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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiemanagementverfahren für einen elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeuges, eine Energiemanagementvorrichtung für den elektrischen Energiespeicher und ein Fahrzeug mit der Energiemanagementvorrichtung.
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Es ist allgemein bekannt, dass in einem Kraftfahrzeug bereits heute vielfältige sogenannte Nomadic Devices, zu Deutsch ”ständig umherwandernde Geräte”, wie Mobiltelefone, MP3-Player oder Navigationssysteme angeschlossen werden und mit Strom versorgt werden. Viele dieser Nomadic Devices verfügen dabei über eine integrierte aufladbare Batterie oder einen integrierten Akkumulator oder einen sonstigen elektrischen Energiespeicher.
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Ein Ruhestrommanagement in Kraftfahrzeugen ist in dem Buch ”Handbuch Kraftfahrzeugelektronik”, herausgegeben von Henning, Wallentowitz und Konrad Reif beschrieben. Dabei werden Verbraucher des Kraftfahrzeuges bei abgeschalteter Zündung nach und nach abgeschaltet. Ferner ist in dem Buch ”Automobilelektronik” von Konrad und Reif ein Energiemanagement in Kraftfahrzeugen allgemein beschrieben.
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Die Stromversorgung von Nomadic Devices in einem Auto ist heute durch den Betriebszustand des Autos vorgegeben. Die Nomadic Devices sind dauerhaft oder nur bei eingeschalteter Zündungen oder bei laufendem Motor mit Strom versorgt. Die Stromabgabe ist lediglich durch eine Sicherung auf einen festen Maximalstrom begrenzt.
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Kraftfahrzeuge verfügen über eine Absicherungseinrichtung der Stromverbraucher, um ein Entladen der Fahrzeugbatterie zu verhindern. Beispielsweise kann eine Sitzheizung oder eine Heckscheibenheizung durch eine Fahrzeugsteuerung im laufenden Betrieb abgeschaltet oder in der Leistung reduziert werden, um einen ausreichenden Ladezustand der Fahrzeugbatterie sicherzustellen. Der Stromverbrauch eines abgestellten Fahrzeuges wird verwaltet, um eine Startfähigkeit auch nach einer Abstelldauer von mehreren Monaten sicherzustellen.
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Es ist allgemein bekannt in der Datenkommunikation Firewalls zu verwenden, die zwischen zwei Netzwerkbereichen nur zulässigem Netzwerkverkehr passieren lassen. Dabei ist eine dynamische Paketfilterung bekannt, bei der von früher auftretenden Paketen abhängt, welche Pakete zulässig sind.
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Aufgrund der wachsenden Verwendung von Nomadic Devices ist es notwendig, das Energiemanagement eines Fahrzeuges, an welches Nomadic Device angeschlossen werden, zu verbessern.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft daher ein Energiemanagementverfahren gemäß Patentanspruch 1, wobei das Energiemanagementverfahren für einen elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeuges mit zumindest zeitweise über Stromschnittstellen anschließbaren Verbrauchern ausgelegt ist, wobei den Verbrauchern jeweils ein dynamisch angepasster Strom zugewiesen wird, wobei die Anpassung des bereitgestellten Stroms in Abhängigkeit von einem Fahrzustand des Fahrzeuges und/oder einer Verbraucherinformation der angeschlossenen Verbraucher dynamisch erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Energiemanagementvorrichtung für einen elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeuges. Die Energiemanagementvorrichtung umfasst zumindest einen Strombegrenzer, welcher mit einem Bordnetz verbunden ist und welcher dazu ausgelegt ist, einem jeweiligen Verbraucher einen dynamisch angepassten Strom zuzuweisen, zumindest eine Stromschnittstelle, welche jeweils mit dem zumindest einen Strombegrenzer verbunden ist und die dazu ausgelegt ist, den jeweiligen Verbraucher an das Bordnetz des Fahrzeuges anzuschließen, und eine Steuereinheit, welche mit dem zumindest einen Strombegrenzer verbunden ist und dazu ausgelegt ist, den bereitgestellten Strom in Abhängigkeit von einem Fahrzustand des Fahrzeuges und/oder einer Verbraucherinformation des angeschlossenen Verbrauchers anzupassen.
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Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein Fahrzeug, mit zumindest zeitweise über Stromschnittstellen anschließbaren Verbrauchern, mit einem elektrischen Energiespeicher und mit einer Energiemanagementvorrichtung.
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee liegt in der Bereitstellung einer Strom-Firewall, durch welche von einem Fahrzeug nur so viel Strom an einen verbundenen Stromverbraucher, ein sogenanntes Nomadic Device, abgegeben wird, wie der aktuellen Situation angemessen ist.
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Dadurch erfolgt eine Steuerung des Stromverbrauchs, insbesondere auch zum Laden eines verbundenen Nomadic Device durch das Fahrzeug. Der maximal zulässige bereitgestellte Ladestrom wird dabei dynamisch angepasst, das heißt er wird auf einen variablen Höchstwert, das heißt eine Stromstärke, beziehungsweise eine Höchstmenge, das heißt, eine elektrische Energiemenge, begrenzt.
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Mit einem Fahrzeug verbundene Nomadic Devices werden in das Batterie-Energie/Management des Fahrzeugs eingebunden.
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In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiemanagementverfahrens erfolgt die Anpassung des bereitgestellten Stroms in Abhängigkeit von einem dem angeschlossenen Verbraucher zugewiesenen Energiewert.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiemanagementverfahrens umfasst der Fahrzustand des Fahrzeuges ein Laden des elektrischen Energiespeichers an einer Ladesäule oder ein rekuperatives Bremsen des Fahrzeuges.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiemanagementverfahrens umfasst die Verbraucherinformation der angeschlossenen Verbraucher eine Information zu einem Ladezustand des elektrischen Energiespeichers des Fahrzeuges oder eine Information zu Kenndaten des jeweiligen angeschlossenen Verbrauchers oder eine Information zu Kenndaten der Stromschnittstelle, über welche der jeweilige angeschlossene Verbraucher mit dem elektrischen Energiespeicher des Fahrzeuges verbunden ist.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiemanagementverfahrens erfolgt bei einem leeren elektrischen Energiespeicher des Fahrzeuges ein Abschalten derjenigen Verbraucher, welche eine interne Stromversorgung aufweisen.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiemanagementverfahrens erfolgt bei einem rekuperativen Bremsen des Fahrzeuges ein Aufladen derjeniger Verbraucher, welche einen eigenen elektrischen Energiespeicher aufweisen.
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Auf diese Art wird vorteilhafterweise erreicht, dass, wenn viel Strom im Auto verfügbar ist, auch verbundenen Nomadic Devices als Verbraucher der kurzzeitig im Überfluss vorhandenen elektrischen Energie eingesetzt werden. Insbesondere kann dann, ein interner elektrischer Energiespeicher dieser Verbraucher aufgeladen werden, und in ungünstigen Situationen die Stromzufuhr vollständig gekappt werden. Ein maximales Aufladen eines eingebauten elektrischen Energiespeichers eines Nomadic Devices beziehungsweise ein Kühlen einer Kühlbox kann damit gezielt dann erfolgen, wenn das Fahrzeug mit einer Ladesäule verbunden ist, oder wenn es bei einer Rekuperation der internen Fahrzeugbatterie bereits vollständig geladen ist.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiemanagementverfahrens wird der den Verbrauchern zugewiesene und dynamisch angepasste Strom aus einem Strombedarfswert des Verbrauchers errechnet.
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Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Energiemanagementverfahrens wird zumindest einer der jeweilige Verbraucher zur Energieeinsparung in einen energiesparenden Betriebsmodus versetzt und es wird eine Steueranweisung an den zumindest einen jeweiligen Verbraucher gesendet.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiemanagementvorrichtung weist die Steuereinheit eine Sensoreinrichtung auf, die dazu ausgelegt, einen Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers des angeschlossenen Verbrauchers zu ermittelt.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiemanagementvorrichtung ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, die Anpassung des bereitgestellten Stroms in Abhängigkeit von einem dem angeschlossenen Verbraucher zugewiesenen Energiewert zu erreichen.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiemanagementvorrichtung wird eine Energie-Saving-Mode-Steueranweisung an das Nomadic Device abhängig vom Energie-Zustand des Fahrzeugs übertragen, um das verbundene Nomadic Device in einen entsprechenden Energiesparmodus zu versetzen.
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Der Vorteil liegt darin, dass die Nomadic Devices nicht abgesteckt werden müssen, um ein Entladen der Fahrzeugbatterie zu vermeiden. Die Nomadic Devices können durchgehend eingesteckt bleiben, damit sie auch bei einem abgestellten Fahrzeug aufgeladen werden, sobald das Fahrzeug mit einer Ladesäule verbunden ist.
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Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Energiemanagementvorrichtung muss der Strom nicht selbst begrenzt werden, sondern es wird eine Steueranweisung an das Nomadic Device übertragen, sodass das Nomadic Device selbst nur eine maximal zulässige Stromaufnahme verursacht.
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Die Strom-Policy der durch die Energiemanagementvorrichtung implementierten Strom-Firewall ist vorzugsweise konfigurierbar. Somit kann von einem Nutzer festgelegt werden, welche Nomadic Device gegebenenfalls zuerst abgeschaltet werden sollen und unter welchen Bedingungen dies vorgenommen wird.
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Darüber hinaus gibt es vorzugsweise eine nicht konfigurierbare Strom-Policy für den Fall von im Überfluss vorhandener elektrischer Energie, einer Maximal-Policy.
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Ferner kann beispielsweise ohne externe Stromversorgung, das heißt, wenn die Fahrzeugbatterie belastet wird, der Strombezug komplett deaktiviert werden, beispielsweise ab einem gewissen Ladestand der Fahrzeugbatterie oder nach Abgabe einer bestimmten Energiemenge an ein Nomadic Device.
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Dabei werden eine oder mehrere der folgenden Kriterien berücksichtigt wie beispielsweise, dass das Fahrzeug mit einer externen Stromquelle verbunden ist oder dass das verbundene Nomadic Device über eine unabhängige Stromversorgung verfügt, wobei der Ladezustand der unabhängigen Stromversorgung abgefragt wird. Ferner werden Kriterien wie der Ladestatus der Fahrzeugbatterie ermittelt oder es wird die aktuell vorherrschende Rekuperation des Fahrzeuges abgefragt oder die verwendete Stromschnittquelle des Nomadic Devices wird ermittelt.
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Bei einer leeren Fahrzeugbatterie dagegen kann ein Abschalten der Stromversorgung bevorzugt derjenigen verbundenen Geräte oder Nomadic Devices erfolgen, die auch über eine interne Stromversorgung verfügen und somit weiterhin nutzbar sind.
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Im Auto werden Nomadic Devices bevorzugt dann aufgeladen, wenn sie mit einer Ladesäule verbunden sind oder wenn bei einer Rekuperation beim Bremsen bei bereits voller Fahrzeugbatterie genügend elektrische Energie bereitgestellt wird.
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Dabei kann der Typ des verbundenen Nomadic Devices und dessen Ladezustand berücksichtigt werden. Insbesondere wird ein Abschalten von Nomadic Devices mit integrierter Batterieversorgung berücksichtigt. Somit erfolgt eine Reduzierung der erreichbaren Reichweite des Fahrzeuges durch die verbundenen und Energie verbrauchenden Nomadic Devices.
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Ein Aufladen von Nomadic Devices während der Fahrt erfolgt bevorzugt dann, wenn zum Beispiel bei einer Bergabfahrt mit Rekuperation der Bremsenergie ein interner Fahrzeugakku keine weitere elektrische Energie aufnehmen kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Energiemanagementvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Ladevorgangs eines Fahrzeuges mit einer Energiemanagementvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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3 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Energiemanagementverfahrens.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
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Ein elektrischer Energiespeicher ist beispielsweise als eine galvanische Zelle, oder ein Akkumulator, ein Bleiakku, ein Nickel-Cadmium-Akku, ein Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, ein Lithium-Ionen-Akku oder als ein Lithium-Polymer-Akku ausgeführt.
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Auch kann beispielsweise als elektrischer Energiespeicher ein Schwungradspeicher oder ein sonstiger Rotationsenergiespeicher oder ein Kondensator mit hoher Energiedichte, wie beispielsweise ein elektrochemischer Doppelschichtkondensator verwendet werden.
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Ein Verbraucher oder Nomadic Device kann beispielsweise ein Mobiltelefon, ein Smartphone, ein MP3-Spieler, ein Notebook oder ein sonstiger tragbarer Personal Computer, ein tragbares Navigationsgerät oder eine Kühlbox oder ein sonstiger portabler und tragbarer Behälter zum Kühlen verschiedener Lebensmittel sein.
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Als Fahrzeug ist im Folgenden ein Kraftfahrzeug, ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug oder ein sonstiges mobiles Verkehrsmittel bezeichnet.
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Die 1 zeigt vier Stromsteckdosen SD des Fahrzeuges, an welche bedarfsweise Energieverbraucher wie beispielsweise Nomadic Devices als Verbraucher ND angeschlossen sind. Die Stromsteckdosen SD können beispielsweise als Zigarettenanzünder, Bordspannungssteckdose, als USB-Schnittstelle, als Klinkenbuchsen oder als Ethernet-Schnittstelle oder ein sonstiger Anschluss zur Gleichspannungsversorgung von Geräten im Auto ausgestaltet sein.
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Der Strom zur Versorgung der Verbraucher ND wird vom Bordspannungsnetz PSN des Fahrzeuges 1 geliefert. Die mit dem Bordspannungsnetz PSN und jeweils einer Stromsteckdose SD verbundenen Strombegrenzer SB bilden zusammen eine Strom-Firewall FW aus, wobei die Strom-Firewall FW ferner eine integrierte Steuereinheit CU aufweist, die für jede Stromsteckdose SD und damit für den verbundenen Verbraucher ND den maximal bereitgestellten Strom berechnet und über den jeweils zugeordneten Strombegrenzer SB begrenzt.
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Der Wert des maximal bereitgestellten Stromes wird nun von der Steuerungseinheit CU der Strom-Firewall FW abhängig von einem Fahrzustand des Fahrzeuges 1 und/oder von Verbrauchsinformationen des jeweils angeschlossenen Verbrauchers ND eingestellt.
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Als Verbrauchsinformationen können Daten zu vom jeweiligen Verbraucher ND benötigten Energie- und Stromwerten verwendet werden, oder vom Nutzer eingestellte Prioritätswerte zum Energiebezug des jeweiligen Verbrauchers.
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Beispielsweise kann die Steuereinheit CU auf als Verbrauchsinformationen der Nomadic Devices wie beispielsweise einen Typ, eine Identität oder einen Ladezustand des Verbrauchers ND abfragen oder an die Verbraucher ND Steuerkommandos übertragen.
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Dazu ist die Steuereinheit CU mit einem Fahrzeugbus CNB verbunden wie beispielsweise einem CAN-Bus, alternativ auch einem Ethernet, einem IP-, einem MOST- oder einem Flexray-Netzwerk oder einem LIN-Bus. Über das Netzwerk erhält die Steuereinheit CU Informationen beispielsweise über den Ladezustand des elektrischen Energiespeicher des Fahrzeuges 1, über den aktuellen Strombedarf des Fahrzeuges 1 beim Fahren oder über die momentan vorherrschende Menge der durch rekuperatives Bremsen gewonnen Energie. Ferner werden Informationen und Daten übermittelt, ob das Fahrzeug 1 mit einer Ladesäule LS verbunden ist und gegebenenfalls die Konditionen des Strombezuges.
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Dadurch wird der Stromverbrauch des verbundenen Verbrauchers in das Energiemanagement des Fahrzeuges angebunden.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Szenarios, bei dem ein Fahrzeug 1 über ein Ladekabel 101 mit einer Ladesäule LS verbunden ist. Das Fahrzeug wird dabei extern mit Strom versorgt wird.
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Im Fahrzeug 1 sind mehrere Nomadic Devices oder Verbraucher ND dargestellt, die vom Fahrzeug 1 mit Strom über einen elektrischen Energiespeicher 10 versorgbar sind.
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Die Verbraucher ND können beispielsweise in Größe, Leistungsmerkmalen, Merkmalen bezüglich des jeweiligen internen elektrischen Energiespeichers, des Einsatzgebietes und der Funktionalität variieren.
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Die 3 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Energiemanagementverfahrens.
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Das Energiemanagementverfahren ist für einen elektrischen Energiespeicher 10 eines Fahrzeuges 1 mit zumindest zeitweise über Stromschnittstellen SD anschließbaren Verbrauchern ND vorgesehen.
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In einem ersten Schritt S1 des Energiemanagementverfahrens wird den Verbrauchern ND jeweils ein dynamisch angepasster Strom zugewiesen.
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In einem zweiten Schritt S2 erfolgt die Anpassung des bereitgestellten Stroms in Abhängigkeit von einem Fahrzustand des Fahrzeuges 1 und/oder einer Verbraucherinformation der angeschlossenen Verbraucher ND.
