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Besonders bei elektrischen oder elektrisch betriebenen Fahrzeugen stellt sich das Problem, dass bei kalten Umweltbedingungen ein Fahrgastraum bzw. eine Fahrgastzelle beheizt werden soll. Bei elektrisch und insbesondere batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugen ist zudem eine Temperierung bzw. Vorkonditionierung des Hochvoltspeichers vorteilhaft, d. h. ein Erwärmen des Hochvoltspeichers auf eine bestimmte Temperatur, oder ein Halten einer bestimmten Temperatur für den Hochvoltspeicher. Dies ist deswegen vorteilhaft, da so eine effiziente und schonende Nutzung des Hochvoltspeichers ermöglicht wird.
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Bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, kann beim Verbrennungsvorgang entstehende Abwärme direkt oder indirekt zur Erwärmung der Fahrgastzelle verwendet werden. Abwärme ist bei verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen zumeist ausreichend vorhanden oder kann durch einen verbrennungsbasierten Zusatzheizer bereitgestellt werden. Elektrisch und insbesondere batterieelektrisch betriebene Fahrzeuge weisen hingegen keinen solchen Wärmegenerator auf.
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In elektrisch betriebenen Fahrzeugen wird Wärme zumeist über elektrische oder chemische Zusatzheizer (z. B. PTC-Elemente oder elektrische Durchlauferhitzer), Kältemittelverdichter, eine elektrische Transaktionseinheit oder Steuergeräteabwärme erzeugt. Oft wird dies durch eine Wärmepumpe unterstützt. Steuergeräte mit hoher Leistungsaufnahme sind daher zur Steuergeräteentwärmung in den Kühlkreislauf des elektrisch betriebenen Fahrzeugs integriert.
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Ziel der Erfindung ist es nunmehr, die Möglichkeiten für die Wärmeerzeugung und Heizung für elektrisch betriebene Fahrzeuge zu verbessern.
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Die Erfindung stellt daher eine Lösung gemäß der unabhängigen Ansprüche bereit. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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In einem ersten Aspekt wird ein Fahrzeug bereitgestellt, aufweisend wenigstens eine Recheneinheit, die mit einem Kühl- und/oder Heizkreis des Fahrzeugs verbunden ist, wobei die Recheneinheit dazu eingerichtet ist, Rechenaufgaben auszuführen und dabei erzeugte Abwärme an den Kühl- und/oder Heizkreis abzugeben, und eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, abhängig von einer Temperaturanforderung die Ausführung von vorzugsweise zusätzlichen Rechenaufgaben durch die Recheneinheit zu veranlassen. Die Recheneinheit kann entweder eine bereits für andere Funktionen verwendete Komponente sein, aber auch eine nur zum Heizzweck ausgelegte Komponente sein.
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Das Fahrzeug kann eine Kommunikationseinheit aufweisen, wobei die Steuereinheit mittels der Kommunikationseinheit Rechenaufgaben von einem entfernten Rechnersystem empfangen und/oder abrufen kann.
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Die Recheneinheit kann Ergebnisse für die Rechenaufgaben bereitstellen. Die Steuereinheit kann mittels der Kommunikationseinheit die Ergebnisse für die Rechenaufgaben an das entfernte Rechnersystem übermitteln.
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Die Steuereinheit und/oder das entfernte Rechnersystem kann eine Art und/oder eine Anzahl von Rechenaufgaben bestimmen, die von dem entfernten Rechnersystem abzurufen/zu empfangen sind.
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Die Steuereinheit und/oder das entfernte Rechnersystem können basierend auf einer Art der und/oder einer Anzahl von ausgeführten Rechenaufgaben eine Kompensation für die Ausführung der Rechenaufgaben bestimmen.
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Die Temperaturanforderung kann auf einer Temperaturmessung basieren. Die Temperaturanforderung kann einen Abwärmebedarf für die Recheneinheit vorgeben. Die Steuereinheit kann eine von der Recheneinheit erzeugte aktuelle Abwärme aus einer Leistungsaufnahme der Recheneinheit und einem thermischen Trägheitswert bestimmen. Die Steuereinheit kann vorzugsweise die Ausführung zusätzlicher Rechenaufgaben veranlassen, wenn der Abwärmebedarf größer als die aktuelle Abwärme und vorzugsweise kleiner als eine maximale Abwärme ist.
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Die Recheneinheit kann eine Rechenleistung abhängig von einem Fahrzeugzustand freigeben. Die Recheneinheit kann abhängig von dem Fahrzeugzustand die Rechenaufgaben ausführen. Die Rechenaufgaben können Teilaufgaben komplexer Rechenaufgaben sein. Das entfernte Rechnersystem kann ein verteiltes und/oder dezentrales Rechnersystem sein.
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Die Steuereinheit kann prüfen, ob ein vorzugsweise durch einen Fahrzeugnutzer selektiv aktivierbares Zustimmungsmerkmal aktiviert ist. Die Steuereinheit kann abhängig von dem selektiv aktivierbaren Zustimmungsmerkmal Rechenaufgaben von dem entfernten Rechnersystem abrufen oder empfangen. Die Steuereinheit kann abhängig von dem selektiv aktivierbaren Zustimmungsmerkmal Ergebnisse zu dem entfernten Rechnersystem übermitteln.
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Das Zustimmungsmerkmal kann eine Art von Rechenaufgaben festlegen. Das Zustimmungsmerkmal kann eine Anzahl von Rechenaufgaben festlegen, die von der Recheneinheit ausgeführt und/oder durch die Steuereinheit von dem entfernten Rechnersystem abgerufen werden. Die Recheneinheit kann abhängig von dem Zustimmungsmerkmal Rechenaufgaben ausführen. Das Zustimmungsmerkmal kann von der Steuereinheit zu dem entfernten Rechnersystem übermittelt werden.
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Ist über das Zustimmungsmerkmal der gesamte Datenaustausch mit externen Rechensystemen untersagt, können dennoch Rechenaufgaben zur Abwärmeerzeugung ausgeführt werden.
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In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Steuerung einer Recheneinheit in einem Fahrzeug bereitgestellt, wobei wenigstens eine Recheneinheit mit einem Kühl- und/oder Heizkreis des Fahrzeugs verbunden ist und Rechenaufgaben ausführt und dabei Abwärme erzeugt und an den Kühl- und/oder Heizkreis abgibt. Eine Steuereinheit kann abhängig von einer Temperaturanforderung die Ausführung von vorzugsweise zusätzlichen Rechenaufgaben durch die Recheneinheit veranlassen.
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In einem noch weiteren Aspekt wird ein System mit einem Fahrzeug, wie es oben beschrieben ist und einem entfernten Rechnersystem bereitgestellt, wobei das entfernte Rechnersystem Rechenaufgaben bereitstellt und wobei die Steuereinheit bereitgestellte Rechenaufgaben abruft und die Ergebnisse zu den Rechenaufgaben an das entfernte Rechnersystem übermittelt.
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Die Erfindung wird nunmehr auch mit Blick auf die Figur beschrieben:
- 1 zeigt schematisch ein Fahrzeug und ein System gemäß der Erfindung.
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1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1, das eine Recheneinheit 2 auf sowie eine Steuereinheit 3 aufweist. Weiter ist ein Kühl- und/oder Heizkreis dargestellt, der z. B. durch eine Flüssigkeitskühlung realisiert sein kann. Um im Bedarfsfall die Abwärme zu steigern, können gemäß der Erfindung selektiv zusätzliche Rechenoperationen durch die Recheneinheit 2 ausgeführt werden. Im Folgenden umfasst eine Rechenaufgabe wenigstens eine Rechenoperation, vorzugsweise aber eine Vielzahl von Rechenoperationen, die durch die Recheneinheit verarbeitet werden kann. Eine Rechenaufgabe kann Rechenoperationen umfassen, die z. B. Teil einer verteilten, komplexen Berechnung sind.
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Insbesondere ist es möglich, dass abhängig von einem Wärmebedarf durch die Recheneinheit 2, zusätzliche Rechenoperationen bzw. Rechenaufgaben ausgeführt werden. Die Steuereinheit 3 kann dazu Rechenaufgaben mit wenigstens einer Rechenoperation von einem entfernten Rechnersystem 5 abrufen. Das Rechnersystem 5 kann der Steuereinheit 3 Rechenaufgaben zuweisen, die insbesondere Teil der verteilten Berechnung sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 3 Rechenaufgaben bestimmen, die von dem Rechnersystem 5 abgerufen werden. Die von der Steuereinheit 3 empfangenen Rechenaufgaben können dann durch die Recheneinheit 2 ausgeführt werden. Durch Ausführung der zusätzlichen Rechenaufgaben, die im Wesentlichen nicht zum Betrieb des Fahrzeugs 1 oder zur Bereitstellung von Fahrzeugfunktionen erforderlich sind, wird die Abwärme des Steuergeräts gesteigert. Somit kann abhängig von einer Temperaturanforderung 6, die bspw. durch einen Nutzer vorgegeben wird, zusätzliche Wärme erzeugt und dem Kühl- und/oder Heizkreis 4 zugeführt werden. Insbesondere in Fahrzeugen, die für zumindest teilautonomes Fahren ausgerüstet sind, sind Hochleistungs-Recheneinheiten verbaut, die auch für andere Rechenaufgaben bzw. für die Ausführung vieler und aufwändiger Rechenoperationen ausgelegt sind, eingesetzt. Sie sind wegen einer hohen Leistungsaufnahme in einen Kühl- und/oder Heizkreis des Fahrzeugs an eine Kühlmittelkühlung angeschlossen.
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Beispielsweise kann zur Erwärmung eines Fahrgastraums bzw. einer Fahrgastzelle des Fahrzeugs 1 oder zur Temperierung bzw. zum Erwärmen eines Hochvoltspeichers auf dessen Betriebstemperatur, die Steuereinheit 3 einen Abwärmebedarf bestimmen. Der Abwärmebedarf stellt eine Anforderung an zusätzlicher Abwärme dar, die von der Recheneinheit 2 abgegeben werden soll. Die Anforderung wird im Folgenden auch als Temperaturanforderung bezeichnet. Die aktuelle Abwärme der Recheneinheit 2 kann z.B. aus einer Leistungsaufnahme der Recheneinheit 2 unter Berücksichtigung der thermischen Trägheit abgeschätzt und/oder z.B. durch einen Temperaturfühler (nicht gezeigt) an der Recheneinheit 2 bestimmt werden. Ist der Abwärmebedarf größer als die aktuell von der Recheneinheit 2 abgegebene Abwärme und vorzugsweise kleiner als eine maximale Abwärme, so kann die Recheneinheit 2 von der Steuereinheit 3 zur Ausführung zusätzlicher Rechenaufgaben veranlasst werden. Die durch die Ausführung zusätzlicher Rechenaufgaben erzeugte erhöhte Rechentätigkeit der Recheneinheit 2 führt dann zur Erzeugung zusätzlicher Abwärme.
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Es ist zu verstehen, dass wenn der Abwärmebedarf geringer ist als die aktuell abgegebene Abwärme, die Steuereinheit 3 die Ausführung zusätzlicher Rechenaufgaben nicht veranlasst. Insbesondere stoppt die Steuereinheit 3 in diesem Fall die Ausführung zusätzlicher Rechenaufgaben durch die Recheneinheit 2.
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Die Entscheidung, ob zusätzliche Rechenaufgaben von der Recheneinheit 2 ausgeführt werden können, wird von der Steuereinheit 2 anhand von vorgegebenen Kriterien, z.B. von einem Auslastungsschwellenwert der Recheneinheit 2 bestimmt. So kann bei hoher Auslastung der Recheneinheit 2 eine zusätzliche Ausführung von Rechenoperationen verhindert werden, während z.B. bei Unterschreiten eines weiteren Schwellenwerts für die Auslastung der Recheneinheit die zusätzlichen Rechenoperationen ausgeführt werden.
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Exemplarisch kann so z. B. während eines Ladevorgangs eines Energiespeichers des Fahrzeugs 1 (nicht gezeigt), also insbesondere, wenn das Fahrzeug 1 mit einem Ladepunkt verbunden ist, zur Vorbereitung einer Fahrt der Energiespeicher aufgeheizt werden, indem zusätzliche Rechenaufgaben ausgeführt werden. Da während des Ladevorgangs des Energiespeichers keine der für einen z.B. teilautonomen Betrieb des Fahrzeugs 1 notwendigen Funktionen benötigt wird, kann die gesamte oder zumindest ein Großteil der Rechenleistung der Recheneinheit 2 für zusätzliche Rechenaufgaben verwendet werden. Somit kann in diesem Fall ohne Risiko eine hohe Rechenleistung von der Recheneinheit 2 und damit eine hohe Abwärme bereitgestellt werden.
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Die zusätzlichen Rechenaufgaben können dabei Rechenoperationen sein, die zur Lösung eines so genannten verteilten Rechenproblems auszuführen sind. Dies bedeutet, dass Teile eines Rechenproblems auf eine Vielzahl von Recheneinheiten aufgeteilt werden, die dann zu Teillösungen führen und danach vorzugsweise zu einer Gesamtlösung zusammengeführt werden (distributed computing). Hierbei ist es nicht notwendig, dass die Recheneinheit 2 des Fahrzeugs 1 kontinuierlich mit dem entfernten Rechnersystem 5 zur Übertragung von Rechenaufgaben verbunden ist. Es ist vielmehr so, dass von dem entfernten Rechnersystem 5 eine bestimmte Anzahl von Rechenaufgaben zu der Recheneinheit 2 übermittelt werden kann, die dann von dieser logisch getrennt von dem Rechnersystem 5 ausgeführt werden. Die Steuereinheit 3 kann die Lösungen zu den Rechenaufgaben an das Rechnersystem 5 übermitteln.
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Das Fahrzeug 1 weist eine Kommunikationseinheit 8 auf, die wenigstens zur Kommunikation mit der Steuereinheit 3 und/oder der Recheneinheit 2 und dem Rechnersystem 5 eingesetzt wird. Insbesondere empfängt die Steuereinheit 3 mittels der Kommunikationseinheit 8 die zusätzlichen Rechenaufgaben und nutzt sie für die dazu notwendige Kommunikation. Weiter übermittelt die Steuereinheit 3 und/oder die Recheneinheit 2 die Ergebnisse für die zusätzlichen Rechenaufgaben an das Rechnersystem 5 mittels der Kommunikationseinheit 8.
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Die Auswahl, welche Rechenaufgaben ausgeführt werden sollen, kann durch einen Nutzer des elektrisch betriebenen Fahrzeugs getroffen werden oder es kann auf Basis eines z.B. nutzerdefinierten Regelwerks entschieden werden, welche Art und/oder eine Anzahl von Rechenaufgaben ausgeführt werden sollen. Diese Definition wird als Zustimmungsmerkmal an das entfernte Rechnersystem 5 übermittelt. Beispielsweise kann ein Nutzer so den Zweck der Rechenaufgaben bestimmen, oder Kategorien für die Rechenaufgaben vorgeben. Der Nutzer kann z.B. entscheiden, ob die Recheneinheit 2 des Fahrzeugs 1 zum Erzeugen von kryptografischen Währungen verwendet werden soll, oder zur Lösung wissenschaftlicher Aufgaben, wie z.B. Aufgaben zur Proteinfaltung.
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Dabei ist auch vorgesehen, dass die Steuereinheit 2 und/oder das Rechnersystem 5 erfasst, wie viele Rechenaufgaben von der Recheneinheit 2 gelöst werden, welche Zeit für die Lösung einer Rechenaufgabe notwendig war, oder. welche Komplexität die Rechenaufgaben aufweisen. Abhängig davon kann dann von der Steuereinheit 3 und/oder dem Rechnersystem 5 berechnet werden, ob, bzw. wie hoch, eine Kompensation des Fahrzeugnutzers dafür ausfällt, dass die Recheneinheit 2 des Fahrzeugs 1 für die verteilten Rechenaufgaben verwendet wird/wurde. Die Kompensation kann einem Nutzer des Fahrzeugs zugeordnet werden, und z.B. in der Gewährung von Vorteilen (Bonus-Programm) bestehen. Auch eine Bezahlung des Nutzers für die gelösten Rechenaufgaben oder die bereitgestellte Rechenleistung ist möglich, z.B. mit digitalen Währungen wie Bitcoin.
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In 1 sind weiter Anschlüsse A und B des Kühl- und/oder Heizkreises 4 angedeutet. Diese dienen insbesondere dazu, ein Klimasystem oder eine Energiespeicherheizung des Fahrzeugs 1 an den Kühl- und/oder Heizkreis 4 anzuschließen.
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1 zeigt auch ein System 9 gemäß der Erfindung, bei der die Recheneinheit 2 für bspw. die Bereitstellung automatisierter Fahrfunktionen vorgesehen ist. Die Recheneinheit 2 ist dabei vorzugsweise Teil eines Steuergeräts 10 (gestrichpunktete Linie), das mit dem Kühl- und/oder Heizkreis 4 über eine Kühlmittelkühlung 4b verbunden ist. Das Steuergerät bestimmt bspw. auf Basis von Temperaturmessungen an einem Temperaturfühler 7 den Abwärmebedarf der Recheneinheit 2. Diese Bestimmung kann alternativ oder zusätzlich zu einer Vorgabe des Abwärmebedarfs durch einen Nutzer als Temperaturvorgabe 6 erfolgen. Es erfolgt also z.B. ein Abgleich einer an dem Temperaturfühler 7 erfassten Temperatur mit der Temperaturvorgabe 6 durch das Klimasystem. Die Steuereinheit 3 bestimmt dann aus dem Abgleich den Abwärmebedarf. Die aktuelle Abwärme der Recheneinheit 2 kann aus der Leistungsaufnahme der Recheneinheit 2 kombiniert mit einer Berücksichtigung der thermischen Trägheit abgeschätzt werden.
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Es ist zu verstehen, dass die Recheneinheit 2, die Steuereinheit 3 und die Kommunikationseinheit 8 nicht separiert voneinander verwirklicht sein müssen. Bevorzugt sind die Einheiten 2, 3, und 8 Teil wenigstens eines technischen Bauteils. Vorzugsweise ist insbesondere die Recheneinheit 2 in die Steuereinheit 3 integriert. Die Kommunikationseinheit 8 kann auch mit wenigstens einer der Einheiten 2, 3 integral ausgebildet sein.
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Das Rechnersystem 5 weist insbesondere wenigstens eine Sende-Empfangs-Einheit 11 und wenigstens eine Rechnereinheit 12 auf. Die Rechnereinheit 12 ist insbesondere ein Backend-System, d.h. ein Verbundsystem mehrerer Server oder Großrechner, das Rechenaufgaben für die Steuereinheit 3 und/oder die Recheneinheit 2 bereitstellt. Die Steuereinheit 2 kann die Rechenaufgaben entweder aktiv abrufen oder lediglich ein Signal mittels der Kommunikationseinheit 8 an das entfernte Rechnersystem 5 übermitteln. Die wenigstens eine Sende-Empfangs-Einheit 11 dient zum Empfang des Signals durch die wenigstens eine Rechnereinheit 12. Die wenigstens eine Rechnereinheit 12 kann dann in Antwort auf das Signal eine Rechenaufgabe an das Fahrzeug 1 übermitteln bzw. an die Kommunikationseinheit 8 des Fahrzeugs 1. Die Kommunikationseinheit 8 leitet die Rechenaufgaben dann an die Steuereinheit 3, die die Ausführung der Rechenaufgaben veranlasst, und/oder direkt an die Recheneinheit 2.
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Die wenigstens eine Sende-Empfangs-Einheit 11 ist vorzugsweise Teil eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerks, z.B. eines UMTS, LTE, und/oder 5G-Netzwerks. Die Kommunikation zwischen Kommunikationseinheit 8 und Sende-Empfangs-Einheit 11 erfolgt demnach drahtlos über ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk, das insbesondere zur schnellen Übertragung großer Datenmengen ausgelegt ist. Bei der Kommunikationseinheit 8 handelt es sich also insbesondere um eine Sende-Empfangs-Einheit, die als Gegenstelle zur Kommunikation mit der Sende-Empfangs-Einheit 11 ausgelegt ist. Die Kommunikationseinheit 8 muss nicht direkt mit der Sende-Empfangs-Einheit 11 kommunizieren, sondern kann sich dafür anderer Steuergeräte des Fahrzeugs 1 bedienen. Ebenso ist es möglich, dass die Kommunikationseinheit 8 Teil eines anderen Steuergeräts des Fahrzeugs 1 ist.
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Insgesamt wird also die Abwärme der Recheneinheit 2 durch die Ausführung von Rechenaufgaben so gesteuert, dass eine gewünschte Abwärme erzeugt wird. Die von der Recheneinheit 2 bzw. dem elektrischen Steuergerät 10 abgeführte Energie kann also durch die zusätzlichen Rechenaufgaben so gesteuert werden, dass diese für variable Heizaufgaben des elektrisch betriebenen Fahrzeugs 1 verwendet werden kann.
