DE112022007956T5 - Steuerungstechnik für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms - Google Patents

Abstract

Es soll das Problem gelöst werden, dass große Nutzelektrofahrzeuge mit Reichweitenverlängerer eine Batterie von hoher Kapazität und einen Motorgenerator mit hoher Ausgangsleistung benötigen, was die Anzahl der Fahrgäste und die geladene Fracht einschränkt und große Mengen an Abgas aus dem Verbrennungsmotor der Kraftmaschine mit interner Verbrennung erzeugt werden, weshalb eine Steuerungstechnik für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung angewandt wird, bei der als Verfahren zum Schätzen der unterwegs während der Fahrt benötigten Energieerzeugungsmenge und der Energieerzeugungsstrecke vor der Fahrt in einem Routenplan eines Elektrofahrzeugs mit Reichweitenverlängerer unter der Annahme, dass vom Ausgangsort bis zum Zielort genau mit der in der Batterie gespeicherten Energie gefahren wird, ein Absolutwert, bei dem von einer negativen Energiespeichermenge (SOC-Wert) der Batterie am Zielort ein Mindestspeicherbedarf (SCL) der Batterie abgezogen wurde, als die unterwegs während der Fahrt benötigte Energieerzeugungsmenge herangezogen wird, wobei vorzugsweise durch Korrigieren des Routenplans unterwegs während der Fahrt eine Verkleinerung der installierten Sekundärbatterie und des installierten Generator erzielt wird.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsverfahrensweise für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung für ein Plug-in-Elektrofahrzeug mit Reichweitenverlängerer, das fährt, indem mit einem Motorgenerator eine Sekundärbatterie aufgeladen wird und mittels der Sekundärbatterie ein Elektromotor angetrieben wird.
• Allgemeiner Stand der Technik
• Elektrofahrzeuge mit Sekundärbatterieantrieb finden als sauberes Verkehrsmittel ohne Ausstoß von Kohlendioxid (CO₂) Beachtung. Der Hauptgrund ist der, dass sie anders als Fahrzeuge, die mit einem Verbrennungsmotor fahren, mit in der Sekundärbatterie gespeicherter elektrischer Energie fahren und daher kein CO₂ ausstoßen und leise sind, was das Fahrgefühl äußerst angenehm macht. Der zweite Grund ist der, dass ihre Wartungskosten einschließlich der Kraftstoffkosten niedriger sind als bei Fahrzeugen mit Dieselmotoren, was einen wesentlichen Vorteil für ihre Einführung darstellen dürfte.
• Allerdings muss derzeit in Elektrobussen, die eine Art von Elektrofahrzeug sind, eine große Anzahl von teuren wiederaufladbaren Sekundärbatterien installiert werden, weshalb ihre Anfangsinvestitionen derzeit um ein Vielfaches höher als bei Bussen mit Dieselmotor und der gleichen Anzahl von Sitzplätzen sind, sodass ihre Einführung nur langsam erfolgt. Darüber entwickelt sich die Verbreitung von Elektro-Lkw aus Gründen wie der schlechten flexiblen Nutzbarkeit nur langsam, da der Platz für die große Anzahl von Sekundärbatterien die Ladekapazität der Lkw verringert.
• In Pkw wird als Lösung für dieses Problem ein serielles Hybridsystem eingesetzt. Im Allgemeinen wird bei dieser Technik der vorhandene Verbrennungsmotor als Generator genutzt und eine Sekundärbatterie mit geringer Kapazität installiert, wobei der Verbrennungsmotor fast ständig angetrieben wird, um die Sekundärbatterie aufzuladen, mit deren elektrischer Energie dann der Elektromotor zum Fortbewegen des Fahrzeugs angetrieben wird.
• Soll dieses System jedoch in Nutzfahrzeugen wie Bussen und Lkw eingesetzt werden, sind ein großer Generator und eine große Anzahl von Sekundärbatterien erforderlich, da bei steilen, langen Steigungen eine große sofortige Energieversorgung benötigt wird, wenn die Speicherkapazität der Sekundärbatterien abnimmt und Energie erzeugt werden muss. Der daraus resultierende Platzbedarf, die geringere Sitzplatzkapazität in Bussen und die eingeschränkte Ladekapazität in Lkw bremsen die Umstellung von Nutzfahrzeugen auf serielle Hybridfahrzeuge aus.
• Im Gegensatz dazu verwendet ein Fahrzeug mit Reichweitenverlängerer (im Folgenden RE-Elektrofahrzeug genannt) der vorliegenden Lehren ein geografisches Informationssystem (GIS) und ein globales Navigationssatellitensystem (GNSS), um Informationen über die Straßenoberfläche wie etwa Positionsinformationen und Höhenunterschiede entlang der Fahrtroute zu sammeln, und es werden auch bei früheren Fahrten gesammelte Fahrtdaten genutzt, um vor der Fahrt einen Energieerzeugungsplan (Fahrtplan) zu erstellen. Wenn eine Ladestation auf der Fahrtroute eingerichtet ist, kann auch ein Plug-in-Elektrofahrzeug mit Reichweitenverlängerer (im Folgenden als PRE- Elektrofahrzeug bezeichnet) verwendet werden, das einen Fahrtplan erstellt, der das Aufladen (Plug-in) an der Ladestation beinhaltet.
• Indem auf diese Weise vor der Fahrt ein Routenplan für den betreffenden Tag erstellt wird, kann die benötigte Energieerzeugungsmenge im Voraus berechnet werden, sodass sich die geeigneten Zeitpunkte für den Energieerzeugungsbeginn und Zeiträume der Energieerzeugung während der Fahrt einstellen lassen, was eine Verkleinerung des Generators und der Sekundärbatterien ermöglicht.
• Die Anmelderin hat bereits eine Patentanmeldung eingereicht, bei der eine solche RE- Elektrofahrzeugtechnik auf einen Bus angewandt wird, bei dem es sich um eines der wichtigsten Fahrzeuge im öffentlichen Nahverkehr handelt ( JP 2019-77257 A ). Auch für ein Verfahren zum Konfigurieren eines PRE- Elektrofahrzeugs, das für ein Nutzfahrzeug wie einen Lkw bestimmt ist, in dem Steuerungstechnik für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung installiert ist, wurde bereits eine Patentanmeldung eingereicht ( JP 2020-62906 A ).
• Als Stand der Technik, der diesen Einreichungen gleicht, existiert ein Navigationssystem für Elektrofahrzeuge, bei dem Karteninformationen, GPS-Informationen und der Ladestand einer Batterie erfasst werden, um den Antrieb eines in dem Fahrzeug installierten Generators zu steuern ( JP 3264123 B ). Diese Einreichung geht auf das Problem ein, dass übliche Hybridfahrzeuge auch in Umweltschutzzonen Abgase ausstoßen, da der im Fahrzeug installierte Generator betrieben wird, wenn die Batteriekapazität zur Neige geht, weshalb diese Technik ein Navigationssystem nutzt, das den Generator antreibt und eine Aufladung vornimmt, wenn sich das Fahrzeug einer Umweltschutzzone nähert und der Batteriestand niedrig ist, und den Generator dann in der Umweltschutzzone abschalten kann, so dass das Fahrzeug keine Abgase ausstößt. So soll sich in einer Umweltschutzzone der Abgasausstoß möglichst verhindern lassen. Bei dem PRE- Elektrofahrzeug mit Steuerungstechnik für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung des vorliegenden Gegenstands werden jedoch Modellierungen und Steuerverfahren zum Einschränken der Energieerzeugungsmenge genutzt, was eine Verkleinerung des Generators und die Nutzung von Sekundärbatterien mit geringerer Kapazität ermöglicht, so dass der Einfluss auf die Ladekapazität eingeschränkt ist und sich die serielle Hybridtechnik auch auf Nutzfahrzeuge erfolgreich anwenden lässt.
• In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass es sich bei dem Verbrennungsmotor um einen Dieselmotor handelt, aber er ist nicht auf Dieselmotoren beschränkt, sondern kann auch ein Benzinmotor, ein Brennstoffgenerator (eine sogenannte Brennstoffzelle) usw. sein.
• Dokumente des Stands der Technik
• Patentdokumente
• Patentdokument 1: JP 3264123 B
• Patentdokument 2: JP 2019-77257 A
• Patentdokument 3: JP 2020-62906 A
• Kurzdarstellung der Erfindung
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung
• Die Aufgabe, die durch die vorliegende Erfindung gelöst werden soll, besteht darin, dass in üblichen seriellen Hybridfahrzeugen aufgrund der großen Anzahl von Sekundärbatterien und großen Generatoren, die in Vorbereitung auf Situationen, in denen der Motorbetrieb reduziert werden soll (beispielsweise in langen Tunneln, bei Krankenhäusern oder in Schulzonen) oder bei Fahrten auf langen, steilen Steigungen und dergleichen installiert werden müssen, in Bussen die Anzahl der Sitzplätze reduziert wird, während es bei Lkw zu Einbußen bei der Ladekapazität kommt. Außerdem liegt die Aufgabe vor, den Kraftstoffverbrauch eines Verbrennungsmotors für einen großen Generator und den dazu proportionalen CO₂-Ausstoß zu verringern.
• Mittel zum Lösen der Aufgabe
• Im vorliegenden Gegenstand werden vor der Fahrt anhand der Position (Breiten- und Längengrad) und der Höhenangaben der Route aus Karteninformationen, der durchschnittlichen horizontalen Leistungsaufnahme des Fahrzeugs, der durchschnittlichen Geschwindigkeit, des Bordgewichts und dergleichen die für die Fahrt optimale Nutzungszeit der Sekundärbatterie und die Energiespeichermenge des Motorgenerators berechnet, um auf diese Weise einen Sollwert für den einen Ladezustand der Sekundärbatterie am Zielort angebenden SOC (kurz für „State of Charge“, ein Index, der die Energiespeichermenge, die Laderate oder den Ladezustand angibt, im Folgenden ebenso) einzustellen und ein SOC-Diagramm zu erstellen, das den SOC-Status während der Fahrt in Diagrammform oder dergleichen anzeigt.
• Außerdem liegt eine Einrichtung vor, die während der Fahrt anhand von Informations- und Kommunikationstechnik wie etwa Fahrzeuginformationen, GIS und GNSS ständig den Ladezustand der Batterie überwacht und für den Fall, dass unterwegs während der Fahrt der SOC-Wert um mehr als einen in dem SOC-Diagramm festgelegten Wert abweicht, das SOC-Diagramm neu erstellt. Im Laufe der Fahrt wird der ursprüngliche Routenplan auf Grundlage von Fahrtinformationen, die nach Fahrtbeginn unterwegs während der Fahrt kontinuierlich erlangt werden, und Fahrzeuginformationen korrigiert. Infolgedessen erfolgen Beginn und Ende der Aufladung der Sekundärbatterien zu einem optimalen Zeitpunkt, weshalb auch ein kleiner Motorgenerator und Sekundärbatterien mit geringer Kapazität genutzt werden können und damit insbesondere die bisher für serielle Hybrid-Nutzfahrzeuge geltenden Probleme gelöst werden können.
• Als Steuerungstechnik für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Einrichtung aufweist, die, wenn sie bei einem PRE-Elektrofahrzeug, das mithilfe einer installierten Batterie fährt und bei dem mit einem Motorgenerator die Fahrzeugbatterie aufgeladen wird und mit dieser Energie ein Elektromotor getrieben wird, vor der Fahrt anhand von Fahrtrouteninformationen ein SOC-Diagramm erstellt und die beim Fahren auf der Fahrtroute benötigte Energieerzeugungsmenge ermittelt, werden eine Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms und ein Steuerungsverfahren für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms bereitgestellt.
• Die Steuerungstechnik für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung der vorliegenden Erfindung kann auch eine Einrichtung aufweisen, die außerdem beim Erstellen des SOC-Diagramm vor der Fahrt unter Verwendung der Fahrtrouteninformationen provisorische Werte für Geschwindigkeit, Energieverbrauch und Gewicht zuweist und während der Fahrt die provisorischen Werte durch den Energieverbrauch, die Geschwindigkeit und das Gewicht ersetzt, die zu diesem Zeitpunkt erlangt werden können.
• Zur Ermittlung der erforderlichen Energieerzeugungsmenge wird davon ausgegangen, dass die Fahrt zum Zielort unter Nutzung der am Ausgangsort in der Batterie gespeicherten Energiemenge erfolgt, wobei als die für die Fahrt erforderliche Energieerzeugungsmenge ein Absolutwert herangezogen wird, bei dem zu der negativen Energiemenge, die aus dem SOC-Wert am Zielort ermittelt wird, ein Mindestspeicherbedarf (SCL) der Batterie hinzuaddiert wird.
• Als Verfahren zum Erstellen des SOC-Diagramms wird eine SOC-Linie gezogen, die die Batteriespeichermenge umgekehrt von dem für den Zielort festgelegten SOC-Wert bis zum Ausgangsort angibt, und bei Erreichen der maximalen Energiespeicherkapazität (SCH) wird zu einer Energieerzeugungslinie gewechselt, und wenn erneut der Mindestspeicherbedarf (SCL) erreicht wird, wird wieder zur SOC-Linie gewechselt, bei der die Fahrt mit der in der Batterie gespeicherten Energiemenge erfolgt, und dies wird wiederholt, wobei die Position, an der sich die EV-Linie (Elektrofahrzeuglinie) mit batteriegestützter Fahrt ab dem Ausgangsort und die Energieerzeugungslinie schneiden, als Position herangezogen wird, an der die EV-Linie endet und die Energieerzeugungslinie beginnt.
• Als die in der Batterie gespeicherte Energiemenge am Ausgangsort kann ein Wert zwischen der maximalen Energiespeicherkapazität und dem Mindestspeicherbedarf herangezogen werden.
• Bei der Erstellung des SOC-Diagramms vor der Fahrt können ein Energieerzeugungszeitraum und ein Energieerzeugungsstreckenabschnitt so eingestellt werden, dass das SOC-Diagramm innerhalb des Bereichs von SCL bis SCH erstellt wird, sodass die Energieerzeugung früher gestartet wird, wenn SOC während der Fahrt wahrscheinlich unter SCL fallen wird, und früher angehalten wird, wenn SOC wahrscheinlich über SCH ansteigen wird, und wenn der Verbrennungsmotor in einem Ruhestreckenabschnitt betrieben werden muss, die erforderliche Energiemenge vor dem Eintritt in den Ruhestreckenabschnitt erzeugt werden kann, um einen Energieerzeugungszustand im Ruhestreckenabschnitt zu vermeiden.
• Es kann auch eine Einrichtung (Neuerstellungseinrichtung) vorliegen, die während der Fahrt des Fahrzeugs anhand der Positionsinformationen zur Fahrtposition von einer Positionsinformationssammelvorrichtung wie etwa GPS, Fahrzeuginformationen vom Fahrzeug wie dem SOC-Wert, der die in der Batterie gespeicherte Energiemenge angibt, und Karteninformationen auf Divergenzen des SOC-Werts zu dem vor der Fahrt geplanten SOC-Diagramm überwacht und für den Fall, dass der Abweichungswert einen eingestellten Wert erreicht, unterwegs während der Fahrt immer wieder eine Neuerstellung des SOC-Diagramms durchführt.
• Wenn bei der Erstellung und Neuerstellung des SOC-Diagramms die Fahrtroute aus mehreren Fahrtroutenteilabschnitten zusammengesetzt ist, kann auch beim Eintritt in diese Fahrtroutenteilabschnitte oder Austritt aus denselben der Fahrtzustand gewechselt werden.
• Bei der Erstellung des SOC-Diagramms vor der Fahrt kann die Erstellung so erfolgen, dass für den eingestellten Energieverbrauch ein schlechterer Wert als der angenommene Wert und für die eingestellte Geschwindigkeit ein schnellerer Wert als die angenommene Geschwindigkeit verwendet wird, und während der Fahrt kann dann die Neuerstellung des SOC-Diagramms anhand des Energieverbrauchs und der Geschwindigkeit erfolgen, die vom Fahrzeug bezogen werden.
• Für die erforderliche Energieerzeugungsmenge kann auch die Energiemenge, wenn die Anzahl, wie oft das SOC-Diagramm zwischen SCH und SCL der Batterie hin und her wechselt, mit der nutzbaren Speicherkapazität der Batterie (maximale Energiespeicherkapazität - Mindestspeicherbedarf) multipliziert wird und dieser Wert von dem oben genannten Absolutwert abgezogen wird, in die für die Fahrt erforderliche Energieerzeugungsmenge einbezogen werden.
• Wenn bereits bekannt ist, dass auf einer Fahrtroute mit batteriegestützter Fahrt ein Ort mit installierter Ladestation vorhanden ist, kann beurteilt werden, ob eine Aufladung an dieser Ladestation erfolgen soll, und das Ergebnis in dem vor der Fahrt erstellten SOC-Diagramm berücksichtigt werden.
• Die Beurteilung, ob an der Ladestation eine Aufladung erfolgen soll, kann anhand dessen erfolgen, ob die Ladestation in einer bestimmten Entfernung in Richtung des Ausgangsorts von dem Punkt installiert ist, an dem sich mit dem SCL der Endpunkt der batteriegestützten Fahrt ergibt, ob genügend Zeit zum Aufladen an der Ladestation vorhanden ist und ob der Fahrplan nicht dadurch gestört wird.
• Es können auch eine Einrichtung, die für den Fall, dass es während der Fahrt zu einem unvorhergesehenen Ereignis kommt, vorhersagt, dass der Zielort nicht erreicht werden kann, selbst wenn das SOC-Diagramm korrigiert wird (Vorhersageeinrichtung), und eine Einrichtung vorliegen, die den Fahrer in diesem Fall zu einer angepassten Fahrweise auffordert.
• Die Fahrtanweisung an den Fahrer kann beinhalten, die Fahrgeschwindigkeit zu verringern, um Zeit für die Energieerzeugung zu gewinnen, oder das Fahrzeug anzuhalten, um Energie zu erzeugen, um die erforderliche Energiespeichermenge zu gewährleisten. Bei einer Befehlseinrichtung für eine solche Anweisung kann es sich um eine Anzeigeeinrichtung wie ein Display oder dergleichen handeln, das den Anweisungsinhalt anzeigt, oder um eine Mitteilungsvorrichtung, die den Fahrer durch Ton anweist. Die Vorhersageeinrichtung kann auch aus dem aktuellen SOC-Wert und dem SOC-Diagramm für den Rest des Fahrtabschnitts vorhersagen, ob das Erreichen des Zielorts möglich ist.
• Es kann auch eine Einrichtung vorliegen, die für den Fall, dass auf der ursprünglich vorgesehenen Fahrtroute ein Hindernis vorliegt und eine Umleitung gefahren wird, eine Neuerstellung des SOC-Diagramms unter Anpassung an die Umleitungsfahrt durchführt.
• Auch kann eine Einrichtung vorliegen, die bei einem Elektrofahrzeug vor der Fahrt ein SOC-Diagramm mit einbezogenen Fahrtrouteninformationen erstellt und während der Fahrt kontinuierlich den SOC-Wert an der jeweiligen Position und den SOC-Wert im SOC-Diagramm vergleicht und Orte, an denen eine Ladestation installiert ist, und die erforderliche Lademenge mitteilt und dergleichen.
• Es kann auch eine Einrichtung vorliegen, die, auch wenn die Fahrt normalerweise gemäß dem vor der Fahrt aufgestellten Routenplan erfolgt, bei Bedarf zum Fahren mit Energieerzeugung umschaltet und das Aufladen der Batterie priorisiert, um so zu bewirken, dass die in der Batterie gespeicherte Energiemenge an einer festgelegten Position ihr Maximum erreicht.
• Um die genannte Aufgabe zu erfüllen, wird in der vorliegenden Erfindung eine Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms bereitgestellt, die eine Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung eines Elektrofahrzeugs mit Reichweitenverlängerer ist, das mit einer installierten Batterie fährt, wobei die Batterie des Fahrzeugs mit einem Motorgenerator aufgeladen wird und ein Elektromotor mit dieser elektrischen Energie angetrieben wird, gekennzeichnet durch eine SOC-Diagrammerstellungseinrichtung, die unter Verwendung von Fahrtrouteninformationen und Geschwindigkeit, Energieverbrauch und Gewicht, denen vor der Fahrt provisorische Werte zugewiesen werden, ein SOC-Diagramm erstellt, das zum Fahren auf einer Fahrtroute erforderlich ist, die in den Fahrtrouteninformationen eingestellt ist. Die Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung umfasst ferner eine SOC-Diagrammkorrektureinrichtung, die während der Fahrt auf Grundlage der Geschwindigkeit, des Energieverbrauchs oder des Gewichts, die zu diesem Zeitpunkt erlangt werden können, das SOC-Diagramm korrigiert.
• In der vorliegenden Erfindung wird zum Erfüllen der Aufgabe eine Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms bereitgestellt. Es wird also eine Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms bereitgestellt, die eine Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung eines EV (electric vehicle, Elektrofahrzeug) mit Reichweitenverlängerer ist, das mit einer installierten Batterie fährt, wobei die Batterie des Fahrzeugs mit einem Motorgenerator aufgeladen wird und ein Elektromotor mit dieser elektrischen Energie angetrieben wird, und eine SOC-Diagrammerstellungseinrichtung aufweist, die unter Verwendung von Fahrtrouteninformationen und Geschwindigkeit, Energieverbrauch und Gewicht, denen vor der Fahrt provisorische Werte zugewiesen werden, ein SOC-Diagramm erstellt, das zum Fahren auf einer Fahrtroute erforderlich ist, die in den Fahrtrouteninformationen eingestellt ist. Die Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung umfasst ferner eine SOC-Diagrammkorrektureinrichtung, die während der Fahrt auf Grundlage der Geschwindigkeit, des Energieverbrauchs oder des Gewichts, die zu diesem Zeitpunkt erlangt werden können, das SOC-Diagramm korrigiert.
• Zum Erfüllen der Aufgabe wird in der vorliegenden Erfindung auch ein Fahrzeug mit Reichweitenverlängerer (auch als Elektrofahrzeug mit Reichweitenverlängerer bezeichnet) bereitgestellt, das die Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms umfasst. Es wird also ein Elektrofahrzeug mit Reichweitenverlängerer bereitgestellt, das mit einer installierten Batterie fährt, wobei die Batterie des Fahrzeugs mit einem Motorgenerator aufgeladen wird und ein Elektromotor mit dieser elektrischen Energie angetrieben wird, wobei als Steuervorrichtung zum Steuern der Aufladung der Batterie mittels des Motorgenerators die Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung gemäß der vorliegenden Erfindung genutzt wird. Insbesondere wenn auch die Aufladung an einer Ladestation möglich ist, da eine Ladestation auf der Fahrtroute eingerichtet ist, kann auch ein Plug-in-Elektrofahrzeug mit Reichweitenverlängerer (im Folgenden als PRE- Elektrofahrzeug bezeichnet) verwendet werden, das einen Fahrtplan erstellt, der das Aufladen (Plug-in) an der
• Ladestation berücksichtigt.
• In der vorliegenden Erfindung wird zum Erfüllen der Aufgabe ein Steuerungsverfahren für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms bereitgestellt. Es handelt sich also um ein Steuerungsverfahren für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms in einem Elektrofahrzeug mit Reichweitenverlängerer, das mit einer installierten Batterie fährt und das fährt, indem die Batterie des Fahrzeugs mit einem Motorgenerator aufgeladen wird und ein Elektromotor mit dieser elektrischen Energie angetrieben wird, das einen Schritt der SOC-Diagrammerstellung, in dem unter Verwendung von Fahrtrouteninformationen und Geschwindigkeit, Energieverbrauch und Gewicht, denen vor der Fahrt provisorische Werte zugewiesen werden, ein SOC-Diagramm erstellt wird, das zum Fahren auf einer Fahrtroute erforderlich ist, die in den Fahrtrouteninformationen eingestellt ist, und einen Schritt der SOC-Diagrammkorrektur aufweist, in dem während der Fahrt auf Grundlage der Geschwindigkeit, des Energieverbrauchs oder des Gewichts, die zu diesem Zeitpunkt erlangt werden können, das SOC-Diagramm korrigiert wird. Das Steuerungsverfahren für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms kann durch einen Computer ausgeführt werden. Es kann also durch ein Computerprogramm umgesetzt werden.
• Eine solche Auslegung für eine Betätigung mit geplantem Antreiben und Anhalten eines Generators wird als Steuersystem für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung bezeichnet, dessen grundlegendes Konzept erläutert wird. Eine während der Fahrt eines Fahrzeugs von der Batterie zugeführte Energiemenge wird als Antriebsenergie und als Hilfsenergie genutzt. Die Antriebsenergie ist die Energie, die dem Rollwiderstand, dem Luftwiderstand, dem Beschleunigungswiderstand und dem Steigungswiderstand entgegenwirkt und im Zeitverlauf variiert. Bei der Auslegung des Fahrzeugs werden die Sekundärbatteriekapazität, die die Momentanleistung des Antriebsmotors ausgeben kann, und die Antriebskraft des Antriebssystems bestimmt, wobei der Grundgedanke des Steuersystems für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung (im Folgenden auch als „das vorliegende System“ bezeichnet) darin liegt, dass es die Verteilung des Energieverbrauchs so berechnet, dass das Fahrzeug sein Ziel innerhalb dieser bestimmten Bereiche erreichen kann.
• Der Generator muss folglich nicht sofort die Momentanleistung zuführen können, und stattdessen reicht es aus, wenn er nur die Energiemenge zuführen kann, die zwischen der aktuellen Position und dem Zielort benötigt wird. In diesem Fall wird die Batterie geplant aufgeladen, so dass der momentane Energiebedarf von der Batterie gedeckt werden kann. Beispielsweise wird das SOC-Diagramm erstellt, indem der verwendete SOC-Bereich entsprechend den Eigenschaften der Batterie derart eingestellt wird, dass die Batterie im Voraus so aufgeladen wird, dass nahe der unteren Grenze der verbleibenden Batteriekapazität die benötigte Leistung sofort zugeführt werden kann, und der Generator auf geplante Weise vor der vollen Aufladung abgeschaltet wird, sodass nicht sofort eine große Menge an regenerativer Energie erzeugt wird.
• Ein Rechenverfahren des vorliegenden Systems ist wie folgt. Für die so genannte EV-Fahrt, bei der das Fahrzeug mit Batterie fährt, wird der Energieverbrauch P auf der Fahrtroute von der aktuellen Position bis zum Zielort unter Aufteilung in die Energie Ph bei horizontaler Fortbewegung und die Energie Pv bei vertikaler Fortbewegung berechnet, und es wird dann in Bezug auf die aktuelle Restladung der Batterie die fehlende Energie berechnet. Für diese fehlende Energie erfolgt die Fahrt so, dass der Generator für einen mindestens zum Erreichen einer Energieerzeugungsmenge Pg erforderlichen Streckenabschnitt angetrieben wird. Durch das Steuern des Generators mittels der Steuerung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung kann die Batterierestladung am Zielort an den Einstellwert angepasst werden.
• Wenn die Batterierestladung an der aktuellen Position SOC, der Batterierestladungseinstell-SOC am Zielort SCL und die Anzahl installierter Batterien D ist, so ist die Batterierestladung D · (SOC - SCL). Wenn die Energieerzeugungsmenge des Generators Pg ist und als Bedingung zum Erreichen des Zielorts von der aktuellen Position die nutzbare Energiemenge größer als die erforderliche Energiemenge ist, so gilt $$\text{Pg}+\text{D}\cdot \left(\text{SOC}-\text{SCL}\right)>\text{Ph}+\text{Pv}\text{.}$$
• Die zu erzeugende Energiemenge ist daher $$\text{Pg}>\text{Ph}+\text{Pv}-\text{D}\cdot \left(\text{SOC}-\text{SCL}\right)\text{.}$$
• Da hierbei Ph = Entfernung A (km)/durchschnittlicher Energieverbrauch C bei horizontaler Fortbewegung (km/kWh), $$\begin{array}{l}\text{ Pg}=\left(\text{Generatorleistung P}\right)\cdot \left(\text{Erzeugungsdauer tg}\right),\\ \text{Erzeugungsdauer tg}=\left(\text{Entfernung A}\right)/(\text{durchschnittliche}\\ \text{Geschwi}\text{ndigkeit v})\end{array}$$ gilt, verkürzt sich die Erzeugungsdauer und damit die Reichweite, wenn sich der Energieverbrauch verschlechtert und die durchschnittliche Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt. Außerdem gilt die folgende Gleichung (1). $$\text{Pv}=\left(\text{m}\cdot \text{g}\cdot \text{hu}\right)-\left(\text{k}\cdot \text{m}\cdot \text{g}\cdot \text{hd}\right)$$
• Dabei ist m das Bruttogewicht des Fahrzeugs, g die Gravitationsbeschleunigung, hu die akkumulierte Steigungshöhendifferenz von der aktuellen Position bis zum Zielort, hd die akkumulierte Gefällehöhendifferenz, weshalb die Energie Pv bei vertikaler Fortbewegung umso größer ist und die erzeugte Leistung umso mehr erhöht werden muss, je größer das Gewicht m, je größer die akkumulierte Steigungshöhendifferenz und je kleiner ein Regenerationskoeffizient k (im Folgenden erläutert) ist.
• Es folgt eine Erörterung des Unterschieds zwischen der Regenerationsrate und dem Regenerationskoeffizienten k. Die Regenerationsrate ist das Verhältnis des Energieverbrauchs Pd bei Bergabfahrt über dieselbe Entfernung zum Energieverbrauch Pu bei Bergauffahrt am selben Hügel. $$\text{Pu}=\text{Phu}+\text{m}\cdot \text{g}\cdot \text{hu}$$ $$\text{Pd}=\text{Phd}-\text{k}\cdot \text{m}\cdot \text{g}\cdot \text{hd}$$
• Dabei ist Phu der Energieverbrauch bei horizontaler Fahrt und Phd der Energieverbrauch bei horizontaler Fahrt über die gleiche Entfernung, weshalb bei gleichen Straßen- und Wetterverhältnissen Phu=Phd, doch werden beide als separat behandelt, da es nicht möglich ist, dass während der tatsächlichen Fahrt identische Bedingungen herrschen.
• Wenn also die Regenerationsrate als Energiemenge einschließlich der horizontalen Fahrt an einem Hang definiert ist, so ergibt sich Regenerationsrate = Pd/Pu, wobei dieser Wert praktisch messbar ist. Wird andererseits das Verhältnis der Energiemenge ausschließlich in vertikaler Richtung als Regenerationskoeffizient k definiert, so ergibt sich k = Pvd/Pvu.
• Der Regenerationskoeffizient k kann wie im Folgenden dargelegt ermittelt werden, doch es können auch Werte aus dem SOC-Diagramm des Steuersystems für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung einbezogen werden. Die Fortbewegungsenergie (Phu und Phd) ist dabei die Energie, die (1) dem Rollwiderstand, (2) dem Luftwiderstand, (3) dem Beschleunigungswiderstand und (4) dem Steigungswiderstand entgegenwirkt. Die Regenerationsrate ist das Verhältnis der Fortbewegungsenergie bei Bergabfahrt zur Fortbewegungsenergie bei Bergauffahrt, wenn auf einer Route mit Steigung hin- und hergefahren wird. Da in der Regenerationsrate die für die horizontale Fortbewegung erforderliche Energie für Bergauf- und Bergabfahrt enthalten ist, ist sie ein kleinerer Wert als der Regenerationskoeffizient. Bei dem Steuersystem für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung erfolgt die Berechnung unter Aufteilung in die für die horizontale Fortbewegung erforderliche Energie in die Summe aus (1) Rollwiderstand, (2) Luftwiderstand und (3) Beschleunigungswiderstand und die für die vertikale Fortbewegung erforderliche (4) Energie gegen den Steigungswiderstand.
• Wenn beispielsweise eine Winde mit einem Antriebsmotor ausgebildet ist, beträgt die Energie, die zum Anheben eines Gewichts der Masse m um eine Höhe h erforderlich ist, Pvu = m·g·h, während die Energie, die beim Absenken des Gewichts um eine Höhe h zurückgewonnen werden kann, wenn der Motor als Generator arbeitet Pvd = k· Pvu ist, wobei k < 1. k ist das Produkt des Wirkungsgrads des Motorumrichters und des Wirkungsgrads der Batterie. Das heißt, k = (Produkt des Wirkungsgrad des Motorumrichters) · (Wirkungsgrad der Batterie).
• Auch beim Abbremsen wird Regenerationsenergie erzeugt. Das Verhältnis zwischen der Energie, die beim Abbremsen eines Fahrzeugs von Geschwindigkeit 1 auf Geschwindigkeit 2 ohne Nutzung der Fußbremse zurückgewonnen werden kann, und der Energie, die beim Beschleunigen von Geschwindigkeit 1 auf Geschwindigkeit 2 erforderlich ist, wird ebenfalls durch den Regenerationskoeffizienten k ausgedrückt. Wenn m das Bruttogewicht des Fahrzeugs und Δv die Veränderung der Geschwindigkeit ist, lässt sich dies also wie folgt ausdrücken.
• Energie, die beim Beschleunigen von Geschwindigkeit 1 auf Geschwindigkeit 2 erforderlich ist: (1/2)·m·Δv²
• Energie, die beim Abbremsen eines Fahrzeugs von Geschwindigkeit 1 auf Geschwindigkeit 2 ohne Nutzung der Fußbremse zurückgewonnen werden kann: k(1/2)·m·Δv²
• Unter der Annahme, dass die Geschwindigkeitsveränderung beim Beschleunigen und beim Abbremsen gleich ist, beträgt die zum Beschleunigen und Abbremsen vom Ausgangsort bis zum Zielort erforderliche Energie (1/2)·m· (Σ (1-K) Δvn²). Wenn der erwähnte Regenerationskoeffizient durch die vertikale Fortbewegung k1 ist und der Regenerationskoeffizient beim Beschleunigen und Abbremsen k2 ist, so ergibt sich als Gesamtregenerationskoeffizient k k = k1·k2.
• Der Energieverbrauch des Fahrzeugs im Betrieb (Fortbewegungsenergie) wird anhand einer Formel näher erläutert. Die Fortbewegungsenergie R eines Fahrzeugs kann anhand der folgenden Gleichung (2) berechnet werden. Die horizontale Fortbewegungsenergie R1 kann anhand von Gleichung (2) berechnet werden. Zwar liegt die dem Beschleunigungswiderstand entgegenwirkende Energie vor, die jedoch bei konstanter Fahrtgeschwindigkeit 0 ist, und da der Steigungswiderstand R3 Pv ist:
• • Werden die Geschwindigkeit und das Drehmoment, die zur Berechnung des Energieverbrauchs des Elektromotors verwendet werden, aus den Geschwindigkeits- und Fahrzeugdaten des Fahrprofils berechnet.
• • Ist die Drehzahl Nt(rpm) des Elektromotors zum Zeitpunkt t: $$\text{Nt}=\left(1000\cdot \text{im}\cdot \text{Vt}\right)/2\mathrm{\pi }\text{r}$$ wobei beispielsweise im: Untersetzungsverhältnis (4,555), r: dynamischer Lastradius des Reifens (0,385 m), Vt: Fahrgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t (km/h)
• • Ist das Achsdrehmoment Tmt(N·m) des Elektromotors zum Zeitpunkt t: $$\text{Tmt}=\left(\mathrm{9,8}\cdot \text{r}\cdot \text{R}\right)/\left(\text{im}\cdot \eta \right)$$ $$\begin{array}{l}\text{R}=\text{R1}(\text{Rollwiderstand}+\text{Luftwiderstand})+\text{R2}\\ \left(\text{Beschleunigungswiderstand}\right)+\text{R3}\left(\text{Steigungswiderstand}\right)\\ =\left(\mathrm{\mu }\text{r}\cdot \text{W}+\mu \text{a}\cdot \text{A}\cdot \text{Vt2}\right)+\left(\left(\text{W}+\Delta \text{W}\right)/\mathrm{9,8}\right))\cdot \left(\text{Vt}-\text{Vt}-1\right)/\mathrm{3,6})+(\mathrm{9,8}\cdot \\ \left(\text{W}+\Delta \text{W}\right)\cdot \left(\text{ht}-\text{ht}-1\right))\end{array}$$
• Es werden nun Beispiele für die einzelnen Parameter erörtert.

im

Untersetzungsverhältnis (4,555),

η

Wirkungsgrad des Untersetzungsgetriebes (0,95),

ht-1

Höhe 1 Sekunde vor dem Zeitpunkt t (bei Bergabfahrt)

Vt-1

Fahrgeschwindigkeit 1 Sekunde vor dem

Zeitpunkt

t (km/h)

µr

Rollwiderstandskoeffizient (kg/kg) µr=0,008210

µa

Luftwiderstandskoeffizient (kg/m²/(km/h)²) µa=0,002846

A

projizierte Frontalfläche (m2) A=2,26x2,55=5,085

W

Fahrzeuggewicht bei der Prüfung {Fahrzeuggewicht in leerem Zustand + Gewicht bei großer Ladung im Falle von Lkw/2+55(1 Person)} (kg) 5715 kg

ΔW

Massenäquivalent der rotierenden Teile (kg) 2178,5 kg

• Berechnung des Energieverbrauchs des Elektromotors: Der Energieverbrauch kann anhand von Drehzahl · Drehmoment simuliert werden. Wenn die Fortbewegungsenergie R des Fahrzeugs negativ ist, entsteht eine gegenelektromotorische Kraft, die als Regenerationsenergie in der Sekundärbatterie gespeichert wird.
• Wie oben beschrieben, wird der Energieverbrauch des Fahrzeugs (Fortbewegungsenergie) in Gleichung (1) ausgedrückt und ist eine Funktion der Höhendifferenz (ht-1), die innerhalb einer Zeiteinheit (hier 1 Sekunde) variiert, und einer gleichartigen Geschwindigkeitsdifferenz (Vt-1). Das Steuersystem für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung weist zum Erstellen des SOC-Diagramms vor der Fahrt provisorische Werte für horizontale Fahrtgeschwindigkeit, Energieverbrauch, Gewicht und dergleichen zu, doch da es durch das Fahren Werte für die Geschwindigkeit, den Energieverbrauch und die Höhe erhält, erstellt es anhand dieser Wert unterwegs während der Fahrt das SOC-Diagramm neu.
• Kurzbeschreibung der Figuren
• 1A ist ein Gesamtblockschaubild des Steuersystems für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung.
• 1B ist ein Ablaufdiagramm der Verarbeitungen des Steuersystems für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung.
• 2 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Schätzen der erforderlichen Energieerzeugungsmenge unter Verwendung des SOC-Diagramms veranschaulicht.
• 3 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Festlegen der erforderlichen Energieerzeugungsmenge unterwegs während der Fahrt darstellt.
• 4 ist eine Ansicht der umgekehrten Ermittlung des SOC-Diagramms vom Zielort bis zum Ausgangsort.
• 5 ist ein SOC-Diagramm für den Fall, dass die Fahrt vom Ausgangsort aus bis zum Mindestspeicherbedarf SCL der Batterie mithilfe von elektrischer Energie der Batterie erfolgt und mit Energieerzeugung gefahren wird, derart, dass sich am Zielort ein SOC-Sollwert ergibt.
• 6A ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum umgekehrten Ermitteln des SOC-Diagramms aus 4 und ein Verfahren zum Ermitteln mittels Berechnung darstellt.
• 6B ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Ermitteln mittels Berechnung für den Fall darstellt, dass das SOC-Diagramm aus 4 3-mal zwischen SCL und SCH Energie erzeugt.
• 7 ist eine Ansicht eines SOC-Diagramms, das für den Fall, dass unterwegs während der Fahrt ein Ruhestreckenabschnitt vorliegt, vor und nach diesem einen Energieerzeugungsstreckenabschnitt anordnet.
• 8 ist eine Ansicht eines Energieerzeugungsstartstreckenabschnitts für den Fall, dass unterwegs während der Fahrt eine steile Steigung vorliegt und der SOC trotz Energieerzeugung sinkt.
• 9 ist eine Ansicht eines Energieerzeugungsstartstreckenabschnitts, um keine Regenerationsenergie zu verschwenden, wenn unterwegs während der Fahrt ein steiles Gefälle vorliegt.
• 10 ist eine Ansicht eines Energieerzeugungsstreckenabschnitts, um in einem Ruhestreckenabschnitt unterwegs während der Fahrt den Betrieb des Verbrennungsmotors einzuschränken.
• 11 ist eine Ansicht, die darstellt, dass aufgrund der Installation einer Ladestation unterwegs während der Fahrt vom Ausgangsort bis zur Ladestation mit der gespeicherten Energiemenge der Batterie gefahren wird und an der Ladestation bis zur SCH der Batterie aufgeladen wird.
• 12 ist ein SOC-Diagramm, wenn unterwegs während der Fahrt an einer Ladestation eine Aufladung erfolgt und anschließend mit der gespeicherten Energiemenge der Batterie bis zum Zielort gefahren wird.
• 13 ist ein SOC-Diagramm, wenn unterwegs während der Fahrt an einer Ladestation eine Aufladung erfolgt und unterwegs während der Fahrt zum Zielort Energieerzeugung erfolgt.
• 14 ist eine Ansicht, die das Aussehen eines tatsächlichen SOC-Diagramms veranschaulicht.
• 15 ist eine Ansicht, die ein Korrekturverfahren für das SOC-Diagramm in jeweiligen Streckenabschnitten unterwegs während der Fahrt zeigt.
• 16A ist eine Ansicht, die ein weiteres Verfahren zur SOC-Diagrammneuerstellung zeigt und das SOC-Diagramm vor der Fahrt darstellt.
• 16B ist eine Ansicht, die ein weiteres Verfahren zur SOC-Diagrammneuerstellung zeigt und den Ablauf zum Korrigieren des SOC-Diagramms bei der ersten EV-Fahrt darstellt.
• 16C ist eine Ansicht, die ein weiteres Verfahren zur SOC-Diagrammneuerstellung zeigt und den Ablauf zum Korrigieren des SOC-Diagramms beim Fahren mit Energieerzeugung darstellt.
• 16D ist eine Ansicht, die ein weiteres Verfahren zur SOC-Diagrammneuerstellung zeigt und den Ablauf zum Korrigieren des SOC-Diagramms bei EV-Fahrt bis zum Zielort darstellt.
• 17 ist eine Ansicht, die ein Verfahren bei der Neuerstellung des SOC-Diagramms zeigt.
• 18 ist eine Ansicht, die einen Ablauf des umgekehrten Erstellens des SOC-Diagramms für den Fall zeigt, dass die Fahrtroute vom Ausgangsort bis zum Zielort aus Streckenabschnitten zusammengesetzt ist, deren Entfernung nicht einheitlich ist.
• 19 ist eine Ansicht, die ein Anpassungsverfahren für den Fall zeigt, dass bei der Fahrt vom Ausgangsort mit der in der Batterie gespeicherten Energiemenge die durch umgekehrtes Ziehen vom Zielort bis zum Ausgangsort erstellte SOC-Linie geschnitten wird.
• 20 ist eine Ansicht, die ein Anpassungsverfahren für den Fall zeigt, dass bei der Fahrt vom Ausgangsort mit der in der Batterie gespeicherten Energiemenge die durch umgekehrtes Ziehen vom Zielort bis zum Ausgangsort erstellte SOC-Linie nicht geschnitten wird.
• 21 ist eine Ansicht, die ein SOC-Erstellungsverfahren für den Fall zeigt, dass unterwegs auf der Fahrtroute ein Ruhestreckenabschnitt vorliegt, um auf diesem Streckenabschnitt das Fahren mit Energieerzeugung zu vermeiden.
• 22 ist eine Ansicht, die ein SOC-Erstellungsverfahren für den Fall zeigt, dass unterwegs auf der Fahrtroute eine steile Steigung vorliegt, bei der trotz Aufladung der SOC-Wert sinkt, um in diesem Streckenabschnitt einen Energiemangel zu vermeiden.
• 23A ist eine Ansicht, die einen Ablauf der Erstellung des SOC-Diagramms in einer VBA-basierten Simulation, die als Validierung vor der Programmierung des Programms mit Excel erstellt wird, und einen Ablauf der umgekehrten Erstellung des SOC-Diagramms vom Zielpunkt aus zeigt.
• 23B ist eine Ansicht, die einen Ablauf der Erstellung des SOC-Diagramms in einer VBA-basierten Simulation zeigt, die als Validierung vor der Programmierung des Programms mit Excel erstellt wird, und das Durchführen der Energieerzeugung unter Vermeidung eines unterwegs auf der Fahrtroute liegenden Ruhestreckenabschnitts zeigt.
• 23C ist eine Ansicht, die einen Ablauf der Erstellung des SOC-Diagramms in einer VBA-basierten Simulation zeigt, die als Validierung vor der Programmierung des Programms mit Excel erstellt wird, und zeigt, dass nach dem umgekehrten Erstellen des SOC-Diagramms bis zum Ausgangsort ab SCH in Richtung des Zielorts die EV-Fahrt gestartet wurde.
• 23D ist eine Ansicht, die einen Ablauf der Erstellung des SOC-Diagramms in einer VBA-basierten Simulation zeigt, die als Validierung vor der Programmierung des Programms mit Excel erstellt wird, und zeigt, dass die Erstellung des SOC-Diagramms abgeschlossen wurde.
• Ausführungsform der Erfindung
• Unter Bezugnahme auf die Figuren wird im Folgenden die Steuerungstechnik für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms (also die Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung und das Steuerungsverfahren für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung) konkret beschrieben.
• 1A ist ein Gesamtblockschaubild des Steuersystems für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung (also der Steuerungsvorrichtung für Bildenergieerzeugung und Energiespeicherung). Das Steuersystem für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung kann durch einen Computer wie etwa eine ECU (elektronische Steuereinheit) ausgebildet sein und umfasst wenigstens eine SOC-Diagrammerstellungseinrichtung. Diese SOC-Diagrammerstellungseinrichtung erlangt als Eingangsinformationen Informationen über Anfangseinstellungen, wie etwa die Fahrzeugklasse, die Informationen über das Fahren im Fahrzeug angeben, Zielort, Fahrtroute (Fahrtverlaufsinformationen), Informationen von vor der Fahrt wie den provisorischen Energieverbrauch, die provisorische Geschwindigkeit und das provisorische Fahrzeuggewicht und die aktuelle Position, den SOC (State of Charge), der den Ladezustand der Sekundärbatterie angibt, und Fahrtverlaufsinformationen, wie (Veränderung von) Energieverbrauch, Geschwindigkeit und Fahrzeuggewicht zu diesem Moment. Mittels eines Steueralgorithmus für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung, der den Kern des vorliegenden Systems bildet, werden zur Fahrtroutenerfassung Routenkandidaten bis zum Zielort erlangt und die Route bestimmt und bei Routenabweichung eine Umleitung erstellt, und zur Neuerstellung des SOC-Diagramms wird die Abweichung vom ursprünglichen SOC-Diagramm gemessen, eine sequentielle 3D-Modellierung der Fortbewegungsenergie vom Ausgangspunkt bis zum Zielort durchgeführt, eine Energieerzeugungsplanerstellung und Neuerstellung des SOC-Diagramms und dergleichen durchgeführt, und als Ausgabeinformationen werden Steuerbefehlsinformationen wie etwa zur Energieerzeugungssteuerung und GUI-Anzeigeinformationen wie das SOC-Diagramm, der Energieerzeugungsstatus und Alarminformationen ausgegeben.
• Die SOC-Diagrammerstellungseinrichtung erstellt auf Grundlage der Informationen über die Anfangseinstellungen, wie etwa Fahrzeugklasse, die Informationen über das Fahren im Fahrzeug angeben, dem Zielort, der Fahrtroute (Fahrtverlaufsinformationen) und der Informationen von vor der Fahrt wie dem provisorischen Energieverbrauch, der provisorischen Geschwindigkeit und dem provisorischen Fahrzeuggewicht ein entsprechendes SOC-Diagramm. Dann korrigiert die SOC-Diagrammkorrektureinrichtung auf Grundlage der während der Fahrt erlangten Fahrtverlaufsinformationen das ursprünglich erstellte SOC-Diagramm und erstellt ein korrigiertes SOC-Diagramm. Als vor der Fahrt eingestellte provisorische Werte (Parameter) liegen in den Eingangsinformationen insbesondere der Energieverbrauch, die Geschwindigkeit und das Fahrzeuggewicht vor, die als Fahrtverlaufsinformationen aktualisiert werden, und es werden der Energieverbrauch, die Geschwindigkeit und Gewichtsänderungen des Fahrzeugs aufgrund des Be- und Entladens von Gütern entlang der Strecke zum jeweiligen Moment erfasst und zur Neuerstellung des SOC verwendet.
• Da auf diese Weise für die Fahrt ab diesem Zeitpunkt ein genaueres, neu erstelltes SOC-Diagramm genutzt werden kann, kann die Abweichung von dem während der Fahrt erfassten SOC-Wert reduziert werden, sodass der Generator weniger oft ein- und ausgeschaltet werden muss und eine Fahrt mit einem Wert möglich ist, der beim Eintreffen am Zielort näher an dem vor der Fahrt eingestellten SOC-Wert ist. Bis nach dem Einschalten des Generators ein stabiler Zustand erreicht ist, vergehen einige Dutzend Sekunden, und während dieser Zeit treten Probleme wie ein Anstieg von Energieverbrauch und der CO₂-Ausstoß auf, weshalb das Ein- und Ausschalten möglichst selten erfolgen sollte.
• Wenn bei dem vorliegenden PRE-Elektrofahrzeug die Lademenge der Sekundärbatterie sinkt, wird der Verbrennungsmotor angetrieben und die Sekundärbatterie aufgeladen, oder aber es erfolgt unterwegs auf der Fahrtroute eine Aufladung an einer Ladestation. Daher lässt sich ein äußerst flexibel nutzbares Fahrzeug erlangen, bei dem nicht wie bei einem Elektrofahrzeug die Sorge eines Energiemangels während der Fahrt besteht und die bei Elektrofahrzeugen problematische Einschränkung der Reichweite kann ausgeräumt wird. Da das vorliegende PRE-Elektrofahrzeug während eines Großteils der Fahrt mittels der Sekundärbatterie mit dem Elektromotor fährt, kann zudem im Vergleich zu einem Fahrzeug, das stets mit Verbrennungsmotor angetrieben wird, der Kohlendioxidausstoß stark reduziert werden. Außerdem werden die Motorgeräusche des Verbrennungsmotors eingeschränkt, was zu einer ruhigen und komfortablen Fahrt über einen langen Zeitraum führt. Darüber hinaus sind die Wartungskosten einschließlich der Kraftstoffkosten niedriger als bei einem Fahrzeug mit Dieselmotor, was einen wesentlichen Vorteil für seine Einführung darstellen dürfte.
• Übrigens ist es zum Erstellen des SOC-Diagramm vor der Fahrt nötig, die erforderlichen Daten (Zielort, durchschnittlicher Energieverbrauch, durchschnittliche Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrzeuginformationen usw.) in das Steuersystem für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung (im Folgenden „SGCCS“, kurz für Scheduled Generating and Charging Control System) einzugeben, wobei diese Arbeiten von einer Bürokraft oder vom Fahrer durchgeführt werden. Da der Fahrer jedoch daran gewöhnt ist, einen üblichen Diesel-Lkw zu führen, ist jedoch anzunehmen, dass die Dateneingabe für die SGCCS-Fahrt einen übermäßigen und unerwünschten Aufwand für ihn darstellt. Im Folgenden wird daher beschrieben, wie die für die SGCCS-Fahrt des Tages erforderlichen Daten in einen SOC-Diagrammerstellungs-PC (SGCCS-PC) des Lkw eingegeben werden, wobei der Fahrer so wenig wie möglich belastet wird.
• Es liegen folgende Eingabedatenpunkte vor.

A

Zielort

B

Energieverbrauch (hängt von der Ladung ab, aber zunächst ein Standardenergieverbrauchswert)

C

Fahrgeschwindigkeit (hängt von der Fahrtroute ab, etwa ob auf der Autobahn gefahren wird, aber zunächst eine Standardfahrgeschwindigkeit)

D

SOC (aktuelle gespeicherte Energiemenge)

E

Ladegewicht (oder Fahrzeugbruttogewicht)

F

Klimatische Bedingungen (Wetter, Temperatur usw.)

G

Voraussichtliche Nutzung von Hilfsgeräten

H

Passierte Orte

• Unter die im Büro verwalteten Punkte fallen dabei (A), (B), (C), (E), (F) und (H). (D) ist zwar ein Datenpunkt in dem im Fahrzeug installierten PC zur Erstellung des SOC-Diagramms (SGCCS-PC), kann aber ebenfalls im Büro verwaltet werden. Die voraussichtliche Nutzung von Hilfsgeräten von (G) hängt von der Klimasituation (F) ab.
• Daher werden nun Verfahren 1 bis 3 erörtert, die die Belastung des Fahrers möglichst gering halten. In diesem Fall sind sie Mittel zum Eingeben der verschiedenen Daten in den im Fahrzeug vorhandenen SGCCS-PC.
1. (1) Der SGCCS-PC wird aktiviert, wenn der Fahrer ein Gerät (Tablet, USB-Speicherstick usw.) mit den eingegebenen Tagesdaten vom Büro in Empfang nimmt, in das Fahrzeug einsteigt und den Lkw startet, und die Daten im Gerät werden mittels des Mittels von (2) unten auf den PC übertragen.
2. (2) Das Übertragungsverfahren ist automatische Übertragung durch Nahfunk, beispielsweise BlueTooth (eingetragene Marke), oder im Falle von USB, indem der Fahrer das Gerät in den USB-Steckplatz des PCs steckt.
3. (3) Gleichzeitig mit dem Einholen der Klimabedingungen (F) über das Internet aus einem Wetterinformationsnetz erfolgt die Vorsage der Nutzung von Hilfsgeräten (G).
• Indem die Belastung des Fahrers auf diese Weise weitestmöglich reduziert wird, kann die Umstellung von einem gewöhnlichen Diesel-Lkw auf ein PRE-Elektrofahrzeug (Lkw) gefördert werden.
• 1B ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf von Verarbeitungen in der Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms zeigt. Wie in der Ansicht gezeigt, erlangt die Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung Anfangseinstellungen, wie etwa die Fahrzeugklasse, Zielort, Fahrtrouteninformationen und die Informationen von vor der Fahrt, die Geschwindigkeit, Energieverbrauch und Fahrzeuggewicht einschließen. Aus den Anfangseinstellungen und den Informationen von vor der Fahrt erstellt die SOC-Diagrammerstellungseinrichtung das ursprüngliche SOC-Diagramm. Auf Grundlage dieses SOC-Diagramms wird der Motorgenerator des Elektrofahrzeugs mit Reichweitenverlängerer betrieben und die Batterie des Fahrzeugs aufgeladen. Eine SOC-Überwachungseinrichtung, die in der vorliegenden Ausführungsform die Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung ausbildet, berechnet während der Fahrt auf Grundlage der aktuellen Position und des SOC (State of Charge), der den Ladezustand der Sekundärbatterie angibt, einen Vergleich bzw. eine Differenz zwischen dem ursprünglich erstellten SOC-Diagramm und dem aktuellen SOC. Wenn diese Differenz einen zulässigen Bereich überschreitet, korrigiert die SOC-Diagrammkorrektureinrichtung auf Grundlage der aktuellen Position, des SOC (State of Charge), der den Ladezustand der Sekundärbatterie angibt, und der Fahrtverlaufsinformationen wie (Veränderung von) Energieverbrauch, Geschwindigkeit und Fahrzeuggewicht das ursprünglich erstellte SOC-Diagramm und erstellt ein korrigiertes SOC-Diagramm. Das korrigierte SOC-Diagramm ersetzt dann das ursprünglich erstellte SOC-Diagramm, und es wird weiter die Differenz zum SOC-Diagramm berechnet und nach Bedarf eine Korrektur vorgenommen. Auf diese Weise kann die geplante Steuerung für Energieerzeugung und Energiespeicherung des Elektrofahrzeugs mit Reichweitenverlängerer auf Grundlage des neuesten SOC-Diagramms für den Energieverbrauch erfolgen, der auf einer Änderung des Fahrzeuggewichts oder der Geschwindigkeit basiert.
• Das Fahrzeuggewicht ändert sich unterwegs während der Fahrt durch Be- und Entladen von Fracht, und indem an dem Fahrzeug eine Wägevorrichtung zum Erfassen dieser Veränderung installiert wird und der jeweilige Fahrzeuggewichtswert automatisch an den SGCCS-PC übertragen wird, lässt sich der Punkt des Fahrzeuggewichts auf präzise und unaufwändige Art behandeln. Als Installationsort ist es beispielsweise denkbar, einen Sensor, der eine Veränderung des Reifenluftdrucks erfasst, in einen Reifenteil einzubauen.
• 2 bis 13 zeigen Abläufe (Algorithmen) zur Erstellung des SOC-Diagramms vor der Fahrt, die durch einen Computer oder dergleichen ausgeführt werden. In den Ansichten ist das SOC-Diagramm der Einfachheit halber linear dargestellt, ist jedoch tatsächlich aufgrund des Fahrtroutenzustands, des Antriebsstatus des Generators und dergleichen nicht linear, was simulierend in 14 gezeigt ist.
• In 2 ist auf der horizontalen Achse die Entfernung oder Zeit vom Ausgangsort bis zum Zielort und auf der vertikalen Achse die Energiespeichermenge der Sekundärbatterie (SOC) angegeben. SCH gibt die maximale Energiespeicherkapazität und SCL den Mindestspeicherbedarf an. Die erforderliche Energiemenge Pc ist die zum Absolvieren der Fahrtroute erforderliche Gesamtenergiemenge.
• Am Ausgangsort wird die Batterie auf die Energiemenge von SCH aufgeladen, und während der Fahrt nimmt ihre gespeicherte Energiemenge (SOC) ab. Die Gerade A-B gibt die Abnahme des SOC an und ist am Zielort ein negativer Wert. Da auf dieser Fahrt keine Fahrt allein mit der in der Batterie gespeicherten Energiemenge möglich ist, muss die Batterie unterwegs durch Energieerzeugung aufgeladen werden, und diese Energieerzeugungsmenge ist die Energiemenge Pg, die durch den Pfeil von B bis zum oberen SCL angegeben ist.
• 3 zeigt ein Verfahren, um die erforderliche Energieerzeugungsmenge zwischen SCL und SCH im Diagramm einzuzeichnen. Die Gerade C-D verläuft entsprechend der erforderlichen Energieerzeugungsmenge Pg oberhalb der Geraden A-B parallel zu dieser. Wenn der Punkt, an dem die Gerade C-D die SCH-Linie schneidet, E ist, so ist E-F die gleiche Energieerzeugungsmenge wie Pg. Daher ist von E aus eine E-G-Linie zur ursprünglichen A-B-Linie gezogen, die die Energieerzeugung darstellt, wobei die Neigung der E-G-Linie von der Energieerzeugungsleistung des Generators abhängt. Im Zeitraum G-F fährt das Fahrzeug unter Antrieb des Motorgenerators, weshalb der SOC-Wert aufgrund der Aufladung von G zu E ansteigt und die für die Fahrt bis zum Ort F erforderliche Energie verbraucht wird. Aus dieser Diagrammerstellung ergibt sich für das SOC-Diagramm A-G-E-C, wobei für A-G und E-C eine EV-Fahrt mittels der in der Batterie gespeicherten Energiemenge erfolgt, während für den Zeitraum G-E dazwischen der Motorgenerator angetrieben wird und die Fahrt unter Aufladung der Batterie erfolgt.
• 4 ist ein Erstellungsverfahren für das SOC-Diagramm aus 3, wobei vom Zielort ausgehend umgekehrt eine EV-Fahrt-Linie (D-C) eingezeichnet ist und an der Position, an der diese Linie SCH erreicht, zur Energieerzeugungslinie (C-X) gewechselt wird, und eine Position X, an der diese Linie ausgehend vom Ausgangsort die EV-Fahrt-Linie (A-B) schneidet, als Position des Energieerzeugungsbeginns bestimmt wird. Das Erstellungsverfahren für das vorliegende SOC-Diagramm ist intuitiv, da es durch umgekehrtes Ziehen der Linie ausgehend vom Zielort zum Zielort zurückkehrend durchführbar ist.
• 5 zeigt, dass die EV-Fahrt vom Ausgangsort bis SCL fortgesetzt wird und bei Erreichen von SCL die Energieerzeugung beginnt und die Energieerzeugung bis zu einer Position durchgeführt wird, an der sich am Zielort ein SOC von SCL ergibt, und 6A zeigt das Erstellungsverfahren hierfür. 6A zeigt, dass das SOC-Diagramm A-X'-C'-D ist, indem die Energieerzeugungslinie (C-X) von der dünnen gestrichelten Pfeillinie (C-E), die wie in 4 parallel zur erforderlichen Energieerzeugungsmenge Pg bis SCH verläuft, in Richtung des Zielpunkts bis X' verschoben wird, wo X, an dem die Energieerzeugung startet, SCL erreicht.
• Um das vorliegende SOC-Diagramm durch Berechnung zu erstellen, muss die Position (X') des Energieerzeugungsbeginns bekannt sein, und es wird die Entfernung (Lr) von dieser Position bis zum Zielort ermittelt. Wenn die Energieerzeugungsleistung Pw, und die durchschnittliche Geschwindigkeit v ist, so beträgt die Zeit zum Zurücklegen von Lr Lr/v, weshalb sich Pg = Pw · Lr/v und damit die folgende Gleichung ergibt.

C

Energieverbrauch [km/kWh]

v

Fahrgeschwindigkeit [km/h]

Pw

Generatorenergie [kW]

PB

maximale Energiespeicherungskapazität der Batterie [kWh]

SCH

Prozentsatz der maximalen Energiespeicherkapazität [%], zum Beispiel 90 %

SCL

Prozentsatz des Mindestspeicherbedarfs [%], zum Beispiel 10 %

$$\text{Lr}=\left(\text{Pg}\cdot \text{v}\right)/\text{Pw}$$
• Bei 6A findet der Energieerzeugungszeitraum nur 1-mal statt, doch wenn die Fahrtstrecke lang ist, wird die Energieerzeugung mehrmals wiederholt. 6B zeigt das Beispiel, dass der Energieerzeugungszeitraum 3-mal stattfindet, wobei bei der letzten Energieerzeugung vor dem Erreichen von SCH zur EV-Fahrt (A3-B4) umgeschaltet wird.
• Im letzten Energieerzeugungszeitraum wird die erforderliche Energieerzeugungsmenge (Pgr) wie folgt ermittelt. Da L0 die Fahrt mit der zu Fahrtbeginn in der Batterie gespeicherten Energiemenge ist, ergibt sich für die für die restliche Fahrt benötigte Energieerzeugungsmenge (Pgt), wenn die Länge der gesamten Fahrtroute L ist, Folgendes. $$\text{Pgt}=\left(\text{L}-\text{L}0\right)/\text{C}$$
• Wenn die maximale Energiespeichermenge der Batterie PB ist und die maximal nutzbare Energiemenge von SCL bis SCH (80 %) ist, so ergibt sich L0=(0,8·PB)·C. Wenn die Energieerzeugungsleistung des Generators mit Pw bezeichnet wird, die Anzahl erlangter Datenpunkte im Energieerzeugungszeitraum von SCL bei B1 bis SCH bei A1 tg ist und der Datenerlangungszyklus (in Sekunden) T ist, so ergibt sich für die Energieerzeugungsmenge (Pg) bei konstanter Energieerzeugungsmenge pro Zeiteinheit die folgende Gleichung. $$\text{Pg}=\text{Pw}\cdot \text{tg}\cdot \text{T/3600}$$
• Daher ist die letzte Energieerzeugungsmenge (Pgr) wie folgt. $$\text{Pgr}=\text{Pgt}-2\cdot \text{Pg}=\left(\text{L}-\text{L}0\right)/\text{C}-2\cdot \left(\text{Pw}\cdot \text{tg}\cdot \text{T/3600}\right)$$
• Der Energieverbrauch C steigt je nach Zustand der Fahrtroute oder nimmt ab. Den stärksten Einfluss übt die Neigung der Fahrtroute aus, da zu der Antriebskraft zur Überwindung des Reibungswiderstandes für die Fahrt in horizontaler Richtung bei der Bergauffahrt vertikale Lageenergie hinzukommt, weshalb der Energieverbrauch sinkt, während umgekehrt bergab Lageenergie abgezogen wird, weshalb der Energieverbrauch steigt. Die folgende Gleichung ist eine relationale Gleichung, wobei der horizontale Energieverbrauch CR und der Energieverbrauch unter Berücksichtigung der Neigung CZ ist. $$\text{CZ}=\text{CR/}\left(1+\left(\text{D/100}\right)\cdot \left(\text{M}\cdot \text{g}\cdot \text{CR}\right)\right)$$
• Dabei ist D ein Koeffizient, der den Neigungsgrad (%) angibt, und wenn bei einer Strecke von L ein vertikaler Höhenunterschied h besteht, so ergibt sich die folgende Beziehung. $$\text{D}=\text{h/L}$$
• M ist das Fahrzeuggewicht und g ein Beschleunigungskoeffizient von 9,81 m/s². Die Einheiten sind km/kWh für den Energieverbrauch und kg für das Gewicht. Auf einer Fahrtroute mit Neigung erfolgt also zunächst eine Berechnung unter Berücksichtigung des Höhenunterschieds der Fahrtroute, indem der Energieverbrauch C [km/kWh] durch CZ ersetzt wird.
• In 7 liegt unterwegs während der Fahrt ein Bereich vor, der als Ruhestreckenabschnitt definiert ist, in dem der Betrieb des Verbrennungsmotors eingeschränkt werden sollte, und ist beispielsweise ein Tunnel oder ein städtischer Bereich wie bei einem Krankenhaus oder einer Schule. Da der Motorgenerator in diesem Streckenabschnitt anhält, ist die Energieerzeugungsstrecke in eine erste Hälfte (X-F) und eine zweite Hälfte (E-C) unterteilt.
• Im Übrigen bedeutet die Steuerungstechnik für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung, dass durch geplantes Einstellen von Energieerzeugungszeit und Energieerzeugungsstrecke der Verbrennungsmotor und der Generatormotor verkleinert und die Kapazität der Batterie reduziert werden kann, sodass die Anzahl der Fahrgäste in einem Bus und die Ladekapazität in einem Lkw hinsichtlich ihrer Leistung mit der eines normalen Fahrzeugs vergleichbar sind. Allerdings erfordert die Verkleinerung von Motor und Batterie Vorsicht in Situationen, in denen sofort große Mengen an Energie verbraucht werden, wie etwa bei langen, steilen Steigungen. Es folgt eine Beschreibung von konkreten Anwendungsbeispielen der Technik für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung in Bezug auf drei Fahrprofile.
• 8 zeigt den Fall, dass unterwegs auf der Fahrtroute eine steile Steigung vorliegt und zeigt das Beispiel, dass der SOC während der Steigung sinkt, da beispielsweise trotz Aufladung der Batterie durch den Motorgenerator die für die Fahrt verbrauchte Energie größer ist. Der obere Teil der Ansicht zeigt die Fahrtroute, wobei von L2 bis L3 die steile Steigung vorliegt. Die Mitte zeigt den SOC, wobei bei einer EV-Fahrt von A nach B trotz Start der Energieerzeugung bei B an der steilen Steigung von L2 bis L3 der SOC wie bei C-D sinkt und vor dem Überwinden der Anhöhe der SOC im Streckenabschnitt D''-D auf oder unter SCL sinkt und ein Energiemangelzustand eintritt. Um dies zu vermeiden, kann in dem SOC-Diagramm vor der Fahrt durch Starten der Energieerzeugung ab B' das SOC-Diagramm A-B'-C'-D'-E' bewirkt werden. Für die Energiemenge D-D' auf oder unter SCL sollte also im Voraus im flachen Streckenabschnitt L1-L2 eine Energieerzeugung mit der Energiemenge B-B'' stattfinden. P1 und P2 geben die Energieerzeugungsstrecke an, und während bei P1 die Energieerzeugung ab B erfolgt wird bei P2 die Energieerzeugung bereits vorher bei B' gestartet.
• 9 zeigt den Fall, dass unterwegs auf der Fahrt ein steiles Gefälle vorliegt, in dem mit dem Entstehen von Regenerationsenergie zu rechnen ist. Da auf dem Streckenabschnitt L2-L3 ein steiles Gefälle vorliegt, wird für den Fall, dass die Energieerzeugungsstrecke des SOC von A bis B reicht, versucht, in der Batterie die Energiemenge von C'-C auf oder über SCH einzuspeichern, da, auch wenn beispielsweise bei B die Energieerzeugung angehalten und zur EV-Fahrt gewechselt wird, die Regenerationsenergie vorliegt. Da jedoch keine Aufladung von auf oder über SCH möglich ist, muss diese Energiemenge vernichtet werden. Daher kann das SOC-Diagramm A-B''-B'-C'-D' lauten, sodass bis B keine Energieerzeugung stattfindet, bei B'' die Energieerzeugung angehalten und zur EV-Fahrt gewechselt wird und die Regenerationsenergie von C'-C durch die bei B-B' verbrauchte Energiemenge ersetzt wird. P1 und P2 geben die Energieerzeugungsstrecke an, und während bei P1 die Energieerzeugung bis SCH von B erfolgt, wird bei P2 die Energieerzeugung bereits vorher bei B'' angehalten.
• 10 zeigt den Fall, dass unterwegs während der Fahrt ein Ruhestreckenabschnitt vorliegt. Das SOC-Diagramm, das den Ruhestreckenabschnitt nicht berücksichtigt, lautet A-B-C-D, wobei im Streckenabschnitt C-C'' trotz des Ruhestreckenabschnitts bei C die Energieerzeugung durchgeführt werden muss, damit der SOC nicht auf oder unter SCL fällt. Ein SOC-Diagramm, welches dies vermeidet, lautet A-B'-B''-C''-D', wobei die Energieerzeugungsmenge von C-C'' bereits vorher als B'-B'' erzeugt und so eine Fahrt ohne Energieerzeugung bei C ermöglicht wird. Die Energieerzeugungsmenge B-B'' ist gleich der fehlenden Energieerzeugungsmenge C-C'' für den Fall, dass die ursprüngliche SOC-Linie C-C' erreicht. Die Energieerzeugungsstrecken sind wie bei P1 und P2 gezeigt. Die Energieerzeugungsdauer (B'-B'') von P2 ist kürzer als die Energieerzeugungsdauer (C-C') von P1, bei der eine äquivalente Energiemenge entsteht, da im Streckenabschnitt B'-B die in der Batterie gespeicherte Energiemenge zur erzeugten Energiemenge hinzuaddiert wird.
• In 11 ist bereits vor der Fahrt zum Zeitpunkt der Erstellung des SOC-Diagramms bekannt, dass unterwegs auf der Fahrtroute bei X eine Ladestation installiert ist, weshalb sie einen Zustand zeigt, bei dem bei X die in der Batterie gespeicherten Energiemenge wieder auf SCH gebracht wird (X-E). In der Ansicht ist gezeigt, dass ab dem Ausgangsort die EV-Fahrt erfolgt und genau dort, wo die in der Batterie gespeicherte Energiemenge SCL erreicht, die Ladestation installiert ist, doch auch wenn die Ladestation installiert ist, bevor SCL erreicht wird, kann unter Berücksichtigung des Auslieferungszeitplans für den jeweiligen Tag usw. ein Routenplan aufgestellt werden, bei dem an der Ladestation eine Aufladung erfolgt.
• 12 zeigt einen Algorithmus für den Fall, dass unterwegs während der Fahrt von 11 an der Ladestation eine Aufladung erfolgt, und zeigt den Fall, dass auch ohne Energieerzeugung durch den bordeigenen Generator der Zielort erreicht werden kann, sofern unterwegs eine Aufladung erfolgt. Unter der Annahme einer EV-Fahrt mit der in der Batterie gespeicherten Energiemenge von SCH am Ausgangsort bis SCL (A-B) wird ein Plan aufgestellt, bei dem die Ladestation genau bei B oder kurz vor diesem installiert ist, sodass eine Aufladung an der Ladestation erfolgt. Bei umgekehrter Erstellung der EV-Linie vom Zielort zum Ausgangsort hin (C-E) schneidet (E) sie die Linie der Aufladung an der zuvor gelegenen Ladestation (B-D), weshalb die Aufladungsenergiemenge von B bis E gilt. Daher ergibt als vor der Fahrt erstelltes SOC-Diagramm A-B-E-C.
• 13 stellt den Fall dar, dass trotz Aufladung unterwegs auf der Fahrt zum Zielort Energie erzeugt werden muss. Ebenso wie in 8 erfolgt ab dem Ausgangsort bis SCL die EV-Fahrt und an der Ladestation eine volle Aufladung bis SCH (B-D). Gleichzeitig wird ein SOC-Diagramm der EV-Fahrt umgekehrt vom Zielort zum Ausgangsort erstellt, und beim Erreichen von SCH (F) zur Energieerzeugungslinie gewechselt. Die Position (G), an der die Energieerzeugungslinie die EV-Linie nach der Aufladung (D-C) schneidet, ist die Position des Energieerzeugungsbeginns. Somit ergibt sich das SOC-Diagramm A-B-D-G-F-E. Alternativ erfolgt nach dem Aufladen die EV-Fahrt (D-C) bis SCL, bei C die Energieerzeugung gestartet und an der Stelle, an der die umgekehrt vom Zielort aus gezogene EV-Linie (E-F) geschnitten wird, die Energieerzeugung angehalten. In diesem Fall ergibt sich das SOC-Diagramm A-B-D-C-H-E. Innerhalb der Raute H-F-G-C kann selbstverständlich eine zu C-H oder zu F-G parallele Energieerzeugungslinie gezogen werden.
• Es gibt viele Fälle, an denen nach der anfänglichen EV-Fahrt keine Ladestation an der Position installiert ist, an der SCL erreicht wird, weshalb nur dann zu berücksichtigen ist, ob die Aufladung erfolgt, wenn nach einer Entfernung ab der Position B, an der sich SCL ergibt, zurückkehrend zum Ausgangsort eine Ladestation vorhanden ist. In der vorliegenden Ansicht ist das Beispiel gezeigt, dass die Aufladung bei einer Entfernung innerhalb von 10 % vom Ausgangsort bis B durchgeführt wird, doch liegt keine Beschränkung auf 10 % vor.
• Wenn vor B eine Ladestation vorhanden ist und dort eine Aufladung erfolgt, wird die Aufladung ohne batteriegestützte Fahrt bis SCL gestartet. Dabei nähert sich die Aufladungslinie B-D in der Ansicht dem Ausgangsort.
• 14 ist eine simulierte Ansicht einer tatsächlichen Fahrtroute unter der Annahme, dass unterwegs während der Fahrt eine Steigung, ein Gefälle und außerdem ein Ruhestreckenabschnitt wie ein Tunnel oder dergleichen vorliegen. Die obere Ansicht zeigt eine Schnittansicht der Fahrtroute und nimmt an, dass auf der Fahrtroute eine recht steile Steigung und ein recht steiles Gefälle und in der zweiten Hälfte ein Ruhestreckenabschnitt vorhanden sind.
• Die untere Ansicht zeigt ein SOC-Diagramm, wobei das SOC-Diagramm ab SCH abnimmt. Unterwegs wird der Energieerzeugungszeitraum durch eine fette Linie angezeigt, doch aufgrund der steilen Steigung wird die Batterie trotz Energieerzeugung nicht aufgeladen und der SOC sinkt weiter. In der zweiten Hälfte liegt der Ruhestreckenabschnitt vor, wobei in der Ansicht dieser Streckenabschnitt ein Streckenabschnitt mit EV-Fahrt ist, doch wenn die Gefahr besteht, dass die Energieerzeugung im Ruhestreckenabschnitt stattfindet, erfolgt die Einstellung so, dass die Zeit der Energieerzeugung vor und nach dem Ruhestreckenabschnitt liegt und im Ruhestreckenabschnitt keine Energieerzeugung durchgeführt wird.
• Wie in 3 gezeigt, gibt die Energiemenge (Pg) vom am Zielort negativen SOC-Wert bis zu SCL die erforderliche Energieerzeugungsmenge der Energieerzeugung unterwegs während der Fahrt an. Das abschließende SOC-Diagramm stellt umgekehrt vom SCL-Wert am Zielort in Richtung des Zielorts zwischen SCH und SCL mit dem Energieerzeugungsstreckenabschnitt dazwischen eine Verbindung mit der vom Ausgangsort ausgehenden EV-Linie her.
• In der vorliegenden Ansicht ist die in der Batterie gespeicherten Energiemenge am Ausgangsort SCH und der Soll-SOC am Zielort ist SCL, doch ist dies nicht zwingend, und stattdessen ist ein beliebiger Wert möglich, solange er zwischen SCL und SCH liegt.
• Die vorliegende Steuerungstechnik für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung ist eine Technik, bei der das vor der Fahrt erstellte SOC-Diagramm unterwegs während der Fahrt korrigiert wird und eine Ankunft ermöglicht wird, bei der letztlich der SOC-Wert am Zielort innerhalb einer Abweichung vom ursprünglich festgelegten Bereich liegt. Daher ist es dadurch gekennzeichnet, dass unterwegs während der Fahrt kontinuierlich Positionsinformationen Fahrzeuginformationen vom Fahrzeug erlangt werden und für den Fall einer Abweichung des SOC-Werts von dem im SOC-Diagramm festgelegten von auf oder über einem Wert eine Neuerstellung des SOC-Diagramms durchgeführt wird.
• 15 zeigt die Neuerstellung des SOC-Diagramms unterwegs während verschiedener Fahrten. In der Ansicht ist das SOC-Diagramm vom Ausgangsort bis zum Zielort von vor der Fahrt durch die durchgezogene Linie A-B-C-D dargestellt. Mit der gestrichelten Linie ist neben SOC-Diagramm der Fahrzeugdaten darstellende SOC-Wert eingezeichnet, wenn das Fahrzeug vom Ausgangsort aus eine EV-Fahrt durchführt. Wenn das Fahrzeug bei (1) bis Y gefahren ist und der Zustand erfasst wird, dass eine Abweichung von X in dem mit der durchgezogenen Linie gezeichneten SOC-Diagramm auf oder über einem bestimmten Wert (ΔSOC) liegt, erfolgt eine Neuerstellung, indem für Y bis D, das mit einer fetten durchgezogenen Linie gezeigt ist, das SOC-Diagramm durch umgekehrtes Ziehen mit D-C'-B'-Y korrigiert wird.
• Auch (2) bis (6) zeigen in gleicher Weise eine SOC-Neuerstellung als Ergebnis der Korrektur des SOC-Diagramms. (3) und (4) zeigen, dass die Korrektur des SOC-Diagramms für den Energieerzeugungsstreckenabschnitt zwischen B und C durchgeführt wurde. (5) und (6) zeigen, dass während der EV-Fahrt bis zum Zielort eine Abweichung des SOC auftritt und der SOC korrigiert wurde. Bei (5) wurde eine nach oben aufgetretene Abweichung so korrigiert, dass der SOC-Wert am Zielort um einen Fehler höher als der geplante Wert von SCL ist, was aber kein Problem darstellt, da die Batterie aufgeladen wird. Bei (6) erfolgt bei der Neuerstellung des SOC-Diagramms im kurzen Streckenabschnitt Y-X Energieerzeugung.
• Bei der Neuerstellung des SOC-Diagramms ist es wünschenswert, die Häufigkeit der Energieerzeugung möglichst gering zu halten. Dies liegt unter anderem daran, dass es zu Beginn der Energieerzeugung zu einer Erhöhung der Verluste durch die Anlauflast kommt, dass es unmittelbar nach dem Start der Energieerzeugung aufgrund der Zeit, die die Abgasreinigungsanlage bis zum normalen Betrieb benötigt, zu einer unzureichenden Reduzierung der Abgasemissionen kommt und mechanisch gesehen die mechanische Belastung durch das wiederholte Ein- und Ausschalten der Energieerzeugung die Ausfallwahrscheinlichkeit erhöht.
• (7) zeigt ein Verfahren zum Verringern der SOC-Abweichung am Zielort von (5) und ein Verfahren zum Beseitigen der kurzen Energieerzeugungsstrecke von (6), wobei erfasst wird, dass während der Energieerzeugung von B-C während der letzten EV-Fahrt von C-D die Abweichung von (5) oder (6) auftritt, weshalb als EV-Strecke C'-D mit C' als dem neuen Energieerzeugungsbeendigungsposition festgelegt wird.
• 16 betrifft ein weiteres Verfahren der Neuerstellung des vor der Fahrt erstellten SOC-Diagramms. 16A stellt das vor der Fahrt erstellte SOC-Diagramm dar und ist ein Beispiel, bei dem für A0-B0 von SCH am Ausgangsort bis SCL eine EV-Fahrt erfolgt, für B0-C0 eine Fahrt mit Energieerzeugung erfolgt und für C0-D0 bis zum Zielort eine EV-Fahrt erfolgt. Bei der Erstellung des SOC-Diagramms wird unter den Parametern, die das SOC-Diagramm bestimmen, für den durchschnittlichen Energieverbrauch ein schlechterer Wert als der angenommene Wert oder für die Geschwindigkeit ein schnellerer Wert als der angenommene Wert verwendet.
• 16B zeigt, dass die EV-Fahrtlinie A0-B0 von vor der Fahrt während der Fahrt korrigiert wurde. Die von A0 zu SCL gezogene gestrichelte Linie A0-AZ ist eine für den Fall gezeichnete SOC-Linie, der davon ausgeht, dass die Fahrt tatsächlich mit dem am Ausgangsort angenommenen durchschnittlichen Energieverbrauch erfolgt. Indem die SOC-Linie A0-B0 von vor der Fahrt einen Energieverbrauch (eingestellten Energieverbrauch) verwendet, der schlechter als der angenommene Wert ist, liegt sie stets unter A0-AZ.
• Da nach der Fahrt bis A1 eine Abweichung ΔSOC von der Linie A0-B0 erfasst wird, wird durch umgekehrtes Ziehen des SOC-Diagramms D0-C1-B1-A1 erhalten. Da auch nach der Fahrt bis A2 eine solche Abweichung ΔSOC erfasst wird, erfolgt eine Neuerstellung des SOC-Diagramms zu D0-C2-B2-A2. Auch im Anschluss daran erfolgen gleichartige Korrekturen, wobei mit D0-C6-B6-A6 die größte Annäherung an SCL erfolgt.
• Die Position des Energieerzeugungsbeginns im Zusammenhang mit diesen Neuerstellungen des SOC-Diagramms verlagert sich mit jeder Korrektur in Richtung des Zielorts. Die Position des Energieerzeugungsbeginns im SOC-Diagramm von vor der Fahrt ist b0, ist nach der ersten Korrektur b1, nach der zweiten Korrektur b2 und verlagert sich schließlich bis zur Stelle b6 des Energieerzeugungsbeginns.
• Die vorhergesagte Energieerzeugungsbeendigungsposition während der EV-Fahrt bis A6 verlagert sich von c0 zu c6 in Richtung des Zielorts, während sich die Energieerzeugungsdauer allmählich verringert. Dies liegt daran, dass der Energieverbrauch während der tatsächlichen Fahrt besser als der eingestellte Energieverbrauch ist.
• 16C zeigt den Korrekturzustand des Energieerzeugungsstreckenabschnitts. Auch auf dem Energieerzeugungsstreckenabschnitt wird bei der Erstellung der für die Position des Energieerzeugungsbeginns (B6) vorhergesagten SOC-Linie B6-F0 der vor der Fahrt eingestellte Energieverbrauch genutzt, weshalb nach der Fahrt bis E1 die Abweichung ΔSOC auftritt und sich das korrigierte SOC-Diagramm D0-F1-E1 ergibt. Nach der Fahrt bis E2 ist das korrigierte SOC-Diagramm D0-F2-E2 und die Position, an der die Energieerzeugungsdauer endet, ergibt sich D0-F3-E3. Der Grund, weshalb ΔSOC stets nach oben abweicht, ist, dass der Energieverbrauch während der Fahrt stets ein besserer Wert als der vor der Fahrt eingestellte Energieverbrauch ist. Daher ändert sich auch die Energieerzeugungsbeendigungsposition von f0 (c6) mit f1, f2, f3 so, dass er sich dem Ausgangsort annähert, und auch die Energieerzeugungsdauer sinkt.
• 16D stellt die Korrektur des SOC-Diagramms bei EV-Fahrt bis zum Zielort dar, das vorhergesagte SOC-Diagramm nach der Fahrt bis F3 D0-F3 war, aber das SOC-Diagramm nach der Fahrt bis zum Zielort zu D3-F3 geändert wurde und der SOC-Wert bei Ankunft am Zielort D0-G ist, was höher als der vorgesehene SCL ist. Infolgedessen ist die in der Batterie gespeicherte Energierestmenge höher als vorgesehen, doch wird diese überschüssige Energiemenge bei der nächsten Fahrt genutzt.
• 17 zeigt ein Beispiel für ein Neuerstellungsverfahren bei einer konkreten Neuerstellung des SOC-Diagramms. Mit (1) als Beispiel ist die Gerade A-E das geplante SOC-Diagramm, das der Einfachheit halber als Gerade angegeben ist. Die von A mit einer dünnen Linie gezeigte Gerade A-B' ist die Ortskurve des SOC-Werts während der Fahrt und ΔSOC ist der Abweichungswert vom eingestellten SOC, weshalb eine Neuerstellung des SOC-Diagramms erfolgt, sobald ΔSOC eintritt, und das neu erstellte SOC-Diagramm B'-E' ist. B'-B'' ist die Ortskurve des SOC nach der Neuerstellung bei Nutzung des im nachfolgend beschriebenen Verfahren erlangten Energieverbrauch, und C'C ist derselbe Wert wie ΔSOC. Die gestrichelte Linie B'-B''' ist ebenfalls die Ortskurve des SOC bei Nutzung eines Energieverbrauchs mit einem anderen Wert, wobei D'D ebenso gleich ΔSOC ist. Cn ist der Energieverbrauch bei Einstellung des SOC-Diagramms, Cn' ist der tatsächliche Energieverbrauch der Fahrt von A nach B', und C^Fn+1 und C^Hn+1 sind der Energieverbrauch des nächsten Streckenabschnitts, wenn der Wert von Cn bei B' korrigiert wurde.
• Die Beziehung zwischen Cn und C^Fn+1 und C^Hn+1 ist wie folgt. $${\text{C}}^{\text{F}}\text{n}+1=\text{Cn}\cdot \left(1-{\mathrm{\Delta }}_{\text{SOC/PB}}\right)$$ $${\text{C}}^{\text{H}}\text{n}+1=\text{Cn}\cdot \left(1-{\mathrm{\Delta }}_{\text{SOCs/PB}}\right)$$
• Dabei ist PB die maximale Energiespeicherungskapazität [kWh] der Batterie und ΔSOCs ist ein beliebiger Wert kleiner als ΔSOC, für den die Beziehung ΔSOC>ΔSOCs gilt. In 17(1) und (2) ist ΔSOC ein positiver Wert und der tatsächliche Energieverbrauch Cn' war besser als der vor der Fahrt eingestellte Energieverbrauch Cn, weshalb die SOC-Ortskurve (A-B') oberhalb des angenommenen SOC-Diagramms (A-B) liegt. Aufgrund der obenstehenden Gleichungen ist die Beziehung der jeweiligen Energieverbrauchswerte Cn>C^Hn+1>C^Fn+1.
• Die korrigierte SOC-Ortskurve ist also B'-B'' unter Anwendung von C^Fn+1 und B'-B''' unter Anwendung von C^Hn+1. Die nächste SOC-Neuerstellungsstelle ist CC' bzw. DD', wo sich ΔSOC ergibt, wobei CC' vor DD' eintritt. Dies ist in Übereinstimmung mit der Aufgabe, dass bei Anwendung von C^Hn+1 die Anzahl der Neuerstellungen von SOC möglichst gering ist.
• (2) wiederum zeigt den Fall, dass sich der Fahrtzustand bei B ändert. Es handelt sich um ein SOC-Diagramm (B'-E'), das beispielsweise für den Fall neu erstellt wurde, wenn ab B eine steile Steigung vorliegt und sich der Energieverbrauch verschlechtert hat. In diesem Fall liegt bei CC' unter Anwendung von C^Fn+1 die Stelle der Neuerstellung später als bei DD' unter Anwendung von C^Hn+1, weshalb die Anzahl der Wiedergaben geringer ist.
• In (3) und (4) ist ΔSOC ein negativer Wert und der tatsächliche Energieverbrauch Cn' ist ein schlechterer Wert als der vor der Fahrt eingestellte Energieverbrauch Cn, weshalb die SOC-Ortskurve (A-B') unterhalb des SOC-Diagramms (A-B) der Planung liegt. Die Beziehung zwischen den Energieverbrauchswerten C^Fn+1 und C^Hn+1 und Cn ist wie folgt. $${\text{C}}^{\text{F}}\text{n}+1=\text{Cn}\cdot \left(1+{\left|{\mathrm{\Delta }}_{\text{SOC}}\right|}_{/\text{PB}}\right)$$ $${\text{C}}^{\text{H}}\text{n}+1=\text{Cn}\cdot \left(1+{\left|{\mathrm{\Delta }}_{\text{SOCs}}\right|}_{/\text{PB}}\right)$$
• Da hier ΔSOC einen negativer Wert annimmt, ist der tatsächliche Energieverbrauch Cn' geringer als der angenommene Energieverbrauch Cn. Aufgrund der obenstehenden Gleichungen ist die Beziehung der jeweiligen Energieverbrauchswerte Cn<C^Hn+1<C^Fn+1.
• Die korrigierte SOC-Ortskurve ist also B'-B'' unter Anwendung von C^Fn+1 und B'-B''' unter Anwendung von C^Hn+1, wobei CC' vor DD' liegt. Dies bewirkt eine Übereinstimmung mit der Aufgabe, dass bei Anwendung von C^Hn+1 die Anzahl der Neuerstellungen von SOC möglichst gering ist.
• (4) wiederum zeigt den Fall, dass sich der Fahrtzustand bei B ändert. Es handelt sich um ein SOC-Diagramm (B'-E'), das beispielsweise für den Fall neu erstellt wurde, wenn ab B eine steiles Gefälle vorliegt und sich der Energieverbrauch verbessert hat. In diesem Fall ist zu erkennen, dass bei CC' unter Anwendung von C^Fn+1 die Stelle der Neuerstellung später als bei DD' unter Anwendung von C^Hn+1 liegt, weshalb die Anzahl der Wiedergaben verringert ist.
• Folglich kommt es, wie in 17 gezeigt, bezüglich dessen, ob der neue Energieverbrauch, der den eingestellten Abweichungswert ΔSOC nutzt, durch Nutzung von C^Fn+1 Entfernung (Zeit) bis zur nächsten Erstellung des SOC-Diagramms gewinnen kann oder der Energieverbrauch C^Hn+1 genutzt werden sollte, der den ΔSOCs nutzt, der kleiner als ΔSOC ist, bei der Neuerstellung des SOC darauf an, wie das SOC-Diagramm je nach Zustand der Fahrtroute nach der Neuerstellung erstellt wird.
• Das vorliegende Steuerungsverfahrensweise für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung ermöglicht es, auf Grundlage des Zustands der Fahrtroute (Steigung, Gefälle, Schnellstraße, Stau, Veränderung des Ladegewichts von Fracht usw.) im Voraus oder da die Informationen kontinuierlich aktualisiert werden, den Energieverbrauch nach der Neuerstellung anhand dieser Informationen anzupassen. Wenn beispielsweise mit einer Verbesserung des Energieverbrauchs zu rechnen ist, da unterwegs während der Fahrt an einem Einsatzort geladene Fracht abgeladen wird, kann dem entsprochen werden, indem etwa automatisch eine Änderung auf einen Energieverbrauch erfolgt, der diese Gewichtsdifferenz reflektiert. Wenn während der Fahrt Hilfsgeräte wie eine Klimaanlage oder dergleichen genutzt werden, kann eine Änderung des Energieverbrauchs durchgeführt werden, die die in diesem Fall genutzte Energiemenge berücksichtigt.
• 18 betrifft die Erstellung eines SOC-Diagramms vor der Fahrt für den Fall, dass bei Erstellung des Diagramms durch umgekehrtes Ziehen die horizontale Achse des Kurvendiagramms die Entfernung ist und es vom Ausgangsort bis zum Zielort aus vielen kurzen Streckenabschnitten (n, n-1, n-2 usw.) ausgebildet ist. Streckenabschnitte lassen sich auf unterschiedliche Weise definieren, und es ist beispielsweise denkbar, dass, wenn ein Zustand der Fahrtroute (Steigung, Gefälle, ebene Straße usw.) anhält, diese Fahrtroute als 1 Streckenabschnitt gilt. Allerdings ist es in der Praxis schwierig, die Grenze zwischen ebener Straße und Hügel zu definieren. Daher existiert das Beispiel, eine Entfernung, die dadurch definiert ist, dass die Mittellinie der Fahrtroute eine Gerade ist, als 1 Streckenabschnitt heranzuziehen. So wird beispielsweise geurteilt, dass Die Gerade bei einer Abweichung um einer Breite von ±30 cm von der Mittellinie endet.
• Das SOC-Diagramm wird vom Zielort (D) in Richtung des Ausgangsorts (A) erstellt, und es kommt vor, dass die Länge der einzelnen Streckenabschnitte uneinheitlich ist. Die Länge der Pfeile in der Ansicht ist proportional zur Länge der einzelnen Streckenabschnitte, wobei der von D um 1 Streckenabschnitt zurückkehrende SOC Cn ist, und bezüglich der Entfernung länger als Cn-1 des SOC des nächsten Streckenabschnitts ist, während Cn-2 des SOC des noch weiter davor liegenden Streckenabschnitts kürzer als Cn-1 ist. Wenn der SOC-Wert beim Eintritt in die einzelnen Streckenabschnitte B_SOC ist, der Energieverbrauch im jeweiligen Streckenabschnitt C_SOC ist und die Energieerzeugungsmenge der in diesem Streckenabschnitt erzeugten Energie G_SOC ist, ergibt sich die folgende Beziehung. Der Eintritt stellt den Beginn des Pfeils und der Austritt das Ende des Pfeils dar, und die SOC sind jeweils in % angegeben. $$\text{B\_SOCn}=\text{B\_SOCn}-1-\text{C\_SOCn}+\text{G\_SOCn}$$
• Für den B_SOCn am Zielort werden also der Energieverbrauch C_SOCn und Energieerzeugungsmenge G_SOCn im Streckenabschnitt Cn in Bezug auf B_SOCn-1 am Eintritt in den unmittelbar davor liegenden Streckenabschnitt Cn-1 berücksichtigt. Da im vorliegenden Beispiel der Streckenabschnitt Cn ein EV-Fahrtstreckenabschnitt ist, ist G_SOCn selbstverständlich 0.
• So wird durch umgekehrtes Ziehen vom Zielort zum Ausgangsort ein SOC-Diagramm erstellt, und wenn das Diagramm bei EV-Fahrt SCH von C erreicht, so wird am Eintritt oder Austritt des Streckenabschnitts (n-m), in den diese Position fällt, zum Fahren mit Energieerzeugung(C-B) gewechselt. Wenn bei B SCL erreicht wird, so wird am Eintritt oder Austritt des Streckenabschnitts (n-1), in den B fällt, zur EV-Fahrt (B-A) gewechselt. Wenn aber der SOC-Wert unbedingt im Bereich von SCL bis SCH liegen soll, wird für den Streckenabschnitt (n-m) bei C und der Streckenabschnitt (n-1) bei B am Eintritt der Zustand gewechselt. Auf diese Weise kann der Zustand innerhalb des Bereichs zwischen SCL und SCH gewechselt werden.
• Wie nun in 19(1) gezeigt, wird nach dem umgekehrten Erstellen des SOC-Diagramms D-C-B-A ausgehend vom SOC-Einstellwert am Ausgangsort (im vorliegenden Beispiel SCH) bei EV-Fahrt in der regulären Richtung ein SOC-Diagramm erstellt, das unterwegs das zuvor erstellte SOC-Diagramm C-B schneidet. (2) zeigt ein Verfahren zum Anpassen des SOC-Diagramms zum Zeitpunkt des Schneidens, und wenn sich im Streckenabschnitt P die beiden SOC-Diagramme schneiden, wird eine Verlagerung der Energieerzeugungslinie B-C entweder zum Eintritt β oder zum Austritt α des Streckenabschnitts bewirkt. Die Ansicht zeigt den Fall, dass die Energieerzeugungslinie C-B zu C'-B' parallel nach oben verlagert wird, sodass sie bei α schneidet, und den Fall, dass sie zu C''-B'' parallel nach unten verlagert wird, sodass sie bei β schneidet. Da bei Verlagerung nach unten jedoch die Gefahr besteht, dass SCL erreicht oder unterschritten wird, ist die Verlagerung nach oben besser geeignet. Bei Verlagerung nach oben besteht die Gefahr, dass an einer Stelle der Verlängerung von C' SCH überschritten wird, doch ist das Problem gering, da eine Batterie eine gewisse Toleranz gegenüber Überladung aufweist.
• 20(1) zeigt ein Anpassungsverfahren für den Fall, dass durch umgekehrtes Ziehen wie bei D-C-B-A ein SOC-Diagramm bis zum Ausgangsort gezogen wurde, aber die am Ausgangsort in der Batterie gespeicherte Energiemenge geringer als der SOC-Wert von A am Ausgangsort beim umgekehrten Ziehen ist. In diesem Fall sind zwei Verfahren denkbar, wobei das eine darin besteht, am Ausgangsort für E-G eine Fahrt mit Energieerzeugung durchzuführen, sodass die EV-Fahrt-Linie von B-A geschnitten wird, während das andere darin besteht, zunächst für E-F eine EV-Fahrt durchzuführen und bei Erreichen von SCL für F-H zur Fahrt mit Energieerzeugung umzuschalten, sodass B-A geschnitten wird.
• (2) zeigt das erstere Verfahren und gibt an, ob die umgekehrt gezogene B-A-Linie nach unten zu B'-A' oder nach oben zu B''-A'' verlagert wird, wobei die Verlagerungsbreite durch den Streckenabschnitt P bestimmt wird. Bei Verlagerung nach unten wird an α geschnitten und bei Verlagerung nach oben an β.
• In (3) ist der Fall gezeigt, dass zunächst bei E-F eine EV-Fahrt durchgeführt wird und wenn SCL erreicht wird, für F-H zur Linie der Fahrt mit Energieerzeugung gewechselt wird, wobei die umgekehrt gezogene B-A-Linie nach oben bzw. nach unten verlagert wird. Um von der EV-Fahrt-Linie (E-F) zur Energieerzeugungslinie zu wechseln, erfolgt der Wechsel ab dem Austritt F' des Streckenabschnitts Q, der die Stelle F enthält, an der SCL erreicht wird. Am Austritt des Streckenabschnitts P, der die Stelle enthält, an der sich die Energieerzeugungslinie (F'-H) und die umgekehrt gezogene EV-Linie schneiden, wird die umgekehrt gezogene Linie, da der Schnitt an α erfolgt, durch Verlagerung nach unten zu B'-A', während für die Verlagerung nach oben der Schnitt bei β erfolgt und die umgekehrt gezogene Linie zu B''-A'' wird.
• 21 zeigt das Verfahren zum Erstellen eines SOC-Diagramms für den Fall, dass auf der Fahrtroute ein Ruhestreckenabschnitt vorliegt. Wenn vom Zielort D aus umgekehrt eine SOC-Linie (D-C) gezogen wird, liegt die Stelle C, an der SCH erreicht und zur Linie der Fahrt mit Energieerzeugung gewechselt werden soll, im Streckenabschnitt eines Ruhestreckenabschnitts. Daher wird am Eintritt a1 des Streckenabschnitts (Sn-m+1), der um eins näher am Zielort liegt als der den Austritt aus dem Ruhestreckenabschnitt enthaltende Streckenabschnitt (Sn-m), zur Linie der Fahrt mit Energieerzeugung gewechselt, und am Eintritt b1 des Streckenabschnitts (Sn-m) wird wieder zur EV-Fahrt-Linie gewechselt, wodurch an c1 SCH erreicht wird, was nach wie vor im Streckenabschnitt des Ruhestreckenabschnitts liegt. Auch wenn daher der Wechsel von der EV-Fahrt-Linie zur Energieerzeugungslinie daher am Eintritt a2 des Streckenabschnitts (Sn-m+2) durchgeführt wird und der erneute Wechsel zur EV-Linie am Eintritt b2 des Streckenabschnitts (Sn-m) durchgeführt wird, fällt das Erreichen von SCH bei c2 immer noch in den Ruhestreckenabschnitt. Wenn also der Wechsel von der EV-Fahrt-Linie zur Energieerzeugungslinie am Eintritt a3 des Streckenabschnitts (Sn-m+3) durchgeführt und der erneute Wechsel zur EV-Linie am Eintritt b3 des Streckenabschnitts (Sn-m) durchgeführt wird, fällt das Erreichen von SCH bei c3 nicht mehr in den Ruhestreckenabschnitt. Durch Wechseln zur Linie der Fahrt mit Energieerzeugung (c3'-d1) an der Austrittsstelle C3' des Streckenabschnitts (Sn-1), in dem die Eintrittsstelle in die Ruhestreckenabschnitt liegt kann auf diese Weise durch umgekehrtes Ziehen ein SOC-Diagramm (D-a3-b3-c3'-d1) erstellt werden, das eine EV-Fahrt im Ruhestreckenabschnitt ermöglicht.
• 22 zeigt den Fall, dass eine so steile Steigung vorliegt, dass trotz Energieerzeugung unterwegs auf der Fahrtroute keine Energie in der Batterie gespeichert werden kann. Daher nimmt der SOC-Wert, der die in der Batterie gespeicherte Energiemenge angibt, trotz des Energieerzeugungszustands ab. Auch wenn beispielsweise das SOC-Diagramm als a1-b1-c1-d1 erstellt wird, nimmt der SOC aufgrund der Steigung ab, sodass am Austritt b1 des Streckenabschnitts (Sn-m-2) SCL erreicht wird und sich ein Energiemangel ergibt. Auch wenn das SOC-Diagramm bis zu dem Austritt b2 des vorhergehenden Streckenabschnitts (Snm-1) verlagert wird, ergibt sich letztlich bei b2 ein Energiemangel. Schließlich ist die Fahrt ohne Energiemangel nur möglich, wenn das SOC-Diagramm bis zum Eintritt b3 in den Streckenabschnitt (Sn-m) verlagert wird, dessen Streckenabschnittsstrecke den Austrittspunkt aus der Steigung beinhaltet. In diesem Fall ergibt sich das SOC-Diagramm a3-b3-c3-d3, und es zeigt sich, dass die steile Steigung durchfahren werden kann, indem die Stelle des Energieerzeugungsbeginns von d1 zu d3 vorgezogen wird.
• Die horizontale Achse ist die Entfernung in 16 bis 20 ist als Entfernung ausgedrückt, doch ist eine gleichartige Ausgestaltung selbstverständlich auch denkbar, wenn sie die Zeit ist, wobei in diesem Fall eine Zeiteinheit (beispielsweise 1 Sekunde) gilt, die die Entfernung in den einzelnen Streckenabschnitten ersetzt.
• Bis an diese Stelle wurde ein PRE-Elektrofahrzeug mit bordeigenem Generator erörtert, doch die Technik zur geplanten Energieerzeugung und Energiespeicherung ist auch auf ein so genanntes Elektrofahrzeug anwendbar, das nur mit einer Batterie fährt. In viele Fahrzeuge ist ein Navigationssystem eingebaut, und indem der Fahrer den Zielort einstellt, erlangt er bei einem Elektrofahrzeug verschiedene nützliche Informationen, beispielsweise Orte auf der Fahrtroute bis zum Zielort, an denen eine Ladestation installiert ist, die auf einem Display angezeigt werden oder dergleichen. Bei den Karteninformationen der meisten Navigationssysteme handelt es sich allerdings lediglich um die Positionsinformationen Längengrad und Breitengrad, während Höheninformationen nicht erlangt werden. Selbst wenn die Höhe angegeben wird, kann dies in einem Tunnel die Höhe der tunnelförmigen Topografie sein. Da sich je doch je nach Steigung, Gefälle usw. der Energieverbrauch stark ändert, ist der Einfluss von Höhenveränderungen bei Elektrofahrzeugen, deren einzige Antriebskraftquelle die in der Batterie gespeicherten Energiemenge ist, hoch. Auch wenn die Höhe der Fahrtroute und die Höhe des Geländes bei einem Tunnel unterschiedlich sind, ist die vorliegende Steuerungstechnik für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung auch für Elektrofahrzeuge wirkungsvoll, da auch die Höheninformationen der Fahrtroute selbst herangezogen, um den Routenplan (Erstellung des SOC-Diagramms) aufzustellen, weshalb die folgende Anwendung denkbar ist.
• Vor der Fahrt werden die Fahrtrouteninformationen bis zum Zielort herangezogen, sodass der Einfluss von Steigungen und Gefällen auf der Fahrtroute auf den Energieverbrauch im Voraus bekannt ist, was auf wirksame Weise eine komfortable Fahrt ermöglicht. Konkret kann für den Fall, dass ein langes Gefälle vorliegt, bei dem mit entsprechender Regenerationsenergie zu rechnen ist, die Aufladung der Batterie vor der Fahrt bis auf oder unter SCH eingeschränkt und so eine Einsparung der Energiemenge und eine Verkürzung der Ladedauer durchgeführt werden. Indem anhand der Veränderung des Energieverbrauchs je nach Fahrtroutenzustand der SOC beobachtet wird, kann für den Fall, dass die Gefahr des Auftretens eines Energiemangels besteht, der Energiemangel verhindert werden, indem der Installationsort der Ladestation und die Zeit des Eintreffens präzise vorhergesagt werden und eine Aufladung empfohlen wird. Durch fortlaufendes Überwachen des SOC während der Fahrt kann für eine beliebige Stelle auf der Fahrtroute ab der aktuellen Position der vorhergesagte SOC-Wert kontinuierlich angezeigt werden, sodass der Fahrer den Fahrzeugzustand präziser erfassen kann.
• Bei einem Nutzfahrzeug können, wenn für die Aufladung am nächsten Tag mehrere Elektrofahrzeuge an einer beschränkten Anzahl Ladestationen aufgeladen werden, die Aufladungsreihenfolge und die Aufladungsmenge der einzelnen Fahrzeuge gesteuert werden, womit sich auch zur Verbesserung der betrieblichen Effizienz beitragen lässt.
• 23(1) bis (4) zeigen den Ablauf der Erstellung des SOC-Diagramms nach dem vorliegenden Algorithmus, das mit Excel (eingetragene Marke von Microsoft) zur Programmvalidierung erstellt wurde. Die horizontale Achse stellt die Entfernung und die vertikale Achse die in der Batterie gespeicherten Energiemenge als SOC dar. Das Ansteigen und Abfallen in den Ansichten gibt die topografische Höhe an. In der Ansicht wird eine Fahrt von etwa 100 km angenommen. Der SOC-Wert vor der Fahrt beträgt 90 % und ist so eingestellt, dass er am Zielort 20 % beträgt.
• (1) zeigt, dass mit der umgekehrten Erstellung des SOC-Diagramms ausgehend von dem SOC am Zielort von 20 % begonnen wurde. (2) zeigt, dass unterwegs auf der Fahrtroute ein Ruhestreckenabschnitt wie etwa ein Tunnel oder dergleichen vorliegt, weshalb ein Energieerzeugungsstreckenabschnitt bereitgestellt ist, der diesen Streckenabschnitt vermeidet. Es ist zu erkennen, dass die Erstellung als Energieerzeugungsstreckenabschnitt erfolgt, nachdem dieses Diagramm SCH (90 %) erreicht hat. (3) zeigt, dass nach dem umgekehrten Ziehen des Diagramms bis zum Ausgangsort das SOC-Diagramm ausgehend von SCH (90 %) neu gezeichnet wird. (4) ist eine Ansicht zum Ende der Erstellung SOC-Diagramms, wobei Veränderungen des Energieverbrauchs des Fahrzeugs aufgrund von topografischen Änderungen reflektiert wurden und sich das SOC-Diagramm ändert, statt eine Gerade zu sein.
• Bis zu diesem Punkt wurde die Verfahrensweise erörtert, bei der die Fahrtroute zum Zielort im Voraus bekannt ist und das SOC-Diagramm durch Berechnen des Energieverbrauchs erstellt wird, der für die Fahrt vom Ausgangsort bis zum Zielort erforderlich ist, dann unterwegs während der Fahrt fortlaufend der tatsächliche SOC-Wert überwacht wird, und wenn der Abweichungswert von dem vor der Fahrt erstellten SOC-Wert einen eingestellten Wert erreicht oder überschreitet, die Fahrt zum Zielort unter Neuerstellung des SOC-Diagramms erfolgt. Wenn es unterwegs während der Fahrt zu einer Routenumleitung kommt und beispielsweise eine steile Steigung erscheint, ist es daher unter Umständen erforderlich, Maßnahmen zu ergreifen, wie etwa zum Aufladen der Batterie die Geschwindigkeit zu senken oder aber anzuhalten und aufzuladen. Allerdings ist durch Ergreifen der folgenden Maßnahme eine Fahrt ohne Energiemangel möglich.
• Zunächst wird angeführt, welche Situationen vorliegen können, wenn es unterwegs während der Fahrt zu einer Routenveränderung kommt,
1. 1. Auf der Umleitungsfahrtroute liegt eine Steigung vor und während der Steigung steigt der SOC an, wenn mit dem Generator Energie eingespeichert wird.
2. 2. Auf der Umleitungsfahrtroute liegt eine Steigung vor und der SOC sinkt, obwohl während der Steigung mit dem Generator Energie eingespeichert wird, sodass trotz des Fahrens der Steigungsgipfel nicht erreicht wird.
3. 3. Auf der Umleitungsfahrtroute liegt eine Ruhestreckenabschnitt vor und der SOC erreicht vor dem Durchfahren des Ruhestreckenabschnitts seinen unteren Grenzwert.
4. 4. Auf der Umleitungsfahrtroute liegt ein langes Gefälle vor, und da Regenerationsenergie gespeichert wird, erreicht der SOC-Wert am Hang die obere Grenze.
• Bezüglich dieser Situationen sind die folgenden Maßnahmen denkbar.
1. 1. Es ist keine Maßnahme erforderlich.
2. 2. Die vor dem Hang in der Batterie gespeicherten Energiemenge ist die untere Grenze (SCL), die der für die Steigung erforderlichen Energiemenge abzüglich der Energiemenge entspricht, die durch Energieerzeugung gespeichert werden kann.
3. 3. Die Fahrt erfolgt, indem die in der Batterie gespeicherte Energiemenge vor dem Ruhestreckenabschnitt der untere Grenzwert (SCL) zum Durchfahren des Ruhestreckenabschnitts ist.
4. 4. Die vor dem Hang in der Batterie gespeicherte Energiemenge weist als oberen Grenzwert (SCH) den Wert des maximalen Werts des SOC abzüglich der am Gefälle erlangbaren Regenerationsenergiemenge auf.
• Ein konkretes Beispiel wird anhand von 2. erörtert. Die Fahrt erfolgt beispielsweise durch Berechnung der Differenz Δh zwischen der höchsten Erhebung und der Höhe der aktuellen Position für alle Nebenstraßen mit möglichen Umleitungen einschließlich der geplanten Route für die nächsten 20 km. Wenn die aus der potenziellen Energie (m·g ·Δh) des Höhenunterschieds Δh umgewandelte Energiemenge Δ SOC ist und die aktuelle Speichermenge als SOC-Wert eingestellt ist, wird SOC+ΔSOC während der Fahrt stets so gesteuert, dass auch bei einer unerwarteten Umleitung keine Probleme bei der Fahrt auftreten. Nachdem die Nebenstraße mit der höchsten Höhe passiert wurde, wird die Fahrt fortgesetzt, wobei wieder die Höhe der nächsten Nebenstraße mit der höchsten Höhe identifiziert und der gleiche Vorgang durchgeführt wird. Auf diese Weise kann die Höhenlage der gesamten Fahrtroute einschließlich der Nebenstraßen über eine längere Strecke berücksichtigt werden, auch wenn beispielsweise am Ausgangsort kein SOC-Diagramm erstellt wird. Darüber ist diese Maßnahme nicht nur auf Lkw beschränkt, die häufig eine feste Route fahren, sondern auch auf andere Fahrzeuge (z. B. Pkw) anwendbar, die häufig ihre Route ändern.
• Wenn die Fahrt beispielsweise auf dem Tomei Expressway zwischen Odawara und Numazu erfolgt, dieser aber wegen eines unerwarteten Unfalls gesperrt ist und die Fahrt daher über Hakone auf der Nationalen Route 1 erfolgen muss, muss der etwa 800 m hohe Hang des Bergs Hakone überwunden werden. Bei der Fahrt eines 8-Tonnen-Lkw entspricht die Energiemenge von 17,6 kWh potenzieller Energie für 800 m dem ΔSOC. Bei einer Batterietragfähigkeit von 40 kWh entsprechen 17,6 kWh 44 % des gesamten SOC. Wenn SCL auf 20 % eingestellt ist, erfolgt die Fahrt unter Beibehaltung einer Restladung der Batterie von 64 %.
• Wenn die an einem Tag zurückgelegte Strecke etwa 100 km beträgt, kann ΔSOC außerdem berechnet werden, indem die höchste Erhebung aus den Höhen aller Nebenstraßen extrahiert wird, wobei die Höhendaten aller möglichen Fahrtrouten und Nebenstraßen verwendet werden. Auch in diesem Fall ist keine Erstellung eines SOC-Diagramms vor der Fahrt erforderlich.
• Gewerbliche Anwendung
• Die Steuerungstechnik für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung der vorliegenden Erfindung betrifft eine Verfahrensweise für das Fahren eines PRE-Elektrofahrzeugs, das fährt, indem mit einem Motorgenerator eine Batterie aufgeladen wird und der Motor mit dieser gespeicherten Energie angetrieben wird, und schätzt vor der Fahrt die unterwegs während der Fahrt erforderliche Energieerzeugungsmenge und ermöglicht durch Durchführen einer Korrektur an dieser Energieerzeugungsmenge während der Fahrt effizientes Fahren, sodass es sich um eine Technik handelt, mit der ein Fahrzeug erzielt werden kann, in dem gegenüber dem Stand der Technik eine kleinere Batterie und ein kleinerer Motor verwendet werden, und da aus diesem Grund die Nutzungseffizienz des Energie erzeugenden Verbrennungsmotors erhöht werden kann, ohne dass die Anzahl Sitze oder die Ladekapazität eines Nutzfahrzeugs reduziert wird, ist sie eine Technik, die den Kraftstoffverbrauch reduzieren und damit einhergehend den CO₂-Ausstoß einschränken kann.
• Als weiteren Anwendungsbereich dieser Technik übernimmt sie die Rolle eines mobilen Energiespeicher in Katastrophenfällen. Bei plötzlichen Naturkatastrophen oder von Menschen verursachten Katastrophen können die Stromversorgungseinrichtungen von der Katastrophe betroffen sein, wodurch die Stromversorgung im Katastrophengebiet unterbrochen wird. In solchen Fällen muss ein mobiles Stromversorgungsfahrzeug zu diesem Ort eilen, was jedoch unpraktisch sein kann, da es unter anderem zeitaufwändig ist. Nutzfahrzeuge, die die vorliegende Technik nutzen, sind zwar normalerweise im Lieferverkehr unterwegs, können aber bei einer Katastrophe in der Nähe sofort zu diesem Ort eilen und als Stromversorgungsfahrzeug Strom liefern. In solchen Fällen fährt das Fahrzeug unter erzwungener Energieerzeugung und ist am Einsatzort vollständig aufgeladen.
• 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
• JP 2019-77257 A [0008, 0010]
• JP 2020-62906 A [0008, 0010]
• JP 3264123 B [0009, 0010]

Claims (11)

1. Steuerungstechnik für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Einrichtung aufweist, die, wenn sie bei einem PRE-Elektrofahrzeug, das mithilfe einer installierten Batterie fährt und bei dem mit einem Motorgenerator die Fahrzeugbatterie aufgeladen wird und mit dieser Energie ein Elektromotor getrieben wird, vor der Fahrt anhand von Fahrtrouteninformationen ein SOC-Diagramm erstellt, die beim Fahren auf der Fahrtroute benötigte Energieerzeugungsmenge ermittelt.
2. Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms in einem Elektrofahrzeug mit Reichweitenverlängerer, das mit einer installierten Batterie fährt und das fährt, indem die Batterie des Fahrzeugs mit einem Motorgenerator aufgeladen wird und ein Elektromotor mit dieser elektrischen Energie angetrieben wird, gekennzeichnet durch eine SOC-Diagrammerstellungseinrichtung, die unter Verwendung von Fahrtrouteninformationen und Geschwindigkeit, Energieverbrauch und Gewicht, denen vor der Fahrt provisorische Werte zugewiesen werden, ein SOC-Diagramm erstellt, das zum Fahren auf einer Fahrtroute erforderlich ist, die in den Fahrtrouteninformationen eingestellt ist.
3. Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms nach Anspruch 2, umfassend eine SOC-Diagrammkorrektureinrichtung, die während der Fahrt auf Grundlage der Geschwindigkeit, des Energieverbrauchs oder des Gewichts, die zu diesem Zeitpunkt erlangt werden können, das SOC-Diagramm korrigiert.
4. Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms nach Anspruch 3, wobei die SOC-Diagrammkorrektureinrichtung eine Überwachungsrichtung, die während der Fahrt des Fahrzeugs anhand von Positionsinformationen der Fahrtposition von einer Positionsinformationssammelvorrichtung wie etwa GPS, Fahrzeuginformationen vom Fahrzeug wie einem SOC-Wert, der die in der Batterie gespeicherte Energiemenge angibt, und Karteninformationen einen Abweichungswert überwacht, der eine Divergenz des SOC-Werts von dem vor der Fahrt geplanten SOC-Diagramm ist, und eine Seitenerstellungseinrichtung aufweist, die für den Fall, dass der Abweichungswert einen eingestellten Wert erreicht, unterwegs während der Fahrt immer wieder eine Neuerstellung des SOC-Diagramms durchführt.
5. Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms nach einem der Ansprüche 2 bis 4, aufweisend eine Vorhersageeinrichtung, die für den Fall, dass es während der Fahrt zu einem unvorhergesehenen Ereignis kommt, vorhersagt, dass der Zielort nicht erreicht werden kann, selbst wenn das SOC-Diagramm durch die SOC-Korrektureinrichtung korrigiert wird, und eine Befehlseinrichtung, die den Fahrer des Elektrofahrzeugs mit Reichweitenverlängerer in diesem Fall zu einer angepassten Fahrweise auffordert.
6. Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die SOC-Diagrammerstellungseinrichtung zur Ermittlung der erforderlichen Energieerzeugungsmenge davon ausgeht, dass die Fahrt zum Zielort unter Nutzung der am Ausgangsort in der Batterie gespeicherte Energiemenge erfolgt, wobei als die für die Fahrt erforderliche Energieerzeugungsmenge ein Absolutwert herangezogen wird, bei dem zu der negativen Energiemenge, die aus dem SOC-Wert am Zielort, ein Mindestspeicherbedarf (SCL) der Batterie hinzuaddiert wird.
7. Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die SOC-Diagrammerstellungseinrichtung durch umgekehrtes Ziehen ausgehend von dem eingestellten SOC-Wert des Zielorts hin zum Ausgangsort bei batteriegestützter Fahrt eine EV-Linie für batteriegestützte Fahrt zieht, die die in der Batterie gespeicherte Energiemenge angibt, bei Erreichen einer maximalen Energiespeicherkapazität (SCH) oder des eingestellten SOC-Werts zu einer Energieerzeugungslinie wechselt, und wenn erneut der Mindestspeicherbedarf (SCL) oder der eingestellte SOC-Wert erreicht wird, wieder zur EV-Linie der Fahrt mit der in der Batterie gespeicherten Energiemenge wechselt und dies wiederholt, wobei an einer Position, an der sich die EV-Linie der batteriegestützten Fahrt vom Ausgangsort und die umgekehrt gezogene Energieerzeugungslinie schneiden, die EV-Linie der batteriegestützte Fahrt anhält und die Energieerzeugungslinie startet.
8. Steuerungsvorrichtung für Bildenergieerzeugung und Energiespeicherung nach Anspruch 7, die ein SOC-Diagramm erstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die SOC-Diagrammerstellungseinrichtung für den Fall, dass es wahrscheinlich ist, dass unterwegs während der Fahrt der Mindestspeicherbedarf (SCL) erreicht oder unterschritten wird, auf einer Fahrtroute, die in Bezug auf die Fahrtposition näher am Ausgangsort liegt, eine Energieerzeugung einer Energieerzeugungsmenge durchführt, mit der SCL nicht erreicht oder unterschritten wird, und außerdem für den Fall, dass die maximale Energiespeicherkapazität (SCH) erreicht oder überschritten wird, auf einer Fahrtroute, die in Bezug auf die Fahrtposition näher am Ausgangsort liegt, die Energiespeicherung in einer Höhe anhält, die äquivalent zu der SCH überschreitenden Energieerzeugungsmenge ist, und außerdem für den Fall, dass der Verbrennungsmotor in einem Ruhestreckenabschnitt angetrieben werden muss, vor dem Eintritt in den Ruhestreckenabschnitt die Energiemenge erzeugt, die erforderlich ist, um in dem Ruhestreckenabschnitt batteriegestützt zu fahren, um so den Energie erzeugenden Antrieb im Ruhestreckenabschnitt zu vermeiden, wodurch bei der Fahrt vom Ausgangsort bis zum Zielort die Energieerzeugungsdauer und die Energieerzeugungsstrecke so eingestellt werden, dass das SOC-Diagramm im Bereich zwischen SCL und SCH bleibt.
9. Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die SOC-Diagrammerstellungseinrichtung für den Fall, dass bereits bekannt ist, dass auf einer Fahrtroute mit batteriegestützter Fahrt ein Ort mit installierter Ladestation vorhanden ist, beurteilt, ob eine Aufladung an dieser Ladestation erfolgen soll, und das Ergebnis in dem vor der Fahrt erstellten SOC-Diagramm berücksichtigt.
10. Elektrofahrzeug mit Reichweitenverlängerer, das mit einer installierten Batterie fährt und das fährt, indem die Batterie des Fahrzeugs mit einem Motorgenerator aufgeladen wird und ein Elektromotor mit dieser elektrischen Energie angetrieben wird, und das als Steuervorrichtung für das Aufladen der Batterie mittels des Motorgenerators die Steuerungsvorrichtung für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung nach einem der Ansprüche 2 bis 4 nutzt.
11. Steuerungsverfahren für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung unter Verwendung eines SOC-Diagramms in einem Elektrofahrzeug mit Reichweitenverlängerer, das mit einer installierten Batterie fährt und das fährt, indem die Batterie des Fahrzeugs mit einem Motorgenerator aufgeladen wird und ein Elektromotor mit dieser elektrischen Energie angetrieben wird, gekennzeichnet durch: einen Schritt der SOC-Diagrammerstellung, in dem unter Verwendung von Fahrtrouteninformationen und Geschwindigkeit, Energieverbrauch und Gewicht, denen vor der Fahrt provisorische Werte zugewiesen werden, ein SOC-Diagramm erstellt wird, das zum Fahren auf einer Fahrtroute erforderlich ist, die in den Fahrtrouteninformationen eingestellt ist, und einen Schritt der SOC-Diagrammkorrektur, in dem während der Fahrt auf Grundlage der Geschwindigkeit, des Energieverbrauchs oder des Gewichts, die zu diesem Zeitpunkt erlangt werden können, das SOC-Diagramm korrigiert wird.