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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug
oder Nutzfahrzeug, mit einem elektrischen Antrieb, einem elektrischen
Versorgungsnetz mit zumindest einem elektrischen Verbraucher und
einem Energiespeicher zur Versorgung des elektrischen Antriebs und
des elektrischen Versorgungsnetzes. Die Erfindung betrifft ferner
ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Fahrzeugs. Die Erfindung
betrifft weiter ein Computerprogrammprodukt.
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Fahrzeuge
mit einem elektrischen Antrieb sollen entweder möglichst lange betrieben werden können oder
eine möglichst
große
Strecke zurücklegen
können.
Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb sind beispielsweise Hybridfahrzeuge
(HEV = Hybride Electric Vehicle PHEV = Plug-in Hybride Electric
Vehicle) oder reine Elektrofahrzeuge (BEV = Battery Electric Vehicle).
Insbesondere bei Letzteren müssen
sämtliche
Komponenten oder Funktionen, welche in herkömmlichen Fahrzeugen an den
Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine gekoppelt sind, alternativ
bereitgestellt werden. Typischerweise werden alle Komponenten oder
Funktionen aus einem Energiespeicher, z. B. einer (Traktions-)Batterie
versorgt.
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Abhängig vom
Energieverbrauch der an das elektrische Versorgungsnetz angeschlossenen
Verbraucher sinkt in einem rein elektromotorisch betriebenen Fahrzeug
die Restreichweite durch die Entnahme der Energie aus der Traktionsbatterie.
Unter Umständen
kann es dazu kommen, dass der Benutzer des Fahrzeugs aufgrund einer
vorzeitigen vollständigen
Entleerung des Energiespeichers nicht mehr das beabsichtigte Ziel
erreicht.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug sowie
ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs anzugeben, mit welchen
der oben genannte Nachteil vermieden werden kann.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie
ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit den Merkmalen des
Patentanspruches 8. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Computerprogrammprodukt
mit den Merkmalen des Patentanspruches 14. Vorteilhafte Ausgestaltungen
ergeben sich aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Die
Erfindung schafft ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug oder
Nutzfahrzeug, mit einem elektrischen Antrieb, einem elektrischen
Versorgungsnetz mit zumindest einem elektrischen Verbraucher, einem
Energiespeicher zur Versorgung des elektrischen Antriebs und des
elektrischen Versorgungsnetzes, einer Mensch-Maschine-Schnittstelle, über welche
durch einen Benutzer des Fahrzeugs eine zu erzielende Mindestreichweite
des Fahrzeugs eingebbar ist oder über welche durch den Benutzer
eine Information eingebbar ist, aus der die Mindestreichweite ermittelbar
ist, und mit einer Vorrichtung zur Überwachung und Regelung des
Ladungsinhalts des Energiespeichers und des Versorgungsnetzes. Die
Vorrichtung zur Überwachung
und Regelung des Ladungsinhalts ist dazu ausgebildet, eine für die zu
erzielende Mindestreichweite notwendige Ladungsmenge zu ermitteln
und eine verbleibende Restladungsmenge dem elektrischen Versorgungsnetz
zur Verfügung
zu stellen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Betreiben eines Fahrzeugs der oben genannten Art wird eine für die zu
erzielende Mindestreichweite notwendige Ladungsmenge ermittelt und
dem elektrischen Versorgungsnetz eine verbleibende Restladungsmenge
zur Verfügung
gestellt.
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Im
Rahmen der vorliegenden Beschreibung umfasst ein elektrisches Versorgungsnetz
ein oder mehrere Teilnetze mit spezifischen Spannungen. Beispielsweise
umfasst das Versorgungsnetz das herkömmliche 12 V-Bordnetz, an welches
sämtliche elektrischen
Verbraucher des Fahrzeugs, wie z. B. das Radio, die Klimatisierung,
Lichter usw., angeschlossen sind. Darüber hinaus kann das elektrische Versorgungsnetz
z. B. ein 220 V-Wechselspannungsnetz
umfassen, an welches temporär
ein weiterer Verbraucher anschließbar ist. Es versteht sich
für einen
Fachmann von selbst, dass zur Versorgung eines spezifischen Bordnetzes
mit einer jeweiligen Betriebsspannung ein entsprechender Spannungswandler
zur Bereitstellung der entsprechenden Spannungshöhe und Spannungsart vorgesehen
werden muss.
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Die
Erfindung basiert auf der Überlegung, dass
bei einem Fährzeug
mit elektrischem Antrieb aufgrund der bislang fehlenden Möglichkeit, „Reichweite” schnell
und an vielen Orten „nachtanken” zu können, das
sichere Ankommen an dem zu erreichenden Ziel die höchste Priorität genießt. Da,
wie eingangs erläutert,
eine erreichbare Restreichweite des Fahrzeugs jedoch im Wesentlichen
von der Art, der Anzahl und Betriebsweise der durch das elektrische
Versorgungsnetz versorgten Verbraucher abhängig ist, wird erfindungsgemäß eine für die zu
erzielende Mindestreichweite notwendige Ladungsmenge ermittelt und
die dann verbleibende Restladungsmenge den Verbrauchern des elektrischen Versorgungsnetzes,
gegebenenfalls priorisiert, zur Verfügung gestellt. In diesem Fall
kann auf jeden Fall sichergestellt werden, dass der Benutzer des
Fahrzeugs das von ihm durch die Vorgabe der Mindestreichweite zu
erreichende Ziel erreicht. Den Verbrauchern des elektrischen Versorgungsnetzes
wird demgegenüber
eine geringere Priorität
zugewiesen. Der Betrieb der an das elektrische Versorgungsnetz angeschlossenen
Verbraucher kann in Abhängigkeit der
verbleibenden Restladungsmenge dann entsprechend gesteuert werden.
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Durch
die Erfindung kann eine durch einen Benutzer des Fahrzeugs vorgebbare
Mindestreichweite garantiert werden. Auf diese Weise kann das Liegenbleiben
des Fahrzeugs auf Grund eines zu hohen Verbrauchs durch an das elektrische
Versorgungsnetz angeschlossene Verbraucher verhindert werden. Da
die Erfindung auch durch Software realisierbar ist, entstehen für deren
Bereitstellung lediglich geringe Herstellungskosten. Darüber hinaus macht
sich das erfindungsgemäße Vorgehen
in einem Komfortgewinn für
die Benutzer des Fahrzeugs bemerkbar, da die Unsicherheit über eine
verbleibende Restreichweite beseitigt ist.
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Gemäß einer
zweckmäßigen Ausgestaltung ist
die Vorrichtung zur Überwachung
und Regelung dazu ausgebildet, ein Signal an die Mensch-Maschine-Schnittstelle
abzugeben, welches diese dazu veranlasst, eine Warnung bezüglich eines
abzuschaltenden Verbrauchers auszugeben, wenn die für die zu erzielende
Mindestreichweite notwendige Ladungsmenge bei fortdauerndem Betrieb
des oder der Verbraucher des elektrischen Versorgungsnetzes nicht sichergestellt
werden kann. Korrespondierend hierzu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein Signal an die Mensch-Maschine-Schnittstelle abgegeben, welches
diese dazu veranlasst, eine Warnung bezüglich eines abzuschaltenden
Verbrauchers anzugeben, wenn die für die zu erzielende Mindestreichweite
notwendige Ladungsmenge bei fortdauerndem Betrieb des oder der Verbraucher
des elektrischen Versorgungsnetzes nicht sichergestellt werden kann.
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Alternativ
oder zusätzlich
ist die Vorrichtung zur Überwachung
und Regelung dazu ausgebildet, einen Verbraucher des elektrischen
Versorgungsnetzes abzuschalten, wenn die für die zu erzielende Mindestreichweite
notwendige Ladungsmenge bei fortdauerndem Betrieb des oder der Verbraucher
des elektrischen Versorgungsnetzes nicht sichergestellt werden kann.
Korrespondierend hierzu wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
ein Verbraucher des elektrischen Versorgungsnetzes abgeschaltet,
wenn die für
die zu erzielende Mindestreichweite notwendige Ladungsmenge bei
fortdauerndem Betrieb des oder der Verbraucher des elektrischen
Versorgungsnetzes nicht sichergestellt werden kann.
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Reicht
die verbleibende Restladungsmenge nicht aus, sämtliche an das elektrische
Versorgungsnetz angeschlossene Verbraucher zur Erzielung der Mindestreichweite
betreiben zu können,
so kann entweder gemäß der ersten
Variante dem Benutzer des Fahrzeugs die Möglichkeit gegeben werden, den Verbraucher
manuell abzuschalten. Alternativ kann die Abschaltung gemäß der zweiten
Variante auch selbsttätig
durch das Fahrzeug erfolgen. Welche der beiden Varianten gewählt wird,
kann beispielsweise von der Art des Verbrauchers abhängig gemacht
werden. Für
den Betrieb des Fahrzeugs nicht zwingend notwendige, für den Komfort
des Fahrers jedoch nützliche
Verbraucher könnten
beispielsweise erst nach vorheriger Warnung durch den Fahrer selbst abgeschaltet
werden. Verbraucher, die mit dem eigentlichen Betrieb des Fahrzeugs
nichts zu tun haben, könnten
demgegenüber
automatisch abgeschaltet werden.
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Gemäß einer
weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung
umfasst der zumindest eine, elektrische Verbraucher einen, insbesondere
temporär
an das elektrische Versorgungsnetz oder an den Energiespeicher anschließbaren elektrischen
Zusatzverbraucher. Ein solcher elektrischer Zusatzverbraucher könnte beispielsweise über eine
in dem Fahrzeug vorgesehene Steckdose an das elektrische Versorgungsnetz
angeschlossen werden. Bei einem solchen Zusatzverbraucher kann es
sich beispielsweise um eine Kühlbox
handeln.
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Eine
weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht
vor, dass die Vorrichtung zur Überwachung
und Regelung dazu ausgebildet ist, die zu erzielende Mindestreichweite
unter Nutzung von Kontextinformationen zu ermitteln. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die zu erzielende Mindestreichweite unter Nutzung von Kontextinformationen
ermittelt. Die Kontextinformationen können z. B. Navigationsdaten oder
eine Fahrstrecke des Fahrzeugs bis zur Ermittlung des Mindesteichweite
umfassen. In entsprechender Weise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
Navigationsdaten oder eine Fahrstrecke des Fahrzeugs bis zur Ermittlung
der Mindestreichweite verarbeitet. Dabei ist es zweckmäßig, wenn auch
Zwischenstopps berücksichtigt
werden. Die zu erzielende Mindestreichweite kann somit auf unterschiedliche
Art und Weise vorgegeben werden. Zum einen ist eine direkte Eingabe
der zu erreichenden Kilometer-Zahl durch den Benutzer in die Mensch-Maschine-Schnittstelle
möglich.
Zum anderen kann der Benutzer des Fahrzeugs über die Mensch-Maschine-Schnittstelle
ein Navigationsziel auswählen,
woraus aus diesen Daten die zu erzielende Mindestreichweite ermittelt
wird. In der zuletzt genannten Variante wird die zu ermittelnde
Mindestreichweite aus bekannten Fahrdaten des Fahrzeugs ermittelt.
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Die
Erfindung umfasst schließlich
ein Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher
einer digitalen Vorrichtung zur Überwachung
und Regelung des Ladungsinhalts des Energiespeichers eines Fahrzeugs
geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen
die Schritte gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden
können,
wenn das Produkt auf der Vorrichtung läuft.
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Die
Erfindung wird nachfolgend näher
anhand der Figuren erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs, und
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2 ein
Verfahrensablaufdiagramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs zeigt nur die
für die
Erfindung notwendigen Komponenten. An einen Energiespeicher 3,
z. B. eine Traktionsbatterie, sind über ein (Hochvolt-)Bordnetz 9 ein
elektrischer Antrieb 1, ein Bordnetz 2 sowie eine
Steckdose 6 angeschlossen. Das Bordnetz 2 ist
hierbei über
einen Spannungswandler 7 (DC/DC-Wandler) an das (Hochvolt-)Bordnetz 9 angeschlossen.
Ebenso ist die Steckdose 6 über einen Spannungswandler 8 an
das (Hochvolt-)Bordnetz 9 angeschlossen. Je nachdem, welche
Art von Verbraucher an die Steckdose 6 angeschlossen werden
sollen, kann es sich bei dem Spannungswandler 8 um einen
DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler handeln. Letzterer ist exemplarisch
in 1 dargestellt. Das Spannungsniveau des (Hochvolt-)Bordnetzes 9 hängt im Wesentlichen
von der verwende ten Technologie des Energiespeichers 3 ab.
Bei dem Bordnetz 2 handelt es sich um das typischerweise
in einem Fahrzeug eingesetzte 12 V-Bordnetz. Die Wechselspannung
an der Steckdose 6 hängt
von den dort zu betreibenden Verbrauchern ab und beträgt beispielsweise
220 V.
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Über eine
jeweilige Kommunikationsverbindung 10, 11, 12, 13 sind
die Steckdose 6, der elektrische Antrieb 1, das
Bordnetz 2 sowie der Spannungswandler 7 mit einer
Vorrichtung 5 zur Überwachung
und Regelung des Ladungsinhalts des Energiespeichers 3 verbunden.
Eine weitere Kommunikationsverbindung 14 besteht zwischen
der Vorrichtung 5 und dem Energiespeicher 3. Darüber hinaus
ist eine Kommunikationsverbindung 15 zu einer Mensch-Maschine-Schnittstelle 4 des
Fahrzeugs realisiert. Die Vorrichtung 5 repräsentiert
eine Einrichtung zum „Powermanagement”, welche
die an sie angeschlossenen Komponenten überwacht, gegebenenfalls Steuersignale
abgibt oder entgegennimmt.
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An
die Steckdose 6 kann ein Zusatzverbraucher, wie z. B. eine
Kühlbox,
eine Stereoanlage, Licht und dergleichen angeschlossen werden. Die
Steckdose 12 ist über
die Vorrichtung 5 schaltbar. Dies bedeutet, der an die
Steckdose 6 angeschlossene Verbraucher kann durch die Vorrichtung 5 ein-
oder ausgeschaltet werden.
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Im
Gegensatz zur zeichnerischen Darstellung und Beschreibung des Ausführungsbeispiels könnte die
Steckdose 6 stattdessen auch durch einen direkt an den
Spannungswandler 8 angeschlossenen Verbraucher ersetzt
sein.
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Um
beim Betrieb des Fahrzeugs zu verhindern, dass das zu erreichende
Ziel aufgrund eines zu leeren Energiespeichers nicht mehr erreicht
werden kann, kann über
die Mensch-Maschine-Schnittstelle 4 eine zu erzielende
Mindestreichweite durch den Benutzer eingegeben werden. Die Vorrichtung 5 ermittelt
eine für
die zu erzielende Mindestreichweite notwendige Ladungsmenge. Eine
verbleibende Restladungsmenge wird dann den Verbrauchern des Bordnetzes 2 sowie
dem Zusatzverbraucher der Steckdose 6 zur Verfügung gestellt.
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Anstatt
die Mindestreichweite direkt in die Mensch-Maschine-Schnittstelle 4 einzugeben,
kann diese auch aus Navigationsdaten ermittelt werden, indem der
Benutzer ein zu erreichendes Ziel über die Mensch-Maschine-Schnittstelle 4 eingibt.
Alternativ kann die zu erzielende Mindestreichweite auch aus einer
Fahrstrecke des Fahrzeugs bis zur Ermittlung der Mindestreichweite
ermittelt werden. Die Ermittlung der für die zu erzielende Mindestreichweite
notwendigen Ladungsmenge kann dabei unter Berücksichtigung von Off-board-Informationen,
wie z. B. Verkehrsmeldungen und dergleichen, erfolgen.
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Wird
durch die Vorrichtung 5 zur Überwachung und Regelung des
Ladungsinhalts des Energiespeichers 3 festgestellt, dass
bei fortdauerndem Betrieb des oder der Verbraucher des Bordnetzes 2 oder
des Zusatzverbrauchers der Steckdose 4 die für die zu
erzielende Mindestreichweite notwendige Ladungsmenge durch den Energiespeicher 3 nicht mehr
bereitgestellt werden kann, so kann entweder eine Warnung über die
Mensch-Maschine-Schnittstelle 4 ausgegeben
werden oder es können
einer oder mehrere der Verbraucher abgeschaltet werden. Da davon
ausgegangen werden kann, dass ein an die Steckdose 6 gekoppelter
Zusatzverbraucher für den
Betrieb des Fahrzeugs nicht notwendig ist, wird ein automatisches
Abschalten vorzugsweise bei derartigen Zusatzverbrauchern vorgenommen.
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2 zeigt
einen möglichen
Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens
in einem Ablaufplan. In einem ersten Schritt S1 wird durch den Benutzer
des Fahrzeugs eine zu erzielende Mindestreichweite in die Mensch-Maschine-Schnittstelle 4 eingegeben oder
durch eine nicht näher
dargestellte Vorrichtung, z. B. aus Navigationsdaten, ermittelt,
nachdem der Benutzer ein Navigationsziel vorgegeben hat. In einem
zweiten Schritt S2 wird der gegenwärtige Ladungsinhalt des Energiespeichers 3 ermittelt.
Der Ladungsinhalt wird auch als SoC (State-of-Charge) bezeichnet.
In einem Schritt S3 erfolgt u. a. die Überwachung des Versorgungsnetzes,
des elektrischen Antriebs sowie eines an das Versorgungsnetz angeschlossenen
Zusatzverbrauchers. In einem Schritt S4 wird eine Ladungsmenge für die zu
erzielende Mindestreichweite berechnet. In Schritt S5 wird überprüft, ob die
ermittelte Ladungsmenge, welche einen Schwellwert darstellt, erreicht
ist. Ist dies nicht der Fall, so wird erneut der Ladungsinhalt des
Energiespeichers ermittelt (Schritt S2). Ist die Schwelle der Ladungsmenge
erreicht, so erfolgt in Schritt S6 die Ausgabe einer Warnung über die
Mensch-Maschine-Schnittstelle. Die Warnung kann visueller oder hörbarer Natur
sein. In der Warnung wird dem Benutzer des Fahrzeugs die Auswahl
gegeben, ob er den Verbraucher abschalten möchte (vgl. Schritt S7). Wird
diese Frage positiv bestätigt,
so erfolgt eine Abschaltung des Zusatzverbrauchers gemäß 1 (vgl.
Schritt S8).
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Durch
das erfindungsgemäße Vorgehen kann
eine Reichweite für
den Benutzer des Fahrzeugs garantiert werden. Insbesondere kann
dadurch ein Liegenbleiben des Fahrzeugs aufgrund des vorherigen
Betriebs von Verbrauchern verhindert werden. Die Erfindung lässt sich
auf einfache Weise in bestehenden Fahrzeugen implementieren, da
diese im Wesentlichen mittels Software-Komponenten realisierbar
ist. Eine Realisierung in Hardware ist jedoch ebenfalls möglich.
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- 1
- elektrischer
Antrieb
- 2
- Bordnetz
- 3
- Energiespeicher
- 4
- Mensch-Maschine-Schnittstelle
- 5
- Vorrichtung
zur Überwachung
und Regelung
- 6
- Zusatzverbraucher/Steckdose
- 7
- Spannungswandler
- 8
- Spannungswandler
- 9
- Bordnetz
- 10
- Kommunikationsverbindung
- 11
- Kommunikationsverbindung
- 12
- Kommunikationsverbindung
- 13
- Kommunikationsverbindung
- 14
- Kommunikationsverbindung
- 15
- Kommunikationsverbindung
- S1
- Verfahrensschritt
- S2
- Verfahrensschritt
- S3
- Verfahrensschritt
- S4
- Verfahrensschritt
- S5
- Verfahrensschritt
- S6
- Verfahrensschritt
- S7
- Verfahrensschritt
- S8
- Verfahrensschritt