. Dementsprechend wird in dem Sportmodus weniger von der in der Traktionsbatterie 1 gespeicherten elektrischen Energie verbraucht.
Die abgefahrene Strecke, die zu der in der 2 dargestellten Strecke korrespondiert, ist als Rundkurs ausgebildet. Es hat sich gezeigt, dass in dem Normalmodus eine erzielte Rundenzeit größer ist als im Sportmodus. Für eine Runde im Normalmodus werden etwa 8,64 kWh verbraucht, wohingegen bei einer Runde im Sportmodus nur 8,40 kWh verbraucht werden. Insofern stellt ein Betrieb im Sportmodus eine gegenüber dem Normalmodus verbesserte Energiestrategie dar, da zum einen der Energieverbrauch verringert ist und zum anderen die Rundenzeit verbessert ist. Ferner hat sich gezeigt, dass in der Summe auch die Belastung an Wärme und somit ein Lifetime-Derating im Sportmodus gegenüber dem Normalmodus verringert ist.
In der 3 wird die Auswirkung der im Sportmodus betriebenen elektronischen Steuereinrichtung 4 auf das Beschleunigungsverhalten des Fahrzeugs deutlich. Die 3 zeigt ein Diagramm, in welchem die Geschwindigkeit des Fahrzeugs gegenüber der Zeit aufgetragen ist, wobei dieses Diagramm zu dem in der 2 dargestellten Diagramm korrespondiert, insofern die auf der X-Achse aufgetragene Zeit zu der Fahrzeit auf der Rundstrecke korrespondiert. Die Kurve 10 zeigt die Geschwindigkeit. Wie aus der zeitlichen Entwicklung der Geschwindigkeit hervorgeht, ist in Beschleunigungsphasen des Fahrzeugs eine deutliche Änderung der Stärke der Beschleunigung in Form eines Abknickens der Geschwindigkeitskurve 10 erkennbar. Diese abrupten Änderungen der Stärke der Beschleunigung korrespondieren zu den Wechseln vom Hochleistungsbetrieb zu dem anschließenden Niedrigleistungsbetrieb. Der Hochleistungsbetrieb stellt quasi Boost-Phasen für die Beschleunigung dar, die vorliegend durch Umrandungen der entsprechenden Zeitintervalle kenntlich gemacht sind und mit dem Bezugszeichen 11 versehen sind. Die Dauer der jeweiligen Boost-Phase 11 ist dementsprechend identisch mit der vorgegebenen Hochleistungs-Zeitspanne, in denen der Antriebsmotor 2 im Hochleistungsbetrieb betrieben wird. Wie unmittelbar aus dem Diagramm der 3 hervorgeht, dauert die jeweilige Boost-Phase 11 etwa 3 Sekunden. Im Anschluss an die jeweilige Boost-Phase 11 schließt sich ein Niedrigleistungsbetrieb an. Die Geschwindigkeitskurve 10 knickt aufgrund der Verringerung der maximalen Leistungsabgabe ab. Ferner sind durch entsprechende Umrandungen Bremsphasen in der 3 kenntlich gemacht und mit dem Bezugszeichen 12 versehen. Im Anschluss an Bremsphasen 12 schließen sich jeweils eine kurze Pause und dann eine erneute Beschleunigungsphase des Fahrzeugs an, wobei diese Beschleunigungsphasen jeweils mit einer Boost-Phase 11 beginnen.
Wie unmittelbar aus der 2 hervorgeht, führt das erfindungsgemäße Verfahren, welches quasi einer Energiestrategie während der Fahrt entspricht, zu schnelleren Rundenzeiten bei gleichzeitig geringerem Energiebedarf und ermöglicht zudem eine geringere thermische Belastung und ein geringeres Lifetime-Derating der Batterie 1 bei dennoch verbesserten Rundenzeiten. Dementsprechend hat das erfindungsgemäße Verfahren besondere Vorteile bei einem Betreiben des elektrischen oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs auf einer Rennstrecke.
Es ist durchaus denkbar, dass das Fahrzeug eine Sensoreinrichtung 13 aufweist, wobei diese Sensoreinrichtung 13 dazu eingerichtet ist, ein Ausfahren des Fahrzeugs aus einer Kurve zu erkennen, wobei bei Erkennen eines Ausfahrens aus der Kurve durch die Sensoreinrichtung 13 der elektrische Antriebsmotor 2 für die vorgegebene Hochleistungs-Zeitspanne in dem Hochleistungsbetrieb betrieben wird. Zu diesem Zweck bilden die Ausgangssignale der Sensoreinrichtung 13 Eingangssignale der Steuereinrichtung 4.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn ein der Steuereinrichtung 4 vorgeschaltetes Antriebssteuergerät die Drehmomentanforderung durch den Führer des Fahrzeugs an die Steuereinrichtung 4 überträgt. Die von dem Antriebssteuergerät an die Steuereinrichtung 4 übermittelten Drehmomentanforderungs-Signale sind in der 1 durch das Bezugszeichen 5 kenntlich gemacht.
Bezugszeichenliste

1: Traktionsbatterie
2: Antriebsmotor
3: Leistungsteil
4: Steuereinrichtung
5: Drehmomentanforderungs-Signal
6: Kurve
7: Kurve
8: Kurve
9: Kurve
10: Kurve
11: Boost-Phase
12: Brems-Phase
13: Sensoreinrichtung
14: Linie
15: Linie
16: Linie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10226678 A1 [0002]
US 9725083 B2 [0002]
US 9969391 B2 [0002]
US 2007/0057645 A1 [0002]
WO 2010/096919 A1 [0002]
DE 102010037919 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug eine in einem Normalmodus und in einem Sportmodus betreibbare elektronische Steuereinrichtung (4) aufweist, zur Regelung einer Leistungsabgabe eines elektrischen Antriebsmotors (2), wobei in dem Normalmodus der elektrische Antriebsmotor (2) in einem Normalleistungsbetrieb betrieben wird, wobei eine maximale Leistungsabgabe des elektrischen Antriebsmotors (2) in dem Normalleistungsbetrieb begrenzt ist, und wobei in dem Sportmodus der elektrische Antriebsmotor (2) für eine vorgegebene Hochleistungs-Zeitspanne in einem Hochleistungsbetrieb betrieben wird, wobei die maximale Leistungsabgabe des Antriebsmotors (2) in dem Hochleistungsbetrieb gegenüber der maximalen Leistungsabgabe im Normalleistungsbetrieb angehoben ist, wobei im Anschluss an den Hochleistungsbetrieb der elektrische Antriebsmotor (2) für eine vorgegebene Niedrigleistungs-Zeitspanne in einem Niedrigleistungsbetrieb betrieben wird, wobei die maximale Leistungsabgabe des Antriebsmotors (2) in dem Niedrigleistungsbetrieb gegenüber der maximalen Leistungsabgabe im Hochleistungsbetrieb abgesenkt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die maximalen Leistungsabgabe in dem Niedrigleistungsbetrieb gegenüber der maximalen Leistungsabgabe im Normalleistungsbetrieb abgesenkt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vorgegebene Hochleistungs-Zeitspanne 1 bis 4 Sekunden beträgt und/oder die vorgegebene Niedrigleistungs-Zeitspanne 1 bis 10 Sekunden beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die maximalen Leistungsabgabe im Hochleistungsbetrieb zumindest 110% der maximalen Leistungsabgabe im Normalleistungsbetrieb beträgt und/oder wobei die maximalen Leistungsabgabe im Niedrigleistungsbetrieb höchstens 90% der maximalen Leistungsabgabe im Normalleistungsbetrieb beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im Anschluss an den Niedrigleistungsbetrieb der elektrische Antriebsmotor (2) wiederum für die vorgegebene Hochleistungs-Zeitspanne in dem Hochleistungsbetrieb betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei im Sportmodus der elektrische Antriebsmotor (2) entweder im Hochleistungsbetrieb oder im Niedrigleistungsbetrieb betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Fahrzeug eine Sensoreinrichtung (13) aufweist, wobei die Sensoreinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, ein Ausfahren des Fahrzeugs aus einer Kurve zu erkennen, wobei bei Erkennen eines Ausfahrens aus der Kurve durch die Sensoreinrichtung (13) der elektrische Antriebsmotor (2) für die vorgegebene Hochleistungs-Zeitspanne in dem Hochleistungsbetrieb betrieben wird, und/oder wobei das Fahrzeug eine Sensoreinrichtung (13) aufweist, wobei die Sensoreinrichtung (13) dazu eingerichtet ist, einen Bremsvorgang zu erkennen, wobei im Anschluss an den Bremsvorgang der elektrische Antriebsmotor (2) für die vorgegebene Hochleistungs-Zeitspanne in dem Hochleistungsbetrieb betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei im Sportmodus erst bei einer Maximalleistungsanforderung durch den Führer des Fahrzeugs der Hochleistungsbetrieb initiiert wird, es sei denn dies erfolgt in einer Niedrigleistungs-Zeitspanne.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei bei einem Abfahren einer gewissen Strecke unter Maximalleistungsanforderung durch den Führer des Fahrzeugs der Energieverbrauch in dem Sportmodus geringer ist als in dem Normalmodus.
Elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug, wobei das Fahrzeug eine in einem Normalmodus und in einem Sportmodus betreibbare elektronische Steuereinrichtung (4) aufweist, zur Regelung einer Leistungsabgabe eines elektrischen Antriebsmotors (2), wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, in dem Normalmodus den elektrischen Antriebsmotor (2) in einem Normalleistungsbetrieb zu betreiben, wobei eine maximale Leistungsabgabe des elektrischen Antriebsmotors (2) in dem Normalleistungsbetrieb begrenzt ist, und in dem Sportmodus den elektrischen Antriebsmotor (2) für eine vorgegebene Hochleistungs-Zeitspanne in einem Hochleistungsbetrieb zu betreiben, wobei die maximale Leistungsabgabe des Antriebsmotors (2) in dem Hochleistungsbetrieb gegenüber der maximalen Leistungsabgabe im Normalleistungsbetrieb angehoben ist, und im Anschluss an den Hochleistungsbetrieb den elektrischen Antriebsmotor (2) für eine vorgegebene Niedrigleistungs-Zeitspanne in einem Niedrigleistungsbetrieb zu betreiben, wobei die maximale Leistungsabgabe des Antriebsmotors (2) in dem Niedrigleistungsbetrieb gegenüber der maximalen Leistungsabgabe im Hochleistungsbetrieb abgesenkt ist.