CN111542982A - 用于调节车辆的蓄能器的控制单元和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的控制单元，该车辆包括用于储存用于电驱动机的电能的电蓄能器。控制单元被配置为确定车辆驶向充电站以便对蓄能器充电。控制单元还被配置为：响应于确定车辆驶向充电站以便对蓄能器充电，在车辆的行驶期间采取消耗不变的或消耗减少的一个或多个措施，以便降低蓄能器的温度来准备对蓄能器充电。

Description

用于调节车辆的蓄能器的控制单元和方法
技术领域
本发明涉及一种至少部分地电驱动的车辆。特别地，本发明涉及一种用于调节至少部分地电驱动的车辆的电蓄能器来准备充电过程的控制单元以及相应的方法。
背景技术
至少部分地电驱动的车辆具有电驱动机，该电驱动机被供给来自电蓄能器(例如，基于锂离子的蓄能器)的电能。蓄能器通常具有300V或更高的额定电压。
优选地，蓄能器具有尽可能大的存储容量，以便实现尽可能大的车辆续航里程。另一方面，用于对蓄能器充电的充电时间随着存储容量的增大而增加。可以通过使用快速充电方法(例如，利用特别高的充电电流)来缩短充电时间。然而，快速充电方法的使用通常导致在蓄能器上产生相对高的热量，因此导致相对高的蓄能器冷却需求。蓄能器的冷却通常与相对高的能量消耗相关联，这降低了充电过程的能量效率，并且因此降低了车辆的能量效率。
发明内容
本文件的技术目的是以高能量效率的方式实现车辆的(快速)充电过程。
该目的通过独立权利要求实现。尤其在从属权利要求中描述了有利实施方式。应当指出的是，从属于独立权利要求的权利要求的附加特征可以在没有独立权利要求的特征的情况下，或在仅与独立权利要求的特征的子集相组合的情况下形成自己的且独立于独立权利要求的所有特征的组合的发明，该发明可以作为独立权利要求、分案申请或后续申请的主题。这以同样的方式适用于说明书中所描述的、可以形成独立于独立权利要求的特征的发明的技术教导。
根据一个方面，描述了一种用于车辆的控制单元。车辆至少部分地电驱动。特别地，车辆包括用于储存用于车辆的电驱动机的电能的电蓄能器。蓄能器通常具有300V或更高的额定电压。
控制单元被配置为确定车辆驶向充电站以便对蓄能器充电。换句话说，可以确定在车辆的(当前)行驶之后应当立即进行用于对蓄能器充电的充电过程。为了对此进行预测，控制单元可以被配置为获取与车辆的计划行驶路线有关的导航数据。导航数据例如可以指示用于对蓄能器充电的充电站作为行驶路线的目的地或路段。备选地或附加地，控制单元可以被配置为获取与用户通过车辆用户接口的输入有关的输入数据。例如，可以使车辆的用户(特别地，驾驶员)能够通过用户接口明确地规定：在车辆的当前行驶之后，应当立即进行充电过程。然后，可以基于导航数据和/或输入数据来确定：车辆驶向充电站以便对蓄能器充电，和/或在当前行驶之后应当立即进行充电过程。
控制单元还被配置为：作为响应(即，响应于确定车辆正在驶向充电站)，在车辆的行驶期间采取消耗不变的或消耗减少的一个或多个措施，以便降低蓄能器的温度来准备对蓄能器充电。在这里，一个或多个措施特别地可以被设置为，特别地与在未采取一个或多个措施的情形下存在的温度相比，降低在开始对蓄能器充电时蓄能器的(初始)温度。
因此，控制单元被配置为，在车辆的行驶期间就以高能量效率的方式为在该行驶之后立即进行的充电过程准备车辆的电蓄能器。特别地可以使得蓄能器在充电过程开始时具有相对低的初始温度。这实现快速充电，即，使用相对高的充电功率，从而缩短充电过程的充电时间。因此，例如可以实现具有约50kW、150kW或更高功率的DC充电。
在这里，通过控制单元采取消耗不变的或消耗减少的一个或多个措施。换句话说，采取一个或多个如下的措施，通过这样的措施虽然可以降低蓄能器的温度，但是至少不提高车辆的电能消耗。因此，电蓄能器在充电过程开始时具有相对高的充电状态。特别地，与未采取一个或多个措施的情况相比，充电状态可能较高。通过提高蓄能器在充电过程开始时的充电状态，可以实现充电时间的进一步缩短。
因此，控制单元使得能够以高能量效率的方式进行快速充电过程，从而缩短至少部分地电驱动的车辆的蓄能器的充电时间。
一个或多个措施可以包括激活车辆的用电器的节能模式或者禁用用电器。在这里，用电器优选地可以用于提供舒适功能，例如用于调节车辆客舱的空气和/或用于调节车辆座椅的温度。因此，可以减小车辆的电能消耗，从而减小电蓄能器的负载。这又导致蓄能器的温度降低或小幅提高。因此，特别地，(与未采取一个或多个措施的情况相比)可以以可靠的方式使得蓄能器在充电过程开始时的初始温度降低。
一个或多个措施可以包括降低车辆的由电驱动机引起的车辆速度。通常，电能消耗随着车辆速度的增加而增大，因此电蓄能器的负载随着车辆速度的增加而增大。在这里，电驱动功率通常构成由电蓄能器提供的电能的大部分。因此，通过调整车辆速度，可以以特别有效的方式调整、特别是降低蓄能器的温度。
控制单元可以被配置为获取与由于车辆速度的降低而导致的对蓄能器充电所需的充电时间的减小有关的时间信息。特别地，可以获取或预测：通过降低车辆速度可以在何种程度上降低蓄能器在充电过程开始时的初始温度。降低的初始温度实现提高的充电功率，因此使得充电时间缩短。此外，可以获取或预测通过降低车辆速度得到的蓄能器在充电过程开始时的充电状态。通过相对较高的充电状态，同样可以缩短所需的充电时间。因此，可以获取，通过降低车辆速度可以在何种程度上缩短充电时间。另一方面，可以基于降低的车辆速度获取行驶时间的增加。
于是，控制单元可以被配置为根据时间信息获取要使用的行驶速度。在这里，行驶速度可以被获取为使得用于驶向充电站以及用于对蓄能器充电的总时间消耗减小、特别地最小化。因此，使得能够特别可靠地且大幅地减少蓄能器的充电时间。
在至少部分地自动行驶的车辆的情况下，可以自动降低车辆速度。备选地或附加地，可以通过输出与要使用的车辆速度有关的信息来促使车辆的驾驶员根据所获取的行驶速度将车辆驶向充电站。
控制单元可以被配置为确定用于对蓄能器充电的充电功率。必要时，仅当充电功率等于或大于(例如50kW或更高的)功率阈值时，才采取一个或多个措施。例如，仅当确定在行驶之后应当立即(以相对高的充电功率)进行快速充电过程时，才为充电过程准备或调节蓄能器，即，采取一个或多个措施。另一方面，必要时可以省略准备或调节蓄能器(因为在使用相对低的充电功率的充电过程中，通常不需要这类准备)。因此，可以进一步提高对于车辆用户的舒适性。
控制单元可以被配置为引起向车辆用户的视觉输出和/或听觉输出和/或触觉输出，以便指示可以或应当采取一个或多个措施以降低蓄能器的温度。然后，可以根据用户的输入来采取一个或多个措施。特别地，可以建议车辆用户采取一个或多个措施以准备或调节蓄能器。然后，用户可以选择是否应当采取一个或多个措施，并且必要时可以选择应当采取哪个或哪些措施。因此，可以进一步提高对于车辆用户的舒适性。
一个或多个措施可以包括提高用于冷却电蓄能器的气流。在这里，可以通过行驶中的车辆的行车风产生气流。例如，通过打开例如在车辆前部处的一个或多个格栅和/或一个或多个空气通道以利用提高的空气体积流量环绕蓄能器流动，可以以消耗不变的方式提高气流。因此，可以(必要时在提高流动噪声的情况下)降低蓄能器的温度。
控制单元还可以被配置为预先通过无线通信连接通知充电站：车辆驶向充电站以便对蓄能器充电。此外，可以预定充电站以便对蓄能器充电。为此，可以预测到达充电站的预计到达时刻，以便预定用于对蓄能器充电的合适的时间段。因此，控制单元可以被配置为在如下的充电站预先通知(快速)充电过程，对于为蓄能器充电而言优选地驶向这样的充电站。可选地，可以从车辆的预计到达开始以计算出的充电持续时间预定充电站。因此，可以确保对蓄能器的预调节可以真正用于执行加速的充电过程。因此，可以进一步提高对于用户的舒适性。
根据另一方面，描述了一种用于运行车辆的方法。特别地，该方法可以被设计为提高车辆用户的舒适性(特别是通过缩短车辆的电蓄能器所需的充电时间)。方法包括确定车辆驶向充电站以便对蓄能器充电。方法还包括：响应于确定车辆驶向充电站，在车辆的行驶期间采取消耗不变的或消耗减少的一个或多个措施，以便降低蓄能器的温度来准备对蓄能器充电，或者以便减少蓄能器温度的升高来准备对蓄能器充电。
根据另一方面，描述了一种道路机动车辆(特别是乘用车或卡车或公交车或摩托车)，该道路机动车辆包括在本文件中描述的控制单元。
根据另一方面，描述了一种软件(SW)程序。该SW程序可以被配置为在处理器上(例如，在车辆的控制器上)运行，并且通过这种方式执行在本文件中描述的方法。
根据另一方面，描述了一种存储介质。该存储介质可以包括SW程序，该SW程序被配置为在处理器上运行，并且通过这种方式执行在本文件中描述的方法。
应当注意的是，本文件中描述的方法、装置和系统不仅可以单独地使用，而且可以以与本文件中描述的其它方法、装置和系统组合的方式使用。此外，本文件中描述的方法、装置和系统的任何方面可以以多种方式相互组合。特别地，权利要求的特征可以以多种方式相互组合。
附图说明
在下文中根据实施例详细描述本发明。其中：
图1示出了车辆的示例性部件；并且
图2示出了用于为充电过程准备车辆的示例性方法的流程图。
具体实施方式
如在上文中阐述的，本文件涉及提高至少部分地电驱动的车辆的能量效率，并且特别地涉及提高用于对车辆蓄能器充电的(快速)充电过程的能量效率。
通常，特别是在充电过程期间，车辆的电蓄能器应当不超过特定的最高温度。然而，在充电过程中，由于流动的充电电流而在车辆的蓄能器中产生热功率，蓄能器的温度由于该热功率而提高。在这里，热功率取决于充电功率，并且通常随着充电功率增加而增加。在充电过程期间，可以(通过运行车辆冷却系统)主动地和/或(通过与环境空气对流)被动地冷却蓄能器，以便排出至少一部分热功率。
通过降低蓄能器在充电过程开始时的温度，可以降低冷却蓄能器所需的冷却功率。特别地，通过降低蓄能器在充电过程开始时的初始温度，可以提高如下的热能的量，这样的热能可以被蓄能器吸收直至达到最高温度(并且因此不必以冷却功率的形式施加)。
图1示出了具有车辆100的示例性部件的框图。车辆100包括控制单元101，该控制单元101被配置为确定车辆100驶向充电站以便对电蓄能器103充电。这可以例如基于车辆100的用户接口102的输入数据来获取。备选地或附加地，这可以基于导航系统的导航数据(例如，基于导航系统的路线规划)来获取。
控制单元101还可以被配置为：响应于已经确定车辆100正在驶向充电站，采取一个或多个措施，以便降低蓄能器103的温度。特别地，可以采取一个或多个如下的措施，(与在未采取一个或多个措施的情况下到达充电站时蓄能器103所具有的温度相比)通过这样的措施降低达到充电站时蓄能器103的温度。
在这里，一个可行的措施是激活蓄能器103的冷却系统104。然而，冷却系统104的运行通常导致车辆的较高的(电)能量消耗，并且因此导致蓄能器103的充电状态的额外下降。因此，在充电过程中由蓄能器103吸收的电能的量提高，从而又提高了所产生的热能的量。因此，虽然通过冷却系统104的起准备作用的运行，可以降低蓄能器103在到达充电站时的温度(以便为充电过程提供较大的温度缓冲)。另一方面，由于蓄能器103在到达充电站时的充电状态降低而提高了待充入的电能的量，因此又至少部分地减小了温度缓冲。
因此，一个或多个措施优选地包括就车辆100的电消耗而言至少是消耗不变的、且优选是消耗减少的一个或多个措施。特别地，为了对充电过程做准备，在车辆100的行驶期间禁用车辆100的一个或多个用电器105或者使一个或多个用电器105进入节能模式，以便降低车辆100的电消耗，从而降低蓄能器103的负载，从而降低蓄能器103的温度(或减少蓄能器103的温度升高)。备选地或附加地，可以采取一个或多个(消耗不变的)措施，以便在车辆100的行驶期间提高用于冷却蓄能器103的冷却功率。
示例性措施是：
·降低车辆速度，从而减小车辆100所需的驱动功率和电流消耗。这导致升温的减少或蓄能器103的冷却。
·通过在车辆前部中的格栅或者通过一个或多个相应装置，可以在车辆100的行驶期间实现对蓄能器103的提高的入流，这改善了蓄能器103的冷却。在这里，蓄能器103必要时可以具有散热器，以便实现改善的热交换。备选地或附加地，可以调整车辆100的车辆速度，以便就排出的热量而言改善蓄能器103上的入流性能。
·关闭或减少用于舒适性功能的一个或多个用电器，诸如加热座椅或空调。
车辆速度可以被降低为使得到充电站的行驶时间与对蓄能器103充电的充电时间之和改善、特别是最小化。通常，蓄能器103在充电过程开始时的初始温度的降低使得能够提高充电过程的充电功率，从而加速充电过程。此外，车辆速度的降低通常导致能量消耗减少，从而导致蓄能器103在到达充电站时的较高的充电状态，这同样对所需的充电时间有积极影响。因此，在车辆速度降低(以及到充电站的行驶时间相应延长)的情况下，还可以减小行驶时间与充电时间之和。
用于降低蓄能器103的温度来准备充电过程的一个或多个措施可以被整合在车辆100的一个行驶模式中(例如，充电准备行驶模式)。控制单元101可以被配置为通过车辆100的用户接口102向车辆100的用户、特别是驾驶员输出输出信息，该输出信息指示应当激活充电准备行驶模式以便准备充电过程。然后，可以根据所检测到的用户输入来激活或不激活充电准备行驶模式。
图2示出了用于运行车辆100的示例性方法200的流程图。车辆100包括用于储存用于电驱动机的电能的电蓄能器103。可以通过车辆100的控制单元101执行方法200。方法200包括确定201车辆100驶向充电站以便对蓄能器103充电。这可以例如基于车辆100的计划行驶路线和/或基于车辆100的用户输入来获取或确定。
方法200还包括：响应于已经确定车辆100正在驶向充电站以便对车辆100充电，在车辆100的行驶期间采取202消耗不变的或消耗减少的一个或多个措施，以便降低蓄能器103的温度来准备对蓄能器103充电。特别地，通过一个或多个措施可以使得在充电站处的充电过程开始时，蓄能器103具有降低的初始温度。因此，可以提高充电过程的充电功率，从而缩短充电时间。此外，通过限制于采取消耗不变的或消耗减少的措施，使得在充电过程开始时，蓄能器103具有相对较高的充电状态，因此可以进一步缩短达到特定的(例如，接近100％的)目标充电状态所需的充电时间。
在本文件中描述的措施使得能够以高能量效率的方式为(快速)充电过程准备车辆100的蓄能器103。因此，可以提高车辆100的能量效率。因此，还可以缩短用于充电过程的充电时间。
本发明并不限于所示出的实施例。特别地，应当注意的是，说明书和附图仅旨在说明所提出的方法、装置和系统的原理。

Claims (11)

1.一种用于车辆(100)的控制单元(101)，所述车辆包括用于储存用于电驱动机的电能的电蓄能器(103)；其中所述控制单元(101)被配置为，
-确定所述车辆(100)驶向充电站以便对所述蓄能器(103)充电；并且
-响应于所述确定，在所述车辆(100)的行驶期间采取消耗不变的或消耗减少的一个或多个措施，以便降低所述蓄能器(103)的温度来准备对所述蓄能器(103)充电。
2.根据权利要求1所述的控制单元(101)，其中所述一个或多个措施包括激活所述车辆(100)的用电器(105)的节能模式或者禁用所述用电器(105)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的控制单元(101)，其中所述一个或多个措施包括降低所述车辆(100)的由所述电驱动机引起的车辆速度。
4.根据权利要求3所述的控制单元(101)，其中所述控制单元(101)被配置为，
-获取与由于所述车辆速度的降低而导致的对所述蓄能器(103)充电所需的充电时间的减小有关的时间信息；并且
-根据所述时间信息获取所述车辆速度，特别地使得用于驶向所述充电站以及用于对所述蓄能器(103)充电的总时间消耗减小。
5.根据前述权利要求中任一项所述的控制单元(101)，其中所述控制单元(101)被配置为，
-确定用于对所述蓄能器(103)充电的充电功率；并且
-仅当所述充电功率等于或大于功率阈值时，才采取所述一个或多个措施。
6.根据前述权利要求中任一项所述的控制单元(101)，其中所述一个或多个措施被设置为，与在未采取所述一个或多个措施的情形下存在的温度相比，降低所述蓄能器(103)在所述充电开始时的温度。
7.根据前述权利要求中任一项所述的控制单元(101)，其中所述控制单元被配置为，
-获取与所述车辆(100)的计划行驶路线有关的导航数据；和/或
-获取与用户通过所述车辆(100)的用户接口(102)的输入有关的输入数据；并且
-基于所述导航数据和/或所述输入数据来确定所述车辆(100)驶向充电站以便对所述蓄能器(103)充电。
8.根据前述权利要求中任一项所述的控制单元(101)，其中所述控制单元被配置为，
-引起向所述车辆(100)的用户的视觉输出和/或听觉输出和/或触觉输出，以便指示应当采取所述一个或多个措施以降低所述蓄能器(103)的温度；并且
-根据所述用户的输入来采取所述一个或多个措施。
9.根据前述权利要求中任一项所述的控制单元(101)，其中所述一个或多个措施包括提高用于冷却所述电蓄能器(103)的气流。
10.根据前述权利要求中任一项所述的控制单元(101)，其中所述控制单元(101)被配置为，
-预先通过无线通信连接通知所述充电站：所述车辆(100)驶向所述充电站以便对所述蓄能器(103)充电；和/或
-预定所述充电站以便对所述蓄能器(103)充电。
11.一种用于运行车辆(100)的方法(200)；其中所述车辆(100)包括用于储存用于电驱动机的电能的电蓄能器(103)；其中所述方法(200)包括，
-确定(201)所述车辆(100)驶向充电站以便为所述蓄能器(103)充电；并且
-响应于所述确定，在所述车辆(100)的行驶期间采取消耗不变的或消耗减少的一个或多个措施，以便降低所述蓄能器(103)的温度来准备对所述蓄能器(103)充电。
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