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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Batterieverwaltungsvorrichtung zum Verwalten einer in einer Traktionsbatterie gespeicherten elektrischen Energie für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterieverwaltungsvorrichtung.
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In teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen, die beispielsweise als Hybridfahrzeug oder als ein rein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet sein können, kann elektrische Energie in einer Traktionsbatterie gespeichert werden, die einerseits Energie für einen elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann und andererseits zum Betreiben zumindest einer Kraftfahrzeugkomponente vorgesehen sein kann. Eine Kraftfahrzeugkomponente kann dabei beispielsweise ein elektrisch beheizter Katalysator, ein Abgasnachbehandlungssystem wie ein Sekundärlüftsystem (SLS), eine Standheizung, eine Start-Stopp-Automatik oder eine Klimatisierungsvorrichtung umfassen. Für diese zumindest eine Kraftfahrzeugkomponente ist es für einen nächsten Betriebszyklus des Kraftfahrzeugs, beispielsweise nach einer Standphase des Kraftfahrzeugs, vorgesehen, elektrische Energie in der Traktionsbatterie als einen Energievorhalt zu reservieren, damit die zumindest eine Kraftfahrzeugkomponente beim nächsten Betriebszyklus betrieben werden kann.
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Bisher erfolgt die Bestimmung des Energievorhalts für den nächsten Betriebszyklus unter Berücksichtigung der Umfelddaten aus einer Betrachtung des am schlechtesten anzunehmenden Falls, das bedeutet, dass für die zumindest eine Kraftfahrzeugkomponente eine höchstmögliche Energieanforderung als elektrische Energie in der Traktionsbatterie vorgehalten wird. Das führt jedoch dazu, dass Energie für den Antrieb des zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs vorenthalten wird, was dazu führt, dass eine Reichweite des Kraftfahrzeugs verringert wird, beziehungsweise dass ein Verbrennungsmotor früher aktiviert werden muss, was zu höheren Kosten durch einen Treibstoffverbrauch und einer höheren Emission von Abgasen, wie beispielsweise CO2, führt.
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Aus der
DE 10 2012 217 184 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Steuergerät, mit einer leistungselektronischen Einheit und mit einer Energiespeichervorrichtung bekannt. Die Energiespeichervorrichtung umfasst einen ersten elektrischen Energiespeicher und einen zu dem ersten elektrischen Energiespeicher parallel geschalteten oder parallel schaltbaren zweiten elektrischen Energiespeicher, sodass die beiden Energiespeicher eine gemeinsame Basisspannung bei jeweils unterschiedlichen Ladezuständen aufweisen. Dabei ist die Basisspannung im Wesentlichen von der leistungselektronischen Einheit einstellbar und ein auf dem Steuergerät lauffähiges prädiktives Energiemanagementsystem kann eine Sollvorgabe der Basisspannung in Abhängigkeit von einer prädizierten Ladebilanz der Energiespeichervorrichtung ermitteln.
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In der
DE 10 2014 224 227 A1 wird eine Steuereinheit für ein Bordnetz eines Fahrzeugs beschrieben. Dabei umfasst das Bordnetz einen ersten und einen zweiten Energiespeicher und einen Generator, der eingerichtet ist, elektrische Energie für das Bordnetz zu generieren. Die Steuereinheit ist eingerichtet, den Generator gemäß einer vordefinierten Zustandsmaschine anzusteuern, zum Laden des ersten und/oder zweiten Energiespeichers zum Halten eines Ladezustands des ersten und/oder zweiten Energiespeichers.
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Aus der
DE 10 2016 005 115 B3 ist ein Verfahren zum Steuern einer Energiespeichereinrichtung eines Mild-Hybrid-Kraftfahrzeugs bekannt, wobei die Energiespeichereinrichtung eine Gesamtkapazität aufweist. Hierbei wird von einer Ladezustandssteuereinrichtung der Energiespeichereinrichtung ein oberer und unterer Schwellenwert für einen Zielladezustandsbereich der Energiespeichereinrichtung eingestellt, falls aufgrund des Erfülltseins zumindest einer vorgebbaren Bedingung festgestellt wird, dass zumindest eine Klimasteuereinrichtung des Kraftfahrzeugs für zumindest eine vorgebbare Zeitdauer zu aktivieren ist oder aktiviert bleibt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reichweite für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug für einen nächsten Betriebszyklus zu erhöhen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.
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Leistungs- und Energieanforderung an eine Kraftfahrzeugkomponente sind abhängig von Umfelddaten des Kraftfahrzeugs, wobei Umfelddaten zum Beispiel eine vorausliegende Streckenführung, eine Umgebungstemperatur, eine Luftfeuchtigkeit und eine Sonneneinstrahlung umfassen können. Folglich sind vorzugsweise auch die Umfelddaten für den Energievorhalt zu berücksichtigen.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein Energievorhalt zum Betreiben zumindest einer Kraftfahrzeugkomponente in der Traktionsbatterie auf ein Mindestmaß reduziert werden kann, wenn der Energievorhalt für einen nächsten Betriebszyklus, das heißt nach einer Standphase, nicht mehr mit den höchstmöglichen Anforderungen pauschal berücksichtigt werden muss, sondern auf Basis von Umfelddaten für einen Vorhersagezeitraum für die jeweilige Komponente geschätzt werden kann.
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Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Verwalten einer in einer Traktionsbatterie gespeicherten elektrischen Energie für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei für eine Standphase des Kraftfahrzeugs elektrische Energie in der Traktionsbatterie als ein Energievorhalt zum Betreiben zumindest einer Kraftfahrzeugkomponente vorgehalten wird. Das Verfahren umfasst als einen Schritt a) ein Empfangen von Umfelddaten, wobei die Umfelddaten Klimadaten über einen vorbestimmten Abstellort des Kraftfahrzeugs in einem Vorhersagezeitraum umfassen und als einen Schritt b) ein Bestimmen eines prädiktiven Energiebedarfs der für die zumindest eine Fahrzeugkomponente nach einer geschätzten Standzeit am vorbestimmten Abstellort in Abhängigkeit der Umfelddaten für einen vorbestimmten Betriebszustand benötigt wird. Schließlich umfasst das Verfahren als einen Schritt c) ein Reservieren des prädiktiven Energiebedarfs als Energievorhalt.
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Mit anderen Worten wird für einen nächsten Betriebszyklus, beispielsweise für einen Betrieb nach einer Standphase des Kraftfahrzeugs, elektrische Energie in der Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs reserviert, damit die zumindest eine Kraftfahrzeugkomponente nach der Standphase betrieben werden kann. Das zumindest teilweise elektrisch betriebene Kraftfahrzeug kann dabei ein vollständig elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug oder ein Hybridfahrzeug umfassen, wobei das Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor ausgebildet sein kann.
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In dem Verfahren werden Umfelddaten empfangen, die beispielsweise Klimadaten, insbesondere Temperaturdaten, für einen vorbestimmten Abstellort des Kraftfahrzeugs in einem Vorhersagezeitraum umfassen können. Beispielsweise können die Klimadaten eine Wettervorhersage für eine bestimmte Stadt in einem Vorhersagezeitraum von einem oder mehreren Tagen umfassen. Der vorbestimmte Abstellort des Kraftfahrzeugs kann dabei beispielsweise manuell von einem Benutzer eingegeben werden und/oder er kann durch Navigationsdaten bestimmt werden. Aus dem vorbestimmten Abstellort kann dann in Abhängigkeit der Umfelddaten ein prädiktiver Energiebedarf für die zumindest eine Fahrzeugkomponente bestimmt werden, die nach einer geschätzten Standzeit an dem vorbestimmten Abstellort benötigt wird, um einen vorbestimmten Betriebszustand zu erreichen. Der vorbestimmte Betriebszustand kann beispielsweise eine Betriebstemperatur der Fahrzeugkomponente umfassen, die beispielsweise nach einer Standzeit des Kraftfahrzeugs ausgekühlt sein kann.
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Durch die Umfelddaten, insbesondere die Klimadaten, kann dabei ein Temperaturunterschied, beziehungsweise eine Temperaturfluktuation, bis zu dem vorbestimmten Betriebszustand berechnet werden, woraus sich eine Energiemenge ergibt, die für die Fahrzeugkomponente benötigt wird. Mittels der geschätzten Standzeit des Fahrzeugs kann der prädiktive Energiebedarf ferner verbessert werden, da beispielsweise geschätzt werden kann, inwieweit die Fahrzeugkomponente abgekühlt ist beziehungsweise welche Umfelddaten für den nächsten Betriebszyklus des Kraftfahrzeugs aktuell sind. Mittels der bekannten Temperaturfluktuation kann zusätzlich abgeschätzt werden, wie sich die Batteriekapazität über die Standphase ändert und wie viel Kapazität für den nächsten Betriebszyklus bereitgestellt werden kann. Anschließend kann der so ermittelte prädiktive Energiebedarf als ein Energievorhalt in der Traktionsbatterie für die zumindest eine Fahrzeugkomponente reserviert werden.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine Energie von großen Teilen des ansonsten pauschalisierten Energievorhalts freigegeben werden kann und somit einem elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung steht. Hiermit kann eine Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht werden und es kann ein Zuschalten eines Verbrennungsmotors hinausgezögert werden, wodurch Kraftstoff eingespart werden kann und Abgase reduziert werden können.
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Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Klimadaten in dem Vorhersagezeitraum einen Verlauf einer Temperatur, einer Luftfeuchtigkeit und/oder einer Sonneneinstrahlung am vorbestimmten Abstellort umfassen. Insbesondere können hierbei Klimaprognosen vorgesehen sein, die beispielsweise einen sich stündlich aktualisierten Verlauf der Klimadaten in dem Vorhersagezeitraum bereitstellen. Der Vorhersagezeitraum kann beispielsweise ein Bereich von einer Stunde, zwölf Stunden, 24 Stunden und mehrere Tage, vorzugsweise die nächsten drei Tage, umfassen. Insbesondere können sich die Klimadaten in vorbestimmten Zeitabständen aktualisieren. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass die Umfelddaten verbessert werden können, wodurch sich eine genauere Bestimmung des prädiktiven Energiebedarfs ergibt.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die geschätzte Standzeit am vorbestimmten Abstellort anhand eines Benutzerprofils und/oder anhand von Schwarmdaten einer Fahrzeugflotte umfassend das Kraftfahrzeug geschätzt wird. Ein Benutzerprofil kann beispielsweise mittels eines selbstlernenden Algorithmus erkannt werden. Zum Beispiel kann in dem Benutzerprofil gespeichert sein, dass wochentags das Kraftfahrzeug am Morgen, beispielsweise um 08:00 Uhr, an dem Wohnort gestartet wird, um einen Benutzer zu einer Arbeitsstelle zu fahren, wo es dann zwischen 09:00 Uhr und 18:00 Uhr steht. Danach kann der Benutzer das Kraftfahrzeug um beispielsweise 19:00 Uhr wieder an dem Wohnort abstellen. Daraus können beispielsweise Standzeiten zwischen 09:00 Uhr und 18:00 Uhr und 19:00 Uhr und 08:00 Uhr abgeleitet werden, die für die Bestimmung des prädiktiven Energiebedarfs herangezogen werden können. Alternativ oder zusätzlich kann das Kraftfahrzeug auch einer Fahrzeugflotte angehören, wobei die Fahrzeugflotte anonymisiert Benutzerprofile erstellen kann, aus denen typische Benutzerprofile und Standzeiten abgeleitet werden können. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass ein prädiktiver Energiebedarf genauer bestimmt werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Umfelddaten von einem fahrzeuginternen Sensor und/oder einer Fahrzeugexternen Datenquelle empfangen werden. Der fahrzeuginterne Sensor kann beispielsweise ein Temperatursensor, ein Positionssensor, insbesondere ein GPS-Sensor, ein Sensor zur Bestimmung einer Luftfeuchtigkeit und einen Sensor zur Erfassung einer Sonneneinstrahlung auf das Kraftfahrzeug umfassen. Mittels dieser Daten können beispielsweise aktuelle Umfelddaten am Standort des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Umfelddaten auch von einer externen Datenquelle empfangen werden, insbesondere über eine Datenschnittstelle des Kraftfahrzeugs. Die externe Datenquelle kann Positionsdaten, Verkehrsdaten und Klimadaten umfassen, die beispielsweise von einer Wetterstation, Verkehrsüberwachungssystemen und anderen Fahrzeugen empfangen werden können. Insbesondere können die Umfelddaten mittels einer Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation zwischen verschiedenen Fahrzeugen, vorzugsweise von Fahrzeugen der gleichen Fahrzeugflotte, ausgetauscht werden. Beispielsweise können bei einer längeren Fahrt Umfelddaten eines Kraftfahrzeugs am Zielort, das heißt am vorbestimmten Abstellort, abgerufen werden. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass das Bestimmen des prädiktiven Energiebedarfs verbessert werden kann.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die zumindest eine Fahrzeugkomponente einen elektrisch beheizbaren Katalysator, ein elektrisch gesteuertes Abgassystem, eine Standheizung und/oder eine Scheibenenteisungsvorrichtung umfasst. Das elektrisch gesteuerte Abgassystem kann hierbei beispielsweise ein Sekundärlüftsystem (SLS) und eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) umfassen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass ferner zumindest ein alternativer Abstellort in der Nähe des vorbestimmten Abstellortes vorgeschlagen wird, falls ein alternativer prädiktiver Energiebedarf am alternativen Abstellort kleiner als der prädiktive Energiebedarf ist. Mit anderen Worten können auch Umfelddaten für alternative Abstellorte in der Nähe des eigentlich vorgesehenen Abstellortes bekannt sein, aus denen sich ein niedrigerer prädiktiver Energiebedarf ergibt als für den ursprünglich vorgesehenen Abstellort. Diese können dann einem Benutzer als Alternative vorgeschlagen werden. Beispielsweise kann sich in der Nähe des vorbestimmten Abstellortes ein Parkhaus oder eine Garage befinden, die beispielsweise eine höhere Umgebungstemperatur aufweist als der vorbestimmte Abstellort, der sich beispielsweise im Freien befindet. Folglich wird für das Parkhaus ein kleinerer prädiktiver Energiebedarf für die zumindest eine Kraftfahrzeugkomponente bestimmt und das Parkhaus kann dem Benutzer als alternativer Abstellort vorgeschlagen werden. Insbesondere kann zusätzlich vorgesehen sein, dass eine eingesparte Energiemenge, beziehungsweise ein eingesparter Kraftstoffmehraufwand, für den jeweiligen Abstellort vorgeschlagen wird. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass eine erhöhte Energieeinsparung und damit ein niedrigerer Kraftstoffverbrauch erreicht werden kann.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass für das Reservieren des prädiktiven Energiebedarfs eine Veränderung der in der Traktionsbatterie gespeicherten elektrischen Energie während einer Fahrt zu dem Abstellort berücksichtigt wird. Mit anderen Worten kann berücksichtigt werden, wie viel elektrische Energie am Abstellort in der Traktionsbatterie verfügbar ist, indem Veränderungen der in der Traktionsbatterie gespeicherten elektrischen Energie bis zu dem Abstellort berücksichtigt werden. Beispielsweise kann eine vorausliegende Streckenführung berücksichtigt werden, die insbesondere durch Navigationsdaten bekannt sein kann. Die vorausliegende Streckenführung kann beispielsweise durch ein hügeliges Gelände führen, wobei ein veränderter Energiebedarf für einen Antrieb des Fahrzeugs entstehen kann. Beispielsweise kann bei einem ausschließlich ansteigenden Streckenverlauf ein erhöhter Energiebedarf für den Antrieb vorgesehen sein und bei einem ausschließlich abfallenden Streckenverlauf Energie durch beispielsweise Rekuperation eingespart werden, wodurch zum Beispiel ein erhöhter Energievorhalt für die zumindest eine Fahrzeugkomponente vorgehalten werden kann.
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Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Ladestation an dem Abstellort des Kraftfahrzeugs oder während einer Fahrt zu dem Abstellort bei der Reservierung des prädiktiven Energiebedarfs mit berücksichtigt werden. Beispielsweise kann hier berechnet werden, wie hoch der Energiebedarf des Kraftfahrzeugs bis zur nächsten Ladestation ausfällt, woraufhin eine Energiezuteilung des Antriebs des Kraftfahrzeugs und der zumindest einen Fahrzeugkomponente genauer eingeplant werden kann. Eine weitere Veränderung der in der Traktionsbatterie gespeicherten elektrischen Energie kann beispielsweise durch Verkehrsdaten bestimmt werden. Beispielsweise ergibt sich für ein Kraftfahrzeug ein höherer Energieverbrauch, falls ein Stau auf der Strecke vorhanden ist. Durch diese Ausführungsform ergibt sich eine Verbesserung der Bestimmung des prädiktiven Energiebedarfs.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der prädiktive Energiebedarf für die eine Fahrzeugkomponente anhand eines vorbestimmten Messwerts in Abhängigkeit der Umfelddaten bestimmt wird. Der vorbestimmte Messwert kann beispielsweise in einem Speicher des Kraftfahrzeugs hinterlegt sein und einen Energiebedarf angeben, der benötigt wird, um die zumindest eine Kraftfahrzeugkomponente in den vorbestimmten Betriebszustand zu bringen, wobei die Umfelddaten den Startpunkt für den Energiebedarf angeben, der bis zu dem Betriebszustand benötigt wird. Beispielsweise können die Umfelddaten eine Temperatur von -10 Grad Celsius anzeigen und ein vorbestimmter Betriebszustand kann beispielsweise bei einer Temperatur von 20 Grad Celsius liegen. Der prädiktive Energiebedarf kann dann aus der Energiemenge bestimmt werden, die nötig ist, um die Fahrzeugkomponente um 30 Grad aufzuheizen. Dieser prädiktive Energiebedarf kann beispielsweise von eigenen Messungen des Kraftfahrzeugs und/oder durch Sensorwerte von weiteren Flottenfahrzeugen bestimmt werden, insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass ein selbstlernender Algorithmus einen prädiktiven Energiebedarf für die jeweilige Fahrzeugkomponente in Abhängigkeit der Umfelddaten bestimmt. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass der prädiktive Energiebedarf genauer bestimmt werden kann.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterieverwaltungsvorrichtung zum Verwalten einer in einer Traktionsbatterie gespeicherten elektrischen Energie für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug. Die Batterieverwaltungsvorrichtung umfasst eine Sensorempfangseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, Umfelddaten zu empfangen, wobei die Umfelddaten Klimadaten über einen vorbestimmten Abstellort des Kraftfahrzeugs in einem Vorhersagezeitraum umfassen, eine Recheneinrichtung, die dazu ausgebildet ist, einen prädiktiven Energiebedarf, der für die zumindest eine Fahrzeugkomponente nach einer geschätzten Standzeit am vorbestimmten Abstellort in Abhängigkeit der Umfelddaten für einen vorbestimmten Betriebszustand benötigt wird, zu bestimmen und eine Steuereinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den prädiktiven Energiebedarf als Energievorhalt zu reservieren. Die Recheneinrichtung kann insbesondere als ein fahrzeuginterner Computerprozessor oder ein fahrzeugexterner Computerprozessor, wie beispielsweise ein Server, der als ein Back-End zur Bestimmung des prädiktiven Energiebedarfs dient, ausgebildet sein. Vorzugsweise kann die Recheneinrichtung, die als fahrzeugexterner Computerprozessor ausgebildet ist, auf die Schwarmdaten der Fahrzeugflotte zugreifen und mittels dieser Schwarmdaten, die beispielsweise Umfelddaten einer Wegstrecke von einem aktuellen Standort des Kraftfahrzeugs bis zu dem vorbestimmten Abstellort umfassen können, den prädiktiven Energiebedarf berechnen und ein entsprechendes Steuersignal über eine Datenverbindung an die Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs übertragen, wobei die Steuereinrichtung anhand des Steuersignals den prädiktiven Energiebedarf als Energievorhalt reservieren kann. Durch diesen Aspekt der Erfindung ergeben sich gleiche Vorteile und Variationsmöglichkeiten wie bei dem Verfahren.
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Erfindungsgemäß ist auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterieverwaltungsvorrichtung vorgesehen.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für das Kraftfahrzeug. Die Steuervorrichtung weist eine Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
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Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterieverwaltungsvorrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterieverwaltungsvorrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Batterieverwaltungsvorrichtung gemäß einer beispielshaften Ausführungsform;
- 2 ein schematisches Verfahrensdiagramm gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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In 1 ist eine stark schematisierte Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Batterieverwaltungsvorrichtung 12 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt, wobei das Kraftfahrzeug 10 ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Kraftfahrzeug 10 ein Hybridfahrzeug mit einer Traktionsbatterie 14 und einem Verbrennungsmotor 16. Alternativ kann das Kraftfahrzeug 10 auch als rein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet sein und keinen Verbrennungsmotor umfassen.
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Die in der Traktionsbatterie 14 gespeicherte elektrische Energie kann dafür genutzt werden, das Kraftfahrzeug 10 mittels eines Elektromotors (nicht gezeigt) anzutreiben, insbesondere kann dafür in der Traktionsbatterie 14 eine Antriebsenergie 18 vorgesehen sein, wobei nach Verbrauch der Antriebsenergie 18 der Verbrennungsmotor 16 den Antrieb des Kraftfahrzeugs übernehmen kann. Zusätzlich kann in der Traktionsbatterie 14 ein Energievorhalt 20 vorgesehen sein, der zum Betreiben zumindest einer Kraftfahrzeugkomponente 22 vorgehalten werden kann, um diese mit elektrischer Energie zu versorgen. Die zumindest eine Kraftfahrzeugkomponente 22 kann dabei beispielsweise einen elektrisch beheizbaren Katalysator, ein elektrisch gesteuertes Abgassystem, eine Standheizung und/oder eine Scheibenenteisungsvorrichtung umfassen. Ferner kann für die Kraftfahrzeugkomponente 22 auch ein Energievorhalt 20 für elektrische Kaltabfahrten und Klimatisierungsfunktionen vorgesehen sein.
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Die Batterieverwaltungsvorrichtung 12 kann vorgesehen sein, die in der Traktionsbatterie 14 gespeicherte elektrische Energie in die Antriebsenergie 18 und den Energievorhalt 20 aufzuteilen. Vorzugsweise wird dabei der Energievorhalt 20 der Traktionsbatterie 14 gering gehalten, damit ein maximaler Anteil von Antriebsenergie 18 zur Verfügung gestellt werden kann. Hierfür kann die Batterieverwaltungsvorrichtung 12 eine Sensorempfangseinrichtung 24 umfasst, die dazu eingerichtet ist, Umfelddaten zu empfangen, wobei die Umfelddaten Klimadaten über einen vorbestimmten Abstellort des Kraftfahrzeugs für die Planung eines nächsten Betriebszyklus in einem vorhersagezeitraum umfassen können.
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Die Klimadaten in dem Vorhersagezeitraum können beispielsweise einen Verlauf einer Temperatur, einer Luftfeuchtigkeit und/oder einer Sonneneinstrahlung auf das Kraftfahrzeug 10 an dem vorbestimmten Abstellort umfassen. Zusätzlich können beispielsweise auch weitere Umfelddaten wie eine Position des Kraftfahrzeugs, eine vorausliegende Streckenführung und eine Betriebsweise von hybridisierten Fahrzeugen erfasst werden. Insbesondere können die Umfelddaten von einem fahrzeuginternen Sensor 26 gemessen werden, wobei der fahrzeuginterne Sensor 26 beispielsweise einen Temperatursensor umfassen kann. Alternativ oder zusätzlich können die Umfelddaten auch von einer fahrzeugexternen Datenquelle 28, die beispielsweise ein Server, eine Wetterstation und/oder andere Fahrzeuge umfassen kann, stammen. Insbesondere können die Umfelddaten der externen Datenquelle 28 über eine Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation, beispielsweise von Fahrzeugen der gleichen Fahrzeugflotte wie das Kraftfahrzeug 10, über eine Datenverbindung 30 übertragen werden. Insbesondere kann die Datenverbindung 30 über WLAN, Bluetooth oder LTE durchgeführt werden. Besonders bevorzugt kann die Datenverbindung 30 nach dem 5G-Standard kommunizieren.
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Ferner kann die Batterieverwaltungsvorrichtung 12 eine Recheneinrichtung 32 aufweisen, die einen prädiktiven Energiebedarf für die zumindest eine Kraftfahrzeugkomponente 22 bestimmt, der nach einer geschätzten Standzeit an einem Zielort beziehungsweise Abstellort des Fahrzeugs in Abhängigkeit der von der Sensorempfangseinrichtung 24 empfangenen Umfelddaten benötigt wird, um die Kraftfahrzeugkomponente 22 auf einen vorbestimmten Betriebszustand zu bringen. Die Recheneinrichtung 32 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein fahrzeuginterner Computerprozessor. Alternativ oder zusätzlich kann die Recheneinrichtung 32 auch als ein fahrzeugexterner Computerprozessor (nicht gezeigt), wie beispielsweise ein Server, ausgebildet sein, der beispielsweise einen Zugriff auf die Umfelddaten der fahrzeugexternen Datenquelle 28 hat. Vorzugsweise kann die Recheneinrichtung 32 als eine fahrzeuginterne Recheneinrichtung 32, die als Front-End dient, und eine fahrzeugexterne Recheneinrichtung (nicht gezeigt), die als Back-End dient, ausgestaltet sein, wobei das Back-End das Bestimmen des prädiktiven Energiebedarfs auf Basis der Umfelddaten, die insbesondere Schwarmdaten einer Fahrzeugflotte umfassen können, durchführen kann und anschließend den so bestimmten prädiktiven Energiebedarf an das Front-End im Kraftfahrzeug (10), beispielsweise über die Datenverbindung 30, übermitteln kann.
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Eine Steuereinrichtung 34 der Batterieverwaltungsvorrichtung kann dann anhand des prädiktiven Energiebedarfs für die zumindest eine Kraftfahrzeugkomponente 22 den Energievorhalt 20 der Traktionsbatterie 14 passend einstellen, sodass ein möglichst hoher Anteil an Antriebsenergie 18 in der Traktionsbatterie 14 zur Verfügung gestellt werden kann.
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Dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel kann folgende Situation beispielhaft zugrundeliegen. Der Energievorhalt 20 für die Kraftfahrzeugkomponente 22, die in diesem Beispiel eine Standheizung 22 sein kann, soll für den nächsten Betriebszyklus, das heißt nach einer Standphase, an einem vorbestimmten Abstellort so gewählt sein, dass genug elektrische Energie in der Traktionsbatterie 14 vorhanden ist, um das Kraftfahrzeug 10 mittels der Standheizung 22 bei einem Fahrtantritt auf Raumtemperatur von beispielsweise 20 Grad Celsius zu bringen. Hierfür soll aber nicht zu viel elektrische Energie für den Energievorhalt 20 vorgesehen sein, da ansonsten weniger Antriebsenergie 18 zur Verfügung steht und das hybride Kraftfahrzeug 10 früher mit der Aktivierung des Verbrennungsmotors 16 beginnen muss, was Kraftstoff kostet und Abgase erzeugt.
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Um den prädiktiven Energiebedarf der Standheizung 22 zu bestimmen, können Klimadaten für einen Vorhersagezeitraum empfangen weden, die das Kraftfahrzeug 10 voraussichtlich mit einer geschätzten Standzeit an einem vorbestimmten Abstellort verbringt. Beispielsweise kann der vorbestimmte Abstellort die Straße vor dem Haus eines Benutzers des Kraftfahrzeugs sein und die geschätzte Standzeit kann beispielsweise eine Nacht bis zum Morgen des nächsten Tages sein. In diesem Beispiel kann der Benutzer beispielsweise das Kraftfahrzeug um 18:00 Uhr vor seinem Haus abstellen und bis zum nächsten Morgen um 07:00 Uhr stehen lassen. Um 07:00 Uhr morgens kann dann beispielsweise die nächste Fahrt durchgeführt werden. Somit würde sich eine geschätzte Standzeit von 13 Stunden ergeben. Diese geschätzte Standzeit könnte beispielsweise anhand eines Benutzerprofils für das Kraftfahrzeug 10 bekannt sein. Alternativ oder zusätzlich könnten auch Schwarmdaten einer Fahrzeugflotte vorgesehen sein, die Fahrprofile beziehungsweise typische Standzeiten von Kraftfahrzeugen für die Abschätzung der Standzeit und damit des prädiktiven Energiebedarfs heranziehen.
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Ist die Standzeit am vorbestimmten Abstellort, das heißt in diesem Beispiel vor dem Haus des Benutzers, bekannt, kann anhand der Klimadaten, beispielsweise anhand des Temperaturverlaufs, festgestellt werden, welche Temperatur das Kraftfahrzeug 10 bei dem nächsten Betriebszyklus aufweist und welchen Energiebedarf die Standheizung 22 benötigt, um das Kraftfahrzeug 10 auf die Raumtemperatur von 20 Grad Celsius zu bringen. Zum Beispiel kann die Außentemperatur um 07:00 Uhr morgens -5 Grad Celsius betragen und der prädiktive Energiebedarf für die Standheizung 22 ist die elektrische Energie, die notwendig ist, um das Kraftfahrzeug 10 von -5 auf +20 Grad Celsius zu heizen. Der Energiebedarf, der dafür notwendig ist, kann beispielsweise durch eine vorhergehende Messung eines Herstellers des Fahrzeugs, eine vorherige Messung des Kraftfahrzeugs beziehungsweise eine Messung eines weiteren Flottenfahrzeugs vorbestimmt worden sein.
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Anschließend kann mit dem somit bestimmten prädiktiven Energiebedarf der Energievorhalt 20 der Traktionsbatterie 14 durch die Steuereinrichtung 34 bedarfsgerecht eingestellt werden, ohne dass der Energievorhalt 20 zu groß gewählt wird. Somit kann von einer Freigabe von großen Teilen des ansonsten pauschalisierten Energievorhalts ausgegangen werden.
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Ferner kann auch vorgesehen sein, dass Veränderungen der in der Traktionsbatterie gespeicherten elektrischen Energie, die während einer Fahrt zu dem Abstellort auftreten können, bei der Reservierung des prädiktiven Energiebedarfs berücksichtigt werden. Insbesondere kann während einer Fahrt ein Ladungssprung beispielsweise durch eine Rekuperation auftreten, wodurch der Traktionsbatterie 14 weitere elektrische Energie zur Verfügung steht. Ist beispielsweise bei einer vorausliegenden Streckenführung bekannt, dass elektrische Energie mittels Rekuperation wiedergewonnen werden kann, kann diese Energie als zusätzlicher Energievorhalt eingeplant werden.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass vor dem Zielort, das heißt Abstellort, ein alternativer Abstellort in der Nähe des Zielorts vorgeschlagen wird, falls ein alternativer prädiktiver Energiebedarf am alternativen Abstellort kleiner als der prädiktive Energiebedarf am Zielort ist. Hierfür kann beispielsweise eine Anzeigevorrichtung 36 vorgesehen sein, die einem Benutzer den alternativen Abstellort beziehungsweise mehrere alternative Abstellorte vorschlagen kann. Vorzugsweise kann auch vorgesehen sein, dass die Anzeigevorrichtung 36, die insbesondere ein Bildschirm eines Infotainmentsystems sein kann, eine Kraftstoffeinsparung beziehungsweise eine Einsparung an ausgestoßenem CO2 bei Wahl eines Abstellortes ausweisen kann. Das heißt, dass beispielsweise angezeigt werden kann, dass ein Parken vor dem Haus bei -10 Grad gegenüber einem Abstellort in einer Garage oder einem Parkhaus 0,3 Liter Kraftstoffmehraufwand bedeuten würde, da mehr elektrische Leistung und Energie notwendig sind, zum Beispiel für eine Wassereinspritzung, die elektrisch beheizt sein kann, für einen elektrisch beheizten Katalysator oder für eine Enteisungsfunktion von Fahrzeugscheiben.
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In 2 ist ein schematisches Verfahrensdiagramm gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Dabei werden in einem Schritt S10 Umfelddaten empfangen, wobei die Umfelddaten Klimadaten über einen vorbestimmten Abstellort eines Kraftfahrzeugs 10 in einem Vorhersagezeitraum umfassen.
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In einem Schritt S12 kann dann ein prädiktiver Energiebedarf der für zumindest eine Fahrzeugkomponente nach einer geschätzten Standzeit am vorbestimmten Abstellort in Abhängigkeit der Umfelddaten bestimmt werden, der für einen vorbestimmten Betriebszustand benötigt wird.
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Schließlich kann in einem Schritt S14 der prädiktive Energiebedarf als ein Energievorhalt reserviert werden.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine prädiktive Bordnetzbetriebsstrategie auf Basis von Umfelddaten bereitgestellt werden 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 Patentliteratur
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- DE 102012217184 A1 [0004]
- DE 102014224227 A1 [0005]
- DE 102016005115 B3 [0006]
- DE 102016214995 A1 [0007]
- DE 102016005125 A1 [0007]
- DE 102014009448 A1 [0007]
