DE102014009448A1

DE102014009448A1 - Prädiktive Ladezustandssteuerung einer Energiespeichereinrichtung eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102014009448A1
Application number: DE102014009448.0A
Authority: DE
Inventors: Boris Blasinski
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2015-12-31
Anticipated expiration: 2034-06-26
Also published as: DE102014009448B4; US20170144648A1; CN106573547B; US10407049B2; WO2015197166A1; CN106573547A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fahrstreckenabhängigen Steuern einer Energiespeichereinrichtung (10) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (12), beispielsweise einem Mildhybrid-Personenkraftwagen, das durch eine Ladezustandssteuereinrichtung (18) durchgeführt wird. Dabei empfängt diese mindestens einen eine Information beinhaltenden Datenwert, der eine zu erwartende Fahrsituation auf einem Streckenabschnitt einer Fahrstrecke betrifft. Anhand der empfangenen Information erfolgt ein Prädizieren eines Energiebedarfs einer ersten Einrichtung (14) eines Bordnetzes auf dem Streckenabschnitt (S2). Bei Unterschreiten eines vorbestimmten Schwellenwerts des prädizierten Energiebedarfs der ersten Einrichtung (14) veranlasst ein Steuersignal, dass eine für die erste Einrichtung (14) des Bordnetzes reservierte Energiemenge eines Energievorhalts der Energiespeichereinrichtung (10) zumindest teilweise einer zweiten Einrichtung (16) des Bordnetzes zugeteilt wird. Das Verfahren kann ein Prädizieren eines Werts eines frei verfügbaren Energievorhaltes der Energiespeichereinrichtung (10) auf dem Streckenabschnitt in Abhängigkeit von dem prädizierten Energiebedarf umfassen, und ein zumindest teilweises Zuteilen des prädizierten frei verfügbaren Energievorhaltes an die zweite Einrichtung (16).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fahrstreckenabhängigen Steuern einer Energiespeichereinrichtung eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, wobei eine Ladezustandssteuereinrichtung der Energiespeichereinrichtung eine Zuteilung einer verfügbaren Energiemenge der Energiespeichereinrichtung steuert.
Im Zuge der Hybridisierung und Elektrifizierung von Kraftfahrzeugen werden zunehmend Systeme entwickelt, mit denen das Kraftfahrzeug entweder vollständig elektrisch betrieben werden kann oder auch nur teilweise auf Speicher elektrischer Energie zugreifen kann. Hierfür wurden beispielsweise Bordnetze entwickelt, die einen kleinen Spannungsbereich von 12 Volt oder aber einen mittleren Spannungsbereich von 48 Volt bereitstellen können. Ein sogenanntes Mildhybrid-Kraftfahrzeug verfügt über ein 48-Volt-Niedervoltsystem und erlaubt eine elektrische Unterstützung des Verbrennungsmotors und anderen 48-Volt-Fahrwerkeinrichtungen. Ein Mildhybrid-Kraftfahrzeug ist in der Regel, im Gegensatz zu einem Vollhybrid-Fahrzeug, mit einem relativ kleinen Energiespeicher ausgestattet. Dies genügt, da der Antrieb nicht für ausschließlich elektrisches Fahren ausgelegt ist. Es gibt jedoch andere Verbraucher, sogenannte Fahrwerkeinrichtungen, die größere Energiemengen benötigen. Eine solche Fahrwerkeinrichtung umfasst beispielsweise einen rein elektrischen Turbolader oder einen 48-Volt-Wankstabilisator. Diese beispielhaften Fahrwerkeinrichtungen benötigen fahrsituationsabhängig relativ viel Energie aus dem kleinen 48-Volt-Speicher. Daher muss die Ladezustandssteuerung, beispielsweise ein Batterie-Management-System, immer für einen entsprechenden Energievorhalt im Energiespeicher sorgen.
Die DE 10 2010 029 971 A1 beschreibt ein Reduzieren von Energieverbrauchern in einem Vollhybrid-Fahrzeug. Dies soll dazu dienen, eine auf einer Fahrstrecke nächstliegende Ladesäule rein elektrisch zu erreichen.
Aus der DE 10 2005 046 340 A1 ist ein Verfahren zum Reduzieren eines Bordnetzverbrauchs eines 12-Volt-Bordnetzes beschrieben. Hierzu wird ein Wiederstart mit einem 12-Volt-Motorstartsystem ermöglicht.
Gemäß der DE 10 2011 089 085 A1 wird eine Batterieleistung eines Kraftfahrzeugs gesteuert, wobei eine Fahrleistung gegenüber einem Komfortsystemen priorisiert wird, wenn das Kraftfahrzeug mithilfe des elektrischen Antriebs fährt.
Der Ladezustand muss bei einer 48-Volt-Energiespeichereinrichtung immer relativ hoch gehalten werden, um die Verfügbarkeit der Systeme zu garantieren. Dies geht insbesondere bei Mildhybrid-Kraftfahrzeugen zulasten von Komfortsystemen, wie beispielsweise einem System der Funktion „Freilauf/Motor aus”, die ein Ausschalten des Verbrennungsmotors bei einem Entkoppeln beider Antriebssysteme bewirkt, oder einem System mit einer „Start-Stopp”-Automatik, bei der der Verbrennungsmotor ohne Zündung an- und/oder ausgeschaltet werden kann. Die Verfügbarkeit dieser CO₂-relevanten Systeme wird also dauerhaft eingeschränkt, obwohl unter Umständen ausreichend Energie im 48-Volt-Speicher vorhanden ist.
Eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist das Reduzieren des Kraftstoffverbrauchs und damit des CO₂-Ausstoßes, ohne dass ein Benutzer dabei auf eine Fahrleistung oder eine Kontrollfunktion verzichten muss.
Die Aufgabe wird von dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und dem erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukt gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
Die Erfindung basiert auf der Idee, mit mindestens einem eine Information beinhaltenden Datenwert zu einem Streckenabschnitt einer geplanten Fahrstrecke, beispielsweise einer elektronischen Information von einem Internet-Verkehrsdienst (also eine „online-traffic”-Information), eine elektronische Information zu einer Verkehrssituation, wobei der Datenwert beispielsweise über eine Kraftfahrzeug-zu-Kraftfahrzeug-Kommunikationsverbindung übertragen wird, oder prädiktive Streckendaten aus Navigationsdaten dazu zu nutzen, den Energiebedarf einer ersten Einrichtung eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs zu prädizieren und anhand des prädizierten Energiebedarfs auf einem jeweiligen Streckenabschnitt einen Energievorhalt der Energiespeichereinrichtung so zu regulieren, dass keine auf dem Streckenabschnitt unnötige Energiereserve für eine Einrichtung eines Bordbetzes des Kraftfahrzeugs vorbehalten wird, falls diese Einrichtung auf dem Streckenabschnitt voraussichtlich nicht verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum fahrstreckenabhängigen Steuern einer Energiespeichereinrichtung eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, beispielsweise einer Traktionsbatterie, umfasst die nachfolgenden Schritte, die durch eine Ladezustandssteuereinrichtung der Energiespeichereinrichtung, beispielsweise durch ein Batteriemanagementsystem, durchgeführt werden:
Die Ladezustandssteuereinrichtung empfängt den mindestens einen die Information beinhaltenden Datenwert, wobei die Information eine zu erwartende Fahrsituation auf einem Streckenabschnitt einer Fahrstrecke des Kraftfahrzeugs betrifft. Der mindestens eine Datenwert kann beispielsweise durch einer Empfangseinrichtung des Kraftfahrzeugs aus dem Internet oder von einem anderen Fahrzeug empfangen und an die Ladezustandssteuereinrichtung übertragen werden. Die zu erwartende Fahrsituation kann beispielsweise ein Wegstreckenmerkmal umfassen, also beispielsweise einen Verlauf des Streckenabschnittes wie beispielsweise eine Serpentine. Die zu erwartende Fahrsituation kann zusätzlich oder alternativ eine aktuelle Verkehrssituation auf dem Streckenabschnitt, eine Geschwindigkeitsvorgabe oder eine Verkehrslage, betreffen. Die Fahrstrecke kann dabei beispielsweise eine von dem Benutzer in ein Navigationssystem des Kraftfahrzeugs eingegebene Route umfassen.
Anhand der empfangenen elektronischen Information erfolgt durch die Ladezustandssteuereinrichtung ein Prädizieren eines Energiebedarfs einer ersten Einrichtung eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs auf dem Streckenabschnitt. Vorzugsweise handelt es sich bei der ersten Einrichtung des Bordnetzes um eine Einrichtung, die eine Fahrwerkeinrichtung umfasst. Eine Fahrwerkeinrichtung umfasst eine direkt den Antrieb des Kraftfahrzeugs betreffende Einrichtung, beispielsweise einen elektrischen Turbolader und/oder einen Wankstabilisator. Es erfolgt also ein Prädizieren desjenigen Energiebedarfs, der direkt für den Antrieb des Kraftfahrzeugs benötigt wird. Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein sinnvolles Verwenden der Einrichtung in das Energiemanagement miteinbeziehen.
Bei einem Unterschreiten eines vorbestimmten Schwellenwerts des prädizierten Energiebedarfs der ersten Einrichtung des Bordnetzes erfolgt ein Erzeugen eines Steuersignals, das veranlasst, dass eine für die erste Einrichtung des Bordnetzes reservierte Energiemenge eines Energievorhalts der Energiespeichereinrichtung zumindest teilweise einer zweiten Einrichtung des Bordnetzes zugeteilt wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Energiemanagement der Energiespeichereinrichtung deutlich verbessert, und ein Energievorhalt kann präzise, benutzerspezifischer und situationsabhängig eingeteilt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zum Steuern einer Energiespeichereinrichtung in einem teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug, insbesondere in einem sogenannten Mild-Hybrid-Fahrzeug. Das erfindungsgemäße Verfahren trägt dazu bei, einen Kraftstoffverbrauch und einen Kohlenstoffdioxidausstoß des Kraftfahrzeugs deutlich zu reduzieren. Gleichzeitig muss der Benutzer des Kraftfahrzeugs kaum oder nicht auf Fahrleistungen oder Komfortfunktionen verzichten. Das erfindungsgemäße Verfahren kann folglich besonders effizient im Zusammenhang mit einem Niedervolt-Bordnetz verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein Wert eines frei verfügbarer Energievorhalts der Energiespeichereinrichtung auf dem Streckenabschnitt in Abhängigkeit von dem prädizierten Energiebedarf der ersten Einrichtung des Bordnetzes prädiziert werden. In Abhängigkeit davon erfolgt ein zumindest teilweises Zuteilen des prädizierten, frei verfügbaren Energievorhaltes der Energiespeichereinrichtung an die zweite Einrichtung des Bordnetzes. Hierdurch wird ein besonders präzises Energiemanagement ermöglicht, was zu einem zusätzlichen Verringern von Kraftstoffverbrauch und Kohlenstoffdioxidausstoß beiträgt. Ein besonders effizientes Energie-Management kann gemäß einer Weiterbildung dieser Ausführungsform erreicht werden, wenn das Prädizieren des Werts des frei verfügbaren Energievorhaltes einen ladezustandserhöhenden Vorgang des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Rekuperation, berücksichtigt.
Zusätzlich oder alternativ kann gemäß einer weiteren Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Bewerten der ersten Einrichtung des Bordnetzes anhand eines Benutzungskriteriums erfolgen, wobei das Benutzungskriterium eine vorbestimmte Mindestwahrscheinlichkeit einer Benutzung der ersten Einrichtung des Bordnetzes auf dem Streckenabschnitt beschreibt. Hierdurch erfolgt ein Zuordnen einer Relevanz oder einer Priorität der ersten Einrichtung des Bordnetzes. In Abhängigkeit von einem Ergebniss des Bewertens der ersten Einrichtung erfolgt dann das Prädizieren des Werts des frei verfügbaren Energievorhaltes, wobei der prädizierte Energiebedarf der bewerteten ersten Einrichtung des Bordnetzes nur dann berücksichtigt wird, wenn die bewertete erste Einrichtung des Bordnetzes das Benutzungskriterium erfüllt.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt durch die Ladezustandssteuereinrichtung ein Ermitteln des für die zweite Einrichtung des Bordnetzes frei verfügbaren Energievorhalts G in Abhängigkeit von dem prädizierten Energiebedarfs E der ersten Einrichtung des Bordnetzes und in Abhängigkeit von einem Fahrsituationsfaktor x mittels einer Funktion G = E·x. Hierdurch kann der verfügbare Energievorhalt auf persönliche Bedürfnisse des Benutzers, vorbestimmte Situationen und/oder fahrzeugtypische Eigenschaften berücksichtigen. Somit kann beim Fahren sichergestellt werden, dass denjenigen Einrichtungen des Kraftfahrzeugs ausreichend Energie zugeteilt wird, die durch eine Fahrsituation auf dem Streckenabschnitt bedingt erforderlich und wünschenswert sind. Beispielsweise einem elektrischer Turbolader als Fahrwerkeinrichtung kann hingegen nur dann eine höhere Reservespannung zugeteilt werden, wenn ein entsprechender Streckenabschnitt tatsächlich eine höhere Fahrleistung erfordert.
Das Ermitteln des frei verfügbaren Energievorhalts G kann eine Abhängigkeit des Fahrsituationsfaktors x von beispielsweise einem Fahrstil eines Benutzers und/oder einem Antriebsmodus des Kraftfahrzeugs und/oder einem Wegstreckenmerkmal und/oder einer Geschwindigkeitsvorgabe und/oder einer Verkehrslage berücksichtigen. Durch diese Weiterbildung können konkrete situationsabhängige und benutzerspezifische Faktoren bei der Ladezustandssteuerung mit einbezogen werden.
Das Prädizieren des Energiebedarfs der ersten Einrichtung des Bordnetzes kann in einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Fahrmanövers der zu erwartenden Fahrsituation erfolgen.
Dies ermöglicht weitergehend eine situationsabhängige und benutzerspezifische Beurteilung der Fahrwerkseinrichtung.
Vorteilhafterweise umfasst die zweite Einrichtung des Bordnetzes eine Komfortsystemeinrichtung, vorzugsweise eine Komfortsystemeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine „Start-Stopp”-Funktion und/oder eine Funktion zum Anschalten und/oder Ausschalten eines Motorfreilaufs (eine sogenannte „Freilauf/Motor an/aus”-Funktion) durchzuführen. Diese vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens berücksichtigt das Bereitstellen eines hohen Fahrkomforts, sodass der Benutzer kaum auf Komfort verzichten muss, und gleichzeitig ein Bereitstellen von Fahrfunktionen, die in Abhängigkeit der Fahrsituation ein besonders energiesparendes Fahren ermöglichen.
Die oben gestellte Aufgabe wird ebenfalls gelöst von einer erfindungsgemäßen Ladezustandssteuereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine Ausführungsform des oben beschriebenen Verfahrens durchzuführen. Es ergeben sich dabei die bereits oben benannten Vorteile.
Die oben gestellte Aufgabe wird ebenfalls gelöst von einem Kraftfahrzeug, vorzugsweise von einem Personenkraftwagen und/oder einem Mildhybrid-Personenkraftwagen, der eine erfindungsgemäße Ladezustandssteuereinrichtung umfasst. Es ergeben sich dabei die bereits oben benannten Vorteile.
Die obige Aufgabe wird ebenfalls gelöst von einem Computerprogrammprodukt zum Steuern einer Energiespeichereinrichtung eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs auf einem Streckenabschnitt der Fahrstrecke. Das Computerprogrammprodukt umfasst mindestens ein Speichermedium, beispielsweise einen Mikrochip oder einen USB-Stick, mit einem darauf gespeicherten Programmcode, wobei der Programmcode dazu ausgelegt ist, bei einem Ausführen durch eine Ladezustandssteuereinrichtung diese dazu zu veranlassen, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen. Auch hier ergeben sich die bereits oben genannten Vorteile.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen noch einmal durch konkrete Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die gezeigten Beispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dar. Funktionsgleiche Elemente weisen in den Figuren dieselben Bezugszeichen auf. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung zu einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum fahrstreckenabhängigen Steuern einer Energiespeichereinrichtung,
2a, 2b eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3a eine schematische Darstellung eines Ladezustandssteuervorgangs gemäß dem Stand der Technik, und
3b eine schematische Darstellung eines Ladezustandssteuervorgangs einer Energiespeicherung gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die 1 veranschaulicht in einer schematischen Skizze das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zum fahrstreckenabhängigen Steuern einer Energiespeichereinrichtung 10 eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 12, beispielsweise eines Lithiums-Akkumulators oder einer Traktionsbatterie eines Mildhybrid-Kraftwagens, die vorzugsweise ein 48-Volt-Bordnetz umfasst. Das Kraftfahrzeug 12 umfasst dabei eine erste Einrichtung 14 des Bordnetzes, vorzugsweise eine Fahrwerkeinrichtung, also eine Einrichtung, die dazu ausgelegt sein kann, direkt den Antriebstrang des Kraftfahrzeugs 12 zu beeinflussen. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen elektrischen Turbolader („eTurbo”) und/oder einen Wankstabilisator des Kraftfahrzeugs 12.
Im vorliegenden Beispiel der 1 umfasst das Kraftfahrzeug 12 weiterhin eine zweite Einrichtung 16 des Bordnetzes, vorzugsweise eine Komfortsystemeinrichtung. Beispielsweise umfasst die Komfortsystemeinrichtung eine Einrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine „Start-Stopp”-Funktion oder eine „Freilauf Motor An-/Aus”-Funktion durchführen. Das Kraftfahrzeug 12 umfasst weiterhin eine Ladezustandssteuereinrichtung 18, beispielsweise ein Batterie-Management-System oder eine Motorsteuergerät mit einem Mikrochip. Das zumindest teilweise elektrisch betriebene Kraftfahrzeug 12 der 1 kann vorzugsweise einen Elektromotor 20 und einen Verbrennungsmotor 22 aufweisen. Die einzelnen Komponenten des Bordnetzes des beispielhaften Kraftfahrzeugs 12 der 1 sind untereinander mit jeweils einer drahtlosen oder drahtgebundenen Kommunikationsverbindung 23.
Das zumindest teilweise elektrisch betriebene Kraftfahrzeug 12 kann beispielsweise eine Empfangseinrichtung 24 umfassen, die dazu ausgelegt ist, beispielsweise von einem externen Datenserver 26 oder von einem Sender 26 eines weiteren Kraftfahrzeugs 12' mindestens einen eine Information beinhaltenden Datenwert zu empfangen, also beispielsweise ein Empfangsgerät für eine Kraftfahrzeug-zu-Kraftfahrzeug-Kommunikation oder ein internetfähiges Empfangsgerät. Der Datenwert, also ein elektronischer Datensatz, beschreibt die Information. Die Empfangseinrichtung 24 kann dann beispielsweise den die Information beinhaltenden Datenwert, mit anderen Worten den die Information angebenden Datenwert, an die Ladezustandssteuerungseinrichtung 18 übertragen, sodass die Ladezustandssteuereinrichtung 18 den Datenwert empfängt (Verfahrensschritt S1). Die Information des Datenwerts betrifft eine zu erwartende Fahrsituation auf einem Streckenabschnitt einer Fahrstrecke des Kraftfahrzeugs 12. Beispielsweise hat ein Benutzer des Kraftfahrzeugs 12 eine Reise von Ingolstadt nach München geplant, die beispielsweise in einem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs 12 gespeichert und/oder berechnet sein kann. Die Information kann dann beispielsweise eine Verkehrslage, eine Geschwindigkeitsvorgabe oder ein zu erwartendes Fahrmanöver als Fahrsituation, beispielsweise eine Kurvenfahrt auf dem Streckenabschnitt, betreffen und/oder beschreiben.
Anhand der empfangenen elektronischen Information prädiziert die Ladezustandssteuereinrichtung 18 im Verfahrensschritt S2 den Energiebedarf der ersten Einrichtung 14 des Bordnetzes auf dem Streckenabschnitt. Im vorliegenden Beispiel beschreibt beispielsweise die Information eine Staumeldung oder eine Baustelle mit einer dazugehörigen Geschwindigkeitsvorgabe von beispielsweise 40 Kilometern pro Stunde. Anhand dieser Information kann die Ladezustandssteuereinrichtung 18 prädizieren, dass der Energiebedarf der ersten Einrichtung 14, beispielsweise des elektrischen Turboladers, sehr gering sein wird, da auf dem Streckenabschnitt beispielsweise keine hohe Beschleunigung möglich ist. Hierbei kann die Ladezustandssteuerung 18 beispielsweise einen Zahlenwert von 80 Kilowattsekunden ermitteln und damit prädizieren.
Im vorliegenden Beispiel kann in der Ladezustandssteuereinrichtung 18 beispielsweise ein vorbestimmter Schwellenwert für den beispielhaften elektrischen Turbo gespeichert sein. Beispielsweise durch einen Vergleich des prädizierten Energiebedarfs mit dem Schwellenwert kann die Ladezustandseinrichtung 18 ein Unterschreiten des vorbestimmten Schwellenwerts durch den prädizierten Energiebedarf feststellen und daraufhin ein Steuersignal erzeugen, wobei das Steuersignal die Energiespeichereinrichtung 18 dazu veranlasst, dass beispielsweise mithilfe eines dem Fachmann bekannten Platinensystems zum Steuern eines Ladezustandes eine für die erste Einrichtung 14 reservierte Energiemenge des Energievorhalts der Energiespeichereinrichtung 10 nicht der ersten Einrichtung 14, sondern der zweiten Einrichtung 16 des Bordnetzes zugeteilt wird. In der 1 ist der Energievorhalt der Energiespeichereinrichtung 10 schematisch dargestellt: Die reservierte Energiemenge des Energievorhalts, der zunächst für die erste Einrichtung 14 reserviert sein kann, ist beispielsweise ein Bereich, der in der Energiespeichereinrichtung 10 in der 1 schraffiert dargestellt ist und zusätzlich einen weiteren Bereich, der in der 1 gepunktet dargestellt ist, umfasst. Durch das Zuteilen (S3) kann der in der 1 gepunktet dargestellte Bereich der Energiespeichereinrichtung 10 nun der zweiten Einrichtung 16 zur Verfügung gestellt werden, wobei sich der schraffierte Bereich als Reserve für die erste Einrichtung 14 verringern kann (in der 1 durch den Pfeil S3 dargestellt).
In dem zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug 12 erweist sich als vorteilhaft, dass bereits vorhandene Vorrichtungen des Kraftfahrzeugs 12 genutzt werden können, um der Ladezustandssteuerungseinrichtung eine ladezustandserhöhende Funktion bereitzustellen, die beispielsweise einen Rückgewinn von Energie durch Rekuperation bewirkt (in der 1 nicht gezeigt).
Die Ladezustandssteuereinrichtung 18 kann weiterhin dazu ausgelegt sein, die erste Einrichtung anhand eines Benutzungskriteriums zu bewerten. Das Benutzungskriterium kann dabei eine vorbestimmte Mindestwahrscheinlichkeit einer Benutzung der ersten Einrichtung 14 auf dem Streckenabschnitt beschreiben. Im vorliegenden Beispiel kann die erste Einrichtung 14 zum Beispiel mit einer sehr geringen Priorität bewertet werden, da der beispielhafte elektrische Turbolader auf dem Staustreckenabschnitt mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit benutzt wird. Ein Ergebnis des Bewertens der ersten Einrichtung kann dann das Ermitteln des frei verfügbaren Energievorhaltes beeinflussen. Das Prädizieren des Energiebedarfs der ersten Einrichtung 14 kann ebenfalls durch ein zu erwartendes Fahrmanöver als zu erwartende Fahrsituation, beispielsweise ein „Stop-and-go”-Fahren, also ein durch sich wiederholendes Anfahren und Abbremsen des Kraftfahrzeugs gekennzeichnetes Fahren, beeinflusst werden.
Die 2a und die 2b zeigen eine beispielhafte technische Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei zeigen jeweils die Skala A eine Skala für einen adezustandsverringernden Vorgang des Kraftfahrzeugs 12 und die Skala B eine Skala für einen ladezustandserhöhenden Vorgang des Kraftfahrzeugs 12. Die Energiespeichereinrichtung 10 ist dabei in der 2a und in der 2b als schematische Skala für den Ladezustand der Energiespeichereinrichtung 10 dargestellt, wobei die gestrichelten Horizontalen jeweils einen Teilabschnitt des Ladezustands darstellen. Die gesamte Höhe der jeweiligen Energiespeichereinrichtung 10 repräsentiert dabei einen 100 prozentigen Ladezustand („100%”, im Gegensatz zu „0%” als einen Zustand ohne verbleibende Energiemenge). Die beispielhafte Energiespeichereinrichtung 10 der 2a und der 2b kann dabei beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Mild-Hybrid-Kraftwagens als Kraftfahrzeug 12 umfassen. Ein erster Anteil C1 der Gesamtenergiemenge der beispielhaften Energiespeichereinrichtung 10 umfasst dabei beispielsweise einen Reserveanteil eines Fahrwerksystems. Ein weiterer Anteil C2 der Gesamtenergiemenge der Energiespeichereinrichtung 10 umfasst dabei einen Energiemengenanteil für einen elektrischen Turbolader als erste Einrichtung 14, der für diese erste Einrichtung 14 als Reserve in der Energiespeichereinrichtung 10 zurückbehalten wird. Ein Reserveanteil C5 der Gesamtenergiemenge der Energiespeichereinrichtung 10 kann dabei eine Reserve einer Rückspeisung an Energie durch beispielsweise ein 48-Volt-Fahrwerksystem repräsentieren.
Die 2a zeigt eine beispielhafte Situation des Ladungszustandes der Energiespeichereinrichtung 10, bei dem nach Berücksichtigen der beispielhaften Reserven für eine oder mehrere Fahrwerkeinrichtungen als erste Einrichtung 14 des Bordnetzes ein Energievorhalt einer Energiemenge verbleibt, der durch die Anteile C3 und C4 repräsentiert wird. In der Skala A ist dabei zu sehen, dass, bedingt durch diesen beispielhaften Energievorhalt C3, C4 eine zweite Einrichtung 16 des Bordnetzes, beispielsweise eine Komfortsystemeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine „Start-Stopp”-Funktion durchzuführen, eine Energiemenge in Höhe der Anteile C3 und C4 als Energievorhalt übrig bleibt. Alternativ steht beispielsweise eine Energiemenge des beispielhaften Energievorhalts C4 für eine Komfortsystemeinrichtung als zweite Einrichtung 16 des Bordnetzes zur Verfügung, die beispielsweise eine „Freilauf-Motor an/aus”-Funktion durchführen kann. Die nach unten zeigenden Pfeilspitzen in der Skala A symbolisieren dabei die ladezustandsverringernde Wirkung dieser Funktionen. Unter der Annahme, dass die Flächen der Energiemengenanteile C1, C2, C3, C4 und C5 den entsprechenden relativen Anteil einer Energiemenge einer vollgeladenen Energiespeichereinrichtung 10 repräsentieren, verdeutlicht die 2a, dass beispielsweise bei einer halbvollen Energiespeichereinrichtung 10 kein entsprechend ausreichender Energievorhalt C3, C4 für die beispielharften Komfortfunktionen der beispielhaften zweiten Einrichtung 16 des Bordnetzes bereitgestellt werden könnte. Die Höhe der Balken K1, K2 repräsentieren dabei diejenige Energiemenge, die durch die beispielhafte „Start-Stopp”-Automatik (K1) beziehungsweise die „Freilauf Motor an/aus”-Funktion (K2) zur Verfügung steht. In der Skala B wird durch die nach oben zeigenden Pfeilspitzen beispielsweise ein ladezustandserhöhender Vorgang, beispielsweise eine Rekuperation, repräsentiert. Die Höhe des Balkens R repräsentiert die entsprechende rekuperierte Energiemenge des Beispiels.
Die 2b veranschaulicht eine Ladezustandssituation der Energiespeichereinrichtung 10 unter Verwendung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die 2b verdeutlicht, dass die jeweilige zugeteilte Energiemenge C1, C2, C5, der jeweiligen ersten Einrichtung 14 deutlich verringert ist, wobei die Zuteilung in Abhängigkeit eines jeweiligen prädizierten Energiebedarfs der jeweiligen ersten Einrichtung 14 erfolgt. Diese verringerte, zugeteilte Energiemenge hängt von dem jeweiligen prädizierten Energiebedarf der jeweiligen ersten Einrichtung 14 ab. So kann der beispielhafte Ladezustand der 2b beispielsweise derjenige einer erkannten Fahrsituation sein, in der beispielhafte elektrische Turbolader und/oder der beispielhafte Wankstabilisator eine geringe tatsächliche Energiemenge benötigt und/oder durch ein Bewerten geringer priorisiert wurde. Durch den verringerten zugeteilten Anteil C1, C2, C5 verbleibt ein deutlich höherer Energievorhalt C3, C4 für die beispielhaften Komfortsysteme K1 und K2.
Die 3a und 3b veranschaulichen in einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens die Bedeutung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum fahrstreckenabhängigen Steuern der Energiespeichereinrichtung 10. Die jeweils in der 3a und in der 3b dargestellte schematisierte Energiespeichereinrichtung 10 stellt dabei, wie bereits zu den 2a und 2b erläutert, schematisch die bereits beschriebenen Energiemengenanteile C1, C2, C3, C4 und C5 einer Gesamtenergiemenge dar. In dem Diagramm D ist dabei jeweils eine beispielhafte Geschwindigkeit des teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 12 aufgetragen, wobei die Ordinate beispielsweise eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 12 in Stundenkilometer angibt, und die Abszisse einen Zeitverlauf repräsentiert. Das Diagramm E veranschaulicht jeweils einen Betriebszustand eines Verbrennungsmotors 22, wobei der Betriebszustand 0 für einen ausgeschalteten Motor und der Betriebszustand 1 für einen eingeschalteten Motor steht, und wobei die Abszisse im gleichen Maßstab den Zeitverlauf repräsentiert wie in dem Diagramm D. Im Diagramm F ist ebenfalls der Zeitverlauf analog zu den Diagrammen D und E durch eine jeweilige horizontale gestrichelte Linie repräsentiert, während die im Diagramm F eingezeichnete Kurve einen Ladezustand der Energiespeichereinrichtung 10 wiedergibt.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel befindet sich das Kraftfahrzeug 12 beispielsweise in einer „Stop-and-go”-Situation, das heißt in dem beispielhaften Stau, in dem das Kraftfahrzeug 12 abwechselnd anfährt und abbremst. Das beispielhafte Anfahren und Abbremsen wird in dem Diagramm D der 3a und 3b durch kurzzeitiges Ansteigen und Absenken der Kurve wiedergegeben. Im Beispiel der 3a ist dabei eine Situation gezeigt, bei der das Kraftfahrzeug 12 eine Ladezustandssteuerung gemäß dem Stand der Technik bereitstellt. In der 3a ist zu sehen, dass zu einem Zeitpunkt, der in der 3a durch den Pfeil 28 markiert ist, ein Motorstart durchgeführt werden muss, um einen vorbestimmten Energievorhalt der Energiespeichereinrichtung 10 sicherzustellen. Der Verbrennungsmotor 22 ist ab diesem Zeitpunkt dauerhaft angeschaltet und erzeugt dementsprechend ab diesem Zeitpunkt 28 dauerhaft Kohlenstoffdioxid. Im Diagramm F der 3a ist zu sehen, dass die erste Einrichtung 12 des Bordnetzes, beispielsweise eine elektrischer Turbolader, ein freier Energievorhalt zugeteilt wird, obwohl dies in dieser Situation nicht notwendig wäre. Von der Ladezustandssteuerungseinrichtung 18 wird ein geringerer frei verfügbarer Energievorhalt C3, C4 für eine zweite oder weitere Einrichtung 14 des Kraftfahrzeugs 12 zugeteilt. Bei dem beispielhaften „Stop-and-go”-Verkehr der 3a, in dem die Ladezustandsregelung ohne die erfindungsgemäße Prädiktion erfolgt, werden Ressourcen belegt, die an anderer Stelle, nämlich für eine Komfortfunktion, fehlen.
Anhand einer Beispielsrechnung dies noch einmal veranschaulicht werden: Dabei wird in der beispielhaften Situation in der 3a angenommen, dass eine erste Einrichtung 14, die beispielsweise einen elektrischen Turbolader mit einer 8-Kilowatt-Leistung umfasst, den Verbrennungsmotor 22 unterstützt. Das Unterstützen durch die erste Einrichtung 14 erfolgt beispielsweise mit einer circa 10 Sekunden langen Beschleunigung. Hieraus ergibt sich ein Wert eines nötigen Energievorhalts von 10·8 Kilowattsekunden, also 80 Kilowattsekunden oder 0,022 Kilowattstunden pro Beschleunigung. Der nutzbare Energievorhalt der beispielhaften Traktionsbatterie als Energiespeichereinrichtung 10 umfasst dann zum Beispiel nur circa 0,2 Kilowattstunden. Dies entspricht beispielsweise einem Vorhalt von circa 11 Prozent des Ladezustands für nur eine Beschleunigung. Bei einer Nutzung des Energievorhalts für eine „Start-Stopp”-Funktion könnte bei einer 1-Kilowatt-Bordnetzlast der Verbrennungsmotor 22 für weitere 1,5 Minuten im beispielhaften Start-Stopp-Betrieb gehalten werden.
Eine entsprechende Ladezustandsregulierung, die im Gegensatz zu der 3a mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bewerkstelligt wird, wird in der 3b veranschaulicht. Der Pfeil 30 kennzeichnet dabei den Zeitpunkt, bei dem eine zweite Einrichtung 16 des Bordnetzes, beispielsweise eine Komfortsystemeinrichtung, die eine „Start-Stopp”-Funktion durchführt, situationsabhängig priorisiert. Als Folge der Priorisierung und der damit einhergehenden Steuerung des Ladezustands der Energiespeichereinrichtung 10 erhöht sich der frei verfügbare Energieanteil C3, indem die Energiereserven C1 und C2 verringert werden. Als Folge hierzu kann, im Gegensatz zu dem Beispiel der 3a, der beispielhafte Motor gemäß dem Diagramm E der 3b auch weiterhin nur kurzzeitig angestellt werden und muss folglich nicht ständig in Betrieb sein. Eine Berechnung eines frei verfügbaren Energievorhaltes kann gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit folgendem Funktionsansatz erfolgen:
Dabei kann eine Grenze G für den beispielhaften „Start-Stopp”-Betrieb, also ein benötigter Energievorhalt G, bezogen auf einen Restenergieinhalt der Energiespeichereinrichtung 10, ermittelt werden durch das Produkt des Energiebedarfs E des beispielhaften elektrischen Turboladers für beispielsweise eine Beschleunigung und einem Fahrsituationsfaktor x für den aktuell nötigen Energievorhalt G. Der Fahrsituationsfaktor x für den aktuell nötigen Energievorhalt kann dabei von der Streckeninformation abhängen und/oder vorgegeben sein. Der Fahrsituationsfaktor x für den aktuell nötigen Energievorhalt kann wie folgt ermittelt werden: Dabei kann beispielsweise ein Grundwert x = 2 festgesetzt werden, der sich in Abhängigkeit von der Fahrsituation verringern oder erhöhen kann. Beispielhaft werden folgende Änderungsmöglichkeiten für den Fahrsituationsfaktor x beispielhaft angegeben:
x = x + 2, wenn beispielsweise ein Fahrer von einem Bordsystem des Kraftfahrzeugs 12 als sportlicher Fahrer erkannt wird;
x = x – 2, wenn beispielsweise ein Antriebsmodus einen besonders effizienten Antrieb ermöglicht, beispielsweise einen sogenannten „Efficiency”-Antriebsmodus;
x = x + 2, wenn beispielsweise die empfangene Information eine vorausliegende Autobahnauffahrt beschreibt;
x = x + 1, wenn beispielsweise die Streckeninformation eine vorausliegende Spielstraße beschreibt;
x = x – 2, wenn beispielsweise die empfangene Information einen Stau auf dem Streckenabschnitt beschreibt.
Als beispielhafter Maximal-(MAX) und/oder Minimal-Wert (MIN) für den Faktor für einen aktuell nötigen Energievorhalt können beispielsweise die Grenzen wie folgt vorbestimmt sein: x = MAX(x; 0) und/oder x = MIN(x; 5).
Die oben angeführten Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum fahrstreckenabhängigen Steuern einer Energiespeichereinrichtung 10 eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 12 veranschaulichen die Idee der Erfindung, dass die Ladezustandssteuereinrichtung 18 prädiktive Umgebungsdaten (wie zum Beispiel eine „online-traffic”-Information), Daten einer Kraftfahrzeug-zu-Kraftfahrzeug-Kommunikation, oder prädiktive Streckendaten aus Navigationsdaten dazu nutzen soll, einen Energiebedarf einer ersten Einrichtung 14 des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs 12 (oder mehrerer ersten Einrichtung 14 des Bordnetzes), beispielsweise von 48-Volt-Verbrauchern eines Mild-Hybrid-Kraftwagens, zu reduzieren. Ist dieser prädizierte Energievorhalt klein, kann ein größerer Energieanteil der Energiespeichereinrichtung 10 für eine zweite Einrichtung 16 (oder für mehrere zweite Einrichtungen 16), vorzugsweise eine Komfortsystemeinrichtung als zweite Einrichtung 16, die beispielsweise ein Mildhybrid-Feature durchführen kann, genutzt werden. Beispielsweise werden in einem Stau keine hohen Fahrleistungen erwartet, es ist folglich kein Energievorhalt für beispielsweise einen elektrischen Turbolader („eTurbo”) nötig. Folglich kann Energie für beispielsweise eine „Start-Stopp”-Funktion verwendet werden, und eine Verfügbarkeit des beispielhaften elektrischen Turboladers wird nicht spürbar eingeschränkt. Gemäß einem anderen Beispiel liegt beispielsweise eine 30-Stundenkilometer-Zone ohne Kurven voraus, folglich ist kein Energievorhalt für beispielsweise eine Wankstabilisierung nötig. Energie kann folglich für beispielsweise eine Start-Stopp-Funktion verwendet werden, wobei die beispielhafte Wankstabilisierungsverfügbarkeit nicht spürbar eingeschränkt würde.
Dabei geht es darum, aufgrund eines kleinen Energiespeichers einen Energiebedarf für ein direkt kommendes oder bevorstehendes Fahrmanöver zu planen. Es geht also nicht um die Abschaltung von Komfortverbrauchern, sondern um die vorzeitige Einplanung von Energievorhalten, sodass eine maximale Ausführbarkeit der Komfortfunktion und ein maximaler Komfort sichergestellt werden.
Es ergibt sich der Vorteil eines geringeren Kraftstoffverbrauchs und eines geringeren Kohlenstoffdioxidverbrauchs im Betrieb des Kraftfahrzeugs 12 ohne Verzicht auf Fahrleistungen oder Komfortfunktionen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010029971 A1 [0003]
DE 102005046340 A1 [0004]
DE 102011089085 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum fahrstreckenabhängigen Steuern einer Energiespeichereinrichtung (10) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (12), umfassend die durch eine Ladezustandssteuereinrichtung (18) der Energiespeichereinrichtung (10) durchgeführten Schritte: – Empfangen mindestens eines eine Information beinhaltenden Datenwerts, wobei die Information eine zu erwartende Fahrsituation auf einem Streckenabschnitt einer Fahrstrecke des Kraftfahrzeugs (12) betrifft (S1), – anhand der empfangenen Information Prädizieren eines Energiebedarfs einer ersten Einrichtung (14) eines Bordnetzes des Kraftfahrzeugs (12) auf dem Streckenabschnitt (S2), – bei Unterschreiten eines vorbestimmten Schwellenwerts des prädizierten Energiebedarfs der ersten Einrichtung (14) des Bordnetzes Erzeugen eines Steuersignals, das veranlasst, dass eine für die erste Einrichtung (14) des Bordnetzes reservierte Energiemenge eines Energievorhalts der Energiespeichereinrichtung (10) zumindest teilweise einer zweiten Einrichtung (16) des Bordnetzes zugeteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch – Prädizieren eines Werts eines frei verfügbaren Energievorhaltes der Energiespeichereinrichtung (10) auf dem Streckenabschnitt in Abhängigkeit von dem prädizierten Energiebedarf, und – zumindest teilweises Zuteilen des prädizierten frei verfügbaren Energievorhaltes der Energiespeichereinrichtung (10) an die zweite Einrichtung (16) des Bordnetzes.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Prädizieren des Werts des frei verfügbaren Energievorhaltes einen ladezustandserhöhenden Vorgang, insbesondere eine Rekuperation, berücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch – Bewerten der ersten Einrichtung (14) des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs (12) anhand eines Benutzungskriteriums, das eine vorbestimmte Mindestwahrscheinlichkeit einer Benutzung der ersten Einrichtung (14) des Bordnetzes auf dem Streckenabschnitt beschreibt, und – in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Bewertens der ersten Einrichtung (14) Prädizieren des Werts des frei verfügbaren Energievorhaltes, wobei der prädizierte Energiebedarf der bewerteten ersten Einrichtung (14) des Bordnetzes nur dann berücksichtigt wird, wenn die bewertete erste Einrichtung (14) des Bordnetzes das Benutzungskriterium erfüllt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch – Ermitteln des für die zweite Einrichtung (16) des Bordnetzes frei verfügbaren Energievorhalts G in Abhängigkeit von dem prädizierten Energiebedarfs E der ersten Einrichtung (14) des Bordnetzes und einem Fahrsituationsfaktor x mittels einer Funktion G = E·x.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem das Ermitteln des frei verfügbaren Energievorhalts G eine Abhängigkeit des Fahrsituationsfaktors x von einem Fahrstil eines Benutzers des Kraftfahrzeugs (12) und/oder einem Antriebsmodus und/oder einem Wegstreckenmerkmal und/oder einer Geschwindigkeitsvorgabe und/oder einer Verkehrslage berücksichtigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prädizieren des Energiebedarfs der ersten Einrichtung (14) des Bordnetzes anhand eines Fahrmanövers der zu erwartenden Fahrsituation erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Einrichtung (16) des Bordnetzes eine Komfortsystemeinrichtung umfasst, vorzugsweise eine Komfortsystemeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, eine „Start-Stopp”-Funktion und/oder eine Funktion zum Anschalten und/oder Ausschalten eines Motorfreilaufs durchzuführen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Einrichtung (14) des Bordnetzes eine Fahrwerkeinrichtung umfasst, vorzugsweise einen elektrischen Turbolader und/oder einen Wankstabilisator.
Ladezustandssteuereinrichtung (18), die dazu ausgelegt ist, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
Kraftfahrzeug (12), vorzugsweise Mildhybrid-Personenkraftwagen, umfassend eine Ladezustandssteuereinrichtung (18) gemäß Anspruch 10.
Computerprogrammprodukt zum Steuern einer Energiespeichereinrichtung (10) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (12) auf einem Streckenabschnitt einer Fahrstrecke, umfassend mindestens ein Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Programmcode, wobei der Programmcode dazu ausgelegt ist, bei einem Ausführen durch eine Ladezustandssteuereinrichtung (18) diese dazu zu veranlassen, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.