DE102016000318B4

DE102016000318B4 - Verfahren zum elektrischen Vorklimatisieren einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102016000318B4
Application number: DE102016000318.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Djermester; Jean-Yves Beyel
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-01-13
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2036-01-14
Also published as: DE102016000318A1

Abstract

Verfahren zum elektrischen Vorklimatisieren einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, bei welchem eine Batterie des Fahrzeugs zum Laden an eine ortsfeste Ladeinfrastruktur mit einer gegebenen Ladeleistung angeschlossen ist und an einem voreingestellten Startzeitpunkt (t0) die Vorklimatisierung beendet oder zumindest eine Vorlaufzeit (VL) der Vorklimatisierung abgelaufen sein soll, wobei folgende Schritte vorgesehen sind:- Ermittlung eines Weckzeitpunktes (ts) für den Beginn der Vorklimatisierung, ab welchem die Leistung für die Vorklimatisierung aus der Ladeinfrastruktur entnommen wird,- kontinuierliche Ermittlung der nutzbaren Leistung (LLade) aus der Ladeinfrastruktur,- kontinuierliche Ermittlung der nutzbaren Batterieenergie (Wbatt) der Batterie,- Bestimmung einer maximal möglichen Laufzeitdauer (Tmax), die bei einer Nutzung der ermittelten nutzbaren Batterieenergie (Wbatt) für die Vorklimatisierung ausreicht, indem der Wert der nutzbaren Batterieenergie (Wbatt) durch einen den Leistungsverbrauch für die Vorklimatisierung begrenzenden und vorgegebenen Leistungsdeckelwert (LD) dividiert wird, und- Bestimmung eines Umschaltzeitpunktes (t1), ab welchem für die Vorklimatisierung zusätzlich zur Energie aus der Ladeinfrastruktur eine auf den Leistungsdeckelwert (LD) begrenzte Energie aus der Batterie entnommen wird, wobei der Umschaltzeitpunkt (t1) derart bestimmt ist, dass die Restzeitdauer (TR) ausgehend von dem Startzeitpunkt (t0) bis zu diesem Umschaltzeitpunkt (t1) kleiner als die maximal mögliche Laufzeitdauer (Tmax) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Vorklimatisieren einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, bei welchem eine Batterie des Fahrzeugs zum Laden an eine ortsfeste Ladeinfrastruktur mit einer gegebenen Ladeleistung angeschlossen ist.
Um im Stillstand befindliche Fahrzeuge optimal temperieren zu können, ist es bspw. für Hybridfahrzeuge bekannt, die notwendige Energie zum Betreiben einer Klimaanlage zum Heizen oder Kühlen des Fahrzeuginnenraums im Stillstand aus den vorhandenen elektrischen Energiespeichern zu nutzen. So beschreibt die DE 10 2005 004 950 A1 eine Klimaanlage für ein Hybridfahrzeug, bei der die Vorklimatisierung mittels eines in die Klimaanlage integrierten elektrischen Kältemittelverdichters durchgeführt wird. Nachteilig hieran ist jedoch, dass aufgrund der begrenzten Speicherkapazitäten der elektrischen Speicher die Vorklimatisierung nur für einen begrenzten Zeitraum möglich ist.
Aus der DE 10 2011 079 415 A1 ist ein Verfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs mit elektrischem Energiespeicher und zum Standklimatisieren des Fahrzeuginnenraums mittels einer elektrischen Klimaanlage bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird der elektrische Energiespeicher auf einen Mindestladezustand geladen. Nach Erreichen des Mindestladezustands des Energiespeichers wird der Innenraum derart klimatisiert, dass zu einem angenommenen Abfahrtzeitpunkt ein vorgegebener Klimatisierungszustand des Innenraums erreicht wird. Der Energiespeicher wird mit zum Erreichen des Klimatisierungszustands nicht benötigter überschüssiger Energie auf einen Zielladezustand geladen.
Bei einem Verfahren zum Vorklimatisieren eines Fahrgastraums eines Fahrzeugs wird gemäß der DE 10 2009 053 649 A1 wenigstens eine Komponente einer Klimaanlage des Fahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt. Hierbei wird die wenigstens eine Komponente der Klimaanlage in Betrieb genommen, wenn mittels einer fahrzeugexternen Stromversorgungseinrichtung elektrische Energie in ein Stromnetz des Fahrzeugs eingespeist wird.
Aus der DE 10 2013 215 473 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Regeln eines wenigstens eine erste Energiequelle umfassendes Standklimatisierungssystems für ein Fahrzeug bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Ist-Wert eines Klimaparameters aus dem Innenraum des abgestellten Fahrzeugs ermittelt und aus dem Ist-Wert und einem Referenzwert ein Differenzwert gebildet. Weiterhin wird ein voraussichtlicher Benutzungszeitpunkt des Fahrzeugs ermittelt, wobei aus dem momentanen Zeitpunkt und dem ermittelten voraussichtlichen Benutzungszeitpunkt ein Zeitintervall ermittelt wird. Dabei wird in Abhängigkeit von der Länge des Zeitintervalls und des Differenzwertes eine zum Regeln auf einen Soll-Wert des Klimaparameters benötigte Energiemenge ermittelt und in Abhängigkeit von der benötigten Energiemenge und der aus der ersten Energiequelle verfügbaren Energiemenge der Ist-Wert des Klimaparameters innerhalb des Zeitintervalls auf den Soll-Wert geregelt.
Aus der DE 10 2009 038 431 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem von einem Benutzer eines an eine Ladeinfrastruktur angeschlossenen Elektro- oder Hybridfahrzeugs eine voraussichtliche Abfahrtszeit vorgegeben wird und ein Ladevorgang und eine Klimaanlage in Abhängigkeit der voraussichtlichen Abfahrtszeit automatisch gesteuert werden. Die Vorgabe der voraussichtlichen Abfahrtszeit erfolgt entweder durch eine direkte Bedieneingabe durch den Benutzer im Fahrzeug oder über eine Ferneinstellung mittels eines mobilen Endgerätes, wie bspw. eines Mobilfunktelefons.
Ferner wird in dieser DE 10 2009 038 431 A1 vorgeschlagen, dass die Klimaanlage des Fahrzeugs von dem Benutzer direkt angesteuert oder eingestellt werden kann. Darüber hinaus soll es ermöglicht werden, bei einer kurzfristigen Abfahrtsentscheidung über die Ferneinstellung eine Klimatisierung des Fahrzeugs mit Energie aus der Ladeinfrastruktur durchzuführen, weshalb keine Energie aus den elektrischen Energiespeichern des Fahrzeugs aufgewendet werden muss.
Wenn die Energie für die Vorklimatisierung ausschließlich aus der Ladeinfrastruktur entnommen wird, besteht in Abhängigkeit der Ladeleistung, insbesondere wenn diese sehr gering ist, die Gefahr, dass zum Abfahrtszeitpunkt nicht der gewünschte Klimatisierungszustand im Fahrzeug erreicht wird.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Vorklimatisierung eines an eine Ladeinfrastruktur angeschlossenen Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs anzugeben. So soll im Zeitpunkt eines voraussichtlichen Abfahrtstermins ein maximal möglicher Komfort hinsichtlich des Klimatisierungszustandes im Fahrzeug realisiert werden. Ferner soll bei einem Sofortstart der Vorklimatisierung aufgrund einer aktuellen Abfahrtsentscheidung des Benutzers in einer möglichst kurzen Zeitdauer ein hoher Klimatisierungskomfort erreicht werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und mit den Merkmalen des Patentanspruches 3.
Ein Fahrzeug, bei welchem das mit Bezug auf die Figuren beschriebene Verfahren zum elektrischen Vorklimatisieren einer Fahrgastzelle zum Einsatz kommen kann, ist als Hybridfahrzeug ausgebildet und beispielsweise über ein Ladekabel an eine Ladeinfrastruktur oder Ladestation mit gegebener Ladeleistung als externe elektrische Energieversorgung angeschlossen.
Bei der elektrischen Vorklimatisierung wird der Fahrgastraum des Fahrzeugs vor dem Abfahrtszeitpunkt gekühlt, gelüftet oder geheizt. Der Zeitpunkt des Beginns der Vorklimatisierung liegt daher vor einem solchen Abfahrtszeitpunkt. Die für die Vorklimatisierung erforderliche Kälteleistung oder Heizleistung wird bspw. mit einem elektrischen Klimakompressor oder bspw. einem Elektroheizer oder einer Wärmepumpe erzeugt. Der Zeitpunkt des Beginns der Vorklimatisierung kann in Abhängigkeit des Abfahrtszeitpunktes bestimmt werden, bspw. per Timerprogrammierung, und wird daher im folgenden auch abfahrtszeitbasierte Vorklimatisierung genannt. Ferner ist es auch möglich, in einem aktuellen Zeitpunkt die Vorklimatisierung zu starten (Sofortstart).
Wenn die Ladeleistung der Ladeinfrastruktur ausreichend hoch ist, wird die Energie für die Vorklimatisierung ausschließlich aus der Ladeinfrastruktur entnommen. Im anderen Fall, wenn die Ladeleistung zu niedrig ist, wird keine Vorklimatisierung auf Basis reiner Ladeleistung durchgeführt, sondern das im folgenden beschriebene erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt, bei welchem zugunsten der Vorklimatisierung die Batterie entladen wird.
Bei dem Verfahren zum elektrischen Vorklimatisieren einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs gemäß der erstgenannten Lösung, bei welchem eine Batterie des Fahrzeugs zum Laden an eine ortsfeste Ladeinfrastruktur mit einer gegebenen Ladeleistung angeschlossen ist und an einem voreingestellten Startzeitpunkt die Vorklimatisierung beendet oder zumindest eine Vorlaufzeit der Vorklimatisierung abgelaufen sein soll, sind folgende Schritte vorgesehen:

- Ermittlung eines Weckzeitpunktes für den Beginn der Vorklimatisierung, ab welchem die Leistung für die Vorklimatisierung aus der Ladeinfrastruktur entnommen wird,
- kontinuierliche Ermittlung der nutzbaren Leistung aus der Ladeinfrastruktur
- kontinuierliche Ermittlung der nutzbaren Batterieenergie der Batterie,
- Bestimmung einer maximal möglichen Laufzeitdauer, die bei einer Nutzung der ermittelten nutzbaren Batterieenergie für die Vorklimatisierung ausreicht, indem der Wert der nutzbaren Batterieenergie durch einen den Leistungsverbrauch für die Vorklimatisierung begrenzenden und vorgegebenen Leistungsdeckelwert dividiert wird, und
- Bestimmung eines Umschaltzeitpunktes, ab welchem für die Vorklimatisierung zusätzlich zur Energie aus der Ladeinfrastruktur eine auf den Leistungsdeckelwert begrenzte Energie aus der Batterie entnommen wird, wobei der Umschaltzeitpunkt derart bestimmt ist, dass die Restzeitdauer ausgehend von dem Startzeitpunkt bis zu diesem Umschaltzeitpunkt kleiner als die maximal mögliche Laufzeitdauer ist, die mit der elektrischen Energie aus der Batterie erzielt werden kann.

Bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren ist es also zulässig, dass die an die Ladeinfrastruktur angeschlossene Batterie zugunsten der Vorklimatisierung entladen wird.
Ausgehend von der Situation, dass die Ladeleistung der Ladeinfrastruktur zu niedrig ist (daher erfolgt eine kontinuierliche Ermittlung der nutzbaren Leistung aus der Ladeinfrastruktur), um ausschließlich auf der Basis derselben die Vorklimatisierung durchzuführen und ein voreingestellter Startzeitpunkt t0 für die abfahrtszeitbasierte Vorklimatisierung vorliegt, soll eine maximal mögliche Laufzeitdauer für eine Vorlaufphase ermittelt werden, während der die Vorklimatisierung mit der Batterieenergie der Batterie und der Leistung aus der Ladeinfrastruktur durchgeführt wird.
Die Bestimmung einer maximal möglichen Laufzeitdauer für die Vorlaufphase VL der Vorklimatisierung für die abfahrtszeitbasierte Vorklimatisierung wird kontinuierlich berechnet. Es muss zunächst anhand der Umgebungstemperatur Utemp ein für die Vorklimatisierung vorgesehener Leistungsdeckelwert LD bestimmt werden. Ein Leistungsdeckelwert LD wird deshalb vorgegeben, damit eine obere Grenze für die Leistungsaufnahme für die Vorklimatisierung besteht und somit unter Einhaltung dieser Leistungsaufnahme eine gewisse Laufzeit garantiert werden kann. Die mögliche Laufzeitdauer Tmax muss kontinuierlich bestimmt werden, da sich je nach Leistung der Ladeinfrastruktur und der tatsächlichen Leistungsaufnahme für die Vorklimatisierung während einer Vorklimatisierung, die ausschließlich über die Ladeleistung erfolgt, der Energieinhalt der Batterie währenddessen ändern kann. So ergibt sich bspw. bei einer nutzbaren Energie Wbatt von 1700 Wh, einer Umgebungstemperatur Utemp von -5 °C und einem Leistungsdeckelwert LD von 5 kW nach der Formel: Tmax = Wbatt/LD eine maximal mögliche Laufzeitdauer für eine Vorlaufphase VL für die Vorklimatisierung von ca. 20 min, bei einem Leistungsdeckelwert von 3,5 kW eine maximal mögliche Laufzeitdauer für eine Vorlaufphase VL von ca. 29 min. Während einer solchen Vorlaufphase VL wird die hierfür erforderliche Energie aus der Batterie und der Ladeinfrastruktur entnommen. Ist das Fahrzeug an keiner Ladeinfrastruktur angeschlossen, so wird die Energie ausschließlichen aus der Batterie entnommen.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein optimaler Umschaltzeitpunkt bestimmt, bei welchem von einer reinen Nutzung der Leistung aus der Ladeinfrastruktur für die Vorklimatisierung auf eine Nutzung der Energie aus der Batterie und der Leistung aus der Ladeinfrastruktur für die Vorklimatisierung des Fahrzeuginnenraums mit einem maximal vorgegebenen Leistungsdeckel umgeschaltet wird, wenn eine Ladeleistung aus der Ladeinfrastruktur zur Verfügung steht, bei der es sich lohnt, eine Vorklimatisierung durchzuführen. Dabei ist dieser Umschaltzeitpunkt so bestimmt, dass ab diesem Zeitpunkt die für die Vorklimatisierung zur Verfügung stehende elektrische Leistung auf den vorgegebenen Leistungsdeckelwert erhöht werden kann und mit dieser Leistung, die höher als die Leistung aus der Ladeinfrastruktur sein kann, bis zum voreingestellten Startzeitpunkt, der in der Regel dem vom Benutzer geplanten Abfahrtszeitpunkt entspricht, das Fahrzeug vorklimatisiert wird, d.h., dass zu diesem Startzeitpunkt entweder die Vorklimatisierung oder eine Vorlaufphase der Vorklimatisierung beendet ist, wobei sich an die Vorlaufphase eine Nachlaufphase der Vorklimatisierung anschließen kann. Es kann ein separater Leistungsdeckel für die Nachlaufzeit vorgesehen werden. Um dem Benutzer im von ihm selbst eingestellten Startzeitpunkt den maximal möglichen Klimatisierungskomfort sicherzustellen, wird im Falle einer kleinen Ladeleistung der Ladeinfrastruktur die Batterie des Fahrzeugs, in diesem Fall die Batterie eines Hybridfahrzeugs zugunsten der Vorklimatisierung entladen. Bei einem Hybridfahrzeug ist trotz einer nicht vollgeladenen Batterie die Mobilität durch dessen konventionellen Antrieb (Verbrennungsmotor) sichergestellt. Im Idealfall ist die Ladeleistung aus der Ladeinfrastruktur gleich oder größer als der vorgegebene Leistungsdeckelwert oder gleich oder größer als der reale Verbrauch für die Vorklimatisierung.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Weckzeitpunkt zumindest in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und/oder Innenraumtemperatur des Fahrzeugs ermittelt.
Bei dem Verfahren zum elektrischen Vorklimatisieren einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs gemäß der zweitgenannten Lösung, bei welchem eine Batterie des Fahrzeugs zum Laden an eine ortsfeste Ladeinfrastruktur mit einer gegebenen Ladeleistung angeschlossen ist und in einem aktuellen Zeitpunkt die Vorklimatisierung gestartet wird, sind folgende Schritte vorgesehen:

- Entnahme der Energie für die Vorklimatisierung aus der Batterie und der Ladeinfrastruktur, wobei die entnommene Leistung auf einen vorgegebenen Leistungsdeckelwert begrenzt wird,
- laufende Ermittlung der nutzbaren Batterieenergie der Batterie, und
- Bestimmung eines Umschaltzeitpunktes, ab welchem die Energie für die Vorklimatisierung ausschließlich aus der Ladeinfrastruktur entnommen wird, wobei der Umschaltzeitpunkt derart bestimmt ist, dass im Umschaltzeitpunkt die nutzbare Batterieenergie kleiner als ein erster Schwellwert ist.

Bei diesem zweitgenannten erfindungsgemäßen Verfahren wird die Vorklimatisierung in einem aktuellen Zeitpunkt durch den Benutzer gestartet. In einem solchen Fall wurde entweder kein voreingestellter Startzeitpunkt durch den Benutzer vorgegeben oder der Benutzer hat sich für einen gegenüber einem voreingestellten Startzeitpunkt früheren Abfahrtszeitpunkt entschieden. Um in einem solchen Fall dennoch einen gewünschten Klimatisierungskomfort im Fahrzeuginnenraum möglichst schnell herzustellen, wird gemäß diesem zweitgenannten erfindungsgemäßen Verfahren die Vorklimatisierung zum aktuellen Zeitpunkt mit Energie aus der Batterie und der Ladeinfrastruktur mit einem Leistungsdeckelwert durchgeführt bis die aus der Batterie nutzbare Energie einen Umschaltzeitpunkt definierenden ersten Schwellwert unterschreitet. Ab diesem Zeitpunkt wird die Vorklimatisierung ausschließlich mit Energie aus der Ladeinfrastruktur weitergeführt. Bei diesem zweitgenannten erfindungsgemäßen Verfahren wird die Vorklimatisierung zunächst mit maximal möglicher Energie aus der Batterie des Fahrzeugs und der Ladeinfrastruktur durchgeführt, bevor anschließend im Umschaltzeitpunkt mit einer durch die Ladeleistung der Infrastruktur gelieferten Energie die Vorklimatisierung weitergeführt wird. Im Idealfall ist die Leistung aus der Ladeinfrastruktur gleich oder größer als der vorgegebene Leistungsdeckelwert oder gleich oder größer als der reale Bedarf für die Vorklimatisierung.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß der zweitgenannten Lösung wird die aus der Batterie energetisch versorgte Vorklimatisierung abgebrochen, wenn die nutzbare Batterieenergie unter einen zweiten Schwellwert abgesunken ist. Damit soll insbesondere eine Tiefentladung der Batterie des Fahrzeugs vermieden werden.
Die erfindungsgemäßen Verfahren sind besonders dafür geeignet, wenn die Ladeleistung der Ladeinfrastruktur kleiner als der für die Vorklimatisierung vorgegebene Leistungsdeckelwert oder geringer als die für die Vorklimatisierung gewünschte Leistung ist. Die Höhe des Leistungsdeckelwertes wird weiterbildungsgemäß in Abhängigkeit der Außentemperatur des Fahrzeugs und/oder der Innenraumtemperatur des Fahrzeugs bestimmt. Die Festlegung eines solchen Leistungsdeckelwertes für die Vorklimatisierung erlaubt die Bestimmung der maximalen Laufzeit, d. h. der Zeitdauer der Vorklimatisierung mit garantierter Leistung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:

1 eine Wertetabelle zur Bestimmung des Leistungsdeckels in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur,
2 ein Zeit-Leistungsdiagramm zur Darstellung eines optimalen Ablaufes einer Vorklimatisierung im Falle eines voreingestellten Startzeitpunktes für die Vorklimatisierung,
3 ein Zeit-Leistungsdiagramm nach 2 zur Ermittlung eines Umschaltzeitpunktes im Falle eines vorangestellten Startzeitpunktes für die Vorklimatisierung gemäß des Verfahrens,
4 ein Zeit-Leistungsdiagramm zur Darstellung eines optimalen Ablaufes einer Vorklimatisierung im Falle eines Sofortstartes der Vorklimatisierung, und
5 ein Zeit-Leistungsdiagramm nach 4 zur Ermittlung eines Umschaltzeitpunktes im Falle eines Sofortstartes der Vorklimatisierung.

Der Schwellwert für die Ladeleistung, bis zu welchem die Vorklimatisierung ausschließlich auf Basis der Ladeleistung der Ladeinfrastruktur durchgeführt wird, wird in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur des Fahrzeugs bestimmt. Eine solche Ladeleistungsschwelle kann bei einer Umgebungstemperatur von -10 °C bspw. 2,5 kW betragen. Liegt die Ladeleistung unterhalb dieser Schwelle (z. B. 2 kW), so wird eine Vorklimatisierung ausschließlich auf Basis der Leistung der Ladeinfrastruktur nicht durchgeführt. In solch einem Fall begrenzt sich die Dauer T_Max auf T_vor. Hier ist die Dauer T_Max aus 1 auschlaggebend, in der Beispielwerte für T_Max enthalten sind. Diese Werte sollen applizierbar sein. Es können beliebig viele Stützstellen für die Energiemenge vorgesehen werden. Auch mehrere Stützstellen für die Umgebungstemperatur sind möglich. T_Max ist abhängig von der Umgebungstemperatur und der nutzbaren Energiemenge in der Batterie. Im Falle einer zu geringen Energiemenge in der Batterie und einer zu geringen Leistung aus der Ladeinfrastruktur wird keine Vorklimatisierung durchgeführt. Eine minimal zulässige Zeitdauer für T_Max kann festgelegt werden.
Der Ablauf einer zugehörigen Vorklimatisierung ist in dem Zeit-Leistungsdiagramm nach 2 dargestellt. In diesem Diagramm stellt der Startzeitpunkt t₀ = 0 der von dem Benutzer des Fahrzeugs voreingestellte Startzeitpunkt t₀ dar. Dieser Startzeitpunkt t₀ wurde als direkte Bedieneingabe durch den Benutzer im Fahrzeug oder über eine Ferneinstellung mittels eines mobilen Endgerätes bestimmt.
Zunächst wird ein Weckzeitpunkt t_s als Beginn der Vorklimatisierung bestimmt, wobei für die Vorklimatisierung ausschließlich die Ladeleistung L_Lade von 3,2 KW eingesetzt wird.
Wenn die maximal mögliche Laufzeitdauer Tmax von z. B. 20 min in die Vorlaufphase VL und eine Nachlaufphase NL geteilt wird, so ist im Startzeitpunkt t₀ die Vorlaufphase VL beendet und es schließt sich daran die Nachlaufphase NL an. Wird diese maximal mögliche Laufzeitdauer Tmax in gleiche Zeitabschnitte geteilt, so dauern die Vorlaufphase VL und die Nachlaufphase NL jeweils 10 min. Damit die Vorlaufphase VL zum Startzeitpunkt t₀ beendet ist, muss diese zum Umschaltzeitpunkt t₁, also bei -10 min starten. Die Vorlaufphase VL der Vorklimatisierung kann mit voller Leistung aus der Batterie und der Ladeinfrastruktur bis zum Leistungsdeckelwert L_D von 5 kW durchgeführt werden. Vor diesem Umschaltzeitpunkt t₁ wird beginnend mit dem Weckzeitpunkt t_s die Energie für die Vorklimatisierung aus der Ladeinfrastruktur mit einer Ladeleistung L_Lade von z. B. 3,2 kW entnommen. Diese Vorklimatisierungsphase auf Basis der Ladeleistung ist in 2 mit B bezeichnet.
Die gegenüber der mit dem Leistungsdeckelwert L_D beschränkten Batterieenergie W_batt geringere Ladeleistung L_Lade aus der Ladeinfrastruktur würde in diesem Beispiel allein für die Vorklimatisierung nicht ausreichen.
Um den optimalen Umschaltzeitpunkt t₁ zu bestimmen, in welchem von einem Vorklimatisierungsbetrieb mit einer Ladeleistung L_Lade von 3,2 kW in die Vorlaufphase VL der Vorklimatisierung mit maximaler, lediglich durch einen Leistungsdeckelwert bei 5 kW begrenzte Leistung aus der Batterie und der Ladeinfrastruktur umgeschaltet wird, wird nachfolgend anhand des Zeit-Leistungsdiagramms nach 3 erläutert.
Ausgehend von einem voreingestellten Startzeitpunkt t₀ wird zunächst der Weckzeitpunkt t_s bestimmt, ab welchem die Vorklimatisierung mit der Phase B auf der Basis der Ladeinfrastruktur mit einer Ladeleistung L_Lade von 3,2 kW beginnt.
Ab diesem Weckzeitpunkt t_s wird laufend die nutzbare Energie W_batt der Batterie ermittelt und mittels der Formel $T_{max} {=W}_{batt} {/L}_{D}$
die maximal mögliche Laufzeitdauer T_max für die Vorlaufphase VL aus den Größen der verfügbaren Batterieenergie W_batt und dem Leistungsdeckelwert L_D bestimmt.
Mittels dieser maximal möglichen Laufzeitdauer Tmax für die Vorlaufphase VL und der Restzeitdauer T_R bis zum Startzeitpunkt t₀ wird der optimale Umschaltzeitpunkt t₁ bestimmt. Hierzu wird laufend diese Restzeitdauer T_R mit der maximal möglichen Laufzeitdauer Tmax im Zeitpunkt t₀ - T_R verglichen. Ist die verfügbare Batterieenergie W_batt niedrig, kann anfänglich die berechnete maximal mögliche Laufzeitdauer T_max kleiner als die Restzeitdauer T_R sein. Je mehr jedoch der Zeitpunkt t₀ -T_R in Richtung des Startzeitpunktes t₀ wandert, wird die Restzeitdauer T_R kürzer und die Laufzeitdauer Tmax in einem bestimmten Zeitpunkt, Umschaltzeitpunkt t₁ genannt, unterschritten.
Somit wird mit der Erfüllung der Bedingung $T_{R} {<T}_{max}$
dieser Umschaltzeitpunkt t₁ definiert, in welchem von dem Vorklimatisierungsbetrieb B auf Basis der Ladeleistung L_Lade auf die Vorlaufphase VL der Vorklimatisierung mit 5 kW elektrischer Leistung aus der Batterie und Ladeinfrastruktur umgeschaltet wird. Ab diesem Umschaltzeitpunkt t₁ kann die Vorklimatisierung mit der durch den Leistungsdeckelwert L_D begrenzten Leistung aus der Batterie und aus der Ladeinfrastruktur bis zum Startzeitpunkt t₀ durchgeführt werden, da die entsprechende Energie komplett in der Batterie vorliegt und damit keine Abhängigkeit von der von der Ladeinfrastruktur gelieferten Ladeleistung besteht.
In dem dargestellten Fall gemäß 3 entspricht dabei die Vorlaufzeit VL der maximal möglichen Laufzeitdauer Tmax.
Es ist auch entsprechend von 2 möglich, die maximal mögliche Laufzeitdauer Tmax in eine Vorlaufphase VL und eine Nachlaufphase NL, bspw. mit dem Verhältnis 50:50 aufzuteilen, wodurch sich der Umschaltzeitpunkt t₁ von dem Zeitpunkt -Tmax in Richtung zum Startzeitpunkt t₀ auf den Zeitpunkt - Tmax/2 verschiebt. Die Nachlaufzeit NL endet dann im Zeitpunkt t₂ = T_max/2.
Die Vorklimatisierung des an einer Ladeinfrastruktur angeschlossenen Fahrzeugs kann auch in einem aktuellen Zeitpunkt t_akt durch den Benutzer gestartet werden (Sofortstart). In einem solchen Fall wurde entweder kein voreingestellter Startzeitpunkt t₀ durch den Benutzer vorgegeben oder der Benutzer hat sich für einen gegenüber einem voreingestellten Startzeitpunkt t₀ früheren Abfahrtszeitpunkt entschieden. Um in einem solchen Fall dennoch einen gewünschten Klimatisierungskomfort im Fahrzeuginnenraum möglichst schnell herzustellen, wird die Vorklimatisierung zum aktuellen Zeitpunkt t_akt mit Energie aus der Batterie und der Ladeinfrastruktur mit einem Leistungsdeckelwert durchgeführt.
Beispielhaft soll dieses Verfahren anhand des Zeit-Leistungsdiagramms nach 4 erläutert werden. Bei einer Umgebungstemperatur von Utemp von -5 °C ergibt sich ein Leistungsdeckelwert L_D von 5 kW. Damit kann gemäß 4 der Umschaltzeitpunkt t₃, bei dem von voller Leistung unter Berücksichtigung des Leistungsdeckels auf die Begrenzung der Leistungsaufnahme auf die Ladeleistung L_Lade mit 3,2 kW umgeschaltet wird, ermittelt werden. Sollte es zur Umschaltung kommen, so wird die Leistungsaufnahme für die Vorklimatisierung auf die Leistung der Ladeinfrastruktur begrenzt und bis zu einem maximalen Zeitpunkt t_e durchgeführt.
Die Bestimmung des optimalen Umschaltzeitpunktes t₃, in welchem die Energieversorgung der Vorlaufphase VL der Vorklimatisierung von der Batterie und der Leistung der Ladeinfrastruktur mit einer durch den Leistungsdeckelwert L_D von 5 kW begrenzten Leistung auf die Ladeinfrastruktur mit einer Ladeleistung von 3,2 kW umgeschaltet wird, wird nachfolgend anhand des Zeit-Leistungsdiagramms nach 5 erläutert.
Mit Beginn des aktuellen Zeitpunktes t_akt wird laufend die nutzbare Energie W_batt der Batterie bestimmt und mit einem ersten Schwellwert x₁Wh verglichen.
Sobald die Bedingung
$W_{batt} < x_{1} Wh$
erfüllt ist, also die nutzbare Energie W_batt mit einem Leistungsdeckelwert L_D von 5 kW kleiner als der erste Schwellwert x₁Wh ist, wird auf die Ladeleistung L_Lade von z.B. 3,2 kW aus der Ladeinfrastruktur für die weitere Vorklimatisierungsphase N umgeschaltet, die dann im Zeitpunkt t_e endet.
Mit der Unterschreitung des ersten Schwellwertes x₁Wh durch die aus der Batterie nutzbare Energie W_batt wird dieser Umschaltzeitpunkt t₃ definiert. Ab diesem Zeitpunkt wird die Vorklimatisierung mit begrenzter Leistung von z. B. 3,2 kW aus der Ladeinfrastruktur weitergeführt. Bei diesem Verfahren wird die Vorklimatisierung zunächst mit maximal möglicher Energie aus der Batterie und der Ladeinfrastruktur des Fahrzeugs durchgeführt, bevor anschließend im Umschaltzeitpunkt t₃ mit einer durch die Ladeleistung L_Lade der Ladeinfrastruktur gelieferten Energie die Vorklimatisierungsphase N weitergeführt wird. Während dieser Vorklimatisierungsphase N wird die Batterie nicht geladen (sogenannte Nullstromregelungsphase)
Sollte jedoch die aus der Batterie nutzbare Energie W_batt unter einen zweiten Schwellwert x₂Wh absinken, wird die Vorklimatisierung abgebrochen. Damit soll insbesondere eine Tiefentladung der Batterie des Fahrzeugs vermieden werden.

Claims

Verfahren zum elektrischen Vorklimatisieren einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, bei welchem eine Batterie des Fahrzeugs zum Laden an eine ortsfeste Ladeinfrastruktur mit einer gegebenen Ladeleistung angeschlossen ist und an einem voreingestellten Startzeitpunkt (t₀) die Vorklimatisierung beendet oder zumindest eine Vorlaufzeit (VL) der Vorklimatisierung abgelaufen sein soll, wobei folgende Schritte vorgesehen sind: - Ermittlung eines Weckzeitpunktes (t_s) für den Beginn der Vorklimatisierung, ab welchem die Leistung für die Vorklimatisierung aus der Ladeinfrastruktur entnommen wird, - kontinuierliche Ermittlung der nutzbaren Leistung (L_Lade) aus der Ladeinfrastruktur, - kontinuierliche Ermittlung der nutzbaren Batterieenergie (W_batt) der Batterie, - Bestimmung einer maximal möglichen Laufzeitdauer (T_max), die bei einer Nutzung der ermittelten nutzbaren Batterieenergie (W_batt) für die Vorklimatisierung ausreicht, indem der Wert der nutzbaren Batterieenergie (W_batt) durch einen den Leistungsverbrauch für die Vorklimatisierung begrenzenden und vorgegebenen Leistungsdeckelwert (L_D) dividiert wird, und - Bestimmung eines Umschaltzeitpunktes (t₁), ab welchem für die Vorklimatisierung zusätzlich zur Energie aus der Ladeinfrastruktur eine auf den Leistungsdeckelwert (L_D) begrenzte Energie aus der Batterie entnommen wird, wobei der Umschaltzeitpunkt (t₁) derart bestimmt ist, dass die Restzeitdauer (T_R) ausgehend von dem Startzeitpunkt (t₀) bis zu diesem Umschaltzeitpunkt (t₁) kleiner als die maximal mögliche Laufzeitdauer (T_max) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Weckzeitpunkt (t_s) zumindest in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur und/oder Innenraumtemperatur des Fahrzeugs ermittelt wird.
Verfahren zum elektrischen Vorklimatisieren einer Fahrgastzelle eines Fahrzeugs, bei welchem eine Batterie des Fahrzeugs zum Laden an eine ortsfeste Ladeinfrastruktur mit einer gegebenen Ladeleistung angeschlossen ist und in einem aktuellen Zeitpunkt (t_akt) die Vorklimatisierung gestartet wird, wobei folgende Schritte vorgesehen sind: - Entnahme der Energie für die Vorklimatisierung aus der Batterie und der Ladeinfrastruktur, wobei die entnommene Leistung auf einen vorgegebenen Leistungsdeckelwert (L_D) begrenzt wird, - laufende Ermittlung der nutzbaren Batterieenergie (W_batt) der Hochvoltbatterie, und - Bestimmung eines Umschaltzeitpunktes (t₃), ab welchem die Energie für die Vorklimatisierung rein aus der Ladeinfrastruktur entnommen wird, wobei der Umschaltzeitpunkt (t₃) derart bestimmt ist, dass im Umschaltzeitpunkt (t₃) die nutzbare Batterieenergie (W_batt) kleiner als ein erster Schwellwert (x₁Wh) ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Vorklimatisierung abgebrochen wird, wenn die nutzbare Batterieenergie (W_batt) unter einen zweiten Schwellwert (x₂Wh) abgesunken ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Ladeleistung (L_Lade) der Ladeinfrastruktur kleiner als der für die Vorklimatisierung vorgegebene Leistungsdeckelwert (L_D) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Leistungsdeckelwert (L_D) in Abhängigkeit der Außentemperatur des Fahrzeugs und/oder der Innenraumtemperatur des Fahrzeugs bestimmt wird.