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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ladereglung eines elektrischen Energiespeichers in Fahrzeugen. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ladereglung eines elektrischen Energiespeichers in rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder in Fahrzeugen, bei denen wenigstens ein Teil der Antriebsleistung durch elektrische Energie zur Verfügung gestellt wird, sogenannte Hybridfahrzeuge.
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Bei herkömmlich angetriebenen Fahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, wird chemische Energie eines fossilen Kraftstoffes, z. B. Otto- oder Diesel-Kraftstoff, in einer Verbrennungskraftmaschine in mechanische Energie umgewandelt, welche zum Antrieb des Fahrzeuges, also zur Umwandlung in kinetische Energie genutzt wird. Geht der chemische Energieträger, also der Kraftstoff, zur Neige, wird dies dem Fahrzeugführer signalisiert, woraufhin dieser eine Nachfüllgelegenheit, meist eine Tankstelle, aufsucht. Aufgrund des vorhandenen dichten Netzes an Tankstellen und des relativ schnellen Wiederauffüllens des Speichers für den Energieträger, also des Tanks, ist ein Liegenbleiben mit entleertem Energiespeicher unwahrscheinlich und ein zur Neige gehender Energieträger relativ unkritisch.
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Aus Überlegungen, z. B. bezüglich des Umweltschutzes, werden einerseits vermehrt Alternativen zu den herkömmlichen fossilen Kraftstoffen als Energieträger in Fahrzeugen eingesetzt, z. B. Wasserstoff oder elektrische Energieträger. Weiterhin werden Hybridfahrzeuge verwendet, bei denen unter anderem aus Effizienz- und Umweltschutzgründen fossile Kraftstoffe mit alternativen Antriebsenergien, meist elektrischer Energie, kombiniert werden. Für die alternativen Energieträger existiert kein vergleichbar engmaschiges Netz an Nachfüllgelegenheiten wie für herkömmliche Kraftstoffe. Darüber hinaus können Nachfüllvorgänge der alternativen Energieträger deutlich länger dauern als beim Befüllen eines Tanks mit herkömmlichem Kraftstoff.
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Stand der Technik
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Die Problematik des weitmaschigen Netzes an Nachfüllgelegenheiten und der damit einhergehenden Kritikalität des Liegenbleibens aus Mangel an Energieträgern ist im Stand der Technik erkannt worden und es liegt eine Vielzahl an Lösungsvorschlägen vor.
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Die Patentanmeldung
DE 10 2011 003 993 A1 offenbart einen Laderegler und eine Navigationsvorrichtung für ein Plug-In-Fahrzeug. Auf Basis einer geplanten oder geschätzten Fahrtroute wird die voraussichtliche Energieverbrauchsmenge für die Route bestimmt, eine Energiefehlmenge berechnet und ein Ladeplan erstellt, wobei der Ladeplan in Abhängigkeit der kostengünstigsten Energieform und des aktuellen Ladungsgrades des Energiespeichers erstellt wird. Die Schätzung der Fahrroute erfolgt auf Basis vom Benutzer eingegebener Ziele oder aus historischen Daten, die z. B. an einem Wochentag einen täglichen Weg zur Arbeit annehmen.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen einer Reiseroutenplanung, insbesondere eine Tagesfahrtenplanung, für ein Fahrzeug wird in der Patentanmeldung
DE 10 2011 015 775 A1 beschrieben. Dabei wird eine prognostizierte Restenergiemenge in dem Energiespeicher für das Befahren der Routensequenz berechnet. Ferner werden für die Ziele der Zielsequenz zugeordnete Standplätze in der Nähe des jeweiligen Ziels ermittelt, unter Berücksichtigung der Zeit zum Auffüllen des Energiespeichers und der prognostizierten Restenergiemenge für das Befahren der Routensequenz.
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Die Patentanmeldung
DE 10 2010 039 075 A1 schlägt eine Ausgabevorrichtung und ein System zur Ausgabe von Informationen über eine elektrische Energiemenge vor. Dabei wird überprüft, ob eine verbleibende elektrische Energiemenge einer Batterie an einem Abfahrtspunkt geringer ist, als eine gesamte elektrische Energiemenge, die erforderlich ist, um zu einem Zielpunkt zu fahren. Wenn dies nicht zutrifft, wird eine Mangelinformation ausgegeben. Darüber hinaus wird berechnet, wann das Fahrzeug auf der Route an einer Ladestation ankommt und wie lange der Ladevorgang dauert. Daraufhin wird die Ladestation für diese Zeitspanne reserviert.
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Schließlich sind Verfahren vorgeschlagen, die durch Eingriff in das Energiemanagement, konkret durch Begrenzung der Fahrleistung und Abschaltung von Komfortfunktionen, wie Klimaanlage, sicherstellen, dass ein Ziel erreicht wird. Beispielhaft sei die erteilte Fassung des Patentes
DE 43 44 369 C2 genannt.
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Nachteilig bei dem bekannten Stand der Technik ist, dass auf einen Mangel eines Energieträgers lediglich reagiert wird, statt diesen im Vorfeld zu erkennen und nicht zu einem Mangel werden zu lassen.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen potentiellen Mangel eines Energieträgers rechtzeitig zu erkennen und Maßnahmen einzuleiten, dass dieser Mangel nicht eintreten kann und damit nicht auf ihn reagiert werden muss.
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie einer Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Anspruch 9 gelöst.
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Anspruch 1 betrifft ein Verfahren zur Ladereglung eines elektrischen Energiespeichers in Fahrzeugen, bei dem eine zu befahrende Route mindestens basierend auf einer Zielvorgabe und einer Zeitvorgabe bestimmt wird. Routenplanungen sind dem Fachmann bekannt und benötigen im einfachsten Fall einen Start- und Zielort sowie eine Datenbasis, auf der meist unter mehreren möglichen Streckenabschnitten eine Gesamtstrecke vom Startort zum Zielort ausgewählt wird, z. B. ein Straßennetz. Dabei spielen oft Randbedingungen, z. B. ob eine schnellste, eine kürzeste oder eine sparsamste Route gewählt werden soll, eine Rolle. Bei der vorliegenden Erfindung können diese bekannten, optionalen Routenplanungsparameter in vollem Umfang angewendet werden. Notwendig für das Verfahren sind eine Zielvorgabe und eine Zeitvorgabe. Die Zielvorgabe kann aus einem oder aus mehreren Zielorten bestehen. Die Reihenfolge der mehreren Zielorte kann vorgegeben sein oder wird entsprechend gewählter Routenplanungsparameter bestimmt. Die Zeitvorgabe kann aus einem oder mehreren festgelegten Start- und/oder Zielzeitpunkten, also Abfahrts- und Ankunftszeit, bestehen. Zielvorgabe und Zeitvorgabe können miteinander verknüpft sein. Es können Termine vorgegeben sein, die durch einen Ort und eine Startuhrzeit definiert sind. Neben der ausgewählten Gesamtstrecke ist ein weiteres Ergebnis der Routenplanung eine Zeitdauer, also eine Fahrzeit. Diese ermöglicht die weitere Ermittlung von Zeitpunkten innerhalb der Route, z. B. zwischen einzelnen Terminen oder bei vorgegebener Ankunftszeit die notwendige Startzeit.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird weiterhin der Ladezustand (SOC – State Of Charge) erfasst. Der Ladezustand repräsentiert eine Menge an vorhandener elektrischer Energie. Mit einer Menge an elektrischer Energie ist die konkrete elektrische Energie in Ws (Wattsekunden) bezeichnet.
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Die Menge an elektrischer Energie, die das Fahrzeug zum Befahren der Route benötigt, also der Verbrauch, wird berechnet. Dies kann auf unterschiedlich genaue Art und Weise geschehen. Im einfachsten Fall wird der Durchschnittsverbrauch an elektrischer Energie des Fahrzeuges auf die Länge der bestimmten zu befahrenden Route hochgerechnet. Es können weiterhin historische Daten bereits befahrener Streckenabschnitte sowie Informationen über das Streckenprofil, über Staugefahr, über Baustellen, über Ampeln, über Wettereinflüsse, über sonstige Einflussfaktoren, auch des Fahrzeuges selbst, oder über den Fahrstil eines Fahrers einberechnet werden. Weiterhin können statistische Verkehrsdaten, welche von einem Drittanbieter, z. B. einem Online-Anbieter wie GoogleMaps, erhältlich sind, in die Berechnung der benötigten Menge elektrischer Energie einbezogen werden.
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Der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers wird mit dem berechneten Verbrauch an elektrischer Energie auf der bestimmten zu befahrenden Route, optional zuzüglich eines vorgegebenen Sicherheitskriteriums, verglichen. Das optionale Sicherheitskriterium kann als absolute Menge an elektrischer Energie definiert sein, damit das Fahrzeug auch nach Erreichen des Ziels noch fahrbereit ist. Es kann weiterhin als prozentualer Sicherheitsbereich definiert sein, der eine generelle Ungenauigkeit bei der Verbrauchsberechnung oder unvorhergesehene Ereignisse berücksichtigt. Die Vorgabe des Sicherheitskriteriums kann manuell und/oder automatisch erfolgen und kann ggf. verändert werden.
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Ist der Ladezustand größer als der berechnete Verbrauch, optional zuzüglich des Sicherheitskriteriums, wird die Reichweite oder der Ladezustand angezeigt.
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Wird festgestellt, dass der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers geringer ist als der berechnete Verbrauch an elektrischer Energie auf der bestimmten zu befahrenden Route, optional zuzüglich des vorgegebenen Sicherheitskriteriums, wird eine wenigstens notwendige Menge zuzuführender elektrischer Energie als Differenz des berechneten Verbrauches an elektrischer Energie auf der bestimmten zu befahrenden Route, optional zuzüglich mindestens eines vorgegebenen Sicherheitskriteriums, und des Ladezustandes des elektrischen Energiespeichers ermittelt. Dem Benutzer des Fahrzeuges wird die Tatsache, dass der Ladezustand geringer ist als der berechnete Verbrauch, angezeigt.
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Basierend auf dieser wenigstens notwendigen Menge zuzuführender elektrischer Energie wird eine Zuführdauer zum Zuführen der wenigstens notwendigen Menge zuzuführender elektrischer Energie bestimmt. Die Zuführdauer wird von der Leistungselektronik des elektrischen Energiespeichers beeinflusst. Je nach Ausführung derartiger Speicher kann ein Schnellladevorgang weniger als eine Stunde und ein Normalladevorgang mehrere Stunden dauern. Dem Benutzer des Fahrzeuges wird diese benötigte Zuführdauer angezeigt.
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Auf Basis der Zeitvorgabe und der Zuführdauer wird der späteste Zeitpunkt zum Start einer Zuführung der wenigstens notwendigen Menge zuzuführender elektrischer Energie ermittelt. Besteht die Zeitvorgabe aus einer Startuhrzeit eines Termins, wird die Fahrzeit kalkuliert, woraus sich die Startzeit ergibt, zu der der Benutzer des Fahrzeuges losfahren muss. Zu diesem Startzeitpunkt muss das Fahrzeug geladen sein, weshalb der späteste Zeitpunkt zum Start der Zuführung der wenigstens notwendigen Menge zuzuführender elektrischer Energie durch Subtraktion der Ladezeit vom Startzeitpunkt berechnet wird.
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Dieser Zeitpunkt wird dem Benutzer des Fahrzeuges ausgegeben. Im einfachsten Fall kann dies durch Anzeige auf einer Navigationsvorrichtung und/oder auf einem Instrument der Instrumententafel angezeigt werden. Es ist ebenfalls möglich, eine akustische Ausgabe über die Lautsprecher des Fahrzeuges vorzunehmen.
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Vorteilhafterweise ist der Benutzer des Fahrzeuges dadurch informiert, wann er spätestens mit dem Ladevorgang beginnen muss.
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In einer Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird ein Verfahren zur Ladereglung eines elektrischen Energiespeichers in Fahrzeugen offenbart, wobei die Zielvorgabe und die Zeitvorgabe für die Bestimmung der zu befahrenden Route manuell durch einen Benutzer des Fahrzeugs in eine Navigationsvorrichtung eingegeben und/oder automatisch von der Navigationsvorrichtung ausgewählt wird. Ein manuelles Eingeben der Zielvorgaben in die Navigationsvorrichtung ist aus dem Stand der Technik bekannt und wird an der Stelle nicht näher erläutert. Die Eingabe von Zeitvorgaben ist jedoch in Standard-Navigationsvorrichtungen nicht bekannt. Diese Funktion kann mit einem integrierten Kalender verbunden werden, was wiederum die Eingabe von Terminen ermöglichen kann, also der Kombination von Ziel- und Zeitvorgaben. Die automatische Wahl der notwendigen Daten, also die Zielvorgabe und die Zeitvorgabe, für die Bestimmung der zu befahrenden Route kann dabei eine Vorhersage der als nächstes zu befahrenden Route sein.
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Diese automatische Wahl kann durch die Navigationsvorrichtung auf Basis historischer Daten und/oder kalendarischer Daten und/oder auf Basis weiterer Daten durchgeführt werden. Die historischen Daten können einerseits durch die Navigationsvorrichtung selbstständig gelernte Zeiten, Ziele und/oder Routen mit entsprechenden Routenparametern sein. Weiterhin können die historischen Daten auch als eingespeicherte bzw. vorgegebene Zeiten, Ziele und/oder Routen mit entsprechenden Routenparametern sein und schließlich kann auch auf Basis des Fahrers eine automatische Wahl der Ziel- und Zeitvorgaben erfolgen. Kalendarische Daten sind Daten zu Zielen, Zeiten und Routen, welche an bestimmte Tage oder Uhrzeiten geknüpft sind. Dies können Tage der Arbeitswoche sein, an denen eine Arbeitsstelle aufgesucht wird. Dies können einzelne Wochentage sein, wie z. B. die samstägliche Einkaufsroute. Die historischen Daten sind vorteilhafterweise mit den kalendarischen Daten verknüpft. Dadurch lässt sich ein umfassendes Fahrerprofil erzeugen und die Wahrscheinlichkeit zur Vorhersage der tatsächlich geplanten Route wesentlich steigern. Es ist darüber hinaus möglich, weitere Daten in die Vorhersage der Route einzubeziehen und/oder zur Steigerung der Genauigkeit der Routenplanung und Fahrzeitberechnung zu nutzen. Derartige weitere Daten können Informationen über die zu erwartenden Bedingungen der Route enthalten, z. B. das Wetter, Staugefahr, Baustellen oder Ampeln sowie Daten externer Routenplanungen oder Termine aus einem Terminkalender. Werden die historischen, kalendarischen und weiteren Daten miteinander verknüpft, wird die Wahrscheinlichkeit der richtigen Routenvorhersage sowie der korrekten Zeit- und Ressourcenplanung für die Route vorteilhafterweise weiter deutlich gesteigert. Eine vorhergesagte Route wird dem Fahrer zur Bestätigung ausgegeben.
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Sämtliche Daten können dabei in der Navigationsvorrichtung oder einer dieser zugeordneten Speichereinheit gespeichert sein. Weiterhin können diese Daten von der Navigationsvorrichtung über eine Verbindung mit einer Kommunikationsvorrichtung empfangen werden. Derartige Verbindungen können drahtlos oder kabelgebunden erfolgen. Eine drahtlose Verbindung kann über eine WLAN-Schnittstelle des Fahrzeuges an einem Wohnort oder einem öffentlichen Ort aufgebaut werden. Ist die Drahtlosverbindung am Wohnort möglich, kann das Fahrzeug oder die Navigationsvorrichtung vorteilhafterweise in ein bestehendes Netzwerk integriert werden. Weiterhin kann das Fahrzeug oder die Navigationsvorrichtung mit einer eigenen Mobilfunkverbindung und eigener SIM-Karte ausgestattet sein und die Daten darüber empfangen. Schließlich kann eine Kommunikationseinrichtung, wie z. B. ein PDA oder ein Smartphone eine Drahtlosverbindung mit der Navigationsvorrichtung herstellen, beispielsweise über WLAN oder Bluetooth. Mit derartigen Kommunikationseinrichtungen lassen sich auch kabelgebundene Verbindungen, z. B. über ein USB-Kabel, mit der Navigationsvorrichtung herstellen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 sieht vor, die Zeitvorgabe als einen Startzeitpunkt und/oder einen Zielzeitpunkt zu definieren. Bei einem klassischen Termin ist der Zielzeitpunkt der Route gegeben, also die Uhrzeit, zu der der Termin beginnt. Dabei muss aus dem Zielzeitpunkt und der prognostizierten Fahrzeit ein Startzeitpunkt bestimmt werden. Vorteilhafterweise kann dabei eine an den Routenplanungsparametern optimal ausgerichtete Route geplant werden, da das zur Verfügung stehende Zeitintervall nur einseitig begrenzt ist. Wird ein Startzeitpunkt für die Route vorgegeben, z. B. Verlassen des Hauses jeden Tag um die gleiche Uhrzeit, kann auf Basis der Fahrzeit der Zielzeitpunkt bestimmt werden. Hier kann ebenfalls eine optimale Routenplanung erfolgen, da das Zeitintervall wiederum nur einseitig begrenzt ist. Sind jedoch Start- und Zielzeitpunkt vorgegeben, muss unter Umständen ein Routenparameterkompromiss gefunden werden. Dieser kann darin bestehen, dass nicht die energieeffizienteste, sondern die schnellste Route bestimmt wird. Dies hat wesentlichen Einfluss auf den zu prognostizierenden Energieverbrauch und damit auf die wenigstens notwendige Menge zuzuführender elektrischer Energie und damit wiederum auf die Ladezeit und den spätestens Zeitpunkt zum Start der Zufuhr elektrischer Energie. Vorteilhafterweise wird dies erfindungsgemäß einberechnet.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 4 wird bei der Bestimmung der Zuführdauer eine für eine Bewegung des Fahrzeuges zum Ort der Zuführung berechnete Zeitdauer, eine Zuführvorgangsdauer zum Zuführen der wenigstens notwendigen Menge zuzuführender elektrischer Energie von einer elektrischen Energiequelle in den elektrischen Energiespeicher, eine für eine Bewegung des Fahrzeuges zum Start der bestimmten zu befahrenden Route berechnete Zeitdauer, eine zeitliche Verfügbarkeit der elektrischen Energie beziehungsweise der elektrischen Energiequelle und/oder eine energiekostentechnische Größe berücksichtigt. Ein Elektrofahrzeug oder ein Plug-in-Hybrid muss extern mit elektrischer Energie aus der Energiequelle geladen werden. Die Energiequelle kann eine Ladestation, ein Stromnetzzugang oder ein Akkumulator sein. Der Ladevorgang kann an einer privaten Ladestation auf einem Privatgrundstück oder in einer Garage erfolgen. Es können auch öffentliche Ladestationen in einem Parkhaus oder auf einem Parkplatz am Wohnort zur Verfügung stehen. Ist dies nicht der Fall, muss das Fahrzeug zum Ort des Aufladens verbracht werden. Die dafür benötigte Zeit kann vorteilhafterweise in die Ladezeit einberechnet werden, denn sie ist notwendig zum Laden des Energiespeichers. Die Zuführvorgangsdauer selbst wird ebenfalls in die Zuführdauer einberechnet und bildet deren wesentlichen Abschnitt. Weiterhin kann eine Bewegung des Fahrzeuges zum Start der bestimmten zu befahrenden Route mit in die Zuführdauer einberechnet werden. Muss das Fahrzeug nach dem erfolgreichen Laden an den Startpunkt der Route verbracht werden, steht diese Zeit nicht mehr zum Laden zur Verfügung und muss entsprechend in die Zuführdauer und damit in die Berechnung des spätesten Zeitpunktes zum Start der Zufuhr elektrischer Energie eingehen. Das Fahren zur Ladestation kann z. B. 5 Minuten mit dem Fahrzeug dauern, wenn man zuhause startet. Diese 5 Minuten werden dann in die Zuführdauer einkalkuliert. Ist die Ladestation selbst der Startpunkt, so muss keine weitere Zeit für weitere Bewegungen des Fahrzeuges eingerechnet werden. Ist das Fahrzeug noch 20 Minuten von der Ladestation entfernt und es wird die Ladestation als Tagesendziel vorgegeben, muss entsprechend die Anreisezeit von 20 Minuten in die Zuführdauer eingerechnet werden und der späteste Zeitpunkt zum Start der Zuführung wird 20 Minuten vorverlegt. Soll am nächsten Tag beispielsweise pünktlich von zu Hause gestartet werden, so sind die oben genannten 5 Minuten Weg mit einzukalkulieren. Daraus folgt aber auch, dass die Zeit, die der Benutzer des Fahrzeuges zum Fahrzeug benötigt, nicht mit einberechnet werden muss, da das Fahrzeug in dieser Zeit geladen wird.
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Zusätzlich oder alternativ kann in die Berechnung der Zuführdauer die zeitliche oder kapazitive Verfügbarkeit der elektrischen Energie eingehen. Steht beispielsweise auf dem Privatgrundstück als einzige Quelle für elektrische Energie, die dem Fahrzeug zugeführt wird, eine Solaranlage, sind die verfügbaren Sonnenstunden in die Zuführdauer mit einzubeziehen. Ist z. B. für das Fahrzeug eine wenigstens notwendige Menge zuzuführender elektrischer Energie bestimmt, die zwei Stunden Ladezeit an der Solaranlage entspricht, so ist der späteste Zeitpunkt zum Start der Zuführung zwei Stunden vor Sonnenuntergang bzw. vor Reduzierung der Sonneneinstrahlung, z. B. durch Berge oder durch ineffiziente Einstrahlungswinkel aufgrund der Erdrotation, zu bestimmen. An einer öffentlichen Ladestation kann es Öffnungszeiten geben, die die Nutzung beschränken. Oder die Anzahl verfügbarer Ladestationen kann begrenzt sein, sodass diese nur bei freier Kapazität angefahren werden können. In an sich bekannter Weise können derartige Kapazitätsdaten übermittelt und dadurch einkalkuliert werden. Schließlich kann eine energiekostentechnische Größe in die Berechnung der Zuführdauer einbezogen werden. Die Wahl einer Versorgung des Fahrzeuges mit elektrischer Energie aus einer Solaranlage ist sowohl aus Umweltaspekten, als auch aus kostentechnischer Sicht sinnvoll. Ein weiteres Beispiel wäre die Tarifgestaltung des Energieversorgungsunternehmens mit tageszeitabhängigen Energiekosten, z. B. Nachtstrom. Vorteilhafterweise ist durch diese Ausgestaltung sichergestellt, dass durch die Einberechnung zeitlicher Einflüsse kein Mangel an Energieträger entsteht. Darüber hinaus werden die Kosten zum Betreiben minimiert. Besonders vorteilhaft werden alle zeitlichen Einflüsse und Verfügbarkeit durch die Navigationsvorrichtung oder eine mit dieser in Verbindung stehenden Kommunikationseinrichtung erfasst und selbstständig erlernt, um eine stete Verbesserung der Vorhersage der Routenwahl und der Routengestaltung zu ermöglichen.
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In der Ausgestaltung nach Anspruch 5 erfolgt die Ausgabe des spätesten Zeitpunktes zum Start der Zuführung der wenigstens notwendigen Menge zuzuführender elektrischer Energie sofort nach der Ermittlung, während eines nächsten Halts, beim Verlassen des Fahrzeuges durch den Benutzer, in regelmäßigen Zeitabständen nach dem Verlassen des Fahrzeuges durch den Benutzer, zu einem bestimmbaren Zeitpunkt vor Ablauf des spätesten Zeitpunktes zum Start der Zuführung der wenigstens notwendigen Menge zuzuführender elektrischer Energie, bei Erreichen einer bestimmbaren Zeitspanne vor Ablauf des spätesten Zeitpunktes zum Start der Zuführung der wenigstens notwendigen Menge zuzuführender elektrischer Energie und/oder zum spätesten Zeitpunkt zum Start der Zuführung der wenigstens notwendigen Menge zuzuführender elektrischer Energie.
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Die sofortige Mitteilung nach der Ermittlung ist vorteilhafter, da der Benutzer des Fahrzeuges den Zeitpunkt dadurch so früh wie möglich in seine Tagesplanung einbeziehen kann. Die Ausgabe während des nächsten Halts ist vorteilhaft, weil eine zeitnahe Mitteilung unter Berücksichtigung von Verkehrssicherheitsaspekten erfolgt. Die Ausgabe beim Verlassen des Fahrzeuges, bevorzugt am Tagesendziel oder einer Ladestation stellt vorteilhafterweise sicher, dass der Benutzer nicht vergisst, dass Fahrzeug zu laden. Sollte der Benutzer, z. B. durch Ablenkung, vergessen haben, dass Fahrzeug zu laden, erfolgt die Ausgabe vorteilhafterweise in regelmäßigen Zeitabständen nach dem Verlassen des Fahrzeuges. Weiterhin kann eine Ausgabe zu einem bestimmten Zeitpunkt vor Ablauf des spätesten Zeitpunktes, welcher vorteilhafterweise vorgegeben sein kann, erfolgen. In der Art kann die Ausgabe auch relativ zum spätesten Zeitpunkt erfolgen, zum Beispiel durch Ausgabe zu einem vor Ablauf festgesetzten Zeitintervall, z. B. von einer Stunde. Schließlich kann der späteste Zeitpunkt zum spätesten Zeitpunkt ausgegeben werden, um den Benutzer vorteilhafterweise final zu erinnern. Die Art der Ausgabe kann je nach Ausgabezeitpunkt variieren. Insbesondere eine Intensivierung der Ausgabe durch längere und/oder größere Anzeigen und/oder längere und/oder lautere akustische Ausgabe ist vorteilhaft. Wird der späteste Zeitpunkt überschritten, ohne dass der Ladevorgang eingeleitet wurde, erfolgt weiterhin eine Ausgabe in regelmäßigen Abständen, um wenigstens in der bis zum Startzeitpunkt verbleibenden Zeit eine noch mögliche Menge zuzuführender Energie zuzuführen.
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Sobald der Ladevorgang ausgelöst ist, z. B. durch Anstecken an eine Ladestation, wird keine Ausgabe mehr vorgesehen, da keine weitere Erinnerung nötig ist. Die optimalen Zeitpunkte zum Ausgeben des spätesten Zeitpunktes können von der Navigationsvorrichtung gelernt werden. Wird festgestellt, dass eine Stunde vor dem spätesten Zeitpunkt keine Reaktion erfolgt, z. B. weil es drei Uhr morgens ist und der Benutzer schläft, kann die Zeitspanne erhöht oder weggelassen werden, wenn andere Ausgabezeitpunkte zum Erfolg führen.
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Entsprechend der Ausgestaltung nach Anspruch 6 erfolgt die Ausgabe optisch, akustisch und/oder haptisch. Vorteilhafterweise können so mehrere Sinne des Benutzers stimuliert werden, um sicher zu stellen, dass elektrische Energie nachgeführt wird.
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In einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 7 erfolgt die Ausgabe auf einer Anzeigeeinheit im Fahrzeug, durch eine Lautsprechereinheit im Fahrzeug, durch eine Vibrationseinheit im Fahrzeug, auf einer Anzeigeeinheit außerhalb des Fahrzeuges, insbesondere auf einem wählbaren Kommunikationsgerät, was ein Mobiltelefon und/oder ein PDA und/oder ein Tablet-PC und/oder eine Uhr und/oder ein Laptop und/oder ein stationärer PC und/oder eine Multimedia-Anlage ist, durch eine Lautsprechereinheit außerhalb des Fahrzeuges, insbesondere auf einem wählbaren Kommunikationsgerät, was ein Mobiltelefon und/oder ein PDA und/oder ein Tablet-PC und/oder eine Uhr und/oder ein Laptop und/oder ein stationärer PC und/oder eine Multimedia-Anlage ist, und/oder durch eine Vibrationseinheit außerhalb des Fahrzeuges, insbesondere auf einem wählbaren Kommunikationsgerät, was ein Mobiltelefon und/oder ein PDA und/oder ein Tablet-PC und/oder eine Uhr ist.
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Vorteilhafterweise werden teils ohnehin mit dem Fahrzeug vernetzte Kommunikationseinrichtungen genutzt, um dem Fahrer das Zuführen der elektrischen Energie mit dem spätesten Startzeitpunkt anzuzeigen bzw. auszugeben. So wird der Benutzer auch erreicht, wenn er nicht im oder am Fahrzeug oder nicht zu Hause ist. Kommunikationseinrichtungen, die standardmäßig nicht mit dem Fahrzeug bzw. der Navigationsvorrichtung vernetzt sind, können die Ausgabe über Module weitergeleitet bekommen, zum Beispiel durch Nutzung einer App auf einem Smartphone. Weist das Fahrzeug eine eigene Mobilfunkverbindung mit eigener SIM-Karte auf, können die Daten für die geplante Route und die im Energiespeicher vorhandene Energiemenge an einen Online-Dienst übertragen werden. Der Anbieter des Online-Dienstes kann dann sowohl die Berechnung des spätesten Zeitpunktes zum Start der Zuführung der wenigstens notwendigen Menge zuzuführender elektrischer Energie durchführen als auch die Benachrichtigung des Benutzers des Fahrzeuges über dessen Mobiltelefon auslösen. Diese kann beispielsweise über eine SMS-(short message service) oder eine TTS-(text to speech)-Nachricht erfolgen. Vorteilhafterweise lässt sich dadurch die Benachrichtigung personalisieren.
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In einer Ausführungsform nach Anspruch 8 wird die komplette Berechnung durch eine entfernt vom Fahrzeug angeordnete Rechnereinheit, vorzugsweise durch einen kommerziell betriebenen Server- oder Onlinedienst übernommen. Dazu werden die Navigationsdaten, die Kalenderdaten und die weiteren notwendigen Daten entweder auf die Rechnereinheit übertragen oder befinden sich bereits dort. Beispielsweise kann eine Kalender-App eines Mobiltelefons die Kalender- bzw. Termindaten online verwalten. Es müssen lediglich der aktuelle Speicherstand des Energiespeichers und aktuelle Fahrerprofile zwecks genauer Bestimmung des zu erwartenden Verbrauches an die Rechnereinheit übertragen werden. Die entfernte Rechnereinheit übernimmt die Bestimmung des spätesten Zeitpunktes zum Laden und initialisiert die Warnzeitpunkte, die Warnarten und die Kommunikationskanäle der Warnung.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Vorrichtung zur Ladereglung eines elektrischen Energiespeichers vorgeschlagen, welche geeignet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Die Vorrichtung beinhaltet einen elektrischen Energiespeicher, z. B. eine Batterie oder einen Akkumulator, und eine Energiespeicherladungserfassungseinheit. Diese sind unter anderem bekannt als Sensoren zur Erfassung der Säuredichte für Bleiakkumulatoren oder als Stromintegratoren für Lithium-Ionen-Akkumulatoren, z. B. Lithium-Polymer-Akkumulatoren. Weiterhin enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Navigationsvorrichtung, welche als klassisches eingebautes Fahrzeugnavigationsgerät ausgebildet sein kann, als eigenständiges Zusatzgerät oder als Funktion einer anderen Kommunikationseinrichtung, z. B. eines Smartphones. Weiterhin Teil der Vorrichtung ist eine Verbrauchsberechnungseinheit zum Berechnen des Verbrauches auf einer durch die Navigationsvorrichtung bestimmbaren Route, wobei die Verbrauchsberechnungseinheit Teil der Navigationsvorrichtung, eines im Fahrzeug angeordneten Steuergerätes oder einer zusätzlichen Kommunikationseinrichtung, z. B. eines Smartphones oder eines Heimrechners, sein kann. Darüber hinaus sind eine Vergleichseinheit zum Vergleichen von Ladezustand und berechnetem Verbrauch, ein Zuführregler zum Berechnen der Zuführdauer bestimmter Mengen elektrischer Energie und Berechnen von Zeitpunkten unter Einbeziehung vorgebbarer Nebenbedingungen sowie eine Warneinheit zum Ausgeben von Warnungen vorgesehen. Die Vergleichseinheit kann als einfacher Komparator mit Differenzbildung ausgebildet sein. Der Zuführregler kann Teil der ohnehin vorhandenen Leistungselektronik des Fahrzeuges bzw. des Akkumulators sein oder in externen Einrichtungen, z. B. Kommunikationseinrichtungen, angeordnet sein. Die Warneinheit kann Teil einer Navigationsvorrichtung, Teil einer fahrzeugeigenen Multi-Media-Vorrichtung, Z. B. ein Radio, Teil anderer externer Kommunikationsvorrichtungen sein oder eine eigenständige Einheit bilden, z. B. als Online-Dienst. Sie ist ausgebildet, um mindestens eine optische oder akustische oder haptische Meldung auszugeben, aus der ein Zeitpunkt, genauer der späteste Zeitpunkt zum Starten der Zuführung der wenigstens notwendigen Menge zuzuführender elektrischer Energie, hervorgeht.
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Ausführungsbeispiel
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
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Hierbei zeigt die einzige 1 ein schematisiertes Blockschaltbild mit einem beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Start des Verfahrens (S1) ist die Vorgabe eines Zieles (Ort) mit einer Zeitangabe. Diese Vorgabe kann durch den Benutzer des Fahrzeuges erfolgen, indem er die Daten in eine Navigationsvorrichtung im Fahrzeug oder zu Hause am PC oder einer tragbaren Navigationsvorrichtung eingibt. Die Auswahl kann aber auch auf Basis gelernter historischer Daten oder empfangener kalendarischer oder weiterer Daten durch die Navigationsvorrichtung selbst erfolgen. Beispielsweise kann die Navigationsvorrichtung gelernt haben, dass wochentags eine Strecke von einem nächtlichen Standort (Wohnort) zu einem entfernten Standort, an dem sich das Fahrzeug nur tagsüber befindet (Arbeitsstätte), und zurück befahren wird. Die Vorgaben können aber auch aus einem elektronischen Terminkalender übernommen werden, wozu die Navigationsvorrichtung drahtlos oder kabelgebunden in Verbindung mit weiteren Kommunikationseinrichtungen tritt, z. B. ein Mobiltelefon, ein PDA, ein PC im Heimnetzwerk o. a. Die übernommenen Termine enthalten eine Zeitkomponente (Beginn des Termins und/oder Ende des Termins) und eine Ortskomponente.
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In Block S2 wird die Route auf Basis der Ziel- und Zeitvorgabe berechnet. Bekannte Routenplanungsparameter werden dabei in bekannter Weise einbezogen. Zu diesen Routenplanungsparametern gehören neben anderen eine Routengesamtbedingung, z. B. die kürzeste, die kostengünstigste oder die schnellste Route zu berechnen, eine Routenstreckenbedingung, wie die Vermeidung von Autobahnen oder Bundesstraßen, oder eine Auswahlmöglichkeit bestimmter Orte, z. B. sogenannte POIs (Points of Interest). Besteht die Route aus mehreren Orten mit mehreren Zeitvorgaben, kann eine Abweichung von den voreingestellten Routenplanungsparametern erfolgen. Beispielsweise muss eine schnellste Route gewählt werden, da auf der voreingestellten kostengünstigsten Route ein Ort nicht rechtzeitig erreicht werden kann. Derartige Abweichungen werden dem Benutzer zur Entscheidung angezeigt. Eine mehrmalig gleiche Entscheidung kann erlernt werden und muss dem Benutzer danach nicht mehr vorgebracht werden.
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Ist die Route bekannt, kann in Block S3 der zu erwartende Verbrauch auf der Route ermittelt werden. Dabei können sämtliche zur Verfügung stehende Informationen genutzt werden. Im einfachsten Fall sind die Streckenlänge und der durchschnittliche Verbrauch elektrischer Energie pro Wegeinheit bekannt. Damit kann der gesamte Verbrauch elektrischer Energie auf einer Strecke berechnet werden. Aufgrund der Kritikalität des Leerfahrens der Speichereinheit ist jedoch eine genauere Verbrauchsberechnung wünschenswert. So können im Straßennetz abgespeicherte Eigenschaften der Strecke mit einberechnet werden. Dazu gehören Steigungen der Fahrbahn, Anzahl der Kurven, die ein Abbremsen und ein Beschleunigen erfordern oder ähnliches. Informationen über kurzfristige Störungen oder Verzögerungen, wie Verkehrsunfälle, Staus oder Baustellen oder Einflussfaktoren, wie das Wetter können einkalkuliert werden. Derartige Informationen können über ein Autoradio mit TMC, über eine Verbindung mit dem Internet oder durch vorheriges Übertragen von einer externen Kommunikationseinrichtung, z. B. einem Mobiltelefon, erhalten werden. Schließlich können erlernte Eigenschaften der Strecke genutzt werden. Gerade auf häufig zu ähnlicher Uhrzeit gefahrenen Strecken, z. B. dem Weg zur Arbeit, sind relativ genaue Verbrauchswerte bekannt, die durch z. B. Ampelschaltungen oder anderen sonst nicht zu erhaltenden Verbrauchsinformationen beeinflusst werden. Aus diesen Einflüssen kann auch ein Korrekturfaktor erlernt werden, der zur Korrektur eines aus dem Durchschnittsverbrauch berechneten Gesamtverbrauchs auf einer unbekannten Strecke herangezogen wird. Weiterhin sind Eigenarten unterschiedlicher Benutzer erlernbar und in die Bestimmung des Verbrauchs einberechenbar. Schließlich können Eigenschaften des Fahrzeuges selbst mit in die Verbrauchsbestimmung einbezogen werden. Beispielhaft sei das Gewicht des Fahrzeuges genannt. Nach erfolgter Verbrauchsberechnung wird ein Sicherheitskriterium gewählt. Dies kann ein prozentualer Verbrauchszuschlag für unbekannte Strecken oder bekannte Strecken mit stark variierenden Verbräuchen sein. Dies kann ein absoluter Zuschlag auf den Verbrauch sein, um eine definierte Restreichweite zu garantieren. Diese Restreichweite kann auch in der Entfernung zur nächstgelegenen Ladestation bestehen, um eine doppelte Absicherung zu gewährleisten. Außerdem ist eine Kombination aus relativem und absolutem Verbrauchszuschlag denkbar, um mehrere Vorteile abzudecken, beispielsweise ein wetterabhängiger prozentualer Zuschlag und ein restreichweitengarantierender absoluter Zuschlag. Die Zuschläge sind erlernbar. Beispielsweise kann dieselbe Strecke zu unterschiedlichen Tages-, Wochen- oder Jahresabschnitten unterschiedliche Gesamtverbräuche oder unterschiedlich variierende Verbräuche aufweisen. Die Zuschläge können generell vorgegeben werden oder individuell abgefragt werden. Hat der Benutzer ungeplante oder unregelmäßig stattfindende Fahrten zu erledigen, kann er diese an dieser Stelle berücksichtigen.
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Im Block S4 wird der Ladezustand des Energiespeichers erfasst. Dies kann nach der Bestimmung des Verbrauchs erfolgen oder parallel dazu. Vorzugsweise wird ein ohnehin in der Leistungssteuerung des Fahrzeuges oder des Speichermanagementsystems ermittelter Ladezustand abgefragt und an die Vergleichseinheit übertragen.
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Die Vergleichseinheit vergleicht in Block S5 den Ladezustand mit dem berechneten Verbrauch zuzüglich des Sicherheitskriteriums. Dabei wird entweder festgestellt, dass der Ladezustand größer ist als der berechnete Verbrauch, zuzüglich des Sicherheitskriteriums oder nicht.
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Ist der Ladezustand geringer als der berechnete Verbrauch, zuzüglich des Sicherheitskriteriums, wird in S6 die Fehlmenge berechnet, was durch Bildung einer Differenz geschehen kann. Im Ergebnis steht eine Menge an elektrischer Energie, die zum Befahren der geplanten Route mindestens zugeführt werden muss.
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Die berechnete wenigstens notwendige Menge zuzuführender elektrischer Energie wird an den Zuführregler übergeben. Dieser berechnet in Block S7 die Dauer, die zum Zuführen der notwendigen Menge zuzuführender elektrischer Energie benötigt wird. Die Dauer kann abhängig sein vom Ladezustand des Energiespeichers. Bei relativ geringem Ladezustand kann die Menge in kürzerer Zeit zugeführt werden, als bei relativ hohem Ladezustand. Dies hängt von der Art des Energiespeichers ab. Der Zuführregler ist vorteilhafterweise Teil der Leistungselektronik des Fahrzeuges oder des Energiespeichers. Er kann allerdings Teil eines anderen Bordrechners im Fahrzeug oder Teil einer externen Rechnereinheit, z. B. eines Heim-PCs oder einer Kommunikationseinrichtung, wie einem Smartphone oder PDA, sein.
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In Block S8 wird der späteste Zeitpunkt zum Start der Zuführung der wenigstens notwendigen Menge zuzuführender elektrischer Energie ermittelt. Dies erfolgt ebenfalls durch den Zuführregler. Der Startzeitpunkt der nächsten Fahrt ist bekannt. Dieser ist entweder Teil der Zeitvorgabe aus Block S1 oder wurde aus der Zeitvorgabe aus Block S1 berechnet. Zu diesem Zeitpunkt muss die wenigstens notwendige Menge zuzuführender elektrischer Energie zugeführt sein. Da die Zuführdauer bekannt ist, ergibt sich der späteste Zeitpunkt zum Start der Zuführung aus dem Startzeitpunkt der nächsten Fahrt minus der Zuführdauer. Zur Absicherung unvorhergesehener Ereignisse, z. B. eines Stromausfalls, kann eine Sicherheitsspanne zu der Zuführdauer hinzuaddiert werden.
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Schließlich wird der berechnete späteste Zeitpunkt zum Start der Zuführung der elektrischen Energie durch die Warneinheit ausgegeben. Dies geschieht in Block S9. Im einfachsten Fall geschieht dies durch eine Anzeige auf der Navigationsvorrichtung, z. B. durch Ausgabe des Textes „Ab 18.30 Uhr muss Ihr Fahrzeug spätestens aufgeladen werden”. Die Anzeige kann auch die verbleibende Zeit bis zum spätesten Ladebeginn ausgeben. Weiterhin kann eine akustische Meldung, beispielsweise durch die Navigationsvorrichtung, über die Lautsprecher des Fahrzeuges erfolgen. Der Zeitpunkt der Meldung ist variabel und durch die Quittierung der Meldung durch Anschließen des Fahrzeuges an eine Energiequelle erlernbar. Ist die zuzuführende Menge relativ gering und die Zeit bis zum spätesten Ladebeginn im Vergleich zur Fahrzeit zur Ladestation groß, kann die Ausgabe der Warnung zum Zeitpunkt des Erreichens der Ladestation ausreichen. Ist jedoch abzusehen, dass die Zeit bis zum Erreichen der Ladestation zum spätesten Ladebeginn knapp werden kann, wird die Ausgabe der Warnung zeitlich vorgezogen, um dem Benutzer die Dringlichkeit mitzuteilen. Ist das Fahrzeug an der Ladestation angekommen, z. B. in einer Garage, kann es vorkommen, dass der Benutzer trotz Warnung vergisst, das Fahrzeug an die Ladestation anzuschließen. Gründe dafür können sein, dass ein getätigter Einkauf in das Haus verbracht werden muss oder die eventuell abgeholten Kinder Betreuung benötigen. Daher ist mindestens eine weitere Warnung vorgesehen. Diese kann über ein Mobiltelefon oder ein Heimnetzwerk erfolgen, in das das Fahrzeug eingeloggt ist. In einer zukünftigen Ausgestaltung kann die Warneinheit ergänzt werden durch eine automatische Anschlusseinheit, die bei Erkennen der räumlichen Nähe des Fahrzeuges zur Ladestation automatisch das Fahrzeug mit der Ladestation verbindet. Die Warnung im Vorfeld kann dabei bestehen bleiben.
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Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das einmal an die Ladestation angeschlossene Fahrzeug solange geladen werden kann, bis der Energiespeicher voll ist oder aufgrund des Starts der nächsten Fahrt das Fahrzeug von der Ladestation getrennt wird. Einschränkungen davon können vorgegebene Kriterien, z. B. energiekostentechnische Kriterien, bilden. Ist beispielsweise das energiekostenkritische Kriterium „nur Nachtstrom verwenden” ausgewählt, kann der Ladevorgang nach Auslaufen des Tarifes Nachtstrom beendet werden.
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Voraussetzung dafür ist, dass die wenigstens notwendige Menge zuzuführender elektrischer Energie zugeführt ist. Es können Prioritäten vorgegeben oder erlernt werden, nach denen die einschränkenden Kriterien beachtet werden.
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Die Erfindung ermöglicht vorteilhafterweise, dass ein Energiemangel in einem Fahrzeug im Vorfeld erkannt und verhindert wird, statt einen aufgetretenen Energiemangel zu beseitigen. Dadurch wird die Sorge, liegen zu bleiben, enorm verringert und die Akzeptanz alternativ angetriebener Fahrzeuge beträchtlich gesteigert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011003993 A1 [0005]
- DE 102011015775 A1 [0006]
- DE 102010039075 A1 [0007]
- DE 4344369 C2 [0008]
