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WO2009065690A1 - Verfahren zur optimierung der energierückgewinnung bei einem hybridfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur optimierung der energierückgewinnung bei einem hybridfahrzeug Download PDF

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WO2009065690A1
WO2009065690A1 PCT/EP2008/064236 EP2008064236W WO2009065690A1 WO 2009065690 A1 WO2009065690 A1 WO 2009065690A1 EP 2008064236 W EP2008064236 W EP 2008064236W WO 2009065690 A1 WO2009065690 A1 WO 2009065690A1
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energy
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electric machine
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Winfried Fakler
Stefan Wallner
Notker Amann
Christian Mittelberger
Stefan Blattner
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ZF Friedrichshafen AG
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    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a method for optimizing the energy recovery in a hybrid vehicle, in particular in a parallel hybrid vehicle, comprising an internal combustion engine, at least one electric machine and an energy storage connected to the electric machine according to the preamble of patent claim 1.
  • hybrid vehicles comprising a hybrid transmission are known. They comprise, in addition to the internal combustion engine, at least one electric motor or one electrical machine.
  • a generator is driven by the internal combustion engine, with the generator supplying electric power to the electric motor driving the wheels.
  • parallel hybrid vehicles are known in which an addition of the torques of the internal combustion engine and at least one connectable to the internal combustion engine electric machine.
  • the electric machines can be connected to the belt drive or to the crankshaft of the internal combustion engine. The torques generated by the internal combustion engine and / or the at least one electric machine are transmitted to the driven axle via a downstream transmission.
  • a drive train with an electrically adjustable hybrid transmission and an electrohydraulic control system a plurality of electric power units and a plurality of torque-transmitting mechanisms is known.
  • the torque-transmitting mechanisms can be selectively engaged by the electro-hydraulic control system to four forward gears, a neutral state, a low and high speed electrical operation, a to provide electrically variable low and high speed operating modes and a hill hold mode.
  • a hybrid drive for vehicles at least including a main engine, in particular an internal combustion engine, a generator, an electric motor and a, a sun gear, a ring gear, a planet carrier and planetary gears having planetary gear, which includes at least one output shaft. It is provided that for a first driving range of the vehicle for adding the torques, the drive shafts of the main motor and the electric motor are coupled to the sun gear of the planetary gear and for another driving range of one of the two motors for mechanically adding the rotational speeds according to the superposition principle frictionally on the ring gear the planetary gear is coupled.
  • a drive control system for a motor vehicle with a hybrid drive in which a device is provided which provides signals indicating Bethebszurise the vehicle, the internal combustion engine and the electric machine, wherein the control of the hybrid drive a start / Stop function is performed, based on the operating condition of the vehicle, the internal combustion engine is switched off and decoupled from the drive train to be started in a next step in response to signals from the controller of the electric machine.
  • the present invention has for its object to provide a method for optimizing the energy recovery in a hybrid vehicle, comprising an internal combustion engine, at least one electric machine and an energy storage connected to the electric machine, by the implementation of the kinetic energy of the vehicle is taken into account and used optimally.
  • a method for optimizing the energy recovery in a hybrid vehicle, in particular a parallel hybrid vehicle is proposed, in the context of which, during the operation of the vehicle, for the kinetic energy of the vehicle in the vehicle connected to the electric machine of the vehicle energy storage space is kept free, to a recovery to enable the kinetic energy.
  • the charging process of the energy storage device of the vehicle is controlled in such a way that the energy storage device of the vehicle does not reach its upper charging limit at any time during the driving operation; Ideally, the energy storage is fully charged at standstill of the vehicle.
  • the entire kinetic energy of the vehicle can be fed back into the energy store, for example when the vehicle is being decelerated. Due to the concept of the invention, the kinetic energy in the vehicle for the purpose of energy recovery time can be optimally used.
  • the life of the energy storage is increased because the limits for the normal functionality can be made narrower and it becomes less necessary to carry loads in critical areas. Furthermore, the costs for the energy storage are reduced, since this can be advantageously dimensioned smaller by optimizing the energy recovery.
  • the limits for the available charging and discharging energies or the load limits of the energy storage device of the vehicle connected to the electric machine of the vehicle in the energy storage module of the controller are determined and can be changed dynamically, so that during the driving operation of the vehicle a storage space for the vehicle existing kinetic energy can be reserved.
  • Epot m * g * h, where m: mass, g: acceleration of gravity and h: height difference, where the height difference is the height difference to the destination or to a defined point along the distance still to be covered ,

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Abstract

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

Description

Verfahren zur Optimierung der Enerqierückqewinnunq bei einem Hybridfahrzeuq
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Optimierung der Energierückgewinnung bei einem Hybridfahrzeug, insbesondere bei einem parallelen Hybridfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor, zumindest eine Elektromaschine und einen an die Elektromaschine angeschlossenen Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Hybridfahrzeuge umfassend ein Hybridgetriebe bekannt. Sie umfassen zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor zumindest einen Elektromotor bzw. eine elektrische Maschine. Bei seriellen Hybridfahrzeugen wird ein Generator vom Verbrennungsmotor angetrieben, wobei der Generator den die Räder antreibenden Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt. Des weiteren sind parallele Hybridfahrzeuge bekannt, bei denen eine Addition der Drehmomente des Verbrennungsmotors und zumindest einer mit dem Verbrennungsmotor verbindbaren elektrischen Maschine erfolgt. Hierbei sind die elektrischen Maschinen mit dem Riementrieb oder mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindbar. Die vom Verbrennungsmotor und/oder der zumindest einen elektrischen Maschine erzeugten Drehmomente werden über ein nachgeschaltetes Getriebe an die angetriebene Achse übertragen.
Beispielsweise ist im Rahmen der DE102006019679 A1 ein Antriebsstrang mit einem elektrisch verstellbaren Hybridgetriebe und einem elektrohyd- raulischen Steuersystem, mehreren elektrischen Leistungseinheiten und mehreren Drehmomentübertragungsmechanismen bekannt. Hierbei können die Drehmomentübertragungsmechanismen durch das elektrohydraulische Steuersystem selektiv eingerückt werden, um vier Vorwärtsgänge, einen neutralen Zustand, eine elektrische Betriebsart mit niedriger und hoher Drehzahl, eine elektrisch verstellbare Betriebsart mit niedriger und hoher Drehzahl und eine Berghalte-Betriebsart bereitzustellen.
Aus der DE 102005057607 B3 ist ein Hybridantrieb für Fahrzeuge bekannt, zumindest beinhaltend einen Hauptmotor, insbesondere eine Brennkraftmaschine, einen Generator, einen Elektromotor und ein, ein Sonnenrad, ein Hohlrad, einen Planetenträger sowie Planetenräder aufweisendes Planetengetriebe, das mindestens eine Abtriebswelle beinhaltet. Hierbei ist vorgesehen, dass für einen ersten Fahrbereich des Fahrzeuges zur Addition der Drehmomente die Antriebswellen des Hauptmotors und des Elektromotors auf das Sonnenrad des Planetengetriebes gekoppelt sind und für einen weiteren Fahrbereich einer der beiden Motoren zur mechanischen Addition der Drehzahlen entsprechend dem Überlagerungsprinzip kraftschlüssig auf das Hohlrad des Planetengetriebes koppelbar ist.
Aus der US 2005/0221947 A1 ist ein Antriebssteuersystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb bekannt, bei dem eine Einrichtung vorgesehen ist, welche Signale liefert, die Bethebszustände des Fahrzeugs, des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine anzeigen, wobei von der Steuerung des Hybridantriebs eine Start/Stopp Funktion ausgeführt wird, bei der anhand des Betriebszustands des Fahrzeugs der Verbrennungsmotor ausgeschaltet und vom Antriebsstrang abgekoppelt wird um in einem nächsten Schritt in Abhängigkeit von Signalen der Steuerung vom der Elektromaschine gestartet zu werden.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, den an die Elektromaschine angeschlossenen Energiespeicher eines Hybridfahrzeugs durch Nutzung der kinetischen Energie des Fahrzeugs oder der Bremsenergie zu laden. Beispielsweise kann zu diesem Zweck die in der Schubphase des Fahrzeugs zur Verfügung stehende Bremsenergie (Rekuperationsenergie) genutzt werden und in elektrische Energie umgewandelt werden. Hierbei wird nach dem Stand der Technik die Rekuperationsenergie den Energiespeicher solange wie möglich zurückgeführt, ohne die aktuell vorhandene kinetische Energie des Fahrzeugs zu berücksichtigen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Optimierung der Energierückgewinnung bei einem Hybridfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor, zumindest eine Elektromaschine und einen an die Elektromaschine angeschlossenen Energiespeicher anzugeben, durch dessen Durchführung die kinetische Energie des Fahrzeugs berücksichtigt und optimal genutzt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Verfahren zur Optimierung der Energierückgewinnung bei einem Hybridfahrzeug, insbesondere einem parallelen Hybridfahrzeug vorgeschlagen, im Rahmen dessen während des Betriebs des Fahrzeugs, für die kinetische Energie des Fahrzeugs im an die Elektromaschine des Fahrzeugs angeschlossenen Energiespeicher des Fahrzeugs Speicherplatz freigehalten wird, um eine Rückgewinnung der kinetischen Energie zu ermöglichen.
Gemäß der Erfindung wird der Ladevorgang des Energiespeichers des Fahrzeugs derart gesteuert, dass der Energiespeicher des Fahrzeugs zu keiner Zeit während des Fahrbetriebs an seine obere Ladegrenze gelangt; im Idealfall ist der Energiespeicher bei Stillstand des Fahrzeugs voll geladen. Durch das erfindungsgemäße Freihalten von Energiespeicherplatz kann beispielsweise beim Abbremsen des Fahrzeugs die gesamte kinetische Energie des Fahrzeugs in den Energiespeicher zurückgespeist werden. Durch die erfindungsgemäße Konzeption kann die kinetische Energie im Fahrzeug zum Zweck der Energierückgewinnung Zeit optimal genutzt werden. Des weiteren wird die Lebensdauer des Energiespeichers erhöht, da die Grenzen für die normale Funktionalität enger gemacht werden können und es seltener notwendig wird, Belastungen in kritische Bereiche durchzuführen. Ferner werden die Kosten für den Energiespeicher reduziert, da dieser durch die Optimierung der Energierückgewinnung in vorteilhafter Weise kleiner dimensioniert werden kann.
Gemäß der Erfindung werden die Grenzen für die zur Verfügung stehenden Lade- und Entladenergien bzw. die Belastungsgrenzen des an die Elekt- romaschine des Fahrzeugs angeschlossenen Energiespeichers des Fahrzeugs im Energiespeicher-Modul der Steuerung bestimmt und können dynamisch verändert werden, sodass während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs ein Speicherplatz für die Fahrzeug vorhandene kinetische Energie reserviert werden kann.
Beispielsweise können während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs die Grenzen für die zur Verfügung stehenden Lade- und Entladenergien derart verändert werden, dass im Energiespeicher ein Energiespeicherplatz vorhanden ist, welcher der aktuellen kinetischen Energie des Fahrzeugs EKin = Vz * m * v2 entspricht, wobei m die Fahrzeugmasse und v die Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass unter Berücksichtigung von GPS-Daten die potentielle Energie analog zur kinetischen Energie vorausschauend berücksichtigt wird, so dass die Grenzen für die zur Verfügung stehenden Lade- und Entladenergien derart dynamisch verändert werden, dass im Energiespeicher ein Energiespeicherplatz vorhanden ist, welcher der Summe aus der aktuellen kinetischen Energie des Fahrzeugs EKin = Vz * m * v2 und der aktuellen potentiellen Energie des Fahrzeugs entspricht.
Hierbei ist die potentielle Energie des Fahrzeugs durch die Formel Epot = m* g * h gegeben, mit m: Masse, g: Erdbeschleunigung und h: Höhenunterschied, wobei der Höhenunterschied der Höhenunterschied zum Fahrziel oder zu einem definierten Punkt entlang der noch zurückzulegenden Strecke ist.

Claims

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