用于为即将到来的下坡行驶提供牵引电池中的存储容量储备的方法和设备与流程

本发明涉及一种用于为即将到来的下坡行驶提供电驱动机动车辆、优选商用车辆的牵引电池中的存储容量储备的方法和设备，以及一种电驱动机动车辆、优选商用车辆，所述电驱动机动车辆具有所述设备。

背景技术：

1、机动车辆、特别是商用车辆无法单独使用传统的摩擦制动器应对较长的下坡路段，因为摩擦制动器产生的热功率可能使得摩擦制动器在短时间后过热并导致摩擦制动器严重磨损。

2、因此在内燃机驱动的车辆中，当今的乘用车和轻型商用车辆使用已知的发动机制动功能，而重型商用车辆附加地配备了单独的持续制动系统以实现无磨损的持续制动，例如初级和/或次级减速器。初级减速器通常在发动机侧布置在变速器前面的动力流中，而次级减速器布置在变速器后面的动力流中。

3、电驱动的机动车辆在制动情况下可以使能量转换反向，即电动机用作发电机，并且通过回收式制动将机动车辆的动能转化为电能，其中驱动轴经受回收式制动力矩。在这个称为回收的过程中，将电能存储回牵引电池中，这要以对应地存在可用的存储容量为前提。

4、在全牵引电池的情况下，产生的能量必须以其他方式耗散，例如在制动电阻中转化为热量，并且在此过程中为将来的牵引目的而损失掉。该问题特别是在回收式持续制动时出现，这在较长的下坡路段上可能是必要的，因为这里将产生大量回收式制动能量。特别是商用车辆由于其重量在较长的下坡行驶的情况下会在回收式持续制动过程中产生大量回收式制动能量，如果所述回收式制动能量由于牵引电池的存储容量缺乏而无法存储，则回收式制动能量会作为热能损失掉。

5、从能量、经济和生态的角度来看，这种状态不是令人满意的。

技术实现思路

1、因此，本发明的任务是提供一种改进的技术，该技术能够实现无磨损的回收式持续制动并避免传统方案的缺点。特别地，该任务是通过以尽可能高的效率并且因此从能量、经济和生态的角度改进地利用通过回收式持续制动的能量回收潜力。

2、该任务通过独立权利要求的特征解决。有利的扩展在从属权利要求和说明书中加以说明。

3、根据本发明的第一一般方面，提供了一种用于为即将到来的下坡行驶提供电驱动机动车辆、优选商用车辆的牵引电池中的存储容量储备的方法。该方法包括识别借助于外部充电源对所述牵引电池的充电过程是否即将到来，以及为在所述充电过程之后即将到来的下坡行驶确定一个或多个可能的下坡路段。换言之，预测或估计是否有以及哪个(些)下坡路段可用于所述外部充电过程之后的继续行驶。该方法还包括预测或估计由所述机动车辆沿着每个所确定的下坡路段回收的回收能量的一个或多个数量(mengen)，以及根据回收能量的预测的一个或多个数量为借助于所述外部充电源的所述充电过程确定(例如降低)所述牵引电池的最大电池充电状态。

4、换言之，本发明的基本思想在于，在外部充电过程中，例如在充电桩处的外部充电过程中，如果可以预见充电过程后会出现下坡行驶——在所述下坡行驶时可以回收的电能多于消耗的电能，则不对所述牵引电池进行完全充电。在这种情况下，预料到充电过程后下坡行驶时可回收的能量，有针对性地降低充电过程的最大电池充电状态，即在下一个外部充电过程中到牵引电池被最大充电为止的充电状态，以保持牵引电池中的存储容量储备，以便能够在牵引能量中存储尽可能多的这种未来回收能量和尽可能少地以热量的形式释放到环境中。针对充电过程将最大电池充电状态降低多少是根据在下坡行驶时可回收的能量数量的预测或估计来确定的。

5、有利地，能够以尽可能高的效率利用在即将到来的下坡行驶时通过回收式持续制动的能量回收潜力。可以优化回收能量的数量以保证在即将到来的下坡行驶时的回收式持续制动而不会对牵引电池过度充电，并且优选地避免或至少减少制动电阻的使用。最大允许充电状态可以被确定为，使得该最大允许充电状态为在即将到来的下坡行驶时所需的持续制动和在该过程中回收的能量留下足够的牵引电池存储容量储备。

6、下坡路段的特征在于，所述下坡路段的路段起点比所述下坡路段的路段终点具有更高的地形高度。在沿着下坡路段行驶时，由机动车辆连续地或至少分段地吸收回收的能量。在沿着下坡路段行驶时，机动车辆总共回收的电能多于消耗的电能，即从牵引电池中存储的电能多于取出的电能。

7、这并没有排除下坡路段具有以下区段，机动车辆沿着这些区段消耗的电能多于回收的电能。下坡路段可以具有平坦区段或上升区段，机动车辆沿着这些区段消耗的电能多于回收的电能。下坡路段可以具有以下区段，机动车辆沿着这些区段消耗的电能多于回收的电能，只要在整个下坡路段中回收的电能多于消耗的电能即可。

8、回收能量对应于机动车辆的以下势能，所述势能在机动车辆减速时(即在机动车辆制动时)转化为电能并存储在牵引电池中，如果那里存在对应的存储容量的话。回收能量由电机产生。所述电机可以用作驱动机动车辆的电动机，并且在制动过程中(例如当驾驶员致动机动车辆的制动踏板时)用作发电机并由此同时用作制动器。

9、回收能量可以对应于由牵引电池吸收和输出的电能的能量平衡。所述能量平衡沿着整个下坡路段具有正能量平衡(即吸收的电能多于输出的电能)。此外，该能量平衡可以考虑将机动车辆从充电位置行驶到下坡路段的路段起点所需的电能。

10、电池充电状态是一种参数，其说明了牵引电池的充电状态的度量或者可以从中推导出充电状态。例如，电池充电状态可以说明相对于牵引电池的充电容量的充电状态，其中充满电的牵引电池具有100％的电池充电状态。电池充电状态也称为“充电状态”或soc。

11、针对借助于外部充电源的下一个充电过程的牵引电池的最大电池充电状态说明了牵引电池在借助于外部充电源的充电过程中允许被充电到的极限。当达到最大电池充电状态时，机动车辆自动结束该外部充电过程。根据本发明对电池充电状态的适配优选地仅适用于借助于外部充电源的下一个充电过程。在运行期间，可以并且应当通过存储回收式获得的能量来超过该最大电池充电状态。

12、通常，为了改善牵引电池的使用寿命，将最大电池充电状态确定为低于100％最大存储容量的值，例如确定为85％。当达到最大电池充电状态时，结束充电过程。在本发明的范围中，如果例如预测将继续下坡行驶以及与此关联的回收式制动的能量回收，则有针对性地降低牵引电池的外部充电的这种最大充电状态。最大电池充电状态可以用于当电池充电状态等于最大电池充电状态时自动且可靠地结束在更高位置处的充电过程，以由此在继续下坡行驶时提供足够的存储容量来吸收回收能量。

13、根据特别优选的实施方式，可以在回收能量的预测数量中选择最高数量，并且可以根据所述最高数量来确定最大电池充电状态。最大电池充电状态可以由存储容量或由牵引电池的最大电池充电状态的目标值减去所选择的最高数量得出。

14、有利地，在即将到来的下坡行驶时沿着每个所确定的下坡路段都可以保证回收式持续制动，而不会对牵引电池过度充电并且避免使用制动电阻。从而所确定的最大电池充电状态可以是可能下坡路段的可能最大电池充电状态中的最低最大电池充电状态。因此选择以下最大电池充电状态，其提供牵引电池的最大存储容量储备以避免牵引电池的过度充电，而不管驾驶员最终选择可能下坡路段中的哪一个来继续行驶。

15、根据特别优选的实施方式，最大电池充电状态的确定可以包括由用户通过充电对话框手动选择所确定的下坡路段之一和/或预测的回收能量数量之一，并且根据所选择的下坡路段和/或所选择的回收能量数量来确定最大电池充电状态。

16、替代地或附加地，可由用户通过充电对话框手动更改和/或由用户通过充电对话框手动更改为下一个外部充电过程确定的最大电池充电状态。还可以规定，用户必须在充电对话框的范围内确认所建议的最大电池充电状态的降低，其方式例如是由用户借助于旋转按钮作为操作元件为下一个外部充电过程确认最大电池充电状态的降低。替代地或附加地，可以通过语音输入和/或在触敏屏幕上通过触摸输入来确认所建议的最大电池充电状态的降低。从而可以防止用户在继续行驶时被惊人低地充电的牵引储能器“吓到”。

17、术语“充电对话框”应理解为一种用户交互，例如通过车辆信息娱乐系统，在车辆侧执行用于提供牵引电池中存储容量储备的方法时根据上述实施方式可选地执行该用户交互。

18、还可以设想，所述用户交互可以借助于便携式设备进行，例如借助于移动终端设备。所建议的最大电池充电状态的降低可以例如借助于应用显示在便携式设备的屏幕上。用户的确认可以借助于应用和便携式设备的输入单元(例如触摸屏)来检测。

19、此外替代地或补充地，可以由用户手动说明即将到来的下坡行驶的路段，例如借助于导航系统，以及可以根据手动说明的路段来确定所述最大电池充电状态。

20、通过手动选择可以更改根据最高数量确定的最大电池充电状态，从而可以提高最大电池充电状态的适配的准确性。

21、有利地，用户(例如驾驶员)本身可以确定在充电过程后出现的行驶路段，因此必要时可以确定在充电过程后下坡行驶的下坡路段或手动更改最大电池充电状态，由此可以保证沿着整个确定的下坡路段的回收式持续制动并且将牵引电池在下坡行驶结束时充电至其存储容量或目标值。因此，用户有可能手动更改在系统侧自动生成的最大电池充电状态或所考虑的继续行驶的路段的建议，其方式是输入从用户角度看“正确的”下坡路段或继续行驶的路段或直接预给定最大电池充电状态的从用户角度看偏好或校正的值，在该最大电池充电状态时即将到来的外部充电过程终止。

22、根据另一实施变型，可以借助于存储的机动车辆模型来预测回收能量的数量。电驱动机动车辆的机动车辆模型——其也在考虑沿着面临的行驶路线的地形海拔数据的情况下估计能量平衡(回收能量的数量与消耗能量的数量)——本身是现有技术已知的，以例如预测纯电驱动车辆的有效距离。

23、根据优选实施变型，可以借助于存储的机动车辆模型来预测回收能量的数量，所述机动车辆模型针对即将到来的下坡行驶考虑了以下参数中的至少一个，优选多个：下坡坡度、机动车辆的速度、机动车辆的负载、天气和温度数据以及机动车辆耗电器(例如冷却器、空调、加热器)的能源消耗或车身部件(例如冷藏箱)的能量消耗。

24、机动车辆耗电器的能量消耗可以包括当前能量消耗和/或下坡行驶期间的预期能量消耗。当前能量消耗可以由从牵引电池汲取的当前电能确定。可以在考虑天气和温度数据和/或季节的情况下确定预期能量消耗。

25、所存储的机动车辆模型可以从驾驶循环和/或真实的车辆测量中确定或细化，基于所述驾驶循环和/或真实的车辆测量，针对不同下坡路段在机动车辆模型中考虑的参数的不同值以实验方式求取回收能量数量，并且所述驾驶循环和/或真实的车辆测量根据下坡陡度例如考虑持续制动的持续时间和强度。

26、借助于存储的机动车辆模型预测回收能量数量可以包括检测参数。机动车辆的负载和/或天气和温度数据可以通过充电对话框手动说明。可以借助于传感器系统确定天气和温度数据。可以经由来自外部气象站和/或外部天气信息系统的无线电连接检测天气和温度数据。可以基于地形数据来确定下坡路段的下坡陡度。可以基于沿着下坡路段适用的速度限制和/或下坡路段的当前交通数据来确定机动车辆的速度。当前的交通数据可以经由来自外部交通信息系统的无线电连接检测。

27、有利地可以考虑各种影响以何种程度影响回收能量的数量。例如，机动车辆的负载和因此机动车辆的重量可能影响回收能量的数量，特别是在商用车辆的情况下。从而随着重量的增大，所需的持续制动的强度就越高，即随着重量的增大，回收能量的数量也越大。此外有利地可以考虑在下坡行驶时从牵引电池汲取多少电能，特别是用于运行辅助耗电器。天气和温度数据可以例如给出关于预期的冷却或加热功率的线索。

28、所存储的机动车辆模型可以包括一个或多个多维特征曲线族。这些特征曲线族可以考虑参数以及参数之间的关系。所存储的机动车辆模型还可以包括根据参数的一个或多个函数。所存储的机动车辆模型可以通过对应的算法加以评估并且由此可以确定回收能量的数量。

29、根据另一实施变型，也可以根据所述牵引电池的存储容量、所述牵引电池的当前充电状态和/或包括车辆载荷的当前车辆质量来确定所述最大电池充电状态。最大电池充电状态的确定可以包括检测所述牵引电池的存储容量、所述牵引电池的当前充电状态和/或包括车辆载荷的当前车辆质量。

30、根据另一实施方式，可以基于地形数据来确定一个或多个下坡路段中的每个下坡路段，其中必须存在以下条件中的至少一个：

31、a)下坡路段对于机动车辆是可行驶的；

32、b)下坡路段的长度超过预定的最小长度；

33、c)下坡路段的路段起点位于至执行充电过程的充电位置的距离内并且具有高于预定极限值的下坡坡度，所述预定极限值优选地是从驾驶循环和/或真实的车辆测量中确定的；

34、d)下坡路段的路段终点具有比充电位置更低的地形高度，并且具有低于预定极限值的下坡坡度，其中优选在路段终点之后的具有预定长度的行驶路段具有低于预定极限值的平均下坡坡度。

35、此外，充电位置与路段起点之间的地形高度差可以小于预给定的最大差，和/或下坡路段可以具有高于预定极限值的平均下坡陡度。下坡陡度也可以称为梯度。

36、基于上述标准改进了所考虑的下坡路段的选择。从而例如当下坡的值再次变小并且路段至少大部分再次平坦延伸时，可以基于所述预定极限值来确定下坡路段何时“结束”。

37、有利地，基于当前车辆位置附近的地形数据，包括车辆位置的地形高度，可以确定以下可能的下坡路段，所述可能的下坡路段可以由机动车辆下坡行驶到机动车辆到达较低平面为止，在所述较低平面中行驶时消耗的电能再次多于回收的电能并且可以认为当前下坡已被克服。

38、地形数据可以包括道路网地图和/或关于道路网的地形信息。道路网地图可以包括三维道路网地图。地形信息可以基于地理经度、纬度和高度来描述道路网。地形数据还可以包括道路网的每个路段的路段属性。每个路段的路段属性可以包括路段类别(例如城市道路、乡村道路、高速公路、未铺砌的行驶道路)、路段基础设施(例如道路标志、交通信号灯)、速度限制以及关于路段对于车辆类别(例如重型货车、货运火车、公共汽车)是否不可行驶的信息。

39、根据另一实施变型，识别借助于外部充电源对所述牵引电池的充电过程是否即将到来包括检测所述机动车辆的当前地点以及检查所检测的地点是否对应于适合充电过程的地点类别，例如充电站。

40、识别借助于外部充电源对牵引电池的充电过程是否即将到来还可以包括识别机动车辆与所述外部充电源电连接。

41、识别借助于外部充电源对牵引电池的充电过程是否即将到来可以基于用户查询(例如在充电对话框的范围中)来加以检查和/或还可以在机动车辆处于静止时才进行。

42、有利地，该方法可以自动进行，优选完全自动进行，并且可以在执行充电过程之前确定所述最大电池充电状态。

43、根据另一实施方式，该方法还可以包括仅将牵引电池充电至达到所述牵引电池的所确定的最大电池充电状态为止。

44、可以在确定了最大电池充电状态时才进行充电。该方法还可以包括如果确定了最大电池充电状态，则操控诸如充电站的外部充电源以开始充电过程，和/或如果已达到最大电池充电状态，则操控诸如充电站的外部充电源以结束充电过程。

45、根据另一实施变型，为了优化所述牵引电池的使用寿命，可以为所述牵引电池的充电状态确定下限值(例如15％)和上限值(例如85％)。仅在预定的例外状况下才允许低于所述下限值和/或超过所述上限值。

46、有利地，下限值和上限值可以保护牵引电池，例如减少牵引电池的老化，其方式是排除对牵引电池的完全充电或完全放电。

47、如果基于地形数据确定在预定时间和/或距离内到达消耗的电能多于回收的电能的路段区段，其中再次低于上限值，则可能存在允许超过上限值的例外状况。

48、有利地，对整个下坡行驶保证回收式持续制动并且避免由于剩余距离短而导致的强制停止，其中牵引电池的充电状态仅在短时间段内保持为高于上限。

49、为了在存在多余的回收能量时遵守上限值，可以通过制动电阻将多余的能量作为热能消散到环境中。制动电阻的这种使用可以以警告和/或要求停止的形式在显示器上显示给用户。仅当达到制动电阻的热临界状态时才可以进行所述显示。

50、根据本发明的用于提供存储容量储备的方法的一个特殊优点是，制动电阻的尺寸可以比为持续运行而设计的传统制动电阻小，其中在所述持续运行时不使用根据本发明的方法。原因是根据本发明的方法使得更少需要制动电阻。

51、有利地，尽可能小的制动电阻可以用于紧急情况，所述尽可能小的制动电阻在正常运行时是不需要的。通过制动电阻显著扩大了机动车辆对在制动时产生的能量的“下坡储备”，从而显著扩大了电机的持续制动功能。从而与为不使用根据本发明的用于提供存储容量储备的方法的持续运行设计尺寸和冷却的制动电阻相比，可以在仅略微降低效率的情况下实现车辆的安全性和适用性方面的更多价值。

52、为了在存在多余的回收能量的情况下保持牵引电池充电状态的上限值，还可以时间有限地附加地启动辅助耗电器，例如加热器和/或空调。

53、为了在存在多余的回收能量的情况下保持上限值，还可以操控机动车辆的逆变器，使得有针对性地在逆变器中和/或在机动车辆的电机中产生更高的损耗功率。逆变器和/或电机附加产生的热量可以通过冷却系统消散到环境中。

54、有利地，作为对多余回收能量的对策，可以增加电能的消耗(即从牵引电池汲取电能)和/或可以通过操纵逆变器或电机来产生较少的回收能量。通过这些对策，可以遵守上限并保证整个下坡行驶的回收式持续制动。

55、根据本发明的第二一般方面，提供了一种用于为即将到来的下坡行驶提供在电驱动机动车辆、优选商用车辆的牵引电池中的存储容量储备的设备。所述车辆优选是纯电驱动的机动车辆。所述设备包括被构造为执行如本文所公开的方法的控制设备。

56、为避免重复，先前仅在方法方面公开的特征也应适于作为设备方面公开的特征或作为设备的功能特征并且要求保护。

57、根据特别优选的实施方式，所述设备还可以包括可作为电动机运行的电机和/或用于为所述电机提供电能并且用于吸收由所述电机回收的能量的牵引电池。所述电机也可以作为发电机运行，优选地在机动车辆的制动过程中，以产生回收能量。

58、所述设备还可以包括导航系统，用于提供地形数据并且优选地用于为机动车辆的充电过程后即将到来的下坡行驶确定一个或多个一个或多个可能的下坡路段。

59、所述设备还可以包括用于为机动车辆的用户提供充电对话框的显示和输入装置。

60、所述设备还可以包括制动电阻，所述制动电阻可以在例外状况下使用，优选当已达到电池充电状态的上限值或达到热临界状态时。

61、根据本发明的第三一般方面，提供了一种电驱动机动车辆，优选商用车辆，其包括如本文所公开的设备。机动车辆优选地仅电驱动或者可仅被电驱动(即机动车辆没有内燃机)。