Search International and National Patent Collections
Some content of this application is unavailable at the moment.
If this situation persists, please contact us atFeedback&Contact
1. (WO2010078974) METHOD FOR CONTROLLING AN ELECTRIC VEHICLE HAVING AN AUXILIARY DRIVE
Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

Beschreibung

Titel

Verfahren für die Steuerung eines Elektrofahrzeugs mit Hilfsantrieb

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Steuerung eines Elektrofahrzeugs mit Hilfsantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Elektrofahrzeuge wurden bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts in Serie produziert. Diese Entwicklungsrichtung wurde dann jedoch in den folgenden Jahrzehnten, mit Ausnahme von Son-derfahrzeugen, zugunsten von mit Diesel- und Ottomotoren angetriebenen Fahrzeugen, vernachlässigt. Unter einem Elektrofahrzeug im Sinne der vorliegenden Erfindung soll ein Fahrzeug verstanden werden, das von mindestens einem Elektromotor angetrieben wird, der seine Energie aus einer Fahrzeugbatterie bezieht. Unter einem Hilfsantrieb im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Stromgenerator zu verstehen, der im Bedarfsfall Strom erzeugt, der in das Bordnetz eingespeist werden kann. Nach dem aktuellen Stand der Entwicklung ist die Batterie ein schwaches Glied in dem gesamten Antriebsstrang, da ihre Speicherkapazität für e-lektrische Energie beschränkt ist und Elektrofahrzeuge daher nur eine vergleichsweise geringe Reichweite aufweisen. In jüngster Zeit wurden Prototypen eines Elektrofahrzeugs mit gesteigerter Reichweite vorgestellt (North American International Auto Show 2007). Die gesteigerte Reichweite wird durch einen so genannten „Range-Extender" ermöglicht. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen mit konventionellem Flüssigkraftstoff betriebenen Motorgenerator, der bei Bedarf zusätzlich elektrische Energie in das Bordnetz einspeist. Mit dieser zusätzli-chen Energie kann insbesondere der aktuelle Ladezustand der Batterie weitgehend aufrechterhalten werden, bis eine erneute Ladung der Batterie möglich ist.

Aus DE 10 2008 006 705.9 ist eine Energieversorgungseinrichtung als Zusatzaggregat für ein Elektrofahrzeug bekannt, die eine Brennkammer für die Verbrennung eines fluiden Kraftstoffs und einen mit der Brennkammer thermisch gekoppelten Thermogenerator für die Umwandlung von thermischer Energie in e-lektrische Energie umfasst. Die von dieser Energieversorgungseinrichtung erzeugte elektrische Energie wird in das Bordnetz eingespeist und kann so zu einer Reichweitensteigerung eines Elektrofahrzeugs beitragen.

Üblicherweise hat ein Range-Extender eine geringere Leistung als der als Hauptantrieb des Elektrofahrzeugs vorgesehene Motor. Das hat zur Folge, dass bei einer Speisung des Motors ausschließlich mit dem Range-Extender die Fahrleistung geringer ist als bei einer Versorgung des Motors durch die Batterie. Wei-terhin wird der Range-Extender üblicherweise in Betrieb gesetzt, wenn ein vorgebbarer Ladezustand der Batterie unterschritten ist. Nach Erreichen eines gewünschten Ladezustands wird der Range-Extender wieder abgeschaltet.

Offenbarung der Erfindung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optimiertes Verfahren für die Steuerung eines Elektrofahrzeugs mit Hilfsantrieb zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 genannte Verfahren gelöst. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch einen Vergleich der sich aus dem Ladezustand der Batterie abgeleiteten möglichen Reichweite mit der verbleibenden Fahrstrecke bis zu dem geplanten Ziel und einer von dem Vergleich abhängigen Steuerung des Hilfsantriebs (Range-Extender) eine Optimierung des Fahrbetriebs erreichen lässt. Insbesondere kann eine Aktivierung des Hilfsantriebs vermieden werden, wenn die in der Batterie gespeicherte Energie für das Erreichen des Ziels ausreicht. Dadurch kann Kraftstoff für den Hilfsantrieb eingespart werden. Sollte dagegen die in der Batterie gespeicherte Energie nicht ausreichen, kann der Hilfsantrieb aktiviert werden, um dem Bordnetz zusätzliche Energie zuzuführen. Besonders vorteilhaft werden neben der Entfernung bis zum Ziel auch die topografischen Eigenschaften der vor dem Fahrzeug liegenden Fahrstecke berücksichtigt. Dadurch kann der erforderliche Energiebedarf noch genauer erfasst werden. Weiterhin kann vorteilhaft zusätzlich die aktuelle Verkehrssituation auf der vor dem Fahrzeug liegenden Fahrstrecke berücksichtigt werden, da diese Auswirkungen auf den Energiebedarf des Elektrofahrzeugs haben kann. Eine Vereinfachung der Prüfung kann vorteilhaft dadurch erreicht wer-den, dass Informationen über zurückgelegte Fahrstrecken gespeichert werden.

Bei wiederholtem Befahren der gleichen Fahrstrecke kann die gespeicherte Information über diese Strecke abgerufen und bei der Prüfung des Energiebedarfs berücksichtigt werden.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt

Figur 1 ein erstes Ablaufdiagramm;

Figur 2 ein zweites Ablaufdiagramm;

Figur 3 ein drittes Ablaufdiagramm;

Figur 4 ein viertes Ablaufdiagramm;

Figur 5 ein Elektrofahrzeug in schematischer Darstellung;

Figur 6 in einem Diagramm den Ladezustand der Batterie als Funktion der Fahrstrecke.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden beispielhaft un-ter Bezug auf Figur 1 erläutert, die ein vereinfachtes erstes Ablaufdiagramm darstellt. Mit dem Schritt 10 wird eine Prüfroutine gestartet, mit der festgestellt werden soll, ob die in der Batterie des Elektrofahrzeugs gespeicherte elektrische Ladung ausreichend groß ist, damit das Elektrofahrzeug mit dieser Ladung ein geplantes Ziel erreichen kann. Dazu wird zunächst, in dem Schritt 1 1 , der aktuelle Ladungszustand der Batterie 1 1.1 erfasst. In dem nächsten Schritt 12 wird die

Entfernung zu dem Ziel erfasst. Dies erfolgt zweckmäßig mittels eines bordeigenen, sattel itengestützten Navigationssystems 12.1 , das aus der aktuellen Fahrzeugposition und den Zielkoordinaten die verbleibende Entfernung berechnet. In dem Schritt 13 wird geprüft, ob die in der Batterie 1 1.1 gespeicherte Ladung für das Erreichen des Ziels ausreicht. Hierbei wird selbstverständlich auch die jewei- lige Fahrweise des Fahrzeugs berücksichtigt, die von entsprechenden, nicht im Einzelnen dargestellten Sensoren erfasst wird. Verläuft die Prüfroutine positiv, also mit der Feststellung, dass die vorhandene Restladung der Batterie 1 1.1 für das Erreichen des Ziels ausreicht, dann wird in dem Schritt 13.1 zu dem Schritt 1 1 zurückgekehrt, um die Prüfroutine zu wiederholen. Die Prüfung kann taktweise, mit fest vorgebbaren Zeitintervallen, erfolgen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante können die Zeitintervalle jedoch auch variabel ausgestaltet sein und beispielsweise in Abhängigkeit von der Belastung des Motors variiert werden. Beispielsweise derart, dass die Prüfintervalle mit steigender Stromstärke abnehmen. Hierbei kann eine funktionale Abhängigkeit derart vorgesehen sein, dass die Dauer der Zeitintervalle linear von dem Strom abhängig ist und beispielsweise umgekehrt proportional zu der gemessenen Stromstärke ist. Als weitere Ausführungsvarianten können andere funktionale Abhängigkeiten, insbesondere auch Schwellwerte der Stromstärke vorgesehen werden, bei deren Ü-berschreiten ein anderes Zeitintervall gewählt wird. Auf die vorbeschriebene

Weise kann vorteilhaft erreicht werden, dass die aus Erfassung der Restladung prognostizierte Reichweite des Fahrzeugs zuverlässig und zeitnah erfasst wird. Ergibt die Prüfung in Schritt 13, dass die erfasste Restladung der Batterie 11.1 bei der aktuellen Betriebsweise des Fahrzeugs für das Erreichen des Ziels nicht ausreicht, wird zu dem Schritt 13.2 verzweigt. Dieser führt zu dem Schritt 14, in dem ein bordeigener Zusatzantrieb, insbesondere in Gestalt eines so genannten Range-Extenders, aktiviert wird. Dieser Range-Extender erzeugt, vorzugsweise durch Verbrennung eines fluiden Kraftstoffs, wie Benzin, Diesel, Wasserstoff o-der dergleichen, mittels eines Motorgenerators oder einer Brennstoffzelle, zu-sätzliche elektrische Energie, die in das Bordnetz des Fahrzeugs eingespeist wird. Diese zusätzliche elektrische Energie, kann, in Abhängigkeit von der Betriebsstrategie des Fahrzeugs, für die Ladung der Batterie 11.1 verwendet oder auch direkt in den Motorkreislauf des Fahrzeugs eingespeist werden. Der Range-Extender wird wieder deaktiviert, wenn die regelmäßig vorgenommene Prüfung des Ladezustands der Batterie ergibt, dass die vorhandene Restladung für die

Erreichung des Fahrtziels ausreicht.

Zuvor wurde ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, das in vielen praktisch vorkommenden Fahrsituationen einen betriebssicheren Einsatz des Fahrzeugs ermöglicht. Bei besonders schwierigen topografischen Verhältnissen, insbesondere bei Fahrstrecken in gebirgigem Gelände, kann es allerdings nicht ausreichend sein, bei der beschriebenen Prüfung nur die Entfernung bis zum geplanten Ziel zu berücksichtigen. Zwar wird durch die oben schon beschriebene belastungsabhängige Prüfung der Zielerreichungswahrscheinlichkeit schon ein gewisser Sicherheitsfaktor berücksichtigt. Eine noch genauere Prognose ist jedoch durch eine genauere Berücksichtigung der topografischen Verhältnisse der vor dem Fahrzeug liegenden Fahrstrecke möglich. Dies wird im Folgenden unter Bezug auf das in Figur 2 dargestellte Ablaufdiagramm erläutert. In Schritt 20 wird die oben schon erwähnte Prüfroutine gestartet. In Schritt 21 wird der Ladezu-stand der Batterie 11.1 des Fahrzeugs erfasst. In Schritt 22 wird, vorteilhaft mit

Hilfe eines bordeigenen Navigationssystems 12.1 , die Entfernung zwischen der aktuellen Position des Fahrzeugs und dem angesteuerten Ziel erfasst. Zusätzlich werden jetzt in dem Schritt 23 topografische Eigenschaften der vor dem Fahrzeug liegenden Fahrstrecke erfasst. Auch dies kann vorteilhaft mit Unterstützung des Navigationssystems 12.1 erfolgen. Beispielsweise kann festgestellt werden, ob die Fahrstrecke im Wesentlichen in einer Ebene verläuft oder ob mit Steigungen oder Gefällstrecken zu rechnen ist. Aus diesen Daten kann beispielsweise ein durchschnittlicher Energiebedarf ermittelt werden, der mit der vorhandenen Restladung der Batterie 1 1.1 korreliert wird (Schritt 24). In Abhängigkeit von dem Ergebnis der Prüfung, kann, wie oben bei Figur 1 schon beschrieben wurde, in

Schritt 25 der vorhandene Zusatzantrieb aktiviert werden, um ausreichend Energie für den Fahrbetrieb des Fahrzeugs bereitzustellen.

Eine noch genauere Planung des Fahrgeschehens wird mit einer Ausführungsva-riante der Erfindung ermöglicht, die im Folgenden unter Bezug auf das in Figur 3 dargestellte Ablaufdiagramm erläutert wird. Bei dieser Ausführungsvariante wird eine weitere Optimierung durch Berücksichtigung der aktuellen Verkehrssituation auf der noch zurückzulegenden Fahrstrecke bis zum Ziel erreicht. Die Prüfroutine wird mit dem Schritt 30 gestartet. In dem folgenden Schritt 31 wird der Ladezu-stand der Batterie 11.1 erfasst. Wie bei den zuvor schon beschriebenen Ausführungsvarianten erläutert, werden in den Schritten 32 und 33 die verbleibende Fahrstrecke bis zum Ziel (Schritt 32) und deren topografische Eigenschaften (Schritt 33) erfasst. In einem zusätzlichen Schritt 34 wird jetzt das aktuelle Verkehrsgeschehen auf der vor dem Fahrzeug liegenden Fahrstrecke erfasst, da dieses Auswirkungen auf den Energiebedarf des Fahrzeugs haben kann. Das Verkehrsgeschehen kann vorteilhaft beispielsweise mit der TMC - Funktion (TMC = Traffic Message Channel) des Navigationssystems 12.1 erfasst werden. Bei zukünftig geplanten Systemen für die Verkehrssteuerung kann die Verkehrssituation auch durch Kommunikation zwischen den Verkehrsteilnehmern übertra-gen werden. In dem Schritt 35 wird wiederum geprüft, ob die in der Batterie 11.1 gespeicherte Energie für das Erreichen des Fahrtziels ausreichend ist. Ist dies der Fall, wird über den Schritt 35.1 erneut zu dem Schritt 31 gesteuert, von dem ausgehend wieder ein Prüfvorgang durchgeführt wird. Ist der Ladezustand der Batterie 1 1.1 dagegen nicht ausreichend, wird über den Schritt 35.2 zu dem Schritt 36 übergeleitet, in dem der Range-Extender aktiviert wird.

Im Folgenden wird, unter Bezug auf Figur 4, eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung beschrieben, die eine weiter vereinfachte Prüfroutine umfasst. Diese Ausführungsvariante eignet sich insbesondere für solche Fälle, bei denen häufig gleiche Fahrstrecken zurückgelegt werden. Diese Situation tritt beispielsweise häufig bei Berufspendlern auf, die den Weg zwischen Wohnung und Arbeitsstätte regelmäßig mit dem Fahrzeug zurücklegen. Mit dem Schritt 40 wird die Prüfroutine gestartet. In dem Schritt 41 wird der Ladezustand der Batterie 1 1.1 erfasst. In dem Schritt 42 wird, ggf. mit Hilfe des Navigationssystems 12.1 , die Fahrstecke bis zu dem Ziel erfasst. In Schritt 43 wird geprüft, ob das Fahrzeug diese Fahrstrecke schon einmal zurückgelegt hat. Ist das nicht der Fall , erfolgt in der schon wiederholt beschriebenen Weise, in dem Schritt 45 eine Korrelation zwischen dem Ladezustand der Batterie 1 1.1 und der noch verbleibemden Wegstrecke. Ist dies jedoch der Fall, wird über den Schritt 43.1 zu einem Schritt 44 verzweigt. In diesem Schritt 44 werden Informationen über die bekannte

Fahrstrecke abgerufen, die beispielsweise in einer Speichereinrichtung 44.1 gespeichert sind. Diese Informationen werden über den Schritt 44.2 in die Prüfroutine eingespeist. Diese Information kann beispielsweise als durchschnittlicher Energieverbrauch pro Wegeinheit der Fahrstrecke gespeichert sein. Falls not-wendig, kann über den Schritt 45.2 der Schritt 46 angesteuert werden, in dem der Range-Extender aktiviert wird.

Figur 5 zeigt, in schematischer Darstellung, ein Elektrofahrzeug 50, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommen kann. Von jeder der zwei vorhandenen Achsen des Elektrofahrzeugs 50 ist jeweils nur ein Rad 50.1 , 50.2 dargestellt. Mindestens eine Batterie 11.1 ist für die Speicherung elektrischer Energie vorgesehen, die zur Versorgung des mindestens einen Motors 50.3 für den Antrieb des Elektrofahrzeugs 50 dient. Zwischen die Batterie 1 1.1 und den Motor 50.3 kann vorteilhaft ein Inverter 50.4 geschaltet sein. Für die Steuerung des Bordnetzes und seiner Komponenten kann vorteilhaft ein Steuergerät 50.5 vorgesehen sein. Mit dem Steuergerät 50.5 ist ein Navigationssystem 12.1 verbunden. Mit 50.6 ist ein Hilfsantrieb bezeichnet, der als so genannter Range-Extender wirkt. Der Hilfsantrieb 50.6 wird, im Bedarfsfall, aktiviert und erzeugt dann elektrische Energie, die vorzugsweise über einen weiteren Inverter 50.7 in das Bordnetz des Elektrofahrzeugs 50 eingespeist wird.

Das in Figur 6 dargestellte Diagramm zeigt den Ladezustand LZ der Batterie 1 1.1 als Funktion der Fahrstrecke FS. Die aktuell zurückzulegende Fahrstrecke erstreckt sich zwischen START und ZIEL. Bei START hat die Batterie 1 1.1 den Ladezustand LZ3. Der Mindestladezustand der Batterie 1 1.1 ist mit LZ1 bezeichnet. LZ2 bezeichnet einen vorgegebenen Schwellwert, bei dessen Unterschreiten bei einer herkömmlichen Betriebsweise des Elektrofahrzeugs 50 der Hilfsantrieb 50.6 aktiviert werden würde, um sicherzustellen, dass das ZIEL erreicht wird. In dem in Figur 6 dargestellten Beispielsfall würde der Hilfsantrieb 50.6 bei dem Streckenpunkt S1 aktiviert, da dort der genannte Schwellwert LZ2 erreicht ist. Die Prüfung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zeigt aber nun, dass die in der Batterie gespeicherte Energie ausreicht, um das ZIEL zu erreichen. Bei Erreichen des Streckenpunkts S1 muss daher der Hilfsantrieb 50.6 nicht aktiviert werden. Dadurch kann Kraftstoff gespart werden, der sonst dem Hilfsantrieb 50.6 zugeführt werden müsste.