DE102008040308A1

DE102008040308A1 - Verfahren zum Erfassen des Ladezustands einer Fahrzeugbatterie und elektronische Steuerung

Info

Publication number: DE102008040308A1
Application number: DE102008040308A
Authority: DE
Inventors: Cornelia Beruscha; Herbert Prickarz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2010-01-14
Also published as: WO2010004023A3; WO2010004023A2

Abstract

Verfahren einer elektronischen Steuerung (1) in einem Kraftfahrzeug, insbesondere mit einem Hybridantrieb, mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher (7), der insbesondere einen Hochvoltenergiespeicher und/oder einen Niedervoltenergiespeicher und ein Bordnetzmanagementsystem (9) (BMS) umfasst, mit elektrischen Verbrauchern, die zumindest eine elektrische Maschine als Antriebsmaschine sowie als Generator umfasst, wobei der aktuelle Ladezustand des Energiespeichers (7) laufend abgefragt wird und innerhalb eines minimalen und maximalen Ladezustands eingeordnet wird, wobei die abgefragten Informationen über den Ladezustand an einer Anzeigevorrichtung (12) für den Fahrer ausgegeben werden. Um den Fahrzeugkomfort zu erhöhen und eine Fahrweise mit einem Fahrzeug Kraftstoffressourcen schonender und an den aktuellen Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers (7) anpassbar ist, wird eine benötigte Restenergiemenge bis zum Erreichen mindestens eines zulässigen Soll-Extremwertes vom Ladezustand des Energiespeichers (7) berechnet und als Information mindestens einer Fahrzeugvorrichtung übermittelt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren einer elektronischen Steuerung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere mit einem Hybridantrieb, mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher, der insbesondere einen Hochvoltenergiespeicher und/oder einen Niedervoltenergiespeicher und ein Bordnetzmanagementsystem (BMS) umfasst, mit elektrischen Verbrauchern, die zumindest eine elektrische Maschine als Antriebsmaschine sowie als Generator umfasst, wobei der aktuelle Ladezustand des Energiespeichers laufend abgefragt wird und innerhalb eines minimalen und maximalen Ladezustands eingeordnet wird, wobei die abgefragten Informationen über den Ladezustand in einer Anzeigevorrichtung für den Fahrer ausgegeben werden.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Computerprogrammprodukt, welches in einen Programmspeicher einer Steuerung mit Programmbefehlen ladbar ist.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine elektronische Steuerung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere mit einem Hybridantriebantrieb, mit einem Programmspeicher und einem elektronischen Rechner, der Informationen über den Ladezustand eines Energiespeichers im Kraftfahrzeug abfragt und an mindestens eine Fahrzeugvorrichtung zur Ausgabe oder weiteren Verarbeitung übermittelt.
Es sind Hybridfahrzeuge bekannt, sogenannte Vollhybridfahrzeuge, die zwei verschiedene Antriebsquellen aufweisen, z. B. eine Brennkraftmaschine und eine elektrische Maschine. Solche Hybridfahrzeuge können je nach Fahrerwunschmoment und Betriebsstrategie entweder rein über den Verbrennungsmotor, rein über die elektrische Maschine oder mithilfe einer Kombination von beiden Antriebsquellen bewegt werden.
Weiteres wesentliches Merkmal von Hybridfahrzeugen ist, dass der Energiespeicher während der Fahrt durch Bremsen von einem Generator geladen werden kann. Diese zusätzliche Möglichkeit der Energiegewinnung bei Hybridfahrzeugen besteht neben der Bekannten, dass sowohl im Stand als auch bei der Fahrt der Energiespeicher über den Verbrennungsmotor von einem Generator geladen werden kann.
Die Aufladung des Energiespeichers ist von verschiedenen Regelgrößen abhängig. Beispielsweise ist der aktuelle Ladezustand, in der englischen Fachsprache, State of Charge (SoC) und vom eingehenden Moment am Generator der elektrischen Maschine, das beispielsweise durch eine Bremsung oder durch den Antrieb der Brennkraftmaschine erzeugt wird, abhängig.
Beispielsweise ist in der DE 600 24 924 T2 eine Anzeige in einem Fahrzeug mit Hybridantrieb beschrieben, die sowohl den Ladezustand der Batterie als auch den Befüllungszustand eines Tanks anzeigt.
Grundsätzlich hat ein Fahrzeug eine Tankanzeige für den Tankbefüllungszustand, der für einen Betrieb des Verbrennungsmotors wichtig ist, um abzuschätzen, wie weit bzw. wie lange noch das Fahrzeug ohne neue Tankfüllung gefahren werden kann. Anhand der Tankanzeige kann der Fahrer entscheiden, wann der Tank wieder gefüllt werden muß. Außerdem kann der Fahrer durch die Tankanzeige eine Fahrstrategie entwickeln, um verbrauchs-optimiert das Fahrzeug zu fahren. Ein solches Fahrverhalten, kann zudem von einer elektronischen Restkilometeranzeige, wie sie in manchen modernden Fahrzeugen zum Teil eingebaut ist, unterstützt werden.
Die DE 100 29 886 C1 beschreibt ein Energiemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug bezüglich elektrischer Verbraucher und zumindest einer elektrischen Energiequelle in Form eines Brennstoffzellensystems, um einen gewünschten Zielort zu erreichen.
Die DE 43 39 568 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung des Ladezustands einer Fahrzeug-Starterbatterie, gemäß dem eine Ladebilanz durch Auswertung des Lade- und Entladestroms durchgeführt wird. Überprüft und korrigiert wird die Ladebilanz mit Hilfe der gemessenen Batterieruhespannung. In Abhängigkeit der Temperatur wird ein Zeitintervall ermittelt, wie lange die Batterie unter den angegebenen Bedingungen einen akzeptablen Entladestrom liefern kann. Das Zeitintervall dient als Maß für den vorliegenden Ladezustand der Batterie.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und eine Steuerung der eingangs genannten Art weiterzubilden, damit eine Fahrweise mit einem Fahrzeug Kraftstoffressourcen schonender und an den aktuellen Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers anpassbar ist und um den Fahrzeugkomfort zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1, 9 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein Erfindungsgedanke ist, eine benötigte Restenergiemenge und die dazu entsprechende Dauer bis zu einem zulässigen Ladezustand eines Soll-Extremwerts der Batterie in Abhängigkeit von Regelgrößen, wie beispielsweise dem aktuellen Ladezustand der Batterie, den Entladestrom von Verbrauchern sowie dem eingehenden Moment vom Generator zu berechnen. Diese Informationen werden für eine adaptive Fahrstrategie entweder einer übergeordneten Hybridsteuerung oder zur adaptiven Fahrweise dem Fahrer bereitgestellt.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine benötigte Restenergiemenge bis zum Erreichen von mindestens einem zulässigen Soll-Extremwert vom Ladezustand des Energiespeichers berechnet wird und als Information von mindestens einer Anzeigevorrichtung ermittelt wird. Ein Energiespeicher hat gewöhnlich zwei Soll-Extremwerte. Einen maximalen Ladezustand der bei einer Batterie beispielsweise ungefähr 70% der maximal Energie beträgt und einen minimal zulässigen Ladezustand, der beispielsweise ungefähr 30% beträgt, wobei dieser minimale Ladezustand einen Sicherheitspuffer aufweist, in dem das Fahrzeug noch sicher betrieben werden kann, indem beispielsweise die Brennkraftmaschine von einem Starter, mit ausreichend Strom versorgt, gestartet werden kann. Der Starter kann je nach Topologie der Hybridstruktur eine elektrische Maschine sein, die gleichzeitig die Funktion des Generators übernimmt oder aber für jede Funktion separate elektrische Maschinen aufweisen.
Durch die Information der benötigten Restenergiemenge kann die Betriebsstrategie des Hybridfahrzeugs beeinflusst werden und die Fahrweise vom Fahrer direkt angepasst werden. Bei einem Hybridfahrzeug, das beispielsweise mit elektrischen Maschinen als elektromotorische Antriebe (Elektromotor) zur Unterstützung der Brennkraftmaschinen ausgebildet ist, können die Elektromotoren eine Beschleunigung verbessern, so dass beispielsweise Überholvorgänge schneller ausführbar sind. Aufgrund der Informationen über die Restenergiemenge, kann ein Fahrer abschätzen, ob ein Überholvorgang mit Unterstützung der elektrischen Maschinen als Antrieb möglich ist oder beispielsweise während des Überholvorgangs eventuell plötzlich ausfällt, weil die Restenergie des Energiespeichers nicht ausreicht. Als Energiespeicher wird eine Batterie aber auch jeder andere bekannte elektrische Energiespeicher beispielsweise Hochleistungskondensatoren usw. verstanden.
Um die benötigte Restenergie mit einer hohen Qualität zu berechnen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, die Restenergiemenge als exponentielle An näherung in Abhängigkeit von Regelgrößen, insbesondere dem aktuellen Ladezustand des Energiespeichers und einem eingehenden Moment am Generator bzw. einem Ladestrom eines Generators sowie an einem Niedervoltbordnetz hängenden Verbrauchern, die über einen DC/DC-Wandler aus einem Hochvoltbordnetz vom Hochvoltenergiespeicher mit Energie versorgt werden, zu berechnen. Die Menge des eingehenden Stroms wird pro Zeiteinheit gemessen und in Abhängigkeit der anliegenden Spannung berechnet. Die Größen des aktuellen Ladezustands des Energiespeichers, der eine Batterie ist, sind in einem herkömmlich vorgesehenen Bordnetzmanagementsystem (BMS) vorhanden, die Größen können somit abgefragt werden und zur weiteren Berechnung verarbeitet werden. Die Restenergiemenge verändert sich deshalb, da der Sollladezustand abhängig vom aktuellen Ladezustand mehr oder weniger Energie pro Zeiteinheit benötigt, um den Ladezustand zu ändern.
Zudem liegt im Hybridfahrzeug eine Besonderheit vor, dass beispielsweise trotz konstanter Fahrweise und konstanten Straßenbedingungen zum Beispiel gleicher Gang, gleiche Gaspedalstellung und gerade, horizontale Straße, die Betriebsstrategie sich je nach internen Regelgrößen verändern kann, so dass sich auch die Energieeingangsmenge ändert. Eine Betriebsstrategie, die vom Fahrzeughersteller beispielsweise in einer übergeordneten Hybridsteuerung festgelegt und niedergelegt ist, reguliert die Verteilung des Fahrerwunschmoments auf die unterschiedlichen Antriebskomponenten, Brennkraftmaschine und mindestens eine elektrische Maschine.
Bei einem Beschleunigungswunsch in der Ebene erfolgt dies durch die Aufteilung auf die elektrische Maschine und den Verbrennungsmotor, wobei entweder nur die elektrische Maschine, der Verbrennungsmotor oder beide Antriebskomponenten eingesetzt werden können. Bei einem Verzögerungswunsch des Fahrers wird das Moment auf das Bremssystem und die elektrische Maschine, die als Generator arbeitet, verteilt.
Um starke Schwankungen bei der Berechnung zu vermeiden, wird die Restenergiemenge bevorzugt aus „gleitenden Mittelwerten” berechnet. Die „gleitenden Mittelwerte” sind Parameter, die aus einer Zeitreihe gemittelt sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Restenergiemenge bis zum Erreichen eines maximalen Ladezustandes Energiespeichers berechnet. Ein Vorteil dieser Information ist die für den Fahrer mögliche Adaption seines Fahrverhaltens. Weiß der Fahrer beispielsweise, dass er auf einer bestimmten Strecke nur an einer bestimmten Stelle überholen kann, so kann er abschätzen, ob sein Energiespeicher bis zu dieser Stelle den Maximalladezustand erreicht haben wird.
Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform wird die Restenergiemenge bis zum Erreichen eines minimalen Ladezustands des Energiespeichers berechnet. Dieser minimale Ladezustand ist ein Zustand, bei dem ein Betrieb des Fahrzeugs mit den elektrischen Komponenten immer noch möglich ist, so dass eine Brennkraftmaschine beispielsweise immer noch ausreichend gestartet werden kann.
Vorteilhafterweise wird die benötigte Restenergie bis zum Erreichen mindestens eines Extremwerts, des Ladezustands des Energiespeichers als Restzeit und/oder Restkilometer berechnet und insbesondere dem Fahrer an der Anzeigevorrichtung angezeigt und besonders bevorzugt an eine Hybridsteuerung als Fahrzeugvorrichtung in Form von Informationen übermittelt.
Die benötigte Restzeit bis zum Erreichen eines definierten Maximums der Energieladung im Energiespeicher wird nicht „linear” errechnet. Dies beruht auf der Tatsache, dass sich die abfallende Spannung über die zunehmende Ladung verändert. Deshalb muss die Restzeit auf einer Prognose von betriebsstrategischen Parametern in den nächsten Sekunden errechnet werden. Es ergibt sich somit eine exponentielle Annäherung. Die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnenen Parameter von Restzeit und entsprechend abgeleiteten Restkilometer können die Betriebsstrategie eines Hybridfahrzeugs zur Emissionsreduzierung aufgrund von Kraftstoffeinsparungen verbessern. Außerdem kann ein Fahrer seine Fahrweise anpassen, wenn er den aktuellen Ladenzustand seines elektrischen Energiespeichers und darüber hinaus die Restkilometer oder Restzeit kennt, um beispielsweise die Batterie auf einen maximal/minimal aufgeladenen Zustand zu bringen oder sie maximal zu entladen.
Die Restenergiemenge wird also bis zum Erreichen mindestens eines Extremwerts des Ladezustands des Energiespeichers einer Antriebssteuerung, insbesondere einer Hybridsteuerung, als Information zur Anpassung an eine Betriebsstrategie übermittelt.
Um die Restzeit bis zu einem minimalen Entladungszustand einer Batterie über längere Zeiträume, d. h. mehrere Tage oder Wochen und Monate zu berechnen, werden vorzugsweise die berechneten Informationen mit Datum und Uhrzeit, definiert gemäß einer Betriebsstrategie des Fahrzeugs, abgespeichert und insbesondere zu einer definierten Zeit gemäß der Betriebsstrategie ausgelesen. Die Informationen über die Restkilometer und die Restzeit bis zu den Extremwerten können aufgrund der zusätzlichen Informationen von Datum und Uhrzeit auch im Fahrzeuginneren an einer Anzeigevorrichtung zur Verfügung gestellt werden.
Die Aufgabe wird auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, das in einem Programmspeicher einer Steuerung mit Programmbefehlen ladbar ist, um alle Schritte eines oben beschriebenen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in einer Steuerung eines Kraftfahrzeugs ausgeführt wird. Ein Computerprogrammprodukt erfordert keine zusätzlichen Bauteile im Fahrzeug, sondern lässt sich als Modul oftmals in bereits vorhandenen Steuerungen im Fahrzeug implementieren, hier beispielsweise in einer Hybridsteuerung oder einem Bordnetzmanagementsystem oder einer anderen Steuerung.
Ein Computerprogrammprodukt hat den weiteren Vorteil, dass es leicht an bestimmte Kundenwünsche beziehungsweise an individuelle Betriebsstrategien anpassbar ist.
Die Aufgabe wird auch durch eine elektronische Steuerung für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb gelöst. Die elektronische Steuerung weist einen Programmspeicher und einen elektronischen Rechner auf, der Informationen über den Ladezustand des Energiespeichers, insbesondere einer Batterie, im Kraftfahrzeug abfragt und an mindestens eine Fahrzeugvorrichtung zur Ausgabe oder Weiterverarbeitung übermittelt, wobei die Steuerung das oben beschriebene Verfahren, insbesondere mittels des oben beschriebenen Computerprogrammprodukts ausführt. Die elektronische Steuerung kann entweder als separate Steuerung im Kraftfahrzeug ausgebildet sein, oder als Modul im Bordnetzmanagementsystem oder in der Hybridsteuerung oder einer anderen Steuerung, wie beispielsweise in der Motorsteuerung, integriert sein. Die Steuerung hat eine Schnittstelle, die mit einer Anzeigenvorrichtung verbunden werden kann, um als Kombiinstrument verschiedene Informationen, insbesondere Informationen aus dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem Fahrer zur Verfügung stellen kann.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Schaltplan von Antriebskomponenten eines Hybridfahrzeugs mit einer eingebundenen erfindungsgemäßen Steuerung,
2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein Ladezustand-Zeit-Diagramm einer Batterie.
Die 1 zeigt einen schematischen Schaltplan von Antriebskomponenten eines Hybridfahrzeugs. Diese Antriebskomponenten sind alle wichtig, um das erfindungsgemäße Verfahren einer erfindungsgemäßen elektronischen Steuerung 1 mit einem implementierten Computerprogrammprodukt auszuführen. Die elektronische Steuerung 1 ist entweder als separate Steuerung ausgebildet oder in einem Bordnetzmanagementsystem, wie in der 1 gezeigt, in einer Hybridsteuerung 2 als Modul integriert. Die Hybridsteuerung 2 ist als übergeordnete Steuerung vorgesehen, um je nach Umgebungsbedingung, die sich aus angeforderten Drehmomenten des Fahrerwunschmomentes und den tatsächlich verfügbaren Drehmomenten einer Brennkraftmaschine und mindestens einer elektrischen Maschine ergeben, eine bestimmte Betriebsstrategie mit bestimmten Antriebskomponenten einzusetzen.
Eine Brennkraftmaschine 3 überträgt ein Drehmoment auf ein Getriebe 5, dass auch von einer elektrischen Maschine 4 über eine Kupplung 8 antreibbar ist. Das Drehmoment vom Getriebe 5 wird auf die Antriebsräder 13 übertragen, um das Fahrzeug fortzubewegen. Die Brennkraftmaschine 3 wird von der elektrischen Maschine 4 in Funktion eines Starters durch Schließen einer Kupplung 6 gestartet. Die elektrische Maschine 4 ist als sogenannter integrierter Startergenerator im Antriebsstrang zwischen Brennkraftmaschine 3 und Getriebe 5 angeordnet, kann aber darüber hinaus als Antriebsmaschine das Fahrzeug eigenständig bewegen – in dem beispielsweise Kupplung 6 und Kupplung 8 geschlossen wird. Die anlaufende elektrische Maschine überträgt so das Drehmoment auf das Getriebe.
Aus Vereinfachungsgründen umfasst die Hybridsteuerung 2 in der Darstellung der 1 sowohl die Steuerung der Brennkraftmaschine 3 als auch die Steuerung der elektrischen Maschine 4 wie auch die der Kupplung 6. Diese Vereinfachung ist lediglich für die Darstellung der 1 vorgenommen worden, tatsächlich sind hier getrennte Steuerungen oftmals vorgesehen. Die elektrische Maschine 4, die sowohl als Starter und Antriebsmaschine eingesetzt wird, als auch Generator ist, ist an einen Hochvoltenergiespeicher 7 angeschlossen, der von der elektrischen Maschine entladen und geladen wird. Der Hochvoltenergiespeicher 7 ist beispielsweise ein Hochvoltkonden sator insbesondere vom Typ eines Doppelschichtkondensators und/oder eine Hochvoltbatterie, wie sie bereits aus dem Stand der Technik bekannt ist. Um elektrische Verbraucher 14 mit einer niedrigen Spannung im Bereich von 12 bis 14 Volt mit elektrischer Energie zu versorgen, ist ein Niedervoltbordnetz vorgesehen, dass von einem Niedervoltenergiespeicher, einer Niedervoltbatterie 15 mit einer Spannung zwischen 12 und 14 Volt geschaffen wird. Der Hochvoltenergiespeicher 7 und das Niedrigvoltbordnetz mit der Niedrigvoltbatterie 15 sowie die elektrischen Verbraucher 14 sind mit einem Bordnetzmanagementsystem 9 verbunden. Das Bordnetzmanagementsystem umfasst einen Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (DC/DC-Wandler) 16 um elektrische Energie aus dem Hochvoltbordnetz Hochspannung über beispielsweise 14 Volt auf eine niedrigere Spannung, beispielsweise zwischen 12 Volt und 14 Volt für das Niedervoltbordnetz zu transferieren.
Das Bordnetzmanagementsystem 9 umfasst einen Regler, der die Entladung und Ladung von dem Hochvoltenergiespeicher 7 und von der Niedervoltbatterie 15 überwacht und steuert. Das Bordnetzmanagementsystem 9 schützt den Hochvoltenergiespeicher 7 und die Niedervoltbatterie 15 vor einer Überladung, einer zu starken Entladung und schützt gegebenenfalls vor Überladungsspitzen. Das Bordnetzmanagementsystem 9 ist ferner über ein Informationssystem 10 mit der Hybridsteuerung 2 verbunden. Das Informationssystem 10 ist bekannterweise ein Bussystem, wie z. B. ein CAN-Bus.
Eine Anzeigenvorrichtung 12, die eine Vielzahl von Informationen dem Fahrer zur Verfügung stellen kann, und beispielsweise als Kombiinstrument ausgebildet ist, ist entweder direkt mit dem Bordnetzmanagementsystem 9 oder über das Informationssystem 10 verbunden, um den aktuellen Ladezustand des Hochvoltenergiespeichers 7 und/oder der Niedervoltbatterie 15 zu übermitteln und anzuzeigen. Die elektrische Energie wird entweder für jedes Spannungsnetz separat oder als Gesamtenergiebilanz dargestellt.
Erfindungsgemäß ist die elektronische Steuerung 1 zur Informationsübermittlung direkt mit der Anzeigenvorrichtung 12 verbunden. Bevorzugt werden die Informationen über das fahrzeugeigene Bussystem als Informationssystem 10, wie in 1 dargestellt, übermittelt. Alternativ werden die Informationen, die von der elektronischen Steuerung 1 berechnet worden sind, von der Hybridsteuerung 2 an die Anzeigevorrichtung 12 über einen vorhandenen Informationskanal übertragen.
Die 2 zeigt vereinfacht Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, die die Steuerung 1 ausführt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei S1 gestartet, sobald der Fahrzeugbetrieb zum Fahren mit dem Fahrzeug aufgenommen wird. Dies geschieht beispielsweise in dem ein Zündschlüssel in das Zündschloss gesteckt und gedreht wird oder ein Startknopf gedrückt wird.
In einem zweiten Schritt S2 fragt die Steuerung 1 von dem Bordnetzmanagementsystem 9 den aktuellen Ladezustand, den Soll-Minimal- und Soll-Maximal-Ladezustand der zumindest zwei Energiespeicher, dem Hochvoltenergiespeicher 7 und der Niedervoltbatterie 15 ab.
Diese Information wird im Schritt S3 der Hybridsteuerung zur Anpassung der Betriebsstrategie und der Anzeigenvorrichtung 12 zur Anzeige für den Fahrer übermittelt und auf der Anzeigenvorrichtung 12 angezeigt.
Im Schritt S4 wird ein Entladestrom, der sich beispielsweise aus dem Betrieb der elektrischen Maschine 4 und/oder von Verbrauchern 14 im Niedervoltnetz im Wesentlichen ergibt, als Energiemengenausgang pro definierte Zeiteinheit gemessen.
Im Schritt S5 wird ein Ladestrom als Energiemengeneingang pro definierter Zeiteinheit, der durch einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 4 erzeugt wird, gemessen. Der Ladestrom wird am Hochvoltenergiespeicher 7 und an der Niedervoltbatterie 15 gemessen. Beide Werte vom Hochvolt- und Niedervoltbordteilnetz werden getrennt und kombiniert verarbeitet.
Im Schritt S6 wird eine benötigte Restenergiemenge bis zum Erreichen eines maximalen Ladezustands der beiden elektrischen Energiespeicher als Restladedauer und als Restkilometer bzw. der minimale Ladezustand der beiden Energiespeicher ebenfalls als Restzeit bzw. als minimale Restkilometer berechnet. Um starke Schwankungen zu vermeiden, werden „gleitende Mittelwerte”, das heißt eine Summe aus mehreren Messwerten, die gemittelt wurden, berechnet.
Im Schritt S7 werden die in Schritt S6 errechneten Informationen an die Hybridsteuerung 2 für die Betriebsstrategie und an die Anzeigevorrichtung 12 zur Ausgabe übermittelt. Die Hybridsteuerung 2 passt aufgrund der Informationen die Steuerung 1 der Betriebsstrategie an. Der Fahrer kann aufgrund der Anzeige seine Fahrweise anpassen und gegebenenfalls entscheiden, ob er Ressourcen der Batterie zusätzlich in Anspruch nehmen will, um bestimmte Fahrziele vorteilhafter zu erreichen. Der aktuelle Ladezustand und die Restenergiemenge zu beiden Maximas wird von beiden Energiespeichern zusammen gefasst dargestellt und/oder die ermittelten Werte werden für den Hochvoltenergiespeicher und Niedervoltenergiespeicher separat mittels der Anzeigevorrichtung 12 für den Fahrer dargestellt.
In einer Abfrage 1 wird festgestellt, ob der Fahrzeugbetrieb noch aufrecht erhalten wird. Ist dies der Fall, so kehrt die Steuerung zum Schritt S2 zurück, im anderen Fall wird das Verfahren beendet.
Die 3 zeigt ein Ladezustand-Zeit-Diagramm eines einzelnen elektrischen Energiespeichers, der entweder der Hochvoltenergiespeicher 7 oder die Niedervoltbatterie 15 sein kann.
Das Ladezustand-Zeit-Diagramm ist entsprechend auf beide elektrischen Energiespeicher zusammen gefasst übertragbar. Auf der Abszisse ist die Zeit t aufgetragen, die beispielsweise eine Zeitdauer von 2 bis 5 Minuten darstellt und auf der Ordinate ist der Ladezustand (SoC) der Batterie 7 in Prozent dargestellt.
Das Ladezustand-Zeit-Diagramm der 3 zeigt eine lineare Kennlinie P mit einem aktuellen Ladezustand (SoC) zum Startzeitpunkt t₀ beispielsweise mit 45% und einem maximal erreichbaren Ladezustand von beispielsweise 70%. Der Startpunkt ist als t₀ 45 und der Endpunkt ist als SoC70P bezeichnet. Ein herkömmlicher Energiespeicher, beispielsweise ein Hochvoltenergiespeicher, wird herkömmlicher Weise zwischen beispielsweise 30 und 70% des tatsächlichen Ladezustands entladen und geladen. Die Entladung und Beladung steuert, wie oben bereits erläutert, das Bordnetzmanagementsystem 9. Ein Steigungsdreieck 31, mit konstantem Energiemengeneingang pro Zeiteinheit definiert die Steigung der proportionalen Kennlinie P.
Eine einer exponentiellen Kurve angenäherte Kennlinie E wird durch mehrere exponentiell angenähte Steigungsdreiecke 32, 33 definiert. Die Steigungsdreiecke 32, 33 werden also sukzessiv berechnet.
Ein Hochvoltenergiespeicher 7 ist nicht wie durch die Kennlinie P dargestellt pro Zeiteinheit linear aufladbar, sondern aufgrund der abfallenden Spannung über die zunehmende Ladung erfolgt eine exponentielle Annäherung, wie dies durch die Kennlinie E dargestellt ist. Danach wird der Punkt SoC70E eines maximalen Ladezustands bei konstanter Fahrweise mit gleichbleibender Energiemengen-Eingang pro Zeiteinheit, zeitlich früher vor dem Zeitpunkt t_PM von der exponentiellen Kennlinie E zum Zeitpunkt t_EM erreicht. Die Steuerung 1 errechnet den früheren Zeitpunkt t_EM als „gleitenden Mittelwert” in definierten, wiederkehrenden Zeitabständen eine Restzeit, die für eine entsprechende Restenergiemenge bis zum Erreichen eines Soll-Maximal-Werts vom Ladezustand des Hochvoltenergiespeichers 7 benötigt wird. Entsprechend wird die Restzeit bis zum Erreichen eines Soll-Minimal-Werts des Ladezustands des Hochvoltenergiespeichers 7 von einer entsprechenden Restenergiemenge berechnet. Diese Restzeitwerte können auch in Restkilometer umgerechnet werden. Sie werden entweder als Restzeitwerte oder als Restkilometer oder beides der Hybridsteuerung 2 zur An passung der Betriebsstrategie zur Verfügung gestellt und auf der Anzeigenvorrichtung 12 dargestellt. Somit ist eine ressourcenschonende Fahrweise sowohl durch den Fahrer direkt beeinflusst oder durch eine von der Hybridsteuerung 2 angepasste Betriebsstrategie möglich.
Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerischen Darstellungen für die Erfindung als wesentlich verwiesen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 60024924 T2 [0007]
- DE 10029886 C1 [0009]
- DE 4339568 A1 [0010]

Claims

Verfahren einer elektronischen Steuerung (1) in einem Kraftfahrzeug, insbesondere mit einem Hybridantrieb, mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher, der insbesondere einen Hochvoltenergiespeicher (7) und/oder einen Niedervoltenergiespeicher und ein Bordnetzmanagementsystem (9) (BMS) umfasst, mit elektrischen Verbrauchern, die zumindest eine elektrische Maschine (4) als Antriebsmaschine sowie als Generator umfasst, wobei der aktuelle Ladezustand des Energiespeichers laufend abgefragt wird und innerhalb eines minimalen und maximalen Ladezustands eingeordnet wird, wobei die abgefragten Informationen über den Ladezustand an einer Anzeigevorrichtung (12) für den Fahrer ausgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass eine benötigte Restenergiemenge bis zum Erreichen mindestens eines zulässigen Soll-Extremwertes vom Ladezustand des Energiespeichers berechnet wird und als Information mindestens einer Fahrzeugvorrichtung übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die benötigte Restenergiemenge als exponentielle Annäherung in Abhängigkeit von Regelgrößen, insbesondere dem aktuellen Ladezustand des Energiespeichers und einem eingehenden Moment am Generator bzw. einem Ladestrom eines Generators, sowie an einem Niedervoltbordnetz hängenden Verbrauchern (14), die über einen DC/DC-Wandler (16) aus einem Hochvoltbordnetz vom Hochvoltenergiespeicher (7) mit Energie versorgt werden, berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Restenergiemenge aus „gleitenden Mittelwerten” berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Restenergiemenge bis zum Erreichen eines maximalen Ladezustands des Energiespeichers berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Restenergiemenge bis zum Erreichen eines minimalen Ladezustands des Energiespeichers (7) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die benötigte Restenergiemenge bis zum Erreichen mindestens eines Extremwerts des Ladezustands des Energiespeichers (7) als Restzeit und/oder als Restkilometer berechnet wird und insbesondere dem Fahrer in der Anzeigevorrichtung (12) angezeigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Restenergiemenge bis zum Erreichen mindestens eines Extremwerts des Ladezustands des Energiespeichers (7) einer Antriebssteuerung, insbesondere einer Hybridsteuerung (2) als Information zur Anpassung an eine Betriebsstrategie übermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die berechneten Informationen mit Datum und Uhrzeit definiert gemäß einer Betriebsstrategie des Fahrzeugs abgespeichert und insbesondere zu einer definierten Zeit gemäß der Betriebsstrategie ausgelesen werden.
Computerprogrammprodukt, welches in einen Programmspeicher einer Steuerung (1) mit Programmbefehlen ladbar ist, um alle Schritte eines Verfahrens nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen, wenn das Programm in einer Steuerung eines Kraftfahrzeugs ausgeführt wird.
Elektronische Steuerung (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere mit einem Hybridantrieb, mit einem Programmspeicher und einem elektronischen Rechner, der Informationen über den Ladezustand eines Energiespeichers (7), insbesondere einer Batterie im Kraftfahrzeug abfragt und an mindestens eine Fahrzeugvorrichtung zur Ausgabe oder weiteren Verarbeitung übermittelt, wobei die Steuervorrichtung (12) das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere mittels eines Computerprogrammprodukts gemäß Anspruch 9 ausführt.