CN104115359B - 预测的电能管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调节电气系统的方法，其特征在于：确定电气系统的第一特征参量；对于第一特征参量确定适合的第一组优化参量；确定对于第一组优化参量适合的第一组参考参量；对于第一组参考参量确定第一组当前边界条件；对于第一组当前边界条件中的每个边界条件进行预测，以便获得第一组预测的边界条件；给第一组预测的边界条件中的每个预测的边界条件配置一个概率，以便获得第一组预测的概率确定的边界条件；确定第一组当前边界条件和第一组预测的概率确定的边界条件中的所有边界条件的优先权，以便获得有优先权的边界条件；根据有优先权的边界条件计算至少一个控制值；以所述至少一个控制值控制所述系统。本发明还涉及一种车辆。

Description

预测的电能管理系统
技术领域
本发明涉及一种用于调节电气系统的方法以及一种车辆。
背景技术
在复杂的电气系统后面经常存在用于该电气系统的运行方式的同样复杂的调节和控制方法。作为用于这样的电气系统的例子可以例如列举车辆的物理车载电网，该车载电网具有多个不同的电气元件，这些电气元件用作电气陷阱和/或电源。
对在车辆的车载电网中的与时间有关的能量流的监控、调节和控制在现代车辆研发中以完全统一的术语“能量管理”表示。能量管理可包含多个控制链和调节回路并且基于多个传感器和执行器的结合。
在现有技术中例如在文献US 8,049,360 B2中描述了一种用于车辆的电能管理系统的调节方法，其中在车辆运行期间智能装置从车辆的电气系统接收能量需求并且基于该需求在时间上分配能量数量。
发明内容
本发明的任务在于，提出一种用于调节电气系统的改善的方法和车辆。
该任务通过一种如下所述的方法和一种如下所述的车辆解决。
在按照本发明的方法中：确定电气系统的第一特征参量；对于该第一特征参量确定适合的第一组优化参量；对于第一组优化参量确定适合的第一组参考参量；对于第一组参考参量确定第一组当前边界条件；对于第一组当前边界条件中的每个边界条件进行预测，以便获得第一组预测的边界条件；给第一组预测的边界条件中的每个预测的边界条件配置一个概率，以便获得第一组预测的概率确定的边界条件；确定第一组当前边界条件和第一组预测的概率确定的边界条件的所有边界条件的优先权，以便获得有优先权的边界条件；根据有优先权的边界条件计算至少一个控制值，以该控制值控制所述系统。
附加地有利的是：直接在确定第一组当前边界条件和第一组预测的概率确定的边界条件中的所有边界条件的优先权之后，确定系统的第二特征参量；对于第二特征参量确定适合的第二组优化参量；确定对于第二组优化参量适合的第二组参考参量；对于第二组参考参量确定第二组当前边界条件；对于第二组当前边界条件中的每个边界条件进行预测，以便获得第二组预测的边界条件；给第二组预测的边界条件中的每个预测的边界条件配置一个概率，以便获得第二组预测的概率确定的边界条件；确定第一组当前边界条件、第一组预测的概率确定的边界条件、第二组当前边界条件和第二组预测的概率确定的边界条件中的所有边界条件的优先权，以便获得有优先权的边界条件；并且根据有优先权的边界条件计算至少一个控制值；以该至少一个控制值控制所述系统。
根据本发明的另一实施形式，连续重复按照本发明的方法。
在电气系统的运行期间连续重复按照本发明的方法，以便形成闭合的调节回路并且优化一个或多个所述特征参量。
特别有利的是：车辆包括电气系统；该电气系统包括车载电网；该车载电网包括多个可控的电能陷阱；该车载电网包括多个可控的电源；电气系统包括电子车载数据网，通过该电子车载数据网可检测车辆内部和车辆外部的信息；电能管理系统控制所述多个可控的电能陷阱和所述多个可控的电源；根据本发明所述方法是电能管理系统的组成部分。
根据本发明的一种特定的实施方式，为了边界条件的预测，分析处理车辆内部和车辆外部的信息。
所以车辆的电能管理系统扩展成预测的电能管理系统。在车辆中可用的信息用于边界条件的预测。有待期望的边界条件进入到调节方法中并且影响控制值。通过这种方式，不仅电气系统的一个或多个特征参量的实际状态用作观测参量，而且对于该一个或多个特征参量的有待期望的影响也用作观测参量。通过这种方式可以例如显著改善车辆的车载电网的与时间有关的电压稳定性。
本发明基于以下所述考虑：电气系统例如车辆的车载电网的管理系统的设计静态地以功能上实现的运行策略实现。这例如在2008年10月的《电子汽车(Elektronik Automotive)》中描述。与导航数据的耦合也在不同的保护申请和公开文献中示出。
然而取决于静态设计地不可以灵活地对也许相反的边界条件做出反应，并且车载电网在这些运行情况下不是最优稳定的。
因此提出，对于用于特征参量的不同的稳定化修整确定哪一个在其主要控制作用中作用于相同或相似的参考参量。在此，特征参量具有来自系统自身和来自系统环境的不同边界条件。除了关于相应的特征参量的参考参量的优化之外，在上级的监视器中确定特征参量的和与之有关的特定优化的优先权。根据如此确定的基于系统边界条件的优先权确定合成的总体优化的参考参量。
优化的逐步的顺序包括：
1)确定用于优化特征参量1的数据；
2)计算关于特征参量1的最优参考参量；
3)对于另外的特征参量实施步骤1)和2)；
4)确定具有所属概率的边界条件；
5)确定边界条件的优先权；
6)计算总体优化的参考参量；
7)控制用于调节最优参考参量的调整参量；
8)重复步骤1)至7)。
作为用于电气系统的例子可以给出车辆的车载电网，其中根据基本上四个以下特征参量即效率、功率提供、能量流和能量存储来力求优化。
例如关于最优车载电网电压的效率由关于存在的车载电网电压的效率的特定说明确定。数据的保存集中地在管理系统中或者分布式地在车载电网的各个元件中实现。在后者情况下需要将数据传输到管理系统。
功率提供如此影响车载电网电压，即在元件上必须存在足够的电压，对于负载短期需要高的功率或者发生器短期产生高的功率的情况。焦点在此在元件的峰值功率上，其中在第一种情况下存在出现低压的危险，在后者情况下存在出现超压的危险。
在能量流的情况下应该如此调节车载电网电压，使得所有存在和激活的元件被足够地供以能量，并且由此在蓄能器的机构中(只要存在)不放电或过充。车载电网电压在车载电网中在遵守对于本领域内技术人员而言已知的基尔霍夫方程的情况下与在元件之间的能量流平衡相关。
对于蓄能器、通常12伏特的铅酸蓄电池，从老化的方面看来重要的是，一方面控制到蓄能器中和来自蓄能器的关于深度充电或过充的能量流并且另一方面将合计的能量数量取决于充电和放电地(在上下文中经常以周期化表示)保持在边界中。
车载电网电压连同电池的化学特性确定电池是充电还是放电。根据是否期望峰值功率事件、是否必须获得车载电网中的平衡、是否蓄能器需要限制、或者是否可以调节最优效率，与此相关地调节分别适合的或(理想情况下)最优的车载电网电压。
由此给出在考虑存在的边界条件情况下的优化，所述边界条件不仅由车载电网自身而且由从环境耦合确定的信息计算或评估。
通过该方法出于系统和元件的质量改善的目的实现了电气系统的、在此车辆车载电网的稳定性的改善。同样也在成本优化的元件中在没有在车载电网中的独立的功率调节的情况下改善能量效率。此外，该方法在现代车辆的情况下实现了在使用存在的基础设施的情况下成本有利的改善可能性。
附图说明
在下文中根据附图描述本发明的优选实施例。由此产生本发明另外的细节、优选实施形式和进一步改进方案。其中：
图1详细地示意性示出用于调节电气系统的方法。
具体实施方式
图1以车辆的车载电网为例示出一种用于调节电气系统的方法。
车辆包括作为电气系统的车载电网。车载电网又具有多个可控的电能陷阱。这样的电能陷阱可以是例如车辆的座椅加热器或电气空调压缩机。
车载电网此外具有多个可控的电源，其中作为例子可以列举12伏铅酸蓄电池或发电机。
车辆除了电气系统之外也包括电子数据车载网，通过该电子数据车载网可检测车辆内部和车辆外部的信息。作为信息源考虑不同的装置和方法，例如车辆的导航装置、雷达装置或摄像装置、车对车通信或车辆之外的交通引导系统，所述交通引导系统与车辆具有数据连接。
车辆的电能管理系统使电气系统运行。这表示，电气系统由电能管理系统监控和调节。调节干预通过可控的电气元件、也就是可控的电能陷阱和可控的电源进行。电能管理系统自身可以构成为软件并且可以是在车载电网的元件上例如在控制装置上可运行的。要控制的元件不仅集成到电气数据车载网中、而且集成到车载电网中。
首先确定电气系统的第一特征参量(1)。这样的特征参量在没有一般性限制的情况下例如为车辆的车载电网的电压水平。
特征参量——车载电网的电压水平具有至少一个优化参量。确定该优化参量(2)。车载电网的电压水平的优化参量可以是例如车载电网的电压水平与对于电压水平预定的目标值或目标通道之间的和电压有关的间隔。该优化参量在没有一般性限制的情况下在该实施例中称为电压间隔。这在该情况下表示，应该优化电压间隔，也就是应该调节到没有电压间隔、亦即电压间隔的为零的值。
随后确定对于优化参量适合的参考参量。这例如可以在没有一般性限制的情况下是电气系统中发电机的输出电压。该参考参量此外称为发电机输出电压。
在继续的步骤(4)中确定用于参考参量——发电机输出电压的所有可用的当前边界条件。作为发电机输出电压的例子，这例如是发动机的激励电压、发电机轴上的扭矩和输出功率。以车辆的车载电网为例，边界条件的现实性在运行中分布在毫秒的范围中。
在继续的中央步骤(5)中生成确定的边界条件的预测。待期望的边界条件的生成本身不是本文件的技术方案。然而生成的预测的边界条件是提出的方法的技术方案。预测包括例如关于在发电机轴上有待期望的扭矩的信息。这样的信息可以例如通过道路地图信息的分析处理获得。如果例如已知在接下去的几秒行驶中到达高速公路出口，那么在顺从出口时要考虑降低发动机转速和由此发电机转速。可能地，交通引导系统示出了警告标志“缓慢移动的交通”，这可由车辆内部的摄像系统识别。随后对于进一步的道路延伸考虑减速的行驶和相对小的发电机转速。然而也可能的是，在线天气预报对于该区域——车辆路径通到该区域——预测强降雨。随后可以考虑车载电网中的提高的负荷，因为在车辆中可能运行雨刮器和近光灯。在现代车辆中可想到用于不同参考参量的多个不同型式的预测数据。不是预测数据的确定、而是将预测数据包含到电能管理系统中是实施方式的技术方案，从而给定的选择可以考虑作为仅仅示例性的。
在下一步骤(6)中对于来自步骤(5)的每个边界条件确定出现概率。如果必要，步骤(6)可以在另一实施形式中与步骤(5)组合。步骤(6)例如具有如下结果，车辆以何种概率顺从高速公路出口并且没有顺从高速公路的继续延伸。为此可以例如考虑车辆的导航数据。备选地也可以考虑与驾驶员有关的驾驶特性，该驾驶特性确定根据个性化钥匙验证的驾驶员的典型的交通路径。可能地，根据车对车通信可确定的是，缓慢移动的交通的消除快速发生并且在继续延伸中以更高的概率可以考虑自由行驶和由此更高的发电机转速。假如通过车辆的雨传感器的关于“小雨”的信息补充关于即将要驶入的区域的天气消息，那么在涉及的区域中实际上出现强降雨的概率提高并由此由于具有高等级的雨刮器的运行对发电机输出功率的要求提高。
在一继续的步骤(7)中，确定在步骤(6)中在其出现概率方面被确定的边界条件的优先级。这表示以确定的概率出现的边界条件根据其重要性排列。例如可以分级为更重要的是，雨刮器运行以最高的等级被期待，与由于可能自由行驶引起的更高的发电机转速相比。
假如电压间隔具有在目标通道之下的车载电网电压，根据步骤(7)的确定优先权指示，发电机输出电压将由于高度重要的雨刮器运行而降低。作为控制值因此在步骤(10)中计算要提升的发电机输出电压。
系统的控制在选择的例子中通过作为控制参量的发电机的激励电流实现。
该方法导致，在到达具有强降雨的降雨区域时最高雨刮器等级的电气负载不导致发电机输出电压的临界值，而是导致发电机输出电压的正常值，因为已经预测地提高激励电流。因此可以将该方法称为预测的能量管理。
根据另一实施形式可以有用的是，当在步骤(7)中确定边界条件的优先权之后，确定系统的另一特征参量(8)并且对于该特征参量以所述的方式(9或2’至7’)获得附加的边界条件并且确定其优先权。这例如当根据步骤(7)的确定优先权不显示重要的边界条件时是有意义的。
在另一实施形式中，在车辆的电能管理系统的范围中在行驶运行期间连续地重复该方法。因为该方法不仅可用于车辆的车载电网的电压稳定性，而是例如也可用于车载电网的效率，所以通过这种方式可以实现电压稳定的并且电能有效的电气行驶运行，因为电能管理系统在进入电气系统的一个状态之前如此调节控制值，使得电气系统的更有利的状态在该时刻出现。
在所述的实施例中雨刮器的接通不导致车载电网中的电压扰动，因为给发电机的激励电流预测地分配控制值，该控制值补偿由于雨刮器运行引起的在车载电网中的另外的负载。

Claims (6)

1.用于调节电气系统的方法，其特征在于：
确定电气系统的第一特征参量(1)；
对于该第一特征参量确定适合的第一组优化参量(2)；
确定对于第一组优化参量适合的第一组参考参量(3)；
对于第一组参考参量确定第一组当前边界条件(4)；
对于第一组当前边界条件中的每个边界条件进行预测(5)，以便获得第一组预测的边界条件；
给第一组预测的边界条件中的每个预测的边界条件配置一个概率(6)，以便获得第一组预测的概率确定的边界条件；
确定第一组当前边界条件和第一组预测的概率确定的边界条件中的所有边界条件的优先权(7)，以便获得有优先权的边界条件；
根据有优先权的边界条件计算至少一个控制值(10)；
以所述至少一个控制值控制所述系统(11)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
直接在确定第一组当前边界条件和第一组预测的概率确定的边界条件中的所有边界条件的优先权(7)之后，确定系统的第二特征参量(8)；
对于第二特征参量确定适合的第二组优化参量(2’)；
确定对于第二组优化参量适合的第二组参考参量(3’)；
对于第二组参考参量确定第二组当前边界条件(4’)；
对于第二组当前边界条件中的每个边界条件进行预测(5’)，以便获得第二组预测的边界条件；
给第二组预测的边界条件中的每个预测的边界条件配置一个概率(6’)，以便获得第二组预测的概率确定的边界条件；
确定第一组当前边界条件、第一组预测的概率确定的边界条件、第二组当前边界条件和第二组预测的概率确定的边界条件中的所有边界条件的优先权(7’)，以便获得有优先权的边界条件；
根据有优先权的边界条件计算至少一个控制值(10)；
以该至少一个控制值控制所述系统(11)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，连续重复根据权利要求1所述的方法。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，连续重复根据权利要求2所述的方法。
5.车辆，其特征在于，
该车辆包括电气系统；
该电气系统包括车载电网；
该车载电网包括多个可控的电能陷阱；
该车载电网包括多个可控的电源；
电气系统包括电子车载数据网，通过该电子车载数据网可检测车辆内部和车辆外部的信息；
电能管理系统控制所述多个可控的电能陷阱和所述多个可控的电源；
根据权利要求1至4之一的所述方法是电能管理系统的组成部分。
6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，为了边界条件的预测，分析处理车辆内部和车辆外部的信息。
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