DE112022007956T5 - Control technology for planned energy generation and energy storage using a SOC diagram - Google Patents
Control technology for planned energy generation and energy storage using a SOC diagramInfo
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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. To solve the problem that large commercial electric vehicles with range extenders require a large-capacity battery and a motor generator with high output, which limits the number of passengers and loaded cargo, and generates a large amount of exhaust gas from the internal combustion engine of the power plant, a planned power generation and energy storage control technique is adopted, in which, as a method for estimating the amount of power generation required en route and the power generation distance before the trip in a route plan of an electric vehicle with range extenders, assuming that travel from the origin to the destination is carried out using exactly the energy stored in the battery, an absolute value in which a minimum storage requirement (SCL) of the battery is subtracted from a negative energy storage quantity (SOC value) of the battery at the destination is used as the amount of power generation required en route, and preferably by correcting the route plan en route while traveling, a reduction in the installed secondary battery and the installed generator is achieved.
Description
Technisches GebietTechnical area
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.The present invention relates to a control method for scheduled power generation and energy storage for a plug-in electric vehicle with a range extender that runs by charging a secondary battery with a motor generator and driving an electric motor by means of the secondary battery.
Allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the art
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.Secondary battery-powered electric vehicles are gaining attention as a clean mode of transport with zero carbon dioxide ( CO2 ) emissions. The main reason is that, unlike vehicles powered by internal combustion engines, they run on electrical energy stored in the secondary battery and therefore emit no CO2 and are quiet, making driving extremely pleasant. The second reason is that their maintenance costs, including fuel costs, are lower than those of diesel-powered vehicles, which is likely to be a significant advantage for their adoption.
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.However, electric buses, a type of electric vehicle, currently require the installation of a large number of expensive rechargeable secondary batteries. Therefore, their initial investment is currently several times higher than that of diesel-powered buses with the same number of seats, resulting in their slow adoption. Furthermore, the adoption of electric trucks is slow due to reasons such as poor usability, as the space required for the large number of secondary batteries reduces the trucks' loading capacity.
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.In passenger cars, a serial hybrid system is used as a solution to this problem. This technology generally uses the existing internal combustion engine as a generator and installs a small-capacity secondary battery. The internal combustion engine is driven almost continuously to charge the secondary battery, whose electrical energy is then used to power the electric motor to propel the vehicle.
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.However, if this system is to be used in commercial vehicles such as buses and trucks, a large generator and a large number of secondary batteries are required, as a large immediate energy supply is required on steep, long inclines when the storage capacity of the secondary batteries decreases and energy must be generated. The resulting space requirements, the reduced seating capacity in buses, and the limited loading capacity in trucks are slowing the transition from commercial vehicles to series hybrid vehicles.
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.In contrast, a range-extended electric vehicle (hereinafter referred to as RE electric vehicle) of the present teachings uses a geographic information system (GIS) and a global navigation satellite system (GNSS) to collect road surface information such as position information and elevation changes along the route, and also uses trip data collected from previous trips to create a power generation plan (trip plan) before the trip. If a charging station is set up along the route, a plug-in electric vehicle with a range extender (hereinafter referred to as PRE electric vehicle) can also be used, which creates a trip plan that includes charging (plug-in) at the charging station.
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.By creating a route plan for the day in question before the trip, the required amount of energy generation can be calculated in advance, so that the appropriate times for starting energy generation and periods of energy generation during the trip can be set, which enables the generator and secondary batteries to be downsized.
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 (
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 (
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.In the following description, it is assumed that the internal combustion engine is a diesel engine, but it is not limited to diesel engines, but can also be a gasoline engine, a fuel generator (a so-called fuel cell), etc.
Dokumente des Stands der TechnikState-of-the-art documents
PatentdokumentePatent documents
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Patentdokument 1:
Patent Document 1:JP 3264123 B JP 3264123 B -
Patentdokument 2:
Patent Document 2:JP 2019-77257 A JP 2019-77257 A -
Patentdokument 3:
Patent Document 3:JP 2020-62906 A JP 2020-62906 A
Kurzdarstellung der ErfindungBrief description of the invention
Aufgabe der vorliegenden ErfindungObject of the present invention
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.The problem to be solved by the present invention is that in conventional serial hybrid vehicles, due to the large number of secondary batteries and large generators that must be installed in preparation for situations where engine operation is to be reduced (for example, in long tunnels, near hospitals, or in school zones) or when driving on long, steep inclines, etc., the number of seats in buses is reduced, while in trucks, this results in a loss of load capacity. Furthermore, the problem is to reduce the fuel consumption of an internal combustion engine for a large generator and the corresponding CO2 emissions.
Mittel zum Lösen der AufgabeMeans of solving the task
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.In the present subject matter, before traveling, the optimal usage time of the secondary battery and the energy storage amount of the motor generator are calculated based on the position (latitude and longitude) and altitude of the route from map information, the average horizontal power consumption of the vehicle, the average speed, the on-board weight, and the like, to thereby set a target value for the SOC indicating a state of charge of the secondary battery at the destination (abbreviated to "state of charge", an index indicating the energy storage amount, charging rate, or state of charge, hereinafter also referred to as "state of charge"), and to create an SOC diagram indicating the SOC status during traveling in a diagram form or the like.
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.In addition, a device is provided that continuously monitors the battery charge level during the journey using information and communication technologies such as vehicle information, GIS, and GNSS. If the SOC value deviates by more than a value specified in the SOC diagram during the journey, the SOC diagram is recalculated. During the journey, the original route is corrected based on the trip information continuously acquired after the start of the journey and vehicle information. As a result, the charging of the secondary batteries begins and ends at an optimal time, allowing the use of a small motor generator and low-capacity secondary batteries, thus solving the problems previously encountered in series hybrid commercial vehicles.
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.As a control technology for planned power generation and energy storage using an SOC map, which is characterized by having a device that, when preparing an SOC map based on travel route information before travel, in a PRE electric vehicle that runs using an installed battery and uses a motor generator to charge the vehicle battery and drive an electric motor with this energy, determines the amount of power generation required when running on the route, a control device for planned power generation and energy storage using an SOC map and a control method for planned power generation and energy storage using an SOC map are provided.
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.The planned power generation and energy storage control technique of the present invention may also include a means for further assigning provisional values for speed, energy consumption, and weight when preparing the SOC diagram before the trip using the route information, and replacing the provisional values with the energy consumption, speed, and weight that can be obtained at that time during the trip.
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.To determine the required amount of energy generation, it is assumed that the journey to the destination is made using the amount of energy stored in the battery at the starting point, whereby the amount of energy generation required for the journey is an absolute value in which a minimum storage requirement (SCL) of the battery is added to the negative amount of energy determined from the SOC value at the destination.
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.As a method for constructing the SOC diagram, an SOC line indicating the battery storage amount inversely from the SOC value set for the destination to the starting point is drawn, and when the maximum energy storage capacity (SCH) is reached, it switches to an energy generation line, and when the minimum storage requirement (SCL) is reached again, it switches back to the SOC line at which travel is carried out using the amount of energy stored in the battery, and this is repeated, taking the position where the EV line (electric vehicle line) with battery-assisted travel from the starting point and the energy generation line intersect as the position where the EV line ends and the energy generation line begins.
Als die in der Batterie gespeicherte Energiemenge am Ausgangsort kann ein Wert zwischen der maximalen Energiespeicherkapazität und dem Mindestspeicherbedarf herangezogen werden.The amount of energy stored in the battery at the starting point can be a value between the maximum energy storage capacity and the minimum storage requirement.
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.When preparing the SOC map before traveling, a power generation period and a power generation distance section can be set to prepare the SOC map within the range from SCL to SCH, so that power generation is started earlier when SOC is likely to fall below SCL during traveling, and stopped earlier when SOC is likely to rise above SCH, and when the internal combustion engine needs to be operated in a rest section, the required amount of power can be generated before entering the rest section to avoid a power generation state in the rest section.
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.There may also be a device (recreation device) that monitors, during the travel of the vehicle, for divergence of the SOC value from the SOC map planned before the trip, based on the position information of the travel position from a position information collecting device such as GPS, vehicle information from the vehicle such as the SOC value indicating the amount of energy stored in the battery, and map information, and repeatedly recreates the SOC map on the way during the travel in the event that the deviation value reaches a set value.
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.If the route is composed of several route sub-sections when creating and re-creating the SOC diagram, the trip state can also be changed when entering or exiting these route sub-sections.
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.When creating the SOC diagram before the trip, it can be created by using a worse value for the set energy consumption than the assumed value and a faster value for the set speed than the assumed speed, and then during the trip the SOC diagram can be recreated based on the energy consumption and speed obtained from the vehicle.
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.For the required amount of energy generation, the amount of energy generated when the number of times the SOC diagram switches between SCH and SCL of the battery is multiplied by the usable storage capacity of the battery (maximum energy storage capacity - minimum storage requirement) and this value is subtracted from the absolute value mentioned above can also be included in the amount of energy generation required for the trip.
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.If it is already known that a location with an installed charging station exists on a battery-assisted journey route, it can be assessed whether charging should take place at this charging station and the result can be taken into account in the SOC diagram created before the journey.
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.The assessment of whether charging should take place at the charging station can be made based on whether the charging station is installed at a certain distance in the direction of the starting point from the point at which the SCL determines the end point of the battery-assisted journey, whether there is sufficient time for charging at the charging station and whether this will not disrupt the travel schedule.
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.There may also be a device that predicts that the destination cannot be reached in the event of an unforeseen event during the journey, even if the SOC diagram is corrected (prediction device), and a device that prompts the driver to adapt his driving style in this case.
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.The driving instruction to the driver may include reducing the driving speed to gain time for energy generation or stopping the vehicle to generate energy to ensure the required amount of energy storage. A command device for such an instruction may be a display device such as a screen or the like that displays the instruction content, or a notification device that instructs the driver through sound. The prediction device may also predict whether reaching the destination is possible from the current SOC value and the SOC graph for the remaining part of the journey.
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.There may also be a facility that, in the event that an obstacle is present on the originally planned route and a detour is taken, recreates the SOC diagram and adapts it to the detour.
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.There may also be a device that creates an SOC diagram for an electric vehicle with included route information before the trip and continuously compares the SOC value at the respective position and the SOC value in the SOC diagram during the trip and communicates locations where a charging station is installed and the required charging amount, and the like.
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.There may also be a device which, even if the journey normally follows the route plan established before the journey, switches to power generation driving when necessary and prioritises battery charging so as to ensure that the amount of energy stored in the battery reaches its maximum at a specified location.
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.To achieve the above-mentioned object, the present invention provides a planned power generation and storage control device using an SOC map. This control device is a planned power generation and storage control device of an electric vehicle with a range extender that runs with a battery installed, wherein the battery of the vehicle is charged with a motor generator and an electric motor is driven with this electric power. The control device comprises SOC map creation means that creates an SOC map required for running a route set in the route information using travel route information and speed, energy consumption, and weight, to which provisional values are assigned before the trip. The planned power generation and storage control device further comprises SOC map correction means that corrects the SOC map during the trip based on the speed, energy consumption, or weight that can be obtained at that time.
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.In order to achieve the object, the present invention provides a control device for planned power generation and energy storage using an SOC diagram. Thus, a control device for planned power generation and energy storage using an SOC diagram is provided, which is a control device for planned power generation and energy storage of an EV (electric vehicle) with a range extender equipped with an installed battery, wherein the vehicle's battery is charged with a motor generator and an electric motor is driven by this electrical energy, and comprises an SOC chart creator that creates an SOC chart required for traveling on a route set in the route information using travel route information and speed, energy consumption, and weight, to which provisional values are assigned before the trip. The planned power generation and storage control device further comprises an SOC chart corrector that corrects the SOC chart during the trip based on the speed, energy consumption, or weight that can be obtained at that time.
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 derTo achieve the object, the present invention also provides a range-extending vehicle (also referred to as a range-extending electric vehicle) that includes the control device for planned energy generation and energy storage using an SOC diagram. Thus, a range-extending electric vehicle is provided that travels with an installed battery, wherein the battery of the vehicle is charged by a motor generator, and an electric motor is driven by this electric energy, wherein the control device for planned energy generation and energy storage according to the present invention is used as the control device for controlling the charging of the battery by means of the motor generator. In particular, when charging at a charging station is also possible because a charging station is set up on the travel route, a plug-in range-extending electric vehicle (hereinafter referred to as a PRE electric vehicle) that creates a travel plan that supports charging (plug-in) at the
Ladestation berücksichtigt.Charging station taken into account.
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.To achieve the object, the present invention provides a control method for planned power generation and energy storage using an SOC map. That is, a control method for planned power generation and energy storage using an SOC map in an electric vehicle with a range extender that runs with a battery installed and runs by charging the vehicle's battery with a motor generator and driving an electric motor with this electric power, comprising an SOC map creation step of creating an SOC map required for traveling on a route set in the route information using travel route information and speed, energy consumption, and weight, to which provisional values are assigned before traveling, and an SOC map correction step of correcting the SOC map during traveling based on the speed, energy consumption, or weight that can be obtained at that time. The control method for scheduled power generation and energy storage using an SOC diagram can be executed by a computer. It can therefore be implemented by a computer program.
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.Such a design for operation with scheduled driving and stopping of a generator is called a scheduled power generation and energy storage control system, the basic concept of which is explained below. The amount of energy supplied from the battery while a vehicle is traveling is used as driving energy and auxiliary energy. Driving energy is the energy that counteracts rolling resistance, air resistance, acceleration resistance, and gradient resistance, and varies over time. When designing the vehicle, the secondary battery capacity that can output the instantaneous power of the drive motor and the driving force of the drive system are determined. The basic idea of the scheduled power generation and energy storage control system (hereinafter also referred to as "the present system") is to calculate the distribution of energy consumption so that the vehicle can reach its destination within these specific ranges.
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.The generator therefore does not need to be able to supply instantaneous power immediately; instead, it is sufficient if it can only supply the amount of energy needed between the current position and the destination. In this case, the battery is charged in a planned manner so that the instantaneous energy demand can be met by the battery. For example, the SOC diagram is created by setting the used SOC range according to the battery characteristics. The SOC diagram is then pre-charged so that the required power can be supplied immediately near the lower limit of the remaining battery capacity. The generator is shut down in a planned manner before full charging so that a large amount of renewable energy is not generated immediately.
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.The calculation method of this system is as follows. For the so-called EV trip, in which the vehicle runs on battery power, the energy consumption P on the route from the current position to the destination is calculated, dividing it into the energy Ph for horizontal travel and the energy Pv for vertical travel. The missing energy is then calculated based on the current remaining battery charge. For this missing energy, the trip is carried out in such a way that the generator is driven for a distance at least necessary to achieve the energy generation amount Pg. By controlling the generator using the planned power generation and energy storage controller, the remaining battery charge at the destination can be adjusted to the set value.
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
Die zu erzeugende Energiemenge ist daher
Da hierbei Ph = Entfernung A (km)/durchschnittlicher Energieverbrauch C bei horizontaler Fortbewegung (km/kWh),
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.Where m is the gross weight of the vehicle, g is the gravitational acceleration, hu is the accumulated gradient difference from the current position to the destination, hd is the accumulated gradient difference, which is why the energy Pv in vertical travel is greater and the generated power needs to be increased the more the weight m, the greater the accumulated gradient difference and the smaller a regeneration coefficient k (explained below) is.
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.
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.Where Phu is the energy consumption during horizontal travel and Phd is the energy consumption during horizontal travel over the same distance, which is why Phu=Phd under the same road and weather conditions, but both are treated separately since it is not possible for identical conditions to prevail during the actual trip.
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.Thus, if the regeneration rate is defined as the amount of energy including the horizontal travel on a slope, the regeneration rate = Pd/Pu, which is practically measurable. On the other hand, if the ratio of the amount of energy in the vertical direction is defined exclusively as the regeneration coefficient k, the result is 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.The regeneration coefficient k can be determined as shown below, but values from the SOC diagram of the control system for planned power generation and energy storage can also be used. The energy required for travel (Phu and Phd) is the energy that counteracts (1) rolling resistance, (2) air resistance, (3) acceleration resistance, and (4) gradient resistance. The regeneration rate is the ratio of the energy required for travel downhill to the energy required for travel uphill when traveling back and forth on a gradient. Since the regeneration rate includes the energy required for horizontal travel for uphill and downhill travel, it is a smaller value than the regeneration coefficient. In the planned energy generation and storage control system, the calculation is carried out by dividing the energy required for horizontal travel into the sum of (1) rolling resistance, (2) air resistance, and (3) acceleration resistance, and the energy required for vertical travel (4) against gradient resistance.
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).For example, if a winch is equipped with a drive motor, the energy required to lift a weight of mass m a height h is Pvu = m g h, while the energy recovered when lowering the weight a height h when the motor acts as a generator is Pvd = k Pvu, where k < 1. k is the product of the motor-driver efficiency and the battery efficiency. That is, k = (product of the motor-driver efficiency) x (battery efficiency).
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.Regeneration energy is also generated during deceleration. The ratio between the energy that can be recovered when decelerating a vehicle from speed 1 to speed 2 without using the foot brake and the energy required when accelerating from speed 1 to speed 2 is also expressed by the regeneration coefficient k. Where m is the gross weight of the vehicle and Δv is the change in speed, this can be expressed as follows.
Energie, die beim Beschleunigen von Geschwindigkeit 1 auf Geschwindigkeit 2 erforderlich ist: (1/2)·m·Δv2 Energy required to accelerate from speed 1 to speed 2: (1/2)·m·Δv 2
Energie, die beim Abbremsen eines Fahrzeugs von Geschwindigkeit 1 auf Geschwindigkeit 2 ohne Nutzung der Fußbremse zurückgewonnen werden kann: k(1/2)·m·Δv2 Energy that can be recovered when braking a vehicle from speed 1 to speed 2 without using the foot brake: k(1/2)·m·Δv 2
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.Assuming that the velocity change during acceleration and deceleration is the same, the energy required for acceleration and deceleration from the starting point to the destination is (1/2) m (Σ (1-K) Δvn 2 ). If the aforementioned regeneration coefficient due to vertical travel is k1 and the regeneration coefficient during acceleration and deceleration is k2, the total regeneration coefficient is kk = 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:
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:
- • The speed and torque used to calculate the energy consumption of the electric motor are calculated from the speed and vehicle data of the driving profile.
- • If the speed Nt(rpm) of the electric motor at time t is:
where, for example, in: reduction ratio (4.555), r: dynamic load radius of the tire (0.385 m), Vt: driving speed at time t (km/h) - • If the axle torque Tmt(N·m) of the electric motor at time t is:
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
- in the
- Reduction ratio (4.555),
- n
- Efficiency of the reduction gear (0.95),
- ht-1
- Altitude 1 second before time t (when going downhill)
- Vt-1
- Driving speed 1 second before the
- time
- t (km/h)
- µr
- Rolling resistance coefficient (kg/kg) µr=0.008210
- µa
- Air resistance coefficient (kg/m 2 /(km/h) 2 ) µa=0.002846
- A
- projected frontal area (m2) A=2.26x2.55=5.085
- W
- Vehicle weight during test {vehicle weight when empty + weight with large load in case of truck/2+55(1 person)} (kg) 5715 kg
- ΔW
- Mass equivalent of rotating parts (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.Calculating the energy consumption of the electric motor: Energy consumption can be simulated using speed · torque. If the vehicle's kinetic energy R is negative, a counter-electromotive force is generated, which is stored as regeneration energy in the secondary battery.
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.As described above, the vehicle's energy consumption (locomotion energy) is expressed in Equation (1) and is a function of the altitude difference (ht-1), which varies within a unit of time (here, 1 second), and a similar speed difference (Vt-1). The planned energy generation and storage control system assigns provisional values for horizontal travel speed, energy consumption, weight, and the like to construct the SOC map before traveling. However, since it obtains values for speed, energy consumption, and altitude during traveling, it reconstructs the SOC map based on these values during traveling.
Kurzbeschreibung der FigurenShort description of the characters
-
1A ist ein Gesamtblockschaubild des Steuersystems für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung.1A is an overall block diagram of the control system for planned power generation and energy storage. -
1B ist ein Ablaufdiagramm der Verarbeitungen des Steuersystems für geplante Energieerzeugung und Energiespeicherung.1B is a flowchart of the processing of the control system for planned power generation and energy storage. -
2 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Schätzen der erforderlichen Energieerzeugungsmenge unter Verwendung des SOC-Diagramms veranschaulicht.2 is a view illustrating a method for estimating the required power generation amount using the SOC diagram. -
3 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Festlegen der erforderlichen Energieerzeugungsmenge unterwegs während der Fahrt darstellt.3 is a view illustrating a method for determining the required amount of power generation on the go while driving. -
4 ist eine Ansicht der umgekehrten Ermittlung des SOC-Diagramms vom Zielort bis zum Ausgangsort.4 is a view of the reverse calculation of the SOC diagram from the destination to the origin. -
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.5 is an SOC diagram for the case that the journey from the starting point to the minimum storage requirement SCL of the battery is carried out using electrical energy from the battery and is driven with energy generation, such that a SOC target value is obtained at the destination. -
6A ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum umgekehrten Ermitteln des SOC-Diagramms aus4 und ein Verfahren zum Ermitteln mittels Berechnung darstellt.6A is a view showing a method for inversely determining the SOC diagram from4 and a method for determining by calculation. -
6B ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Ermitteln mittels Berechnung für den Fall darstellt, dass das SOC-Diagramm aus4 3-mal zwischen SCL und SCH Energie erzeugt.6B is a view showing a method for determining by calculation in the case where the SOC diagram consists of4 Energy generated 3 times between SCL and SCH. -
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.7 is a view of an SOC diagram that places a power generation section before and after a rest section during the journey. -
8 ist eine Ansicht eines Energieerzeugungsstartstreckenabschnitts für den Fall, dass unterwegs während der Fahrt eine steile Steigung vorliegt und der SOC trotz Energieerzeugung sinkt.8 is a view of a power generation start section in the case where there is a steep incline during the journey and the SOC decreases despite power generation. -
9 ist eine Ansicht eines Energieerzeugungsstartstreckenabschnitts, um keine Regenerationsenergie zu verschwenden, wenn unterwegs während der Fahrt ein steiles Gefälle vorliegt.9 is a view of an energy generation start section to avoid wasting regeneration energy when encountering a steep downhill gradient during travel. -
10 ist eine Ansicht eines Energieerzeugungsstreckenabschnitts, um in einem Ruhestreckenabschnitt unterwegs während der Fahrt den Betrieb des Verbrennungsmotors einzuschränken.10 is a view of a power generation section to limit the operation of the internal combustion engine in a rest section while driving. -
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.11 is a view that shows that due to the installation of a charging station on the way, during the journey from the starting point to the charging station, the stored energy amount of the battery is used and charged at the charging station up to the SCH of the battery. -
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.12 is an SOC diagram when charging takes place at a charging station while driving and then the vehicle is driven to the destination using the energy stored in the battery. -
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.13 is an SOC diagram when charging occurs at a charging station while driving and energy is generated while driving to the destination. -
14 ist eine Ansicht, die das Aussehen eines tatsächlichen SOC-Diagramms veranschaulicht.14 is a view that illustrates what an actual SOC diagram looks like. -
15 ist eine Ansicht, die ein Korrekturverfahren für das SOC-Diagramm in jeweiligen Streckenabschnitten unterwegs während der Fahrt zeigt.15 is a view showing a correction procedure for the SOC diagram in respective route sections while driving. -
16A ist eine Ansicht, die ein weiteres Verfahren zur SOC-Diagrammneuerstellung zeigt und das SOC-Diagramm vor der Fahrt darstellt.16A is a view showing another method of SOC chart regeneration and showing the SOC chart before driving. -
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.16B is a view showing another SOC map rebuilding procedure and the flow of correcting the SOC map during the first EV drive. -
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.16C is a view showing another SOC chart rebuilding method and the flow of correcting the SOC chart when driving with power generation. -
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.16D is a view showing another method of SOC chart regeneration and the flow of correcting the SOC chart when EV driving to the destination. -
17 ist eine Ansicht, die ein Verfahren bei der Neuerstellung des SOC-Diagramms zeigt.17 is a view showing a procedure for recreating the SOC diagram. -
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.18 is a view showing a process of reverse SOC diagram creation for the case where the route from the origin to the destination is composed of route segments whose distance is not uniform. -
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.19 is a view showing an adjustment method for the case where, when traveling from the origin with the amount of energy stored in the battery, the SOC line created by reverse dragging from the destination to the origin is intersected. -
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.20 is a view showing an adjustment method for the case where, when traveling from the origin with the amount of energy stored in the battery, the SOC line created by reverse dragging from the destination to the origin is not intersected. -
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.21 is a view showing an SOC creation procedure for the case where there is a rest section on the route to avoid driving with energy generation on that section. -
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.22 is a view showing an SOC generation procedure for the case where there is a steep incline on the route where the SOC value decreases despite charging in order to avoid energy shortage in that section of the route. -
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.23A is a view showing a flow of creating the SOC diagram in a VBA-based simulation, which is created as a validation before programming the program with Excel, and a flow of creating the SOC diagram in reverse from the target point. -
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.23B is a view showing a flow of creating the SOC diagram in a VBA-based simulation, created as a validation before programming the program with Excel, and showing how to perform energy generation while avoiding a rest section en route. -
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.23C is a view showing a flow of SOC diagram creation in a VBA-based simulation, which is created as a validation before programming the program with Excel, and shows that after reversely creating the SOC diagram up to the starting point from SCH towards the destination, the EV trip has been started. -
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.23D is a view showing a flow of creating the SOC diagram in a VBA-based simulation, which is created as a validation before programming the program with Excel, and shows that the creation of the SOC diagram has been completed.
Ausführungsform der ErfindungEmbodiment of the invention
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.With reference to the figures, the control technology for scheduled power generation and energy storage using an SOC diagram (i.e., the control device for scheduled power generation and energy storage and the control method for scheduled power generation and energy storage) will be specifically described below.
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.The SOC chart creation unit creates a corresponding SOC chart based on the initial setting information, such as the vehicle class, which indicates information about the vehicle's driving, the destination, the route (journey history information), and pre-journey information such as provisional energy consumption, provisional speed, and provisional vehicle weight. Then, the SOC chart correction unit corrects the originally created SOC chart based on the trip history information obtained during the trip and creates a corrected SOC chart. The input information, including the provisional values (parameters) set before the trip, includes energy consumption, speed, and vehicle weight, which are updated as trip history information. The energy consumption, speed, and weight changes of the vehicle due to loading and unloading of goods along the route at that moment are recorded and used to recreate the SOC.
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.Since this allows a more accurate, newly created SOC map to be used for the journey from that point onward, the deviation from the SOC value recorded during the journey can be reduced, meaning the generator needs to be switched on and off less frequently, and the journey can be made with a value closer to the SOC value set before the journey upon arrival at the destination. It takes several dozen seconds after the generator is switched on to reach a stable state, and during this time, problems such as increased energy consumption and CO2 emissions arise, so switching on and off should be kept as infrequent as possible.
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.When the secondary battery charge level of this PRE electric vehicle drops, the combustion engine is powered and the secondary battery is charged, or it can be charged at a charging station en route. This makes it possible to create a highly flexible vehicle that does not have the concern of running out of power during travel, unlike an electric vehicle, and eliminates the range limitation that is problematic with electric vehicles. Furthermore, because this PRE electric vehicle uses the secondary battery to power the electric motor for most of the journey, carbon dioxide emissions can be significantly reduced compared to a vehicle that is always powered by an internal combustion engine. Furthermore, the engine noise of the internal combustion engine is reduced, resulting in a quiet and comfortable ride over long periods of time. Furthermore, maintenance costs, including fuel costs, are lower than those of a diesel-powered vehicle, which is likely to be a significant advantage for its adoption.
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.Incidentally, to generate the SOC chart before the trip, the required data (destination, average energy consumption, average vehicle speed, vehicle information, etc.) must be entered into the Scheduled Generating and Charging Control System (SGCCS) before the trip. This work is performed by an operator or the driver. However, since the driver is accustomed to driving a conventional diesel truck, entering the data for the SGCCS trip is likely to be an excessive and undesirable burden. Therefore, the following describes how to enter the data required for the day's SGCCS trip into the truck's SOC chart generation PC (SGCCS PC), minimizing the burden on the driver.
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
- A
- Destination
- B
- Energy consumption (depends on the load, but initially a standard energy consumption value)
- C
- Driving speed (depends on the route, e.g. whether you are driving on the motorway, but initially a standard driving speed)
- D
- SOC (current stored energy)
- E
- Load weight (or gross vehicle weight)
- F
- Climatic conditions (weather, temperature, etc.)
- G
- Expected use of assistive devices
- H
- Places passed
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.The points managed in the office include (A), (B), (C), (E), (F), and (H). Although (D) is a data point in the vehicle-installed PC for generating the SOC diagram (SGCCS-PC), it can also be managed in the office. The expected use of auxiliary devices from (G) depends on the climate situation (F).
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) 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) 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) Gleichzeitig mit dem Einholen der Klimabedingungen (F) über das Internet aus einem Wetterinformationsnetz erfolgt die Vorsage der Nutzung von Hilfsgeräten (G).
- (1) The SGCCS PC is activated when the driver receives a device (tablet, USB memory stick, etc.) with the entered daily data from the office, gets into the vehicle and starts the truck, and the data in the device is transferred to the PC by the means of (2) below.
- (2) The transmission method is automatic transmission by short-range radio, for example BlueTooth (registered trademark), or in the case of USB, by the driver plugging the device into the USB port of the PC.
- (3) Simultaneously with the collection of the climatic conditions (F) via the Internet from a weather information network, the prediction of the use of auxiliary equipment (G) is made.
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.By reducing the driver's workload as much as possible in this way, the switch from a conventional diesel truck to a PRE electric vehicle (truck) can be promoted.
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.The vehicle's weight changes during the journey due to loading and unloading of cargo. By installing a weighing device on the vehicle to record this change and automatically transmitting the respective vehicle weight value to the SGCCS PC, the vehicle weight point can be handled precisely and inexpensively. For example, a sensor that detects a change in tire pressure could be installed in a tire component.
In
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.At the starting point, the battery is charged to the energy level of the SOC, and during the journey, its stored energy (SOC) decreases. The straight line AB indicates the decrease in SOC and is a negative value at the destination. Since travel on this journey is not possible using only the energy stored in the battery, the battery must be charged en route through energy generation. This energy generation is the energy level Pg, indicated by the arrow from B to the upper SCL.
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 %
- C
- Energy consumption [km/kWh]
- v
- Driving speed [km/h]
- Pw
- Generator power [kW]
- PB
- maximum energy storage capacity of the battery [kWh]
- SCH
- Percentage of maximum energy storage capacity [%], for example 90%
- SCL
- Percentage of minimum memory requirement [%], for example 10%
Bei
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.
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.
Daher ist die letzte Energieerzeugungsmenge (Pgr) wie folgt.
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.
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.
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.M is the vehicle weight, and g is an acceleration coefficient of 9.81 m/s 2 . The units are km/kWh for energy consumption and kg for weight. Therefore, on a gradient route, the calculation is first performed taking into account the elevation gain of the route by replacing energy consumption C [km/kWh] with CZ.
In
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.Furthermore, the control technology for planned power generation and energy storage means that by systematically adjusting the power generation time and power generation distance, the internal combustion engine and generator motor can be downsized and the battery capacity reduced, so that the number of passengers in a bus and the load capacity in a truck are comparable in performance to those of a conventional vehicle. However, the downsizing of the motor and battery requires caution in situations where large amounts of energy are consumed immediately, such as long, steep climbs. The following describes concrete application examples of the technology for planned power generation and energy storage with regard to three driving profiles.
In
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.There are many cases where, after the initial EV trip, no charging station is installed at the position where SCL is reached. Therefore, it is only necessary to consider whether charging occurs when a charging station is available after returning to the starting point from position B, where SCL is achieved. In this example, charging occurs within 10% of the distance from the starting point to B, but there is no 10% restriction.
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.If a charging station is available before B and charging is taking place there, charging is started without battery-assisted travel to SCL. The charging line B-D in the view approaches the starting point.
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.The lower view shows an SOC graph, with the SOC graph decreasing from SCH. While traveling, the energy generation period is indicated by a bold line, but due to the steep gradient, the battery is not being charged despite energy generation, and the SOC continues to decrease. The second half is the rest section. In the view, this section is an EV driving section. However, if there is a risk of energy generation occurring during the rest section, the setting is such that the energy generation time is before and after the rest section, and no energy generation occurs during the rest section.
Wie in
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.In the present view, the amount of energy stored in the battery at the origin is SCH and the target SOC at the destination is SCL, but this is not mandatory and instead any value is possible as long as it is between SCL and SCH.
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.This planned power generation and energy storage control technology is a technique that corrects the pre-trip SOC map during travel, enabling arrival at the destination with the SOC value within a deviation from the originally set range. Therefore, it is characterized by continuously obtaining position information from the vehicle during travel, and regenerating the SOC map if the SOC value deviates from the value specified in the SOC map to or above a certain value.
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.Similarly, (2) to (6) show SOC recalculation as a result of SOC diagram correction. (3) and (4) show that SOC diagram correction was performed for the power generation route section between B and C. (5) and (6) show that an upward SOC deviation occurred during the EV drive to the destination, and the SOC was corrected. In (5), an upward deviation occurred was corrected so that the SOC value at the destination is higher than the planned SCL by an error, but this is not a problem because the battery is being charged. In (6), power generation occurs in the short route section Y-X when the SOC diagram is recalculated.
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.When redrawing the SOC diagram, it is desirable to keep the frequency of power generation as low as possible. This is due, among other things, to increased losses due to the start-up load at the beginning of power generation; insufficient exhaust emission reduction immediately after power generation starts due to the time required for the emission control system to reach normal operation; and, from a mechanical perspective, the mechanical stress caused by the repeated switching on and off of power generation increases the probability of failure.
(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.(7) shows a method for reducing the SOC deviation at the destination of (5) and a method for eliminating the short power generation distance of (6), wherein it is detected that the deviation of (5) or (6) occurs during the power generation of B-C during the last EV travel of C-D, therefore the EV distance C'-D is set with C' as the new power generation termination position.
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.Since a ΔSOC deviation from the A0-B0 line is detected after driving to A1, D0-C1-B1-A1 is obtained by reversing the SOC diagram. Since a similar ΔSOC deviation is also detected after driving to A2, the SOC diagram is redrawn as D0-C2-B2-A2. Similar corrections are also made subsequently, with D0-C6-B6-A6 providing the closest approximation to SCL.
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.The position of the energy generation start point associated with these SOC diagram redraws shifts toward the target location with each correction. The position of the energy generation start point in the SOC diagram before the trip is b0, after the first correction it is b1, after the second correction it is b2, and finally shifts to the energy generation start point b6.
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.The predicted energy generation termination position during EV travel until A6 shifts from c0 to c6 toward the target location, while the energy generation duration gradually decreases. This is because the energy consumption during the actual trip is better than the set energy consumption.
Die Beziehung zwischen Cn und CFn+1 und CHn+1 ist wie folgt.
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
Die korrigierte SOC-Ortskurve ist also B'-B'' unter Anwendung von CFn+1 und B'-B''' unter Anwendung von CHn+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 CHn+1 die Anzahl der Neuerstellungen von SOC möglichst gering ist.The corrected SOC locus is therefore B'-B'' using C F n+1 and B'-B''' using C H n+1. The next SOC regeneration point is CC' or DD', where ΔSOC is obtained, where CC' before DD' occurs. This is consistent with the objective that when applying C H n+1, the number of rebuilds of SOC is as small as possible.
(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 CFn+1 die Stelle der Neuerstellung später als bei DD' unter Anwendung von CHn+1, weshalb die Anzahl der Wiedergaben geringer ist.(2) shows the case where the driving state changes at B. It is a SOC diagram (B'-E') recreated, for example, for the case where there is a steep gradient starting at B and energy consumption has deteriorated. In this case, the recreate point for CC' using CF n+1 is later than for DD' using C H n+1, which is why the number of recreated points is lower.
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 CFn+1 und CHn+1 und Cn ist wie folgt.
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<CHn+1<CFn+1.Since ΔSOC assumes a negative value here, the actual energy consumption Cn' is lower than the assumed energy consumption Cn. Based on the above equations, the relationship between the respective energy consumption values is Cn<C H n+1<C F n+1.
Die korrigierte SOC-Ortskurve ist also B'-B'' unter Anwendung von CFn+1 und B'-B''' unter Anwendung von CHn+1, wobei CC' vor DD' liegt. Dies bewirkt eine Übereinstimmung mit der Aufgabe, dass bei Anwendung von CHn+1 die Anzahl der Neuerstellungen von SOC möglichst gering ist.The corrected SOC locus is therefore B'-B'' using CF n+1 and B'-B''' using CH n+1, where CC' is before DD'. This is consistent with the objective of minimizing the number of SOC recalculations when using CH n+1.
(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 CFn+1 die Stelle der Neuerstellung später als bei DD' unter Anwendung von CHn+1 liegt, weshalb die Anzahl der Wiedergaben verringert ist.(4) shows the case where the driving state changes at B. It is a SOC diagram (B'-E') recreated, for example, for the case where there is a steep downhill gradient from B and energy consumption has improved. In this case, it can be seen that for CC', using C F n+1, the recreate point is later than for DD' using C H n+1, which is why the number of recreates is reduced.
Folglich kommt es, wie in
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.This control method for planned energy generation and energy storage makes it possible to adjust energy consumption based on the route conditions (uphill, downhill, highway, traffic jam, changes in cargo load weight, etc.) in advance or because the information is continuously updated. For example, if an improvement in energy consumption is expected due to unloading of loaded cargo at a work site during the journey, this can be accommodated by automatically adjusting the energy consumption to reflect this weight difference. If auxiliary equipment such as an air conditioner or the like is used during the journey, the energy consumption can be adjusted to reflect the amount of energy used in this case.
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.
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.For the B_SOCn at the destination, the energy consumption C_SOCn and energy generation quantity G_SOCn in the route section Cn are taken into account relative to B_SOCn-1 at the entry to the immediately preceding route section Cn-1. Since in this example, the route section Cn is an EV travel section, G_SOCn is naturally 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.Thus, by reverse dragging from the destination to the origin, an SOC diagram is created. When the diagram reaches SCH of C during EV driving, the state switches to energy generation driving (C-B) at the entry or exit of the section (n-m) where this position falls. When SCL is reached at B, the state switches to EV driving (B-A) at the entry or exit of the section (n-1) where B falls. However, if the SOC value must necessarily be within the range from SCL to SCH, the state switches for the section (n-m) at C and the section (n-1) at B at the entry. In this way, the state can be switched within the range between SCL and SCH.
Wie nun in
(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.(2) shows the former method and indicates whether the inverted B-A line is shifted downwards to B'-A' or upwards to B''-A'', where the shift width is determined by the section P. For downward shifts, the cut is made at α and for upward shifts, at 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. In (3) the case is shown that an EV trip is initially performed at E-F and when SCL is reached, the line F-H is switched to the line of travel with energy generation, whereby the inverted B-A line is shifted upwards or downwards. To switch from the EV trip line (E-F) to the energy generation line, the switch occurs from the exit F' of the track section Q, which contains the point F at which SCL is reached. At the exit of the track section P, which contains the point where the energy generation line (F'-H) and the inverted EV line intersect, the inverted line, since the intersection occurs at α, becomes B'-A' by shifting downwards, while for the upward shift the intersection occurs at β and the inverted line becomes B''-A''.
Die horizontale Achse ist die Entfernung in
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.Up to this point, we have discussed a PRE electric vehicle with an on-board generator, but the technology for planned energy generation and energy storage is also applicable to a so-called electric vehicle that runs on only a battery. Many vehicles are equipped with a navigation system, and by setting the destination, the driver of an electric vehicle can obtain various useful information, such as locations on the route to the destination where a charging station is installed, which are displayed on a display, and the like. However, the map information of most navigation systems only provides the longitude and latitude position information, and does not provide altitude information. Even if altitude is provided, in a tunnel, this may be the elevation of the tunnel-shaped topography. However, since energy consumption varies greatly depending on inclines, declines, etc., the impact of altitude changes is significant for electric vehicles whose sole power source is the amount of energy stored in the battery. Even if the elevation of the route and the elevation of the terrain are different in a tunnel, the present control technology for planned energy generation and energy storage is also effective for electric vehicles, because the elevation information of the route itself is also used to prepare the route plan (creation of the SOC diagram), which is why the following application is conceivable.
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.Before the journey, the route information up to the destination is used, so that the influence of uphill and downhill gradients on energy consumption on the route is known in advance, which effectively enables a comfortable journey. Specifically, in the case of a long downhill gradient where corresponding regeneration energy is expected, the battery charging can be restricted to or below SCH before the journey, thus saving the amount of energy and shortening the charging time. By monitoring the SOC based on the change in energy consumption depending on the route condition, in the event of a risk of energy shortage, the energy shortage can be prevented by accurately predicting the installation location of the charging station and the time of arrival and recommending charging. By continuously monitoring the SOC during the journey, a charging warning can be set for any point on the route from the current Position, the predicted SOC value is continuously displayed, allowing the driver to understand the vehicle condition more accurately.
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.In the case of a commercial vehicle, if several electric vehicles are charged at a limited number of charging stations for the next day's charging, the charging sequence and the charging amount of each vehicle can be controlled, which can also contribute to improving operational efficiency.
(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.(1) shows that the reverse SOC chart creation process started from the destination SOC of 20%. (2) shows that there is a rest section such as a tunnel or the like along the route, so a power generation section is provided to avoid this section. It can be seen that the creation is performed as a power generation section after this chart reaches SCH (90%). (3) shows that after the chart is reversely drawn to the starting point, the SOC chart is redrawn from SCH (90%). (4) is a view at the end of the SOC chart creation process, where changes in the vehicle's energy consumption due to topographical changes have been reflected, and the SOC chart changes instead of being a straight line.
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.Up to this point, the method discussed is that the route to the destination is known in advance, and the SOC map is created by calculating the energy consumption required to travel from the starting point to the destination. Then, the actual SOC value is continuously monitored during the trip. When the deviation from the SOC value established before the trip reaches or exceeds a set value, the trip to the destination is made with the SOC map regenerated. Therefore, if a route detour occurs during the trip, such as a steep incline, it may be necessary to take measures such as slowing down to recharge the battery or stopping and recharging. However, by taking the following measure, traveling without energy shortage is possible.
Zunächst wird angeführt, welche Situationen vorliegen können, wenn es unterwegs während der Fahrt zu einer Routenveränderung kommt,
- 1. Auf der Umleitungsfahrtroute liegt eine Steigung vor und während der Steigung steigt der SOC an, wenn mit dem Generator Energie eingespeichert wird.
- 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. Auf der Umleitungsfahrtroute liegt eine Ruhestreckenabschnitt vor und der SOC erreicht vor dem Durchfahren des Ruhestreckenabschnitts seinen unteren Grenzwert.
- 4. Auf der Umleitungsfahrtroute liegt ein langes Gefälle vor, und da Regenerationsenergie gespeichert wird, erreicht der SOC-Wert am Hang die obere Grenze.
- 1. The detour route includes an uphill section and during the uphill section the SOC increases as energy is stored by the generator.
- 2. There is an uphill gradient on the detour route and the SOC decreases even though the generator stores energy during the uphill gradient, so that the gradient peak is not reached despite driving.
- 3. There is a rest section on the diversion route and the SOC reaches its lower limit before passing through the rest section.
- 4. There is a long downhill slope on the detour route, and because regeneration energy is stored, the SOC value reaches the upper limit on the slope.
Bezüglich dieser Situationen sind die folgenden Maßnahmen denkbar.
- 1. Es ist keine Maßnahme erforderlich.
- 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. Die Fahrt erfolgt, indem die in der Batterie gespeicherte Energiemenge vor dem Ruhestreckenabschnitt der untere Grenzwert (SCL) zum Durchfahren des Ruhestreckenabschnitts ist.
- 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.
- 1. No action is required.
- 2. The amount of energy stored in the battery before the slope is the lower limit (SCL), which is equal to the amount of energy required for the slope less the amount of energy that can be stored by energy generation.
- 3. The journey is carried out in such a way that the amount of energy stored in the battery before the rest section is the lower limit value (SCL) for passing through the rest section.
- 4. The amount of energy stored in the battery before the slope has as its upper limit (SCH) the value of the maximum value of the SOC less the amount of regeneration energy that can be obtained on the slope.
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.A concrete example is discussed in 2. For example, driving is performed by calculating the difference Δh between the highest elevation and the current position elevation for all secondary roads with possible detours, including the planned route for the next 20 km. If the amount of energy converted from the potential energy (m g Δh) of the elevation difference Δh is ΔSOC, and the current storage amount is set as the SOC value, SOC+ΔSOC is always controlled during driving, so that even if an unexpected detour occurs, no problems occur during driving. After passing the secondary road with the highest elevation, driving continues, again identifying the elevation of the next secondary road with the highest elevation and performing the same process. In this way, the elevation of the entire driving route, including secondary roads, can be considered over a longer distance, even if, for example, no SOC diagram is generated at the starting point. Furthermore, this measure is not only limited to trucks that frequently follow a fixed route, but also applies to other vehicles (e.g. cars) that frequently change their route.
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 %.For example, if the journey is on the Tomei Expressway between Odawara and Numazu, but the Tomei Expressway is closed due to an unexpected accident, and the journey must therefore be made via Hakone on National Route 1, the approximately 800 m high slope of Mount Hakone must be negotiated. When an 8-ton truck travels 800 m, the amount of energy required to travel 800 m corresponds to the ΔSOC. With a battery capacity of 40 kWh, 17.6 kWh corresponds to 44% of the total SOC. If SCL is set to 20%, the journey is made while maintaining a residual battery charge of 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.Additionally, if the distance traveled in a day is approximately 100 km, ΔSOC can be calculated by extracting the highest elevation from the elevations of all secondary roads, using elevation data from all possible routes and secondary roads. In this case, too, pre-trip SOC mapping is not required.
Gewerbliche AnwendungCommercial application
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.The planned power generation and energy storage control technique of the present invention relates to a method for driving a PRE electric vehicle that runs by charging a battery with a motor generator and driving the motor with this stored energy, and estimates the amount of power generation required on the road during travel before travel and enables efficient driving by making correction to this amount of power generation during travel. Therefore, it is a technique that can achieve a vehicle using a smaller battery and motor than the prior art. For this reason, since the utilization efficiency of the power generation engine can be increased without reducing the number of seats or the load capacity of a commercial vehicle, it is a technique that can reduce fuel consumption and concomitantly curb CO2 emissions.
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.Another application of this technology is its role as a mobile energy storage device in disaster situations. In the event of a sudden natural or man-made disaster, the power supply facilities may be affected by the disaster, disrupting the power supply in the disaster area. In such cases, a mobile power supply vehicle must rush to the scene, which can be impractical, including time-consuming. Commercial vehicles using this technology are typically used for delivery, but when a disaster occurs nearby, they can rush to the scene immediately and act as a power supply vehicle. In such cases, the vehicle runs under forced power generation and is fully charged at the scene.
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