DE102020205865B4 - Fahrerassistenz-System eines batterieelektrischen Kraftfahrzeugs als Informationsanzeige - Google Patents

Abstract

Fahrerassistenz-System eines batterieelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs als Informations-Anzeige (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenz-System- eine fahrzeugseitige Messeinrichtung (5) zur Ermittlung einer im Batteriesystem (2) bei einem aktuellen Ladevorgang geladenen, nutzbaren Energie als elektrochemisch gespeicherte Energie und zur Ausgabe eines zugeordneten Nutzenergie-Signalwerts,- eine fahrzeugseitige Messeinrichtung (8) zur Ermittlung einer bei dem aktuellen Ladevorgang aus einer Ladestation (1) eingespeisten elektrischen Energie und zur Ausgabe eines zugeordneten Ladeenergie-Signalwerts,- eine Recheneinheit (7), der der Nutzenergie-Signalwert und der zugeordnete Ladeenergie-Signalwert zugeführt wird und die durch Division des Nutzenergie-Signalwerts durch den Ladeenergie-Signalwert einen Ladewirkungsgrad (η) berechnet und/oder durch Subtraktion des Nutzenergie-Signalwerts vom Ladeenergie-Signalwert eine Ladeverlustenergie (LVE) berechnet, und- einen fahrzeugseitigen Monitor (11) aufweist, auf dem der errechnete Wert des Ladewirkungsgrads (η) und/oder der Wert der Ladeverlustenergie (LVE) angezeigt werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Fahrerassistenz-System eines batterieelektrischen Plug-In Hybrid und Elektrofahrzeug als Informations-Anzeige nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Begriff „batterieelektrisches Kraftfahrzeug“ ist hier allgemein zu verstehen und soll insbesondere reine Elektrofahrzeuge sowie Plug-in-Hybridfahrzeuge umfassen.
• Beim Betankungsvorgang eines Kraftfahrzeugs mit einem verbrennungsmotorischen Antrieb mit Gas- oder Flüssigkraftstoff entsteht praktisch keine bzw. vernachlässigbare Betankungsverlustenergie, das heißt, die von der Tankstelle aufgenommene Energie im Kraftstoff entspricht der im Fahrzeugtank enthaltenen Nutzenergie. Beim Laden von Batteriesystemen in Kraftfahrzeugen mit batterieelektrischen Antrieben, beispielsweise in Elektro- oder Hybridfahrzeugen hat dagegen die Ladeleistung aufgrund der von ihr abhängigen elektrischen Verluste einen nicht zu vernachlässigenden Einfluss auf die Energiebilanz. Diese wird in an sich bekannter Weise insbesondere bei hohen Ladeleistungen neben den damit verbundenen elektrischen Verlusten zusätzlich stark negativ beeinflusst, wenn die in Wärme umgesetzten elektrischen Verluste gleichzeitig durch aktive Kühlsysteme mit zusätzlichem elektrischem Energieaufwand abgeführt werden müssen.
• Fahrerassistenz-Systeme als Informations-Anzeigen sind sowohl in Kraftfahrzeugen mit konventionellem verbrennungsmotorischem Antrieb als auch für Fahrzeuge mit elektrifiziertem Antriebsstrang bis hin zu reinen Elektrofahrzeugen für die Darstellung von Verbräuchen im Fahrbetrieb allgemein bekannt. Insbesondere sind dies Angaben zu Momentanverbräuchen, zu Durchschnittsverbräuchen und zu Gesamtverbräuchen, die über einen Bordcomputer zur Darstellung auf einem Monitor abgerufen werden können.
• Dazu ist konkret eine gattungsgemäße Informations-Anzeige aus DE 10 2014 219 661 A1 bekannt, mit der bei einem batterieelektrisch angetriebenem Kraftfahrzeug ein momentaner Wert für eine Reichweite pro voller Ladung oder ein durchschnittlicher Wert für die Reichweite pro voller Ladung angezeigt werden kann.
• Weiter ist ein Ladesystem eines batterieelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs aus DE 10 2012 217 580 A1 bekannt, mit dem bei einem Ladevorgang mittels Steuerungsalgorithmen angestrebt wird, sich einen Lade-Spitzenwirkungsgrad von ca. 90% anzunähern, um möglichst kostengünstig zu laden. Ladeverluste werde hier während des Ladevorgangs aufwendig über Sensoren gemessen und bei der Ladeoptimierung während des Ladevorgangs berücksichtigt.
• Die DE 10 2018 127 472 A1 offenbart ein Verfahren zum Vorbereiten eines Ladevorganges einer Batterie. Die DE 102 46 383 A1 offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung zum Berechnen des Ladewirkungsgrads und der elektrischen Ladungsmenge einer Batterie.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einem Fahrzeugnutzer einen Ladewirkungsgrad, und/oder eine Ladeverlustenergie für eigene Bewertungen und Entscheidungen transparent darzustellen und anzuzeigen.
• Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
• Gemäß Anspruch 1 weist das Fahrerassistenz-System eine fahrzeugseitige Messeinrichtung zur Ermittlung einer ins Batteriesystem bei einem aktuellen Ladevorgang eingeladenen, nutzbaren Energie als elektrochemisch gespeicherte Energie auf, wobei die Messeinrichtung einen entsprechenden Nutzenergie-Signalwert abgibt.
• Weiter weist das Fahrerassistenzsystem eine fahrzeugseitige Messeinrichtung zur Ermittlung einer bei dem aktuellen Ladevorgang aus einer Ladestation eingespeisten elektrischen Energie auf, wobei auch hier ein Ladeenergie-Signalwert entweder zur Verfügung gestellt wird oder aus den zeitaufgelösten Strom-Spannungs-Signalen durch die fahrzeugseitige Messeinrichtung aufintegriert wird.
• Weiter umfasst das Fahrerassistenzsystem eine Recheneinheit, der der Nutzenergie-Signalwert und der zugeordneten Ladeenergie-Signalwert zugeführt wird und die durch die Division des Nutzenergie-Signalwerts durch den Ladeenergie-Signalwert einen Ladewirkungsgrad (η) errechnet und/oder durch Subtraktion des Nutzenergie-Signalwerts vom Ladeenergie-Signalwert eine Ladeverlustenergie berechnet.
• Weiter weist das Fahrerassistenz-System einen fahrzeugseitigen Monitor auf, auf dem der berechnete Wert des Ladewirkungsgrads (η) und/oder der Wert der Ladeverlustenergie angezeigt werden.
• Die erfindungsgemäß notwendigen Systemkomponenten sind in der Anmeldung als separate Funktionseinheiten beschrieben und beansprucht. Mitumfasst sollen jedoch auch Ausführungsformen und Systemkomponenten sein, die möglicherweise bereits zum Teil in einem Elektrofahrzeug vorhandenen sind und gegebenenfalls in einem Batteriemanagement-System und/oder einem Monitorsystem teilweise enthalten oder integriert sind und erfindungsgemäß angepasst und verwendet werden.
• Vorteilhaft wird einem Fahrzeugnutzer erfindungsgemäß für einen konkreten Ladevorgang ein energetischer Ladewirkungsgrad (η) und/oder eine Ladeverlustenergie transparent dargestellt. Ohne solche Informationen ist es für den Fahrzeugnutzer nur schwierig abzuschätzen, welchen Einfluss die Ladeleistung auf die gesamte Energiebilanz hat und wie gegebenenfalls Optimierungspotentiale durch seine persönlichen Entscheidungen und Handlungen genutzt werden können.
• Vorzugsweise wird die bei einem Ladevorgang eingespeiste elektrische Energie in einem fahrzeugseitigen Batterie-Management-System (BMS) erfasst und berechnet durch E e = ∫ U(t) · I(t) dt wobei U(t) ein erfasster zeitabhängiger Spannungswert und I(t) ein erfasster zeitabhängiger Stromwert ist.
• Die bei einem Ladevorgang eingeladene nutzbare Energie wird vorzugsweise ermittelt mit E_n = Ladezustand · Nennenergie, wobei die Nennenergie eine aus der aktuellen Kapazität des Batteriesystems und der Nennspannung abgeleitete Kenngröße ist und der Ladezustand im Batterie-Management-System (BMS) aus Stromintegration und Kennfeldern der Leerlaufspannung ermittelt wird.
• Die Anzeige des Ladewirkungsgrads (η) und/oder des Werts der Ladeverlustenergie wird vorzugsweise auf dem Monitor nach dem Abschluss eines Ladevorgangs zur Information eines Fahrzeugnutzers gespeichert. Das Ende eines Ladevorgangs kann über das Batterie-Management-System festgestellt werden, gegebenenfalls kann auch ein Signal von einer elektrischen Steckersicherung verwendet werden, das anzeigt, dass die Steckverbindung zu einer Ladestation unterbrochen wird. Da ein Fahrzeugnutzer in der Regel während des Ladevorgangs nicht im Fahrzeug verbleibt, ist die erfindungsgemäße Anzeige nach einem aktuellen Ladevorgang ausreichend. Grundsätzlich können gegebenenfalls jedoch aktuelle Werte auch während eines Ladevorgangs angezeigt werden.
• Als weitere Information für ein effizienzoptimiertes Laden kann dem Fahrzeugbenutzer aus der ermittelten Zeit, in der das Fahrzeug an der Ladestation angeschlossen war und der effektiven Ladezeit eine Handlungsempfehlung für zukünftige Ladevorgänge mit angepasster Ladeleistung mitgeteilt werden. Dies ist immer dann sinnvoll, wenn der Ladeprozess aufgrund der gewählten Ladeleistung kürzer ausfällt, als die gesamte Zeit an der Ladestation.
• Vorzugsweise werden somit die ermittelten Werte unmittelbar nach Abschluss eines Ladevorgangs angezeigt, sie können jedoch auch gespeichert und von einem Fahrzeugnutzer zur Anzeige abgerufen werden. Vorteilhaft können dabei mehrere solcher angezeigter Werte aus vorhergehenden Ladevorgängen abrufbar gespeichert werden, so dass ein Fahrzeugnutzer verschiedene Ladevorgänge vergleichen kann.
• Besonders vorteilhaft können die einem Ladevorgang zugeordneten Werte und Anzeigen eines Ladewirkungsgrads (η) und/oder eines Werts der Ladeverlustenergie zusammen mit weiteren Informationen abrufbar gespeichert werden. Besonders geeignet sind hier Informationen mit Angaben zur jeweils geladenen Nutzenergie und/oder mit Angaben zum Ort der jeweiligen Ladestation, gegebenenfalls unter Verwendung von im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Navi-Daten. Als weitere Informationen können zusätzlich Angaben zum Ladedatum und/oder zur Ladezeit und/oder zur Ladedauer und/oder zur Ladeleistung zugeordnet gespeichert werden. Mit diesen Informationen kann ein Fahrzeugnutzer zum Beispiel Entscheidungen treffen, welche Ladestationen für ihn gegebenenfalls kostengünstig und/oder umweltfreundlich benutzt werden sollen. Beispielsweise kann er bei noch ausreichender Reichweite eine auf dem Weg liegende Schnellladestation mit erforderlicher Kühlung, die er vor einiger Zeit benutzt hat, auslassen und eine spätere effizientere Ladestation benutzen. Mit der vorstehenden abrufbaren Datenspeicherung kann sich eine Datenbank für die im üblichen Fahrbereich eines Fahrzeugnutzers liegenden Ladestationen mit deren Ladeeigenschaften aufbauen. Ein Fahrzeugnutzer erhält somit transparente Informationen für subjektive Analysen und Ladeentscheidungen.
• Die Informations-Anzeige kann direkt im Multi-Media-Interface (MMI) erfolgen oder wie gegebenenfalls andere Fahrzeuginformationen über Over-The-Air Datenübertragung auf anderen Medien (Apps o.ä.) visualisiert werden.
• Grundsätzlich können die gespeicherten Daten gegebenenfalls auch zusätzlich einer Analyseeinheit zugeführt werden, die daraus auf dem Monitor darstellbare Empfehlungen an einen Fahrzugnutzer für eine Effizienzoptimierung bei Ladevorgängen ermittelt.
• Weiter wird ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenz-Systems mit den vorstehenden Merkmalen beansprucht. Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 zeigt schematisch eine Ladestation mit einem angeschlossenen batterieelektrischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs; und
• 2 zeigt schematisch ein Fahrerassistenz-System eines batterieelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs als Informationsanzeige.
• In 1 sind stark schematisiert eine Ladestation 1 mit einer daran angeschlossenen Traktionsbatterie 2 gezeigt, die gesteuert einen elektrischen Antrieb 3, schematisch durch einen Elektromotor M dargestellt, antreibt.
• 1 soll einen aktuellen Ladevorgang zeigen, bei dem von der Ladestation 1 elektrische Energie in die Traktionsbatterie 2 eingespeist wird. Die Ladestation 1 soll hier beispielsweise eine Schnellladestation mit hoher Ladeleistung sein, wodurch in Wärme umgesetzte elektrische Verluste durch ein (nicht dargestelltes) aktives Kühlsystem abgeführt werden müssen. Die beim Ladevorgang entstehende Ladeverlustenergie (LVE), die in der Traktionsbatterie 2 nicht mehr als Nutzenergie zur Verfügung steht, ist schematisch mit dem Pfeil 3 angegeben.
• In 2 ist stark schematisiert ein Fahrerassistenzsystem eines batterieelektrisch angetriebenen Fahrzeugs als Informationsanzeige 4 zum aktuellen Ladevorgang dargestellt. Dazu ist eine fahrzeugseitige Messeinrichtung 5 zur Ermittlung einer in die Traktionsbatterie 2 beim aktuellen Ladevorgang eingeladenen nutzbaren Energie vorgesehen, wobei die Messeinrichtung 5 über die Leitung 6 einen zugeordneten Nutzenergie-Signalwert an eine Recheneinheit 7 abgibt.
• Weiter ist eine Messeinrichtung 8 zur Ermittlung einer beim aktuellen Ladevorgang aus der Ladestation 1 eingespeisten elektrischen Energie vorgesehen, wobei über die Leitung 9 ein entsprechender Ladeenergie-Signalwert der Recheneinheit 7 zugeführt wird.
• In der Recheneinheit 7 wird vorzugsweise nach dem Ladevorgang durch Division des Nutzenergie-Signalwerts durch den Ladeenergie-Signalwert ein Ladewirkungsgrad η errechnet und/oder durch Subtraktion des Nutzenergie-Signalwerts vom Ladeenergie-Signalwert eine Ladeverlustenergie (LVE) berechnet.
• Die berechneten Werte werden über eine Leitung 10 einem Monitor 11 zugeführt und im Sichtbereich eines Fahrzeugnutzers angezeigt.
• Bezugszeichenliste

1

Ladestation

2

Traktionsbatterie

3

Pfeil

4

Informations-Anzeige

5

Messeinrichtung

6

Leitung

7

Recheneinheit

8

Messeinrichtung

9

Leitung

10

Leitung

11

Monitor

Claims (9)

1. Fahrerassistenz-System eines batterieelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs als Informations-Anzeige (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerassistenz-System - eine fahrzeugseitige Messeinrichtung (5) zur Ermittlung einer im Batteriesystem (2) bei einem aktuellen Ladevorgang geladenen, nutzbaren Energie als elektrochemisch gespeicherte Energie und zur Ausgabe eines zugeordneten Nutzenergie-Signalwerts, - eine fahrzeugseitige Messeinrichtung (8) zur Ermittlung einer bei dem aktuellen Ladevorgang aus einer Ladestation (1) eingespeisten elektrischen Energie und zur Ausgabe eines zugeordneten Ladeenergie-Signalwerts, - eine Recheneinheit (7), der der Nutzenergie-Signalwert und der zugeordnete Ladeenergie-Signalwert zugeführt wird und die durch Division des Nutzenergie-Signalwerts durch den Ladeenergie-Signalwert einen Ladewirkungsgrad (η) berechnet und/oder durch Subtraktion des Nutzenergie-Signalwerts vom Ladeenergie-Signalwert eine Ladeverlustenergie (LVE) berechnet, und - einen fahrzeugseitigen Monitor (11) aufweist, auf dem der errechnete Wert des Ladewirkungsgrads (η) und/oder der Wert der Ladeverlustenergie (LVE) angezeigt werden.
2. Fahrerassistenz-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bei einem Ladevorgang eingespeiste elektrische Energie (E_e) in einem fahrzeugseitigen Batterie-Management-System (BMS) erfasst und berechnet wird durch $${\text{E}}_{\text{e}}={\displaystyle \int \text{U(t)}\cdot }\text{I}\left(\text{t}\right)\text{dt}$$

   

   wobei U(t) ein erfasster zeitabhängiger Spannungswert und I(t) ein erfasster zeitabhängiger Stromwert ist.
3. Fahrerassistenz-System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die bei einem Ladevorgang eingeladene nutzbare Energie (E_n) ermittelt wird mit $${\text{E}}_{\text{n}}=\text{Ladezustand}\cdot \text{Nennenergie}$$

   

   wobei die Nennenergie eine aus der aktuellen Kapazität des Batteriesystems (2) und der Nennspannung abgeleitete Kenngröße ist und der Ladezustand im Batterie-Management-System (BMS) aus Stromintegration und Kennfeldern der Leerlaufspannung ermittelt wird.
4. Fahrerassistenz-System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige des Ladewirkungsgrads (η) und/oder des Werts der Ladeverlustenergie (LVE) auf dem Monitor (11) nach Abschluss und/oder während eines aktuellen Ladevorgangs erfolgt.
5. Fahrerassistenz-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Werte gespeichert werden und von einem Fahrzeugnutzer zur Anzeige abrufbar sind.
6. Fahrerassistenz-System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere ermittelte Werte aus vorhergehenden Ladevorgängen abrufbar gespeichert werden.
7. Fahrerassistenz-System nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einem Ladevorgang zugeordneten Werte und Anzeigen eines Ladewirkungsgrads (η) und/oder eines Werts der Ladeverlustenergie (LVE) zusammen mit weiteren Informationen abrufbar gespeichert werden, insbesondere mit Angaben zur jeweils geladenen Nutzenergie und/oder mit Angaben zum Ort der jeweiligen Ladestation (1), gegebenenfalls unter Verwendung von Navi-Daten und/oder mit Angaben zum Ladedatum und/oder zur Ladezeit und/oder mit Angaben zur Ladedauer und/oder zur Ladeleistung.
8. Fahrerassistenzsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherten Daten einer Analyseeinheit zugeführt werden, die daraus auf dem Monitor (11) darstellbare Empfehlungen an einen Fahrzeugnutzer für eine Effizienzoptimierung bei Ladevorgängen ermittelt.
9. Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenz-Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

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