Hybrides Antriebssystem, Fortbewegungsmittel und Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems Die vorliegende Erfindung betrifft ein hybrides Antriebssystem, ein Fortbewegungsmittel sowie ein Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems, insbesondere für ein Fortbewegungsmittel.

Hybride Antriebssysteme umfassen üblicherweise eine Verbrennungskraftmaschine und mindestens einen elektrochemischen Energiespeicher sowie einen Elektromotor. Für die Energieumwandlung mittels dieser Komponenten sind die jeweiligen Zustände und Betriebspunkte relevant. Während der Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine oder des Elektromotors beispielsweise stark von deren Drehzahl und Drehmoment abhängt, hängt der Innenwiderstand eines elektrochemischen Energiespeichers auch von dessen Ladezustand (State of Charge, SOC) ab. Im Verbund miteinander ergeben sich für die Komponenten vergleichsweise komplizierte Abhängigkeiten bei der Ermittlung eines optimalen Gesamtwirkungsgrades. Im Stand der Technik basiert das Leistungsmanagement im Antriebsstrang-Steuergerät eines hybriden Antriebsstrangs meist auf einer statischen Tabelle, welche aufwendig bedatet werden muss. Mit einer solchen Tabelle kann während des Betriebs nicht auf geänderte Randbedingungen reagiert werden. Durch den beschränkten Umfang der Tabelle wird der Betriebspunkt der eingesetzten Antriebsmaschinen häufig nicht wirkungsgradoptimal eingestellt. Bei Hybridantrieben kommt der Leistungsaufteilung zwischen den verbauten Antriebsmaschinen eine entscheidende Bedeutung zu, um das volle Potenzial zur Verbrauchssenkung zu heben. Im Leistungsmanagement wird die Leistung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Elektromotor in Abhängigkeit vom Betriebspunkt (und/oder „Lastzustand") aufgeteilt. Zusätzlich müssen jedoch eine Reihe zusätzlicher Verbraucher mit mechanischer und elektrischer Energie versorgt werden.

Aus dem vorgenannten Stand der Technik ergibt sich ein Bedarf an einer verbesserten Strategie zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems.

BESTÄTIGUNGSKOPIE Die vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben, insbesondere zur Wirkungsgradverbesserung, eines hybriden Antriebssystems, insbesondere für ein Fortbewegungsmittel, gelöst. Das hybride Antriebssystem umfasst einen Motor, insbesondere Elektromotor, welcher im motorischen Betrieb als Antrieb, beispielsweise für das Fortbewegungsmittel, zudem aber auch generatorisch betrieben werden kann. Zusätzlich ist eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen, welche beispielsweise fossile Brennstoffe in mechanische Leistung umwandelt. Ein insbesondere elektrochemischer Energiespeicher ist zur Speisung des Motors vorgesehen. Nachfolgend wird der Anschaulichkeit halber von einem Motor/Elektromotor und einem insbesondere elektrochemischen Energiespeicher gesprochen, obwohl beispielsweise der Energiespeicher alternativ oder zusätzlich einen Drucklufttank oder ein Schwungmasserad umfassen kann und der Motor beispielsweise alternativ oder zusätzlich einen Druckluftmotor oder ein Getriebe zur Übertragung der kinetischen Energie der Schwungmasse an ein Fahrwerk des Fortbewegungsmittels umfassen kann. In geeigneten Betriebszuständen kann der Energiespeicher die durch Rekuperation gewandelte kinetische Energie des Fortbewegungsmittels speichern.

Sofern der Ladezustand des Energiespeichers in Abwesenheit von rekuperierbarer kinetischer Bewegungsenergie angehoben werden soll, kann die von der Verbrennungskraftmaschine abgegebene mechanische Leistung mit Hilfe des generatorisch betriebenen Elektromotors in elektrische Leistung gewandelt und im Energiespeicher gespeichert werden. Optional kann auch ein zusätzlicher Generator zur Rekuperation oder zum Aufladen des Energiespeichers mit Hilfe der Verbrennungskraftmaschine vorhanden sein.

Das hybride Antriebssystem wird beispielsweise wie folgt betrieben: Zunächst wird eine Energiemenge ermittelt, welche aufgewandt wurde, um den Energiespeicher zu laden. Diese ermittelte Energiemenge bezieht sich somit auf einen Aufwand zum Laden des Energiespeichers in der Vergangenheit. Beim Laden eines Energiespeichers treten Wandlungsverluste auf, welche wichtig dafür sind, welche„Kosten" entstanden sind, bzw. wieviel Energie aufgewendet werden musste, um die im Energiespeicher gespeicherte Energiemenge zu speichern. Die ermittelte Energiemenge wird dann dazu verwendet, zu entscheiden, ob der Motor oder die Verbrennungskraftmaschine oder eine Kombination aus dem Motor (motorisch oder generatorisch) und der Verbrennungskraftmaschine betrieben werden. Somit kann die Entscheidung, in welcher Art und Weise das hybride Antriebssystem verwendet wird, auf eine breitere Informationsbasis gestellt werden. Insbesondere kann bei einer Ermittlung eines Gesamtwirkungsgrades des hybriden Antriebssystems berücksichtigt werden, welche Wandlungsverluste beim Laden des Energiespeichers aufgetreten sind. Die Unteransprüche geben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Beim Ermitteln der aufgewandten Energiemenge kann festgestellt werden, dass der Energiespeicher zumindest anteilig mittels der Verbrennungskraftmaschine geladen wurde. Mit anderen Worten, es wird hierbei ermittelt, dass ein hoher energetischer Aufwand geleistet wurde, um den aktuellen Ladezustand zu erreichen. Dies kann dazu verwendet werden, diese gespeicherte Energie dann einzusetzen, wenn ihr Einsatz lohnenswert erscheint. Lohnenswert kann dabei insbesondere so verstanden werden, dass der durch den Einsatz der abgespeicherten Energie erzielte Effekt, z. B. ein bestimmtes Antreiben oder ein Fahren eines Fortbewegungsmittels, in einer aktuellen Situation wichtig ist. Der Einsatz der abgespeicherten Energie kann beispielsweise in einer Situation eingesetzt werden, in der von einem Fortbewegungsmittel eine Strecke gefahren wird, auf der in naher Zukunft Energie günstig oder nahezu kostenlos durch Rekuperation wiedergewonnen werden kann. Damit der zugeordnete Energiespeicher eine genügend große freie Kapazität hat, kann zuvor zumindest ein Teil der abgespeicherten Energie verbraucht werden. Sofern die aufgewandte Energiemenge zum Laden des Energiespeichers„kostengünstig", z. B. mittels Rekuperation, erhalten wurde, kann die Nutzung der im Energiespeicher gespeicherten Energie auch bei geringem Vorteil lohnenswert erscheinen.

Um Informationen dafür bereitzuhalten, zu welchem Anteil der Energiespeicher kostspielig oder kostengünstig geladen wurde, kann beim Laden des Energiespeichers eine Log-Datei mit Daten dazu befüllt wird, welche Energiequellen (verbrennungsmotorisch, Rekuperation, etc.) aktuell (und gegebenenfalls zu welchem Prozentsatz) am Ladestrom bzw. an der Ladeleistung beteiligt sind. Die Log-Datei kann zur Entscheidungsfindung darüber, ob die im Energiespeicher gespeicherte Energie aktuell für einen Antrieb des Fortbewegungsmittels verwendet werden soll, ausgelesen und ausgewertet werden. Dies erhöht die Effizienz des hybriden Antriebssystems.

Das hybride Antriebssystem kann einen Elektromotor aufweisen, welcher im motorischen Betrieb beispielsweise als Antrieb für das Fortbewegungsmittel dient, zudem aber auch generatorisch betrieben werden kann. Zusätzlich ist die Verbrennungskraftmaschine vorgesehen. Ein elektrochemischer Energiespeicher ist zur Speisung des Elektromotors vorgesehen. Das hybride Antriebssystem kann wie folgt betrieben werden: Es wird eine Traktionsvorgabe oder „Fahrprofilvorgabe" ermittelt, welche beispielsweise durch einen Anwender und/oder durch einen Autopiloten und/oder durch ein bereits zu einem früheren Zeitpunkt gewähltes Fahrprofil vordefiniert sein kann. Sofern der Anwender für einen bestimmten Fahrstil steht bzw. ein Fahrroboter ein bestimmtes Fahrprofil ausgibt, können entsprechende Informationen verwendet werden, um ein Last- und/oder Geschwindigkeitsprofil als Fahrprofilvorgabe bzw. Traktionsvorgabe zu verwenden. Die Traktionsvorgabe kann beispielsweise in Abhängigkeit von einem aktuellen Datum und/oder einer aktuellen Tageszeit gewählt werden. Allgemein kann die Traktionsvorgabe zur Identifikation einer Soll-Betriebsweise des Antriebssystems verwendet werden. Auch eine generelle Kategorisierung nach Art eines defensiven oder offensiven Fahrstils kann verwendet werden, um das Verfahren einzuleiten. In einem nächsten Schritt werden mögliche Betriebszustände des Elektromotors und der Verbrennungskraftmaschine zur Erfüllung der Traktionsvorgabe ermittelt. Anhand vordefmierter Kennfelder kann bestimmt werden, in welchen Betriebszuständen die einzelnen Komponenten des hybriden Antriebsstrangs betrieben werden können. Beispielsweise können durch eine Auswertung von Bauteilbetriebsgrenzen und/oder Zustandsgrößen wie z.B. der Temperatur von Kühlmittel oder Abgasnachbehandlungskomponenten die möglichen Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine und des Elektromotors eingegrenzt und/oder erweitert werden.

Alternativ oder zusätzlich kann die Vielzahl möglicher Betriebszustände des Elektromotors und der Verbrennungskraftmaschine sowie des Energiespeichers dahingehend ermittelt werden, wie lange bestimmte Betriebszustände (z. B. hohe Leistungsabgabe des Elektromotors) beibehalten werden, bis ein geändertes Betriebsverhalten gewählt wird, beispielsweise wegen der Unterschreitung eines kritischen Ladezustands des Energiespeichers.

Bevorzugt wird auch ein Verhältnis von im Energiespeicher gespeicherter Energie zu einem Energieaufwand zur Erzeugung der gespeicherten Energie ermittelt. Das Verhältnis aus gespeicherter Energie und Energieaufwand zur Erzeugung der gespeicherten Energie wird nachfolgend auch kurz als "energieaufwandsbezogener Ladezustand" bezeichnet. Der energieaufwandsbezogene Ladezustand berücksichtigt die relevante Annahme, dass der Elektromotor aus einem Energiespeicher mit endlicher Kapazität gespeist wird. Die im Energiespeicher gespeicherte Energie muss daher entweder bei einem Stopp des Fortbewegungsmittels von außen zugeführt oder während eines Betriebs des Fortbewegungsmittels„an Bord" erzeugt werden. Dies erfolgt entweder durch Rekuperation von Bewegungsenergie bzw. Bremsenergie, welche ohne Aufwand von z.B. Kraftstoffenergie, also "kostenlos", bereitgestellt wird, oder durch Lastpunktverschiebung der Verbrennungskraftmaschine, wodurch zusätzlich Treibstoffenergie aufgewandt und bei vergleichsweise hohen Wandlungsverlusten zum Aufladen des Energiespeichers eingesetzt wird. Daher kann es vorgesehen sein, den energieaufwandsbezogenen Ladezustand in die Betriebsstrategie einzuführen, um die zu- und abfließenden Energieströme des elektrochemischen Energiespeichers unter Berücksichtigung der dafür aufgewendeten Energie zu bilanzieren. Hierbei wird die momentan gespeicherte Energie zu derjenigen Energie in ein Verhältnis gestellt, welche zur Erzeugung der in der Batterie gespeicherten Energie aus anderweitigen Energieformen, z.B. Kraftstoffenergie, gewandelt wurde. Auf Basis der Betriebszustände des Elektromotors und der Verbrennungskraftmaschine sowie auf Basis des energieaufwandsbezogenen Ladezustandes werden mögliche, zu erwartende Gesamtwirkungsgrade des Antriebssystems ermittelt. Anschließend werden jeweilige Betriebszustände des Elektromotors und der Verbrennungskraftmaschine anhand eines größten ermittelten Gesamtwirkungsgrades ausgewählt. Mit anderen Worten, es werden in Anbetracht der ermittelten Umstände und unter Berücksichtigung des energieaufwandsbezogenen Ladezustandes die jeweiligen gemeinsamen Betriebszustände des Elektromotors und der Verbrennungskraftmaschine ausgewählt, welche bei der Erfüllung der Traktionsvorgabe einen größten Gesamtwirkungsgrad für das hybride Antriebssystem erzielen.

Sofern verfügbar, kann ein bevorstehender Streckenverlauf, umfassend insbesondere ein Höhenprofil, ermittelt und eine für den bevorstehenden Streckenverlauf zu erwartende Traktionsvorgabe bestimmt werden. Der Streckenverlauf kann beispielsweise deterministisch oder wahrscheinlichkeitsbasiert ermittelt werden. Ein bevorstehender Streckenverlauf kann anhand eines Fahrplans, einer Auswertung von Informationen zur Positionserkennung (z.B. GPS), einer Anwendereingabe, einer bereits gefahrenen Teilstrecke o. ä. bestimmt werden.

Der bevorstehende Streckenverlauf kann beispielsweise derart bestimmt werden, dass er an einem nächsten Versorgungspunkt zur Aufnahme externer elektrischer Energie und/oder fossiler Brennstoffe durch das Fortbewegungsmittel endet. Eine solche Position kann auch als Lade- und/oder Tankstopp bezeichnet werden. Da externe elektrische Energie meist kostengünstiger als mit Bordmitteln gewandelte elektrische Energie bereitgestellt werden kann, kann das derart festgelegte Ende des Streckenverlaufes oder Belastungsprofils über die Zeit für die Betriebszustände des hybriden Antriebssystems bei der Fahrt entlang des Streckenverlaufs relevant sein. Beispielsweise hängt die Verfügbarkeit von im Energiespeicher gespeicherter Energie davon ab, ob die bevorstehende Strecke eine bestimmte Länge oder eine bestimmte energetische Signatur unter- oder überschreitet. Beispielsweise kann auf Basis der Information eines bevorstehenden Streckenverlaufs und einer daraus ermittelten Traktionsvorgabe in der Betriebsstrategie verstärkt auf elektromotorischen Betrieb und eine damit einhergehende Entladung des Energiespeichers gesetzt werden, da im weiteren Streckenverlauf, beispielsweise durch ein Bremsmanöver oder eine Gefällefahrt, die Rekuperation großer Energiemengen möglich ist.

Zudem kann beispielsweise anhand einer Positionsbestimmung und/oder der Bestimmung eines bevorstehenden Streckenverlaufs bei der Wahl möglicher Betriebszustände die Option der externen Aufnahme elektrischer Energie (z.B. an Versorgungspunkten) und deren Speicherung im Energiespeicher berücksichtigt werden. Dem liegt die Annahme zugrunde, dass dem Fortbewegungsmittel von extern zugeführte elektrische Energie kostengünstiger bereitgestellt werden kann, als mit Bordmitteln gewandelte elektrische Energie.

Die Traktionsvorgabe hängt beispielsweise von einer aktuellen Position eines Fortbewegungsmittels und einer für das Fortbewegungsmittel vordefinierten Sollposition ab. Alternativ oder zusätzlich kann eine z. B. maximale Sollgeschwindigkeit eines Fortbewegungsmittels die Traktionsvorgabe beeinflussen.

Das Ermitteln von Gesamtwirkungsgraden des hybriden Antriebssystems auf dem Streckenverlauf kann eine Auswertung gespeicherter Wirkungsgradkennfelder für den Elektromotor und die Verbrennungskraftmaschine umfassen. Insbesondere kann auch ein zu erwartender Ladezustand und ein dem Ladezustand zugeordneter Energiewandlungswirkungsgrad des Energiespeichers berücksichtigt werden. Optional kann auch der energieaufwandsbezogene Ladezustand in einem lokal gespeicherten Referenzdatensatz mitgeführt und bei der Ermittlung des Gesamtwirkungsgrades berücksichtigt werden. Das Ermitteln des energieaufwandsbezogenen Ladezustandes des Energiespeichers kann beispielsweise anhand eines nutzbaren Anteils von im Energiespeicher gespeicherter Energie erfolgen. Hierbei wird ein nutzbares Ladezustandsfenster des Energiespeichers ausgewertet. Das Ladezustandsfenster, im Folgenden als SOC-Fenster (State-of-Charge-Fenster) bezeichnet, kann kleiner sein als die physikalisch maximal mögliche Kapazität des Energiespeichers. Durch eine Einschränkung des SOC-Fensters wird verhindert, dass während des Betriebs den Energiespeicher schädigende Ladezustände und/oder Ladezustände mit hohem Innen widerstand erreicht werden. Ein solches„SOC-Fenster" kann auch in mehreren Abstufungen derart definiert sein, dass den Innenwiderstand bzw. einen zugeordneten Wirkungsgrad bei Lade- und Entladevorgängen quantifizierende SOC-Fenster oder SOC-Bereiche in Stufenform oder kontinuierlich einen gewissen übergeordneten SOC-Spektrumsbereich des Energiespeichers oder gar den gesamten physikalisch möglichen SOC-Bereich informationstechnisch partitionieren. Für die unterschiedlichen Partitionen können jeweilige Attribute festgelegt werden, über welche die Verwendung des Energiespeichers in dem SOC-Bereich bewertet und an vordefinierte Bedingungen geknüpft werden kann.

Erfindungsgemäß wird ferner ein hybrides Antriebssystem vorgeschlagen. Das hybride Antriebssystem kann ein Fortbewegungsmittel, z. B. ein elektrisch unterstützt antreibbares Fortbewegungsmittel, bewegen. Eine Auswerteeinheit ist eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahrens zum Betreiben des hybriden Antriebssystems auszuführen. Entsprechend kann das hybride Antriebssystem optional einen Datenspeicher, eine Ortungseinrichtung und/oder Mittel zur Erkennung eines vordefinierten Anwenders zur Ermittlung einer Traktionsvorgabe umfassen. Auf diese Weise ist das hybride Antriebssystem eingerichtet, die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile in entsprechender Weise, wie oben zum erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben, zu verwirklichen.

Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches ein erfindungsgemäßes hybrides Antriebssystem aufweist. Das Fortbewegungsmittel kann als Straßen-, Schienen-, Luft- und/oder Wasserfahrzeug ausgestaltet sein. Bevorzugt erfolgt die Leistungsaufteilung in der Betriebsstrategie oder einem Leistungsmanagement (z. B. parallel, Power-Split Hybrid) unter der Berücksichtigung aller Energieverluste im Antriebsstrang. Durch den energieaufwandsbezogenen Ladezustand wird der Einfluss von Energieaufwand (z. B. Kraftstoffenergie = Kosten) mit berücksichtigt. Der Ansatz ist sehr variabel (Wirkungsgradkennfelder von Verbrennungsmaschine und Elektromotor werden getauscht) und auf verschiedene Kombinationen von Verbrennungsmaschinen und Elektromotoren (auch Mehrmotoranlagen) anwendbar. Der energieaufwandsbezogene Ladezustand wirkt ähnlich wie ein selbstlernender Algorithmus, der sich im Laufe des Betriebs (von wenigen Streckenabschnitten) auf einen Wert einpendelt. Dieser Wert spiegelt die Randbedingungen (z. B. wie Leistungsbedarf, Streckenbeschaffenheit, Fahrerprofil usw.) wieder. Enthält zum Beispiel die Strecke einer Bahn viele Haltestellen oder Gefällestrecken, kann viel Bremsenergie rekuperiert werden. Diese Energie ist "kostenlos". Hierdurch wird der energieaufwandsbezogene Ladezustand vergleichsweise hoch. Im Leistungsmanagement wird der elektrische Zweig daher mehr eingesetzt als auf anderen Strecken. Ist die Strecke sehr lang und es wird wenig Bremsenergie rekuperiert (z. B. durch wenig Gefällestrecken oder wenige Zwischenstopps), sondern der Energiespeicher oft mittels der Verbrennungskraftmaschine geladen, wird der energieaufwandsbezogene Ladezustand niedrig (kleiner 1) und der Elektromotor nur selten motorisch genutzt, da die durch ihn gewandelte Energie ohnehin im Wesentlichen verbrennungsmotorischen Ursprungs ist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen hybriden Antriebssystems;

Figur 2 eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines hybriden

Antriebssystems;

Figur 3 ein Beispiel einer Gegenüberstellung unterschiedlicher Abschnitte eines bevorstehenden Streckenverlaufes; Figur 4 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems, und

Figur 5 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines weiteren

Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems.

Figur 1 zeigt einen Pkw 10 als Fortbewegungsmittel, in welchem ein hybrides Antriebssystem 1 vorgesehen ist. Hierbei ist eine Batterie 1 1 als elektrochemischer Energiespeicher zur Speisung eines Elektromotors 2 vorgesehen. Der Elektromotor 2 kann zum Antrieb des Pkws 10 sowie generatorisch als elektrische Energiequelle zur Speisung der Batterie 1 1 betrieben werden. Ein Verbrennungsmotor 3 ist einerseits zum Antrieb des Pkws 10 und andererseits zur bedarfsweisen Ladung der Batterie 1 1 über den als Generator betreibbaren Elektromotor 2 vorgesehen. Ein elektronisches Steuergerät 12 als Auswerteeinheit ist informationstechnisch mit einer Antenne 4 verbunden, über welche sich der Pkw 10 orten kann, um beispielsweise eine Startposition eines bevorstehenden Streckenverlaufes zu ermitteln. Ein Datenspeicher 13 ist informationstechnisch mit dem elektronischen Steuergerät 12 verbunden, sodass eine Vielzahl bekannter, bereits gefahrener Strecken Verläufe sowie Kennungen zugelassener Anwender für die Auswertung durch das elektronische Steuergerät 12 bereitgehalten werden. Zusätzlich ist das elektronische Steuergerät 12 eingerichtet, ein Verfahren zum Betreiben des hybriden Antriebssystems 1 auszuführen, für welches ein Beispiel in Verbindung mit Figur 4 weiter unten beschrieben wird.

Figur 2 zeigt Komponenten eines hybriden Antriebssystems, in welchem zwischen Verbrennungsmotor 3 und Elektromotor 2 symbolisch eine Vielzahl mechanischer und elektrischer Nebenverbraucher 5 angeordnet ist. Ein mechanisches Getriebe 6 dient der Drehzahlanpassung von Verbrennungsmotor 3 und Elektromotor 2 an eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit. Die elektrische Adaption zwischen dem Elektromotor 2 und der Batterie 1 1 erfolgt über einen Zwischenkreis 7, welcher einen Wechselrichter 8 und einen Gleichrichter 9 aufweist, um die Gleichspannung der Batterie 1 1 in eine für den Betrieb des Elektromotors 2 erforderliche Wechsel Spannung umzuwandeln und im Fall einer Rekuperation vom Elektromotor 2 bereitgestellte Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln, mittels welcher die Batterie 1 1 geladen wird. Figur 3 zeigt Beispiele von Abschnitten I, II, III, IV eines Streckenverlaufes, welcher durch den Pkw 10 als Fortbewegungsmittel gefahren wird. Den Abschnitten I bis IV des Streckenverlaufes sind die Leistungen PVM, PEM und Pi st sowie energieaufwandsbezogene Ladezustände ELZ zugeordnet. PV steht für die Leistung der Verbrennungskraftmaschine und ist in den Abschnitten I und II größer als 0 und im Abschnitt III aufgrund des erforderlich gewordenen generatorischen Betriebes des Elektromotors sehr viel größer als 0. Erst im Abschnitt IV wird die Leistung PVM gleich 0, da die Fahrt bergab allein aus der Höhenenergie des Pkws 10 bestritten und zusätzlich Energie rekuperiert werden kann (PEM kleiner als 0). Anfänglich (Abschnitt I) ist die Leistung PE des Elektromotors gleich 0. Im Abschnitt II wird der Elektromotor zum Unterstützen ("Boosten") verwendet und gibt elektrische Energie ab (PEM größer als 0). Der generatorische Betrieb in den Abschnitten III, IV bedingt eine elektrische Leistung des Elektromotors kleiner als 0. Die Umsetzung chemischer Energie aus fossilen Brennstoffen ist in Form einer Leistung ebenfalls angegeben und korrespondiert zur Leistung P _V M des Verbrennungsmotors, da die Leistung P« _s t sozusagen den Energieaufwand für die vom Verbrennungsmotor abgegebene Leistung PVM darstellt. Der energieaufwandsbezogene Ladezustand ELZ ist eine einheitenlose Größe und wird bei der Wahl eines Betriebszustandes des hybriden Antriebssystems berücksichtigt. Für die ersten beiden Abschnitte I, II des dargestellten Streckenverlaufes ist der energieaufwandsbezogene Ladezustand ELZ konstant, da bislang keine fossilen Energieträger zur Ladung der Batterie verwendet worden sind. Im Abschnitt III sinkt der energieaufwandsbezogene Ladezustand ELZ, da das Entladen der Batterie aufgrund des Boost-Betriebs in Abschnitt II einen sofortigen Ladevorgang erfordert hat. Der Ladevorgang kann beispielsweise aufgrund des Eintritts in einen Ladezustand mit hohem Innenwiderstand oder gar Schädigungspotential für die Batterie initiiert werden. In Abschnitt IV steigt der energieaufwandsbezogene Ladezustand ELZ wieder an, da die Batterie zwar weiterhin geladen wird, die hinzugekommene elektrochemische Energie jedoch aufgrund der Bergabfahrt "kostenlos" bereitgestellt wird. Auf diese Weise wird der mittlere "Preis" für eine in der Batterie gespeicherte Energieeinheit gesenkt. Der Gesamtwirkungsgrad des Betriebs des hybriden Antriebssystems kann als hoch betrachtet werden, sofern der motorische Betrieb des Elektromotors bei hohem energieaufwandsbezogene Ladezustand ELZ erfolgt. Mit anderen Worten wird zur Reduzierung des Gesamtwirkungsgrades zu einem späteren, sich an den Abschnitt IV anschließenden Bereich (nicht dargestellt) ein Betrieb des Elektromotors stärker befürwortet werden, um den Gesamtwirkungsgrad zu erhöhen, als wenn die Batterie einen identischen Ladezustand allein aufgrund einer höheren Investition fossiler Brennstoffe erlangt hätte.

Wird der einmal gefahrene Streckenverlauf abgespeichert und optional gemeinsam mit anderen Informationen abgespeichert, wie z.B. der Traktionsvorgabe (z. B. Boost-Betrieb in Abschnitt II aufgrund einer Geschwindigkeitsvorgabe durch den Anwender erforderlich), können diese Erkenntnisse zur Entscheidung über den Rekuperationsbetrieb in Abschnitt III verwendet werden. Beispielsweise kann bei einer erneuten Fahrt auf derselben Strecke die Erkenntnis berücksichtigt werden, dass sich an die Hochebene in Abschnitt III eine lange Fahrt bergab in Abschnitt IV anschließt. Gegenüber einer ersten Reise auf demselben Streckenabschnitt kann hingenommen werden, dass der Ladezustand der Batterie in Abschnitt III einen gewissen Zeitraum unterhalb einer vordefinierten Schwelle verbleibt, während dies ohne Erfahrung mit dem Streckenverlauf zur Beibehaltung von Flexibilität und/oder Mobilität nicht hingenommen würde. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass der energieaufwandsbezogene Ladezustand ELZ in Abschnitt III stark absinkt (beispielsweise wie im Stand der Technik üblich), da der Elektromotor im generatorischen, vom Verbrennungsmotor angetriebenen Betrieb verwendet wird. Insbesondere für den Fall, dass am Ende des dargestellten Streckenverlaufes eine als Steckdose 14 symbolisierte Versorgungseinheit zur Aufnahme externer elektrischer Energie vorhanden ist, welche einen höheren Wirkungsgrad als eine verbrennungsmotorische Erzeugung elektrochemischer Energie aufweist, kann das derart selbstlernende Verfahren den Gesamtwirkungsgrad bei der Fahrt auf dem dargestellten Streckenverlauf erhöhen.

Die Berechnung von ELZ wird im Folgenden für die in Figur 3 beschriebenen Fahrzustände in den Abschnitten I bis IV beispielhaft erläutert. ELZ ist das Verhältnis aus im Energiespeicher gespeicherter Energie E _BAT und Energieaufwand E _A , wobei sich E _BAT aus dem Intergral der Batterieleistung P _BAT über die Zeit t berechnet, vgl. Gleichung 2.1 und 2.2. In Abschnitt I, rein verbrennungsmotorischer Antrieb, und Abschnitt II, hybrider Antrieb durch Verbrennungsmotor und E-Motor, bleibt ELZ konstant. Dementsprechend berechnet sich E _A nach Gleichung 2.3. Im Abschnitt III wird von der Verbrennungskraftmaschine ein Leistungsüberschuss bereitgestellt, gleichzeitig der Elektromotor generatorisch betrieben und der elektrochemische Energiespeicher geladen. In diesem Fall ist die aufgewendete Energie E _A das Intergral der für das Aufladen des elektrochemischen Speichers aufgewendeten Kraftstoffleistung P' _S T (ein Anteil der zum elektrischen Laden aufgewandten fossilen Leistung P _KST bzw. P _V ) über die Zeit, vgl. Gleichung 2.4. In Abschnitt III steigt sowohl EBAT als auch EA, da P'KST ^> 0· ELZ sinkt, da PBAT < P' KST. In Abschnitt IV ist P' KST = 0 und es gilt Gleichung 2.5.

Gleichung 2.1

Gleichung 2.2 Gleichung 2.3

Gleichung 2.4

Gleichung 2.5

Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Verfahrens zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems für ein Fortbewegungsmittel oder für Mehrmotorsysteme, wie sie sich beispielsweise in einem Schienenfahrzeug (insbesondere einem Triebwagen) wiederfinden. In Schritt 100 wird ein bevorstehender Streckenverlauf ermittelt. In Schritt 200 wird aus dem Streckenverlauf eine Traktionsvorgabe berechnet. Diese kann beispielsweise ein Brems-/Beschleunigungsverhalten, eine auf einem jeweiligen Abschnitt des Streckenverlaufes gewählte Geschwindigkeitsvorgabe, etc. berücksichtigen. In Schritt 300 werden mögliche, zu erwartende Betriebszustände des Elektromotors und der Verbrennungskraftmaschine zur Erfüllung der Traktionsvorgabe auf dem bevorstehenden Streckenverlauf ermittelt. Insbesondere werden auf Basis eines erforderlichen Antriebsmomentes sowie auf Basis zu erwartender Betriebszustände mechanischer und elektrischer Nebenverbraucher mögliche, die Traktionsvorgabe erfüllende Betriebszustände des Elektromotors und der Verbrennungskraftmaschine ermittelt. In Schritt 400 wird ein energieaufwandsbezogener Ladezustand ermittelt, wie er für die Beurteilung eines Gesamtwirkungsgrades des hybriden Antriebssystems vorgeschlagen wird. Hierzu wird ein Verhältnis von im elektrochemischen Energiespeicher gespeicherter Energie und zur Erzeugung der gespeicherten Energie erforderlichem Energieaufwand ermittelt. In Schritt 500 werden mögliche Gesamtwirkungsgrade des Antriebssystems auf Basis der in Schritt 300 ermittelten Betriebszustände der Antriebskomponenten und des energieaufwandsbezogenen Ladezustandes ermittelt. Anhand dieser Gesamtwirkungsgrade werden in Schritt 600 jeweilige Betriebszustände des Elektromotors und der Verbrennungskraftmaschine anhand eines größten ermittelten Gesamtwirkungsgrades für die Fahrt auf dem bevorstehenden Streckenverlauf ausgewählt. Dies kann beispielsweise auch eine rechtzeitige Ladung des elektrochemischen Energiespeichers mittels fossiler Energien bedeuten, sofern ein Nachladen im Streckenverlauf ohnehin erforderlich würde.

Nachfolgend wird ein Beispiel für eine Beziehung zur Ermittlung eines Gesamtwirkungsgrades widergegeben, in welcher die Größe "energieaufwandsbezogener Ladezustand" als ELZ enthalten ist. Gleichung 3

In Gleichung 3 steht nc _e s Air den Gesamtwirkungsgrad an einem bestimmten Betriebszustand PVM für die Leistungsabgabe der verwendeten Verbrennungskraftmaschine, PEM für die Leistungsabgabe oder -aufnähme (in letzterem Fall vorzeichenbehaftet, generatorischer Betrieb mit negativem Vorzeichen) des Elektromotors, PNV für die Leistungsaufnahme der Nebenverbraucher (mechanisch sowie elektrisch), und P _K ST steht für die aufgewandte Kraftstoffleistung. Im Ladebetrieb, also bei elektrischer Leistungsaufnahme des Energiespeichers, ist die Batterieleistung PBAT > 0. Im Entladebetrieb ist PBAT < 0· Das bedeutet PßAT-Laden >= 0 (beim Entladen ist PßAT-Laden = 0). Entsprechend gilt PßAT-Entiaden <= 0 (beim

Laden ist PßAT-Entladen = 0). Die Leistungen PVM, PEM und P V stellen die Leistungsanforderung aufgrund der Betriebssituation des hybriden Antriebssystems dar.

Ohne den energieaufwandsbezogenen Ladezustand ELZ in der vorgenannten Gleichung oder in der Beziehung ELZ = 1 (bzw. ELZ = konstant) wird der Elektromotor gemäß dem Stand der Technik wegen des höheren Wirkungsgrades der elektromechanischen Energiewandlung bevorzugt zur Erfüllung der Leistungsanforderung im Hybridbetrieb verwendet. Wird der zulässige Batterieladezustand unterschritten und es kann keine Energie rekuperiert werden, muss der Energiespeicher bei hohen Energiewandlungsverlusten stets durch den Verbrennungsmotor wieder aufgeladen werden. Dies wird gemäß dem Stand der Technik auch dann durchgeführt, wenn es aus energetischen Gesichtspunkten (über einen längeren Zeitraum betrachtet) nicht sinnvoll ist. Durch die Berücksichtigung des energieaufwandsbezogenen Ladezustandes ELZ gemäß der obigen Gleichung wird auch der Kraftstoffverbrauch beim Aufladen des Energiespeichers berücksichtigt. Wird ELZ niedrig, steigt der Energieaufwand entsprechend der obigen Gleichung zur Bereitstellung elektrischer Leistung an. Figur 5 zeigt Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems. In Schritt 1000 wird eine Information während eines Ladens eines Energiespeichers aufgezeichnet, mittels welcher eine Zuordnung zwischen einer im Energiespeicher gespeicherten Energiemenge und einer zur Speicherung der Energiemenge aufgewandten Energiemenge erfolgen kann. Die Aufzeichnung kann zeit- und/oder wertkontinuierlich oder zeit- und/oder wertdiskret erfolgen und beispielsweise in einer Log- Datei hinterlegt werden, welche informationstechnisch mit einer Auswerteeinheit verbunden ist. In Schritt 2000 wird eine Energiemenge ermittelt, welche aufgewandt wurde, um den Energiespeicher zu laden. Hierzu kann der zuvor genannte Datenspeicher bzw. die Log-Datei von einem elektronischen Steuergerät / einer Auswerteeinheit ausgelesen werden. In Abhängigkeit von der aufgewandten Energiemenge wird in Schritt 3000 entschieden, ob der Motor oder die Verbrennungskraftmaschine oder sowohl der Motor als auch die Verbrennungskraftmaschine zum Antrieb des Fortbewegungsmittels betrieben werden. Dies ermöglicht eine energieaufwandsbewusste Antriebsweise und ermöglicht— im Vergleich zum Stand der Technik - Effizienzsteigerungen bei der Verwendung des hybriden Antriebssystems.