Изобретение относится к способу для рекуперации энергии в гибридном транспортном средстве, которое включает в себя двигатель внутреннего сгорания и электрическую машину и имеет бортовую сеть с аккумулятором энергии, который в режиме рекуперации может заряжаться электрической энергией от электрической машины. Изобретение также относится к устройству для управления режимом рекуперации в гибридном транспортном средстве.
Из-за становящихся все более строгими установленных законом норм касательно выхлопов транспортных средств и требований владельцев транспортных средств по сокращению эксплуатационных затрат, к автомобилям предъявляются все более высокие требования относительно их потребления топлива и их выхлопов вредных веществ, в то же время должен быть реализован высокий комфорт езды. Чтобы достичь этой цели, из практики известно оснащение автомобилей устройством стартстопной автоматики, посредством которого двигатель внутреннего сгорания при предопределенных условиях может автоматически выключаться и запускаться. Так, например, двигатель внутреннего сгорания автоматически выключается, если никакое приводное усилие не требуется, например, во время остановки на светофоре. Как только снова требуется приводное усилие, когда светофор переключается на “зеленый”, и водитель воздействует на педаль газа, осуществляется новый старт посредством электродвигателя. Потребление топлива транспортного средства может за счет этого снижаться.
Кроме того, из практики также известно оснащение автомобилей системами рекуперации. Подобные гибридные транспортные средства обычно включают в себя, наряду с двигателем сгорания, электрическую машину, которая в зависимости от ситуации езды, эксплуатируется либо в двигательном, либо в генераторном режиме. В двигательном режиме электрическая машина генерирует дополнительный приводной момент, который поддерживает двигатель внутреннего сгорания, например, в фазе ускорения. В генераторном режиме, напротив, кинетическая энергия, высвобождающаяся при замедлении транспортного средства, преобразуется в электрическую энергию (рекуперация). Полученная таким образом электрическая энергия накапливается в, по меньшей мере, одном аккумуляторе энергии, таком как, аккумулятор на суперконденсаторе (UltraCap-аккумулятор), и может в других ситуациях езды использоваться, например, для привода транспортного средства или для снабжения электрических потребителей. За счет этого коэффициент полезного действия (КПД) транспортного средства может заметно повышаться.
В подобных транспортных средствах обычным подходом является то, что в режиме рекуперации пытаются, по возможности большую долю желательного полного замедления, которое водитель задает, например, посредством воздействия на педаль тормоза, осуществлять посредством генератора и таким образом регенерировать максимум энергии. Поэтому в подобных транспортных средствах общепринятой стратегией является то, что в режиме рекуперации рекуперация осуществляется с максимальной генераторной мощностью, пока, по меньшей мере, один аккумулятор энергии для приема энергии рекуперации в транспортном средстве не будет заполнен. Количество генерируемой генератором электрической энергии зависит, однако, от состояния заряда или зарядной емкости аккумулятора энергии. При полностью заряженном аккумуляторе энергии лишь очень мало энергии может вводиться или вообще никакая энергия не вводится в бортовую сеть, так как аккумулятор энергии в противном случае был бы перегружен, или чувствительные к напряжению потребители могли бы быть повреждены. Отдаваемая генератором мощность соответственно устанавливается с помощью регулятора. Это означает, что генератор (включая инвертор) и аккумулятор энергии эксплуатируются с высокими мощностями потерь, и аккумулятор энергии чаще всего имеет высокий уровень энергии, хотя в зависимости от типа аккумулятора энергии имеются оптимальные для срока службы окна энергии. В частности, для UltraCap-аккумуляторов, полностью заряженное состояние сокращает в степени выше среднего долговечность аккумулятора энергии.
Таким образом, задачей изобретения является предоставить усовершенствованный способ рекуперации энергии в гибридном транспортном средстве, с помощью которого можно избежать недостатков обычных способов. В частности, задачей изобретения является предоставить способ рекуперации энергии в гибридном транспортном средстве, с помощью которого в режиме рекуперации можно снизить мощности потерь в системе рекуперации, в частности, в электродвигателе, инверторе, аккумуляторе энергии и/или разводке проводов, и который обеспечивает возможность щадящего компоненты режима работы. Другая задача заключается в том, чтобы предоставить устройство для управления режимом рекуперации в гибридном транспортном средстве, с помощью которого можно избежать недостатков обычных устройств.
Эти задачи решаются устройствами и способами с признаками независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные формы выполнения и применения изобретения являются предметом зависимых пунктов и поясняются в последующем описании более подробно с частичными ссылками на чертежи.
Согласно первому аспекту изобретения, предложен способ рекуперации энергии в гибридном транспортном средстве. Гибридное транспортное средство включает в себя двигатель внутреннего сгорания, электрическую машину и предпочтительно устройство стартстопной автоматики, посредством которого двигатель внутреннего сгорания при предопределенных условиях может автоматически выключаться и запускаться, и имеет бортовую сеть с аккумулятором энергии, который в режиме рекуперации может заряжаться электрической энергией от электрической машины.
Согласно первой мере, устанавливают мощность рекуперации для режима рекуперации электрической машины на первое значение, далее обозначаемое также как P_max, которое обеспечивает возможность режима рекуперации с максимальной генераторной производительностью (мощностью) электрической машины, если текущий уровень энергии аккумулятора энергии меньше или равен пороговому значению, которое далее обозначается как E_3. Мощность рекуперации для режима рекуперации электрической машины, напротив, устанавливают на второе значение, далее также обозначаемое как P_lim, которое меньше, чем первое значение P_max, и обеспечивает возможность или устанавливает режим рекуперации с пониженной генераторной производительностью электрической машины, если текущий уровень энергии аккумулятора энергии больше, чем пороговое значение E_3, т.е. E_ist>E_3.
Значение P_lim может устанавливаться на постоянное значение или на переменное значение ниже P_max. Если значение P_lim устанавливается переменным, то значение P_lim может вычисляться таким образом, что в конце рекуперации, т.е. после спадания ниже (т.е. принижения) минимальной скорости, до которой возможна рекуперация, аккумулятор энергии полностью заряжен. Мощность рекуперации задается посредством устройства для управления электрической машиной, так что в режиме рекуперации электрической машины рекуперируется мощность на уровне установленной мощности рекуперации.
Согласно первой мере, таким образом отдаваемая электрической машиной в генераторном режиме мощность снижается на значение P_lim ниже максимальной мощности P_max, если уровень энергии или состояние заряда аккумулятора энергии превышает предопределенный уровень. Тем самым рабочие фазы, в которых аккумулятор энергии для приема энергии рекуперации и электрическая машина эксплуатируются с высокими мощностями потерь, заметно сокращаются, и реализуется сберегающий компоненты режим работы.
Согласно первой мере, для текущего рабочего состояния автомобиля прогнозируется, то есть предсказывается или оценивается энергия рекуперации E_rek, которая указывает, сколько энергии могло бы быть рекуперировано, если бы автомобиль тормозился, начиная от текущего состояния езды до, по меньшей мере, одного порогового значения скорости. Пороговое значение скорости указывает при этом предпочтительно предел скорости, выше которого энергия может рекуперироваться в режиме рекуперации, и ниже которого режим рекуперации невозможен. Энергия рекуперации E_rek оценивает, таким образом, сколько энергии из кинетической энергии движения автомобиля в среднем может рекуперироваться, если автомобиль тормозится до остановки и, например, переходит в фазу остановки стартстопного режима. Оценивание этой энергии рекуперации E_rek предоставляет преимущество, состоящее в том, что с учетом текущего уровня аккумулирования энергии аккумулятора энергии таким способом можно точнее оценить, угрожает ли “перегрузка” аккумулятора энергии или связанные с этим мощности потерь при следующем процессе рекуперации, и имеется ли в распоряжении в начале наступающей фазы остановки стартстопного режима достаточно энергии в аккумуляторе энергии.
В предпочтительном варианте этой формы выполнения, пороговое значение E_3 устанавливается как разность максимального уровня энергии E_max аккумулятора энергии, т.е. состояния, при котором аккумулятор энергии полностью заряжен внутри заданных рабочих пределов, и прогнозируемой энергии рекуперации E_rek, т.е. E_3=E_max-E_rek. Если текущий уровень энергии E_ist прямо соответствует пороговому значению E_3, то посредством режима рекуперации аккумулятор может полностью зарядиться до максимального уровня E_max, если транспортное средство тормозится до остановки. Если бы текущий уровень энергии в начале режима рекуперации лежал выше порогового значения E_3, то обычный режим рекуперации с максимальной производительностью генератора привел бы к мощности потерь, которую, однако, в соответствии с изобретением можно избежать или по меньшей мере сократить, за счет того что производительность генератора в этом случае снижается на P_lim.
Прогнозируемая энергия рекуперации E_rek может определяться в зависимости от текущей скорости транспортного средства, среднего замедления транспортного средства, нагрузки бортовой сети и максимальной генераторной производительности P_max режима рекуперации. Так, предполагаемая длительность рекуперации или длительность торможения может оцениваться из текущей скорости транспортного средства и принятого среднего замедления транспортного средства. На основе предполагаемой длительности торможения получается тогда из принятой мощности рекуперации, например, в предположении максимальной генераторной производительности P_max генератора, за вычетом текущей нагрузки бортовой сети, предположительно рекуперируемая энергия, в случае замедления транспортного средства до остановки. Таким образом, исходя из текущего состояния езды транспортного средства, можно точно спрогнозировать или оценить предполагаемую рекуперируемую энергию.
Кроме того, особенно предпочтительным является, если прогнозируемая энергия рекуперации E_rek и/или пороговое значение E_3 в режиме езды непрерывно вычисляется заново, так что значения для прогнозируемой энергии рекуперации E_rek и/или порогового значения E_3 адаптируются, как только состояние транспортного средства, в частности, скорость транспортного средства изменяется. Среднее замедление транспортного средства может указывать, с каким средним замедлением автомобиль замедляется в процессе рекуперации, и заранее может сохраняться в автомобиле. Для значения нагрузки бортовой сети предпочтительно определяется мгновенное значение нагрузки бортовой сети. Альтернативно, для средней нагрузки бортовой сети может также применяться заранее сохраненное значение.
Если гибридное транспортное средство содержит устройство стартстопной автоматики, посредством которого двигатель внутреннего сгорания при предопределенных условиях может автоматически выключаться и запускаться, согласно дополнительной мере, может определяться минимальное пороговое значение E_min для уровня энергии аккумулятора энергии в зависимости от прогнозируемой энергии рекуперации E_rek и минимальной энергии E_Stopp, которая в среднем требуется для фазы остановки двигателя в стартстопном режиме.
При этом минимальная энергия E_Stopp, которая в среднем необходима для фазы остановки двигателя в стартстопном режиме, может определяться как сумма энергии запуска двигателя E_1 для стартстопного режима и потребной энергии E_2 для снабжения бортовой сети во время фазы остановки стартстопного режима. При этом энергия запуска двигателя E_1 указывает, сколько электрической энергии из аккумулятора энергии требуется для пуска прогретого двигателя внутреннего сгорания в рамках стартстопного режима, причем электрическая машина служит в качестве пускового двигателя. Потребная энергия E_2 для снабжения бортовой сети может определяться в зависимости от среднего времени остановки транспортного средства в фазе остановки и средней нагрузки бортовой сети. Предпочтительно, минимальное пороговое значение E_min в режиме езды непрерывно вычисляется повторно.
Таким способом может гарантироваться, что при остановке транспортного средства имеется достаточно энергии для основных функций, например, запуска двигателя и снабжения бортовой сети, в течение фазы остановки.
Предпочтительный вариант этой меры предусматривает, что минимальное пороговое значение E_min устанавливается на значение ниже минимальной энергии E_Stopp, которая в среднем необходима для фазы остановки двигателя стартстопного режима, если сумма текущего уровня энергии E_ist аккумулятора энергии и прогнозируемой энергии рекуперации E_rek больше, чем минимальная энергия E_Stopp. Тем самым можно дополнительно оптимизировать управление аккумулированием энергии. Если сумма текущего уровня энергии E_ist аккумулятора энергии и прогнозируемой энергии рекуперации E_rek меньше равна минимальной энергии E_Stopp, то E_min устанавливается на значение E_Stopp.
При спадании ниже минимального порогового значения E_min аккумулятора энергии в режиме езды, уровень энергии E_ist аккумулятора энергии повышается посредством повышения нагрузочной точки двигателя внутреннего сгорания. Кроме того, двигатель внутреннего сгорания может запускаться в фазе остановки, если уровень энергии E_ist в аккумуляторе энергии в течение фазы остановки спадает на значение, которое соответствует энергии запуска двигателя E_1.
Уровень энергии накопителя энергии соответствует соответствующему определенному состоянию заряда аккумулятора энергии, так что в смысле этого документа вместо применяемых значений уровня энергии также аналогично могут применяться соответствующие пороговые значения состояния заряда, так что в буквальный смысл понятия “уровень энергии аккумулятора энергии” в данном случае также должно входить состояние заряда аккумулятора энергии. Например, текущий уровень энергии E_ist может также определяться как текущее состояние заряда (SOC) аккумулятора энергии, и пороговое значение E_3 может тогда устанавливаться как соответствующее пороговое значение состояния заряда.
Выше уже было упомянуто, что второе значение P_lim для мощности рекуперации режима рекуперации электрической машины устанавливается переменным.
Согласно одному особенно предпочтительному варианту выполнения, P_lim устанавливается, соответственно, таким образом, чтобы аккумулятор энергии в конце последующего процесса рекуперации был бы полностью заряжен, если бы автомобиль, начиная от мгновенного состояния езды, тормозился бы, по меньшей мере, до порогового значения скорости, причем пороговое значение скорости, ранее уже обозначенное как v_min, предпочтительно указывает предел скорости, выше которого энергия может рекуперироваться в режиме рекуперации, и ниже которого режим рекуперации невозможен. Например, P_lim может вычисляться согласно формуле P_lim=((E_max–E_ist)+P_Bord*t_rek))/t_rek, причем E_max является максимальным, и E_ist является текущим уровнем энергии аккумулятора энергии, и P_Bord указывает среднюю принятую или мгновенную нагрузку бортовой сети, и t_rek указывает оценку длительности процесса рекуперации, которая может оцениваться из разности текущей скорости транспортного средства v_ist и порогового значения скорости v_min, деленной на принятое среднее замедление транспортного средства a_brems, т.е. t_rek=(v_ist–v_min)/a_brems. Величина t_rek соответствует вышеупомянутой средней длительности торможения, в течение которой энергия может рекуперироваться в режиме рекуперации.
Согласно второму аспекту изобретения, предложено устройство для управления режимом рекуперации в гибридном транспортном средстве, которое содержит двигатель внутреннего сгорания, электрическую машину и предпочтительно устройство стартстопной автоматики, посредством которого двигатель внутреннего сгорания при предопределенных условиях может автоматически выключаться и запускаться, и имеет бортовую сеть с аккумулятором энергии, который в режиме рекуперации может заряжаться электрической энергией от электрической машины. Устройство в соответствии с изобретением выполнено с возможностью осуществления способа, как описано в настоящем документе. Во избежание повторений, признаки, описанные в контексте способа, должны также считаться раскрытыми и заявленными в контексте устройства. Вышеуказанные аспекты и соответствующие изобретению признаки также справедливы для устройства.
Изобретение также относится к автомобилю, в частности автомобилю промышленного назначения, имеющему подобное устройство для управления режимом рекуперации.
Дальнейшие особенности и преимущества изобретения описываются ниже со ссылками на приложенные чертежи, на которых показано следующее:
Фиг. 1 – бортовая сеть гибридного транспортного средства; и
Фиг. 2-4 – изменение мощности рекуперации в зависимости от мгновенного рабочего состояния гибридного транспортного средства согласно примеру выполнения изобретения.
Фиг. 1 схематично показывает известную из уровня техники бортовую сеть 1 гибридного транспортного средства, в частности, автомобиля промышленного назначения. Бортовая сеть 1 имеет две частичных сети 2, 3:
Первая частичная сеть 2, в которой приложено первое сетевое напряжение U1 и которая содержит первый аккумулятор энергии 5 и нагрузочное сопротивление 6. Нагрузочное сопротивление 6 образовано, по меньшей мере, одним, предпочтительно несколькими потребителями. В первой частичной сети 2, кроме того, предусмотрен обычный стартер 7 для двигателя внутреннего сгорания.
Кроме того, вторая частичная сеть 3, в которой приложено второе сетевое напряжение U2 и, в которой предусмотрена электрическая машина 10. Электрическая машина 10 выполнена для запуска двигателя внутреннего сгорания (не показан) автомобиля и для генераторного режима или режима рекуперации и может быть выполнена, например, как генератор стартера коленчатого вала. Во второй частичной сети 3, кроме того, предусмотрен второй аккумулятор 9 энергии, например, аккумулятор высокой емкости (Ultracap-аккумулятор), который может соединяться с электрической машиной 10 через инвертор 11. Второй аккумулятор 9 энергии выполнен таким образом, чтобы накапливать заряд, сгенерированный электрической машиной 10 в генераторном режиме или режиме рекуперации. Первый аккумулятор 5 энергии может также быть выполнен как конденсаторный накопитель или как обычный свинцовый аккумулятор. Токовые проводники 12 на фиг. 1 показаны сплошными черными линиями.
Бортовая сеть 1 содержит, кроме того, преобразователь постоянного напряжения (DC/DC-преобразователь) 4, который двунаправленно соединяет первую частичную сеть 2 со второй частичной сетью 3. Преобразователь 4 постоянного напряжения выполнен так, чтобы постоянное напряжение из одной из частичных сетей 2, 3, например, постоянное напряжение, с которым эксплуатируется первая частичная сеть 2, принимать и вырабатывать выходное напряжение, которое отличается от принятого на входной стороне напряжения.
Бортовая сеть 1 или 21 также содержит блок управления (не показан), который через соответствующие сигнальные линии (не показаны) соединен с соответствующими компонентами бортовой сети 1, 21, в частности, преобразователем 4 напряжения, аккумуляторами 5 и 9 энергии, а также электрической машиной 10.
Блок управления принимает от аккумуляторов 5, 9 или датчика 8 состояния заряда и от системы управления аккумулятором (не показана) аккумулятора 9 энергии данные о состоянии заряда аккумуляторов 5, 9 энергии. Блок управления, кроме того, выполнен, чтобы выдавать на преобразователь 4 напряжения соответствующие управляющие сигналы в зависимости от принятых состояний заряда. В зависимости от принятых от блока управления управляющих сигналов, преобразователь 4 напряжения выполнен так, чтобы передавать энергию от первой частичной сети 2 во вторую частичную сеть 3 и наоборот.
Подчеркивается, что представленная на фиг. 1 топология бортовой сети приведена только для примера, и из уровня техники известно множество других вариантов топологий бортовой сети для связывания электрической машины и электрического аккумулятора энергии для гибридного режима, с помощью которых также можно выполнять соответствующий изобретению способ.
Блок управления в соответствии с изобретением, в частности, выполнен так, чтобы осуществлять способ управления режимом рекуперации и при этом посредством инвертора 11 варьировать мощность рекуперации электрической машины 10, что иллюстрируется далее в качестве примера на основе фиг. 2-4.
Фиг. 2 иллюстрирует на верхней диаграмме мгновенные значения для уровня энергии аккумулятора энергии E_ist и пороговое значение E_3 для определенного рабочего состояния транспортного средства. На нижней диаграмме показано соответствующее значение заданной мощности рекуперации P_ist.
Фиг. 3 и 4 показывают соответствующие значения для уровня E_ist, пороговое значение E_3 и текущую установленную мощность рекуперации P_ist в других рабочих состояниях транспортного средства. При этом параметры с теми же самыми ссылочными позициями соответствуют параметрам на фиг. 1 и отдельно не описываются.
На фиг. 2 ось 8 указывает уровень аккумулятора 9 энергии. Уровень энергии E_max указывает уровень энергии полностью заряженного аккумулятора энергии. Штрихпунктирная линия указывает мгновенный уровень энергии E_ist соответственно текущему состоянию заряда (SOC) аккумулятора 9 энергии, который непрерывно определяется и контролируется.
Длина стрелки, обозначенной ссылочной позицией E_rek, указывает величину текущей прогнозируемой энергии рекуперации. E_rek указывает, сколько энергии было бы рекуперировано, если бы автомобиль тормозился, начиная от мгновенного состояния езды, по меньшей мере до порогового значения скорости v_min. Пороговое значение скорости v_min указывает предел скорости, до которого энергия в режиме рекуперации может рекуперироваться. При скорости езды ниже v_min энергия больше не рекуперируется.
E_rek вычисляется непрерывно в режиме езды. Для этого из текущей скорости транспортного средства и из сохраненного среднего замедления транспортного средства вычисляется средняя длительность торможения, в течение которой энергия может рекуперироваться в режиме рекуперации. Чем быстрее движется транспортное средство, тем дольше средняя длительность торможения и тем самым средняя длительность фазы рекуперации. В предположении установленной максимальной генераторной производительности P_max электрической машины 10 в режиме рекуперации за вычетом средней нагрузки бортовой сети получается средняя мощность рекуперации, которая при умножении на среднюю длительность торможения дает прогнозируемую энергию рекуперации E_rek.
В зависимости от определенной энергии рекуперации E_rek, непрерывно устанавливается порог энергии E_3 как E_3=E_max-E_rek.
Если текущий уровень энергии E_ist аккумулятора 9 энергии меньше равен пороговому значению E_3, то текущая мощность рекуперации P_ist для режима рекуперации электрической машины 10 устанавливается на максимальную производительность P_max, так что режим рекуперации осуществляется с максимальной генераторной производительностью электрической машины.
Однако если текущий уровень энергии E_ist аккумулятора энергии больше, чем пороговое значение E_3, мощность рекуперации P_ist для режима рекуперации электрической машины 10 устанавливается на значение P_lim, которое меньше, чем первое значение P_max, и обеспечивает возможность и устанавливает режим рекуперации со сниженной генераторной производительностью электрической машины 10.
В примере на фиг. 2 текущий уровень аккумулятора энергии E_ist меньше, чем E_3, так что P_ist устанавливается на значение P_max, что представлено на нижней диаграмме на фиг. 2. Если бы, таким образом, теперь начинался режим рекуперации, то он осуществлялся бы с максимальной мощностью рекуперации P_max.
Фиг. 3 соответствует рабочему состоянию транспортного средства, при котором текущий уровень аккумулятора энергии E_ist лежит выше порогового значения энергии E_3, так что в этом случае мощность рекуперации P_ist устанавливается на сниженное значение P_lim. Если бы в этом случае теперь начинался режим рекуперации, то он осуществлялся бы лишь со сниженной мощностью рекуперации P_lim.
Выше уже было упомянуто, что энергия рекуперации E_rek непрерывно прогнозируется, и пороговое значение энергии E_3 соответственно также непрерывно адаптируется. Фиг. 4 показывает пример, в котором E_3 было установлено на значение E_max. Это соответствует, например, рабочему состоянию транспортного средства, при котором текущая скорость транспортного средства лежит ниже порога v_min, так что значение для прогнозируемой энергии рекуперации E_rek равно нулю. Как следствие, получается значение E_max для E_3.
На фиг. 2-4, кроме того, представлены уровни энергии E_1, E_2, E_Stopp и E_min. Уровень энергии, обозначенный как E_Stopp, указывает минимальный уровень энергии, который должен содержаться в аккумуляторе 9 к началу фазы остановки. Уровень энергии E_Stopp складывается аддитивно из энергии запуска двигателя E_1, которая требуется для запуска прогретого двигателя внутреннего сгорания в рамках стартстопного режима, и потребной энергии E_2 для снабжения бортовой сети. Потребная энергия E_2 получается из сохраненного среднего времени остановки транспортного средства фазы остановки, т.е. предполагаемой средней длительности фазы остановки, и средней нагрузки бортовой сети в течение фазы остановки.
Если электрическая машина 10 в течение фазы остановки двигателя не может вырабатывать энергию, энергия в аккумуляторе 9 потребляется до порога E_1, и затем принудительно запускается двигатель внутреннего сгорания. Фаза остановки двигателя внутреннего сгорания, таким образом, преждевременно прерывается. При этом одна возможность состоит в том, чтобы затем аккумулятор 9 энергии снова заряжать посредством электродвигателя, так что двигатель внутреннего сгорания затем снова может быть остановлен, если транспортное средство все еще находится в состоянии остановки, т.е. водитель еще не сигнализировал конец стартстопного режима, например, посредством приведения в действие педали газа. Альтернативно, после вынужденного запуска двигателя внутреннего сгорания может осуществляться работа двигателя внутреннего сгорания в режиме холостого хода, пока водитель не сигнализирует конец фазы остановки.
E_min указывает пороговое значение для уровня энергии, при спадании ниже которого в режиме езды запускается повышение нагрузочной точки двигателя внутреннего сгорания, чтобы посредством выработанной тем самым избыточной энергии заряжать аккумулятор энергии по меньшей мере до значения E_min. В примерах выполнения на фиг. 2-4, E_min установлено на значение E_Stopp=E1+E2.
Согласно другому варианту выполнения, E_min может непрерывно вычисляться заново в зависимости от средней нагрузки бортовой сети, требуемой энергии запуска двигателя E_1, среднего замедления транспортного средства, скорости транспортного средства и ожидаемого времени остановки транспортного средства. В частности, E_min может определяться в зависимости от прогнозируемой энергии рекуперации E_rek и минимальной энергии E_Stopp, которая в среднем требуется для фазы остановки двигателя стартстопного режима.
Например, минимальное пороговое значение E_min согласно этому варианту может устанавливаться на значение ниже минимальной энергии E_Stopp (не показано), если сумма текущего уровня энергии E_ist аккумулятора энергии и прогнозируемой энергии рекуперации E_rek больше, чем минимальная энергия E_Stopp. При этом учитывается, что из текущей кинетической энергии транспортного средства еще может быть рекуперировано достаточно энергии, чтобы к началу следующей фазы остановки зарядить аккумулятор 9 энергии, по меньшей мере, до значения E_Stopp. Если сумма текущего уровня энергии E_ist аккумулятора энергии и прогнозируемой энергии рекуперации E_rek меньше равна минимальной энергии E_Stopp ist, то E_min устанавливается на значение E_Stopp.
Хотя изобретение было описано со ссылками на определенные примеры выполнения, для специалиста должно быть очевидно, что могут выполняться различные изменения и применяться эквиваленты в качестве замены без отклонения от объема изобретения. Дополнительно могут выполняться многие модификации без отклонения от объема изобретения. Следовательно, изобретение не должно ограничиваться раскрытыми примерами выполнения, а должно охватывать все примеры выполнения, которые входят в объем приложенной формулы изобретения. В частности, изобретение также испрашивает защиту предмета и признаков зависимых пунктов формулы изобретения независимо от пунктов, на которые они ссылаются.
Перечень ссылочных позиций
1 бортовая сеть
2 первая частичная сеть
3 вторая частичная сеть
4 преобразователь напряжения
5 первый аккумулятор энергии
6 нагрузочное сопротивление
7 стартер
8 уровень энергии аккумулятора энергии
9 второй аккумулятор энергии
10 электрическая машина
11 инвертор
12 проводники тока
E_1 энергия запуска двигателя
E_2 запас энергии для снабжения бортовой сети во время остановки транспортного средства
E_3 пороговое значение
E_max максимальный уровень энергии аккумулятора энергии
E_ist текущий уровень энергии аккумулятора энергии
E_Stopp требуемая минимальная энергия в течение остановки транспортного средства
E_min требуемая минимальная энергия в течение остановки транспортного средства с учетом E_rek
E_rek текущая рекуперируемая энергия
P_max максимальная мощность рекуперации для режима рекуперации
P_lim ограниченная мощность рекуперации для режима рекуперации.
Изобретение относится к гибридным транспортным средствам. В способе рекуперации энергии в гибридном транспортном средстве, устанавливают мощность рекуперации для режима рекуперации электрической машины на значение, обеспечивающее возможность режима рекуперации с максимальной генераторной производительностью электрической машины, если текущий уровень энергии аккумулятора меньше или равен пороговому значению. Затем устанавливают мощность рекуперации на значение, меньшее, чем первое значение, и обеспечивает возможность режима рекуперации со сниженной генераторной производительностью электрической машины, если текущий уровень энергии аккумулятора больше порогового значения. Для текущего рабочего состояния автомобиля прогнозируют энергию рекуперации, указывающую, сколько энергии могло быть рекуперировано, если бы автомобиль, начиная от мгновенного состояния езды, затормозился бы до порогового значения скорости. Снижаются потери мощности. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 4 ил.
1. Способ рекуперации энергии в гибридном транспортном средстве, которое содержит двигатель внутреннего сгорания, электрическую машину (10) и предпочтительно устройство стартстопной автоматики, посредством которого двигатель внутреннего сгорания при предопределенных условиях может автоматически выключаться и запускаться, и имеет бортовую сеть (1) с аккумулятором (9) энергии, который в режиме рекуперации может заряжаться электрической энергией от электрической машины (10), причем мощность (P_ist) рекуперации для режима рекуперации электрической машины (10)
(a) устанавливают на первое значение (P_max), которое обеспечивает возможность режима рекуперации с максимальной генераторной производительностью электрической машины, если текущий уровень энергии (E_ist) аккумулятора (9) энергии меньше или равен пороговому значению (E_3); и
(b) устанавливают на второе значение (P_lim), которое меньше, чем первое значение (P_max), и обеспечивает возможность режима рекуперации со сниженной генераторной производительностью электрической машины (10), если текущий уровень энергии (E_ist) аккумулятора (9) энергии больше, чем пороговое значение (E_3),
отличающийся тем, что для текущего рабочего состояния автомобиля прогнозируют энергию (E_rek) рекуперации, которая указывает, сколько энергии могло быть рекуперировано, если бы автомобиль, начиная от мгновенного состояния езды, затормозился бы по меньшей мере до порогового значения скорости (v_min).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пороговое значение скорости указывает предел скорости, выше которого энергия может рекуперироваться в режиме рекуперации, и ниже которого режим рекуперации невозможен.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что пороговое значение (E_3) устанавливают как разность максимального уровня энергии (E_max) аккумулятора (9) энергии и прогнозируемой энергии рекуперации (E_rek).
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что прогнозируемую энергию рекуперации (E_rek) определяют в зависимости от текущей скорости транспортного средства, среднего замедления транспортного средства, нагрузки бортовой сети и максимальной генераторной производительности (P_max) режима рекуперации.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что пороговое значение (E_3) непрерывно вычисляют заново в режиме езды.
6. Способ по одному из пп.2-5, отличающийся тем, что минимальное пороговое значение (E_min) для уровня энергии аккумулятора (9) энергии определяют в зависимости от прогнозируемой энергии рекуперации (E_rek) и минимальной энергии (E_Stopp), которая в среднем требуется для фазы остановки двигателя в стартстопном режиме.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что минимальную энергию (E_Stopp), которая в среднем требуется для фазы остановки двигателя в стартстопном режиме, определяют как сумму энергии запуска двигателя (E_1) для стартстопного режима и потребной энергии (E_2) для снабжения бортовой сети в течение фазы остановки стартстопного режима, причем потребную энергию (E_2) для снабжения бортовой сети определяют в зависимости от среднего времени остановки транспортного средства фазы остановки и средней нагрузки бортовой сети.
8. Способ по п.6, отличающийся тем, что минимальное пороговое значение (E_min) устанавливают на значение ниже минимальной энергии (E_Stopp), которая в среднем требуется для фазы остановки двигателя в стартстопном режиме, если сумма текущего уровня энергии (E_ist) аккумулятора энергии и прогнозируемой энергии рекуперации (E_rek) больше, чем минимальная энергия (E_Stopp).
9. Способ по п.6, отличающийся тем,
(a) что минимальное пороговое значение (E_min) непрерывно вычисляют заново в режиме езды; и/или
(b) что при спадании ниже минимального порогового значения (E_min) аккумулятора энергии в режиме езды уровень энергии (E_ist) аккумулятора энергии повышают посредством повышения нагрузочной точки двигателя внутреннего сгорания; и/или
(c) что двигатель внутреннего сгорания запускают в фазе остановки, если уровень энергии (E_ist) в аккумуляторе энергии в течение фазы остановки спадает на значение, которое соответствует энергии запуска двигателя (E_1).
10. Способ по п.1, отличающийся тем, что второе значение (P_lim) для мощности рекуперации (P_ist) режима рекуперации электрической машины (10)
(a) устанавливают, соответственно, таким образом, что аккумулятор энергии в конце последующего процесса рекуперации был бы полностью заряжен, если бы автомобиль, начиная от мгновенного состояния езды, тормозился бы до по меньшей мере одного порогового значения скорости (v_min), причем пороговое значение скорости предпочтительно указывает предел скорости, выше которого энергия в режиме рекуперации может рекуперироваться, и ниже которого режим рекуперации невозможен; и/или
(b) вычисляют по формуле P_lim=((E_max–E_ist)+P_Bord*t_rek))/t_rek, причем E_max указывает максимальный, а E_ist - текущий уровень энергии аккумулятора (9) энергии, P_Bord указывает среднюю нагрузку бортовой сети, и t_rek указывает оценку для длительности процесса рекуперации, которая может оцениваться из разности текущей скорости транспортного средства (v_ist) и порогового значения скорости (v_min), деленой на принятое среднее замедление транспортного средства.
11. Устройство для управления режимом рекуперации в гибридном транспортном средстве, которое содержит двигатель внутреннего сгорания, электрическую машину (10) и устройство стартстопной автоматики, посредством которого двигатель внутреннего сгорания при предопределенных условиях может автоматически выключаться и запускаться, и имеет бортовую сеть (1) с аккумулятором (9) энергии, который в режиме рекуперации может заряжаться электрической энергией от электрической машины (10), отличающееся тем, что устройство выполнено с возможностью осуществления способа согласно одному из пп. 1-10.
12. Автомобиль, в частности автомобиль промышленного назначения, имеющий устройство по п.11.
| US 2013173107 A1, 04.07.2013 | |||
| US 2004148817 А1, 05.08.2004 | |||
| DE 102007024471 A1, 27.11.2008 | |||
| DE 102010034672 A1, 23.02.2012. |
