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Die Erfindung betrifft einen Lade-Fahr-Assistenten für Elektrofahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) haben im Vergleich zu bekannten Otto- oder Dieselfahrzeugen (ICEV) eine geringere Reichweite. Weiterhin ist die benötigte Zeit zum Nachladen einer definierten Reichweite des Hochvoltspeichers HVS, also z. B. der Batterie, bei BEVs deutlich größer als die Zeit, die ICEVs zum Nachtanken der gleichen Reichweite benötigen. Insbesondere auf langen Strecken, auf denen mindestens ein Ladestopp notwendig ist, ist die Minimierung der Ladedauer und/oder der Anzahl der Ladestopps daher ein Ziel, um den Fahrkomfort und auch die Sicherheit im Verkehrsgeschehen zu erhöhen.
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Ohne eine Hilfestellung würden Fahrer nicht unbedingt die kürzeste Zeit beim Fahren von Strecken, insbesondere einer Langstrecke, erzielen. Fahrer von BEVs würden intuitiv eher schnell fahren, um eine Langstrecke zeitlich minimiert zu bewältigen. Die nachgelagerten Konsequenzen, wie z. B. höherer Verbrauch, damit geringere Reichweite und gegebenenfalls eine erhöhte Anzahl an notwendigen Ladestopps oder eine Limitierung der möglichen Ladeleistung aufgrund thermischer Belastung des HVS durch das vorher erfolgte schnelle Fahren, können zu einer längeren Reisedauer als bei Fahren mit niedrigeren Geschwindigkeiten führen.
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Bekannt sind bereits Routenplaner für Elektrofahrzeuge, bei denen bei der Routenplanung nicht nur die Wegstrecke zwischen zwei Punkten ermittelt wird, sondern auch grundlegende Charakteristika von Elektrofahrzeugen mit einbezogen werden. Diese sind unter anderem Steigungen oder Gefälle, die auf der Strecke liegen, Wetterdaten wie Kälte im Winter und damit der Verlust von Batterieleistung, sowie Kenntnisse über vorhandene und verfügbare Ladestationen etc.. Ein solches System wird beispielsweise unter www.erouting.net beschrieben. Ein weiteres System wird von dem Elektrofahrzeug-Hersteller Tesla unter der Software-Version 6.2 betrieben. Hier kommuniziert die im Fahrzeug vorhandene Software fortlaufend mit dem Ladenetzwerk, das von Tesla bereitgestellt ist, und errechnet die optimale Route, wann welche Ladestationen aufgrund des Restladezustands des HVS angefahren werden sollen und wie lange die Ladezeit ist. Hierzu werden auch Topografiedaten, Wetter und besetzte Ladepunkte miteinbezogen.
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Die bekannten Systeme berücksichtigen bereits einige Aspekte, die für das Fahren mit Elektrofahrzeugen grundlegend sind, um dem Fahrer die bestmögliche Fahrtroute zu errechnen, d. h. um die Reichweite bestmöglich auszunutzen. Allerdings wird hier kein Augenmerk auf ein schnelles Erreichen des Ziels bei möglichst wenigen Ladestopps bzw. möglichst kurzer Ladedauer gelegt oder vorgeschlagen. Für ein schnelles Erreichen des Ziels kann lediglich bei Bedarf berechnet werden, ob das Ziel noch mit dem restlichen Ladezustand der Batterie erreicht werden kann oder ob Verbraucher abgeschaltet werden müssen, um das Ziel zu erreichen.
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Deshalb ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Lade-Fahr-Assistenten und ein Elektrofahrzeug bereitzustellen, bei dem eine Minimierung der Reisezeit unter Berücksichtigung von spezifischen Eigenschaften von Elektrofahrzeugen erzielt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Lade-Fahr-Assistent für Elektrofahrzeuge mit zumindest einem Hochvoltspeicher, wobei der Lade-Fahr-Assistent basierend auf einem in einem ersten Schritt vorgegebenen Ziel in einem zweiten und dritten Schritt die schnellste Route zu diesem Ziel und dazu gehörige Ladestrategie unter Berücksichtigung zumindest von Routeninformationen und Fahrzeugdaten bestimmt, wobei Routeninformationen zumindest Informationen über die Länge der Route und auf der Route vorhandene Ladeinfrastruktur umfassen, und Fahrzeugdaten zumindest Informationen über Ladeanforderungen des Fahrzeugs, gefahrene Geschwindigkeit und Informationen über die thermische Belastung des Hochvoltspeichers umfassen.
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In einer Ausführung erfolgt zur Ermittlung der schnellsten Route zu dem vorgegebenen Ziel in dem zweiten Schritt ein Berechnen zumindest einer möglichen Route und zumindest eines Zwischenziels auf dieser Route basierend auf dem eingegebenen Ziel und den Routeninformationen und Fahrzeugdaten erfolgt, und in dem dritten Schritt ein Ermitteln des Zeitbedarfs zum Erreichen des Ziels für jede der berechneten möglichen Routen.
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Bevorzugt erfolgt in einem vierten Schritt die Berechnung der schnellsten Route in Abhängigkeit vorgegebener Variationen von unterschiedlichen gefahrenen und/oder aufgrund einer erfassten thermischen Belastung und/oder thermischen Degradation des Hochvoltspeichers möglicher bis zum Ziel oder nächsten Zwischenziel fahrbarer Geschwindigkeiten für eine vorgegebene Anzahl an im zweiten und dritten Schritt berechneten möglichen schnellsten Routen.
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In einer Ausführung erfolgt in einem weiteren Schritt eine Anzeige der optimalen Fahrtroute und dafür optimale Ladestrategie.
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In einer Ausführung wird in einem weiteren Schritt, wenn die Strategie akzeptiert wurde, zumindest die nächste errechnete Ladesäule reserviert und die berechnete zu ladende Reichweite zum Erreichen des nächsten berechneten Zwischenziels oder des Ziels voreingestellt.
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In einer Ausführung umfassen Informationen über die auf der Route vorhandene Ladeinfrastruktur für jedes berechnete Zwischenziel oder das Ziel Informationen über vorhandene Ladesäulen umfassen und für die vorhandenen Ladesäulen zumindest eines umfassen aus: Informationen über Ladeleistungen, Informationen über Anmelde-, Authentifizierungs- und/oder Abrechnungsprozesse, den Belegungs- und/oder Reservierungszustand, und Routeninformationen umfassen zumindest eines aus: Informationen über Verlustzeiten aufgrund des Ladens, Verkehrsinformationen, Topografieinformationen, Informationen über Geschwindigkeitsbegrenzungen, Wetterinformationen, Sperrungen von Straßen oder Straßenabschnitten, und Fahrzeugdaten umfassen zumindest eines aus: Daten über den Zustand des Hochvoltspeichers, umfassend Ladezustand und Ladekapazität, vom Fahrer eingestellte Geschwindigkeit, Bordnetzbedarf.
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In einer Ausführung wird die thermische Belastung und/oder thermische Degradation des Hochvoltspeichers über ein thermisches Modell des Hochvoltspeichers bestimmt, zumindest umfassend den Kältemittelkreislauf im Elektrofahrzeug zur Prognose und/oder Berechnung der maximal aufnehmbaren Ladeleistung und/oder der maximalen Fahrgeschwindigkeit in Abhängigkeit von Einflussfaktoren, die zu einer Degradation des Hochvoltspeichers führen können.
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Ferner wird ein Steuergerät vorgeschlagen, das dazu eingerichtet ist, Routeninformationen und Fahrzeugdaten zu empfangen und/oder zu ermitteln und das den vorher beschriebenen Lade-Fahr-Assistenten umfasst, wobei zumindest ein Teil des Lade-Fahr-Assistenten als Softwareprogramm implementiert ist.
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Ferner wird ein Elektrofahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend einen Hochvoltspeicher zum Antrieb, ein Navigationssystem, das dazu eingerichtet ist, eine Route von einem Start zu einem Ziel zu berechnen, zumindest ein vorher beschriebenes Steuergerät, zumindest eine erste Kommunikationseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, Fahrzeugdaten zu ermitteln und an das Steuergerät zur Verarbeitung zu übergeben, und zumindest eine zweite Kommunikationseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, Routeninformationen ermitteln und an das Steuergerät zur Verarbeitung zu übergeben.
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In einer Ausführung ist das Navigationssystem ferner dazu eingerichtet, die vom Lade-Fahr-Assistenten berechnete optimale Route und dafür optimale Ladestrategie anzuzeigen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines mit einem Lade-Fahr-Assistenten ausgestatteten Elektrofahrzeugs gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ziel der Erfindung ist es, einen Lade-Fahr-Assistenten 1 für Elektrofahrzeuge 100, wie in 1 gezeigt, zur Minimierung der Reisezeit von Start zum Ziel bereitzustellen, d. h. der Summe aus Fahrzeiten, Ladezeiten, Warte-, Anmelde- und Abrechnungszeiten.
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Ein solcher Lade-Fahr-Assistent 1 kann – zumindest in Teilen davon – in Form einer Software auf einem Steuergerät 101 oder in anderer geeigneter Form, z. B. als Hardware, implementiert sein. Der Lade-Fahr-Assistent 1 empfängt über zumindest eine erste Kommunikationseinrichtung 4 Fahrzeuginformationen von z. B. Sensoren im oder am Fahrzeug, insbesondere über den Ladezustand des HVS 3, also der Batterie, sowie über den thermischen Zustand des HVS 3, sowie über im Fahrzeug vorhandene Energieverbraucher, die den Ladzustand des HVS 3 beeinflussen (können). Die zumindest eine erste Kommunikationseinrichtung 4 kann auch jeweils für einzelne Fahrzeuginformationen ausgeführt sein, d. h. als Einrichtung im HVS 3, als Einrichtung in einzelnen oder mehreren Funktionalitäten des Bordnetzes etc. Es wird hier lediglich der Vereinfachung halber eine erste Kommunikationseinrichtung 4 beschrieben.
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Als eine weitere Fahrzeuginformation zur Heranziehung für die Berechnung der schnellsten Route kann optional ein thermisches Modell des Hochvoltspeichers (HVS) vorhanden sein, um den zukünftigen Zustand der Batterie in Abhängigkeit von Einflussfaktoren, die den Zustand der Batterie beeinflussen, zu kennen bzw. zu prognostizieren. Beispielsweise können mit Hilfe des thermischen Modells der thermische Zustand des HVS in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit und des momentanen thermischen Zustands, d. h. der thermischen Belastung und/oder Degradation des HVS vor dem Start des Ladevorgangs und die maximal aufnehmbare Ladeleistung berechnet werden. Dies ermöglicht eine Abschätzung der Ladezeit in Abhängigkeit von der aktuellen und einer vorausgeschätzten Fahrgeschwindigkeit für die Route.
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Ferner kann der Lade-Fahr-Assistent 1 Informationen oder Daten 200 jeglicher Art, die für die Planung der Route nötig oder hilfreich sind, über eine zweite Kommunikationseinrichtung 2 empfangen und verarbeiten. Solche Informationen oder Daten sind z. B. Eigenschaften jeglicher Routen zwischen Start und Ziel, z. B. in Form von Verkehrsinformationen, Wetterinformationen, Topografiedaten, Straßenzustandsdaten, Daten über Ladesäulen, z. B. deren Ladekapazität, Art der möglichen Ladung, Ladungsleistung, Verfügbarkeit, Bezahlmethoden, etc.. Diese Daten können direkt von außerhalb an das Fahrzeug gesendet werden, oder das Fahrzeug fragt diese Daten von extern ab; extern heißt hierbei, dass die Daten über Schnittstellen, z. B. Funk, Mobilfunk, Internet, Schnittstellen zum Mobiltelefon oder andere geeignete Datenübertragungssysteme abgefragt oder empfangen werden können. Somit kann basierend auf den vorhandenen, also abgefragten oder empfangenen Daten und dem bekannten Ziel die optimale schnellste Route berechnet werden und dem Fahrer eine Fahr- und Ladestrategie vorgeschlagen werden.
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Hierzu ist es wichtig, möglichst viele Faktoren zu kennen, welche die gesamte Reisezeit beeinflussen. Die wichtigsten Faktoren, welche entweder unter Routeninformationen oder Fahrzeuginformationen zusammengefasst werden können, sind:
- – Länge der gewählten Route,
- – maximal zulässige Geschwindigkeiten der Straßenabschnitte der gewählten Route,
- – maximal mögliche Geschwindigkeiten aufgrund Verkehr auf der gewählten Route, welcher beispielsweise aus Real Time Traffic Informationenüber Radio, Mobilfunk, Internet etc. bekannt ist,
- – aktueller, mittlerer und prädizierter Fahrgeschwindigkeit, wobei
- – sich mit steigender mittlerer Geschwindigkeit die reine Fahrzeit reduziert
- – die mittlere Geschwindigkeit starken Einfluss auf den Verbrauch und somit auf die verfügbare Reichweite und gegebenenfalls auf die notwendige Anzahl der Ladestopps hat
- – mit steigender mittlerer Geschwindigkeit die thermische Belastung der Batterie, also des Hochvoltspeichers, steigt, was gegebenenfalls eine spätere Reduzierung der möglichen Ladeleistung zur Folge haben kann,
- – Bordnetzbedarf, wobei der Bordnetzbedarf, also z. B. Klimafunktionen, Komfortfunktionen, Entertainmentfunktionen etc., Einfluss auf die verfügbare Reichweite und gegebenenfalls auf die notwendige Anzahl der Ladestopps hat,
- – Ladeleistung, wobei die Ladeleistung das Angebot an Ladesäulen und die Anforderung des Fahrzeugs an die Ladesäulen, also z. B. mögliche Ladeleistung, Art der möglichen Ladung, d. h. z. B. Art des verfügbaren Stromsteckers etc., umfasst, wobei
- – sich mit steigender mittlerer Ladeleistung die Dauer zum Nachladen einer gewünschten Reichweite reduziert,
- – mit steigender mittlerer Ladeleistung die thermische Belastung des HVS steigt, was gegebenenfalls eine spätere Limitierung der maximal möglichen Fahrgeschwindigkeit zur Folge haben kann,
- – Ladehub, also die nachgeladene Reichweite
- – Belegungs-/Reservierungszustand einer als mögliche Ladesäule identifizierten Ladesäule,
- – Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Anmelde-, Authentifizierungs-, Abrechnungsprozessen, z. B. Plug and Charge.
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Basierend auf möglichst allen oben genannten Parametern, zumindest soweit verfügbar, erfolgt erfindungsgemäß eine Berechnung der schnellsten Route, wobei sowohl Fahr- als auch Ladestrategie berücksichtigt werden. Das Ergebnis, also die beste Fahr- und Ladestrategie, um die eingegebene Route schnellstmöglich abzufahren, wird dem Fahrer als Anzeige im Rahmen des Anzeige-Bedien-Konzepts ABK zur Verfügung gestellt. Das ABK enthält neben Informationen zur Route wie Strecke und Orte der Ladestopps auch Empfehlungen zur optimalen Fahrgeschwindigkeit, zur Dauer der Ladestopps und gegebenenfalls zur Einstellung der Heiz-/Klimafunktion oder anderer Komfort- oder auch Entertainmentfunktionen. Wenn der Fahrer die vorgeschlagene Lade-Fahr-Strategie akzeptiert, können bei Verfügbarkeit und technischer Möglichkeit die vorgesehenen Ladepunkte bzw. -säulen für die entsprechenden Zeiten reserviert werden. Die Ladeleistung und der Ladehub können automatisch voreingestellt werden, so dass beim Anstecken des Fahrzeugs das Laden automatisch durchgeführt wird und damit Zeit eingespart wird, wenn es die technischen Möglichkeiten erlauben.
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2 zeigt ein abstrahiertes Ablaufdiagramm des entsprechenden Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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In einem ersten Schritt S1 wird das zu erreichende Ziel in das System, welches beispielsweise ein Navigationssystem 5 sein kann, eingegeben.
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In einem zweiten Schritt S2 werden mögliche (Fahrt)routen basierend auf dem eingegebenen Ziel berechnet. Dabei kann eine Aufteilung in mögliche Zwischenstopps oder Zwischenziele erfolgen, wie später genauer beschrieben.
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In einem dritten Schritt S3 wird für jede der berechneten möglichen Routen der Zeitbedarf zum Erreichen des Reiseziels basierend auf den vorhandenen Daten bzw. Informationen, insbesondere unter Einbeziehung der Ladestrategie, ermittelt. Die Ladestrategie umfasst hier insbesondere das Bestimmen der thermischen Belastung des HVS bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten, also der Fahrleistung, auf der Route zur Verfügung stehende Ladeleistungen von Ladesäulen und einer möglichen Kühlung des HVS 3.
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In einem vierten Schritt S4 wird für eine vorgegebene Anzahl an berechneten möglichen schnellsten Fahrtrouten eine Berechnung der optimalen Route in Abhängigkeit unterschiedlicher Variationen von gefahrenen und/oder aufgrund einer erfassten thermischen Belastung und/oder thermischen Degradation des Hochvoltspeichers möglicher bis zum Ziel oder nächsten Zwischenziel fahrbarer Geschwindigkeiten, insbesondere der auf Autobahnen oder Schnellstraßen möglichen maximalen Geschwindigkeit, basierend auf den vorhandenen Daten durchgeführt.
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Unter Variationen von unterschiedlichen gefahrenen Geschwindigkeiten ist zu verstehen, dass eine Anzahl an unterschiedlichen möglichen Geschwindigkeiten, die für jede der vorher berechneten möglichen schnellsten Routen oder einen Teil davon möglich sind, für die Berechnung der schnellsten Route verwendet wird. Beispielsweise können für Fahrten auf einer Landstraße Geschwindigkeiten von 90 km/h, 95 km/h oder 100 km/h verwendet werden, um die Berechnung für jede der mehreren berechneten möglichen Routen zum Ziel durchzuführen.
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Außerdem wird vorteilhafterweise zusätzlich, wenn nötig auch alleine, die mögliche fahrbare Geschwindigkeit aufgrund thermischer Degradation des HVS für die Berechnung der schnellsten Route berücksichtigt. Die Degradation kann über ein thermisches Modell des HVS bestimmt werden und wird durch die Fahrweise, Verbraucher im Bordnetz wie eine laufende Klimaanlage, durch welche die Kühlmöglichkeit für den HVS vermindert wird, beeinflusst.
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In einem weiteren, bevorzugt fünften Schritt S5 wird dem Fahrer die optimale Fahrtroute und dafür optimale Ladestrategie angezeigt.
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In einem weiteren, bevorzugt sechsten Schritt S6 wird, wenn der Fahrer die Strategie akzeptiert hat, z. B. über einen Bestätigungsbutton im ABK, und wenn verfügbar, zumindest der nächste errechnete Ladepunkt bzw. Ladesäule reserviert und die zu ladende Reichweite, d. h. Energiemenge, voreingestellt. Die Voreinstellung kann je nach System direkt an der reservierten Ladesäule oder im Fahrzeug zur Übergabe an die Ladesäule vor Start des Ladens erfolgen.
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Schritte S2 bis S4 und optional alle weiteren Schritte, z. B. S5 und S6, werden während der Fahrt laufend aktualisiert. Somit ist sichergestellt, dass die vorgeschlagene Route immer aktuell ist und mögliche Ausfälle von Ladesäulen oder neue Verkehrsinformationen schnellstmöglich berücksichtigt werden.
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Nachfolgend wird eine genauere Beschreibung eines möglichen Ablaufs des Verfahrens gegeben.
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Nachdem im ersten Schritt S1 das Reiseziel beispielsweise in ein Navigationssystem des Elektrofahrzeugs eingegeben wurde, werden folgende Unter-Schritte zu Schritt S2 durchgeführt:
Aufteilen der gesamte Reise in n + 1 Fahrtabschnitte, wobei n die Anzahl der Zwischenstopps i zum Laden ist und n zunächst unbekannt ist. Festlegen, dass die Reise am Zwischenstopp i = 0 startet. Berechnen von jedem in der Auswahl des Zwischenstopps i definierten Ort jeweils eine Auswahl an möglichen Orten des nächsten Zwischenstopps i + 1. Es ist zu beachten, dass es bei i = 0 nur einen Ort, nämlich den Startpunkt gibt.
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Ein möglicher Ort für einen nächsten Zwischenstopp muss mit einem in einer Datenbank vorliegenden Ladepunkt oder dem Ziel der Reise übereinstimmen. Die Datenbank kann z. B. in dem Navigationssystem oder einem Steuergerät hinterlegt sein oder von außerhalb abgerufen werden. Idealerweise, aber nicht zwingend, liegen die ausgewählten möglichen Orte auf der kürzesten Reiseroute.
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Des Weiteren muss ein möglicher Ort des nächsten Zwischenstopps so erreicht werden, dass mindestens eine vorgegebene Restreichweite vorhanden ist, die entweder als Standardwert voreingestellt sein kann, vom Fahrer eingegeben werden kann oder basierend auf vorhandenen Daten über einen vorgegebenen Algorithmus bestimmt werden kann. Zur Bestimmung der Restreichweite wird eine Energiebedarfsprognose verwendet. Diese berücksichtigt u. a.:
- – vorliegende Geschwindigkeitslimits der einzelnen Straßentypen,
- – durch den Kunden eingegebene Geschwindigkeitslimits, z. B. aus dem ACC oder einem Konfigurationsdialog,
- – aufgrund des thermischen Zustands des HVS vorliegende Einschränkungen der möglichen fahrbaren Geschwindigkeit. Hierzu wird der thermische Zustand des HVS permanent als Funktion der Fahrleistungen, der Ladeleistungen und der Kühlung berechnet,
- – Geschwindigkeitslimitierungen aufgrund Verkehr, welche z. B. über Radio, Mobilfunk, Internet oder andere Medien an das Fahrzeug kommuniziert werden können,
- – den Bordnetzbedarf, also z. B. Klimafunktionen, Komfortfunktionen, Entertainmentfunktionen etc..
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In einem weiteren Schritt wird der Zeitbedarf für das Fahren zu allen möglichen Orten des nächsten Zwischenstopps berechnet. Dann werden, falls ein oder mehrere Orte aus der Auswahl des i-ten Zwischenstopps erstmalig mit dem Ziel übereinstimmt/übereinstimmen, weitere Iterationsschleifen solange gedreht, d. h. Schritt 2 wird solange wiederholt durchlaufen, bis in einer nächsten Iterationsschleife kein neues Zeitminimum erreicht wird. Für jeden möglichen Ort aller berechneten Zwischenstopps werden jeweils folgende Daten berücksichtigt:
- – die gegebenenfalls notwendige Wartedauer, um eine Ladesäule benutzen zu können, falls verfügbar,
- – die notwendige Anfahrzeit, also z. B. der Umweg von der eigentlichen Reiseroute,
- – der benötigte Zeitaufwand durch Anmelden und Bezahlen an der Ladesäule; es wird beispielsweise überprüft, ob „Plug and Charge” vorhanden ist oder nicht,
- – die verfügbare Ladeleistung des Ladepunkts,
- – die Dauer des Ladens, welche der Zeit entspricht, die benötigt wird, um den prognostizierten Energiebedarf für den jeweils nächsten Fahrtabschnitt nachzuladen. Die dafür notwendige Ladeleistung ist limitiert durch die verfügbare Ladeleistung des Ladepunkts bzw. der Ladesäule oder durch die (thermisch) limitierte Ladeleistung des Fahrzeugs,
- – der thermische Zustand des HVS am Ende des Ladevorgangs.
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In einem weiteren Schritt wird für alle gefundenen Routenmöglichkeiten jeweils der Zeitbedarf zum Erreichen des Reiseziels berechnet.
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Nach der Bestimmung der möglichen Routen wird für eine vorgegebene maximale Anzahl an schnellsten Routenmöglichkeiten, z. B. abhängig von der verfügbaren Routenanzahl und/oder der Rechenleistung, jeweils eine nachgelagerte Optimierungsschleife durchgeführt. Diese umfasst eine Schleife über alle Unter-Schritte bei einer zu definierenden bzw. vorgebbaren Variation der maximal gefahrenen Geschwindigkeit auf z. B. Autobahnen und/oder einer maximal möglichen fahrbaren Geschwindigkeit aufgrund thermischer Degradation des HVS. Dabei dient die bisher maximal gefahrene Geschwindigkeit als ein Optimierungsparameter, der auf dem ABK angezeigt werden kann.
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D. h. dass ein möglicher Ort des nächsten Zwischenstopps so erreicht werden muss, dass mindestens eine vorgegebene Restreichweite vorhanden ist. Die vorgegebene Restreichweite kann vom Fahrer vorgegeben werden oder eine andere (Standard-)Voreinstellung sein.
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Zur Bestimmung der optimalen Route wird insbesondere die thermische Belastung des HVS 3 herangezogen. Diese hat einen sehr hohen Einfluss auf die Reichweite des Elektrofahrzeugs. Wenn die thermische Belastung des HVS 3 hoch ist, dieser also sehr heiß ist, kann eine Reduzierung der möglichen Ladeleistung resultieren, wie oben bereits beschrieben. Die thermische Belastung steigt vor allem mit steigender mittlerer Geschwindigkeit und auch mit steigender mittlerer Ladeleistung. Je nachdem, welche Strategie gewählt wird, kann es sein, dass das Fahrzeug nicht mehr mit voller Leistung geladen werden kann oder dass eine Einschränkung der maximal zu fahrenden Geschwindigkeit erfolgt. Dies kann basierend auf den vorhandenen Daten berechnet und optimiert werden. Letztendlich kann der Fahrer basierend auf diesen Informationen entscheiden, wie er sich verhalten möchte. Wenn die optimierte Fahr- und Ladestrategie angenommen wird, kann das System entsprechende Maßnahmen zur Sicherstellung des Ladens an der berechneten optimalen Ladesäule vornehmen und Voreinstellungen treffen, um ein weiteres Optimieren des Ladens zu gewährleisten.
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Die beschriebenen Schritte des Verfahrens zur optimalen Planung einer Route, vor allem für Langstreckenfahrten, können je nach Implementierung auch in einer anderen als der aufgeführten Reihenfolge abgearbeitet werden, solange eine logische Reihenfolge eingehalten wird.
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Ein Steuergerät kann auch andere als die beschriebenen Funktionen zusätzlich übernehmen, wenn das Fahrzeugkonzept entsprechend ausgelegt ist.
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Das Empfangen oder Abfragen von Daten sowohl innerhalb des Fahrzeugs als auch außerhalb, also z. B. Routeninformationen, kann über unterschiedlichste Einrichtungen erfolgen, z. B. über hier beschriebene Kommunikationseinrichtungen oder auch über andere geeignete bekannte Mittel.
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Nachfolgend werden zur Veranschaulichung Beispiele aufgeführt, wie eine Berechnung erfolgt, um eine Strecke von 600 km zeitoptimal durchfahren zu können.
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Beispiel 1
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Ein Fahrzeug hat eine – abzüglich Reservereichweite – nutzbare Energie von 60 kWh. Bei 120 km/h und 150 km/h hat das Fahrzeug einen Verbrauch von 20 bzw. 30 kWh/100 km. Das Fahrzeug kann im Durchschnitt mit 50 KW geladen werden. Jeder Ladevorgang benötigt aufgrund Fahrten zur Ladestation 5 min zusätzlich. Die thermische Belastung des HVS sowie Wartezeiten an den Ladesäulen werden hier nicht betrachtet.
Option 1: Geschwindigkeit v = 120 km/h und 1-Stopp-Strategie. Die Fahrzeit beträgt 2 × 2,5 h, die Ladezeit beträgt 1 × 1,2 h und die Verlustzeit aufgrund der Fahrt zur Ladestation beträgt 5 Min. Somit ergibt sich für Option 1 als Summe 6 Stunden und 17 Minuten Fahrzeit.
Option 2: Geschwindigkeit v = 150 km/h und 2-Stopp-Strategie. Die Fahrzeit beträgt 3 × 1,33 h, die Ladezeit beträgt 2 × 1,2 h und die Verlustzeiten aufgrund der Fahrt zur Ladestation betragen 2 × 5 Min. Somit ergibt sich für Option 2 als Summe 6 Stunden und 34 Minuten Fahrzeit.
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Beispiel 2
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Annahmen wie für Beispiel 1, nur kann jetzt das Fahrzeug mit 150 kW statt 50 kW geladen werden.
Option 1: Geschwindigkeit v = 120 km/h und 1-Stopp-Strategie. Die Fahrzeit beträgt 2 × 2,5 h, die Ladezeit beträgt 1 × 24 Min und die Verlustzeit aufgrund der Fahrt zur Ladestation beträgt 5 Min. Somit ergibt sich für Option 1 als Summe 5 Stunden und 29 Minuten Fahrzeit.
Option 2: Geschwindigkeit v = 150 km/h und 2-Stopp-Strategie. Die Fahrzeit beträgt 3 × 1,33 h, die Ladezeit beträgt 2 × 24 Min und die Verlustzeiten aufgrund der Fahrt zur Ladestation betragen 2 × 5 Min. Somit ergibt sich für Option 2 als Summe 4 Stunden und 58 Min Fahrzeit.
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Beispiel 3
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Annahmen wie für Beispiel 2, nur kann durch das Fahren mit 150 km/h aufgrund thermischer Degradation des HVS danach nur mit 120 kW geladen werden.
Option 1: Geschwindigkeit v = 120 km/h und 1-Stopp-Strategie. Die Fahrzeit beträgt 2 × 2,5 h, die Ladezeit beträgt 1 × 24 Min und die Verlustzeit aufgrund der Fahrt zur Ladestation beträgt 5 Min. Somit ergibt sich für Option 1 als Summe 5 Stunden und 29 Minuten Fahrzeit.
Option 2: v Geschwindigkeit v = 150 km/h und 2-Stopp-Strategie. Die Fahrzeit beträgt 3 × 1,33 h, die Ladezeit beträgt 2 × 30 Min und die Verlustzeiten aufgrund der Fahrt zur Ladestation betragen 2 × 5 Min. Somit ergibt sich für Option 2 als Summe 5 Stunden und 10 Min.
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Es ist deutlich zu sehen, dass ein schnelleres Fahren nicht zur gewünschten deutlich schnelleren Ankunft beiträgt, vor allem wenn der HVS 3 aufgrund von thermischer Degradation nicht mehr mit der vollen Leistung geladen werden kann. Insofern trägt der erfindungsgemäße Fahr- und Lade-Assistent 1 dazu bei, dem Fahrer die Entscheidung zu erleichtern, ob er lieber mit weniger Stopps und weniger Ladepausen ans Ziel kommen möchte oder schneller fahren möchte und dafür öfter Laden muss. Allerdings wird bei den Beispielen zur Vereinfachung und Veranschaulichung angenommen, dass Ladesäulen überall verfügbar sind. D. h. bei den Beispielen sind weder Verkehrssituationen noch andere Situationen berücksichtigt, die das Laden verzögern können. Insofern ist hier zu sehen, dass das langsamere Fahren mit nur einem Ladestopp je nach Situation zu einem schnelleren Ankommen und weniger Belastung des HVS 3 führen und somit die Lebensdauer des HVS 3 verlängern kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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