CZ299557B6 - Zpusob k ovládání elektrických spotrebicu ve vozidle a zarízení k provádení tohoto zpusobu - Google Patents

Abstract

Je navržen zpusob a zarízení k ovládání elektrických spotrebicu ve vozidle, kde je upravena ovládací struktura pro spotrebice, která sestává z centrálního nadrízeného rízení (VM) spotrebicu, které ohledne výkonu spotrebicu prijímá od spotrebicu jednotlive nebo v souctu shrnuté požadavky, pricemž ovládací struktura dále obsahuje centrální nadrízenérízení (KBM) síte a koordinátor (KBN) elektrické síte a výroby jejího výkonu a dodávání jejího výkonu. Centrální rízení (KBM) síte prijímá z rízení (VM) spotrebicu soucet požadovaného výkonu elektrických spotrebicu a porovnává jej s vyrábeným a dodávaným elektrickým výkonem v síti a v závislosti navýsledku tohoto porovnání vydává príkazy pro vytvorení výkonu do koordinátoru (KBN) elektrické sítea/nebo príkazy pro odber výkonu do rízení (VM) spotrebicu. Koordinátor (KBN) elektrické síte prostrednictvím príkazu do komponentu síte nastavuje vyžádaný elektrický výkon a rízení (VM) spotrebicu odebírá ovládáním spotrebicu celý elektrický výkon vyrábený a dodávaný komponenty síte.

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu ovládání elektrických spotřebičů ve vozidle, kde se pro spotřebiče upraví ovládací struktura, která sestává z centrálního nadřízeného řízení spotřebičů, které přijímá od spotřebičů jednotlivě nebo v součtu shrnuté požadavky ohledně výkonu spotřebičů, přičemž tato ovládací struktura dále obsahuje centrální nadřízené řízení sítě a koordinátor elektrické sítě a výroby jejího výkonu a dodávání jejího výkonu. Vynález se dále týká zařízení k ovládání elektrických spotřebičů ve vozidle.

Dosavadní stav techniky

Způsoby a zařízení jsou známy například ze spisu DE-C 39 36 638, ve kterém se v závislosti na napětí sítě vypínají skupinovým způsobem elektrické spotřebiče se zřetelem na nabíjecí bilanci akumulátoru. Přitom se skupina vypíná vždy kompletně. Skupinové rozdělení je statické, to zna20 mená, že určitý spotřebič patří vždy ke stejné skupině. Dále se tímto způsobem nepokrývá opačný případ, totiž že se elektrické spotřebiče zapínají například na základě požadavků hnacího řetězce.

Je také žádoucí provést ovládání elektrických spotřebičů, u kterého je zapínání a vypínání těchto spotřebičů koordinováno přes nadřízené řízení spotřebičů v rámci celkového ovládání vozidla, elektrické sítě nebo řízení energie.

Celkové ovládání vozidla je popisováno například ve spisu DE-A-41 11 023 (Patent US 5 351 776), kde je pro regulační úkoly použita hierarchická příkazová struktura. Ovládací struktura, kteráje zde popsána, zahrnuje koordinační elementy, které převádějí příkaz z vyšší hierarchické roviny na příkaz pro elementy podřízené hierarchické roviny. Obsahem příkazů, předávaných dále z horní do dolní hierarchické struktury, jsou fyzikální veličiny, které určují rozhraní mezi jednotlivými hierarchickými rovinami. Popsaná rozhraní se přitom orientují na fyzikální danosti pohybu vozidla, zejména hnacího řetězce a brzd. Pozorování, vycházející z ovládání vozidla, vzhledem k ovládání spotřebičů nebo rozdělování energie v elektrické síti nejsou popisována.

Ze spisu DE-A 1 97 09 317 je znám princip hierarchické základní struktury celkového systému vozidla. Jako zadavatel je zde koordinátor vozidla pro komponenty pohon (zdroj mechanického výkonu), pohyb vozidla, karosérie a vnitřní prostor a elektrická síť (zdroj elektrického výkonu). Komunikace mezi jednotlivými komponenty této struktury vzniká pouze mezi nadřízeným komponentem a komponenty, které jsou na něj odkázány v rámci předem pevně daných komunikačních vztahů. Těmi jsou příkaz, kteiý je zadáván zásadně od komponentu ve vyšší hierarchické rovině ke komponentu v nižší hierarchické rovině, a který musí být pověřeným komponentem splněn, požadavek, který je zadáván komponentem v nižší hierarchické rovině vůči komponentu ve vyšší hierarchické rovině a který by měl požadovaný komponent splnit, a dotaz, u kterého se očekává, že dotazovaný komponent odpoví komponentu, který se táže. V rámci těchto předem daných komunikačních vztahů mezi komponenty se ovládání vozidla odehrává. K ovládání vozidla se předávají pevně předem zadané fyzikální veličiny, které představují definované roz50 hraní mezi jednotlivými komponenty. Vybavení koordinátoru elektrické sítě vozidla nebo údaje pro spojení s ovládáním elektrických spotřebičů popisovány nejsou.

Je spíše uveden systém pro ovládání elektrických spotřebičů ve vozidle, přičemž je upravena ovládací struktura pro tyto spotřebiče, která sestává z centrálního nadřazeného koordinátoru

-1 CZ 299557 B6 vozidla, který přijímá požadavky spotřebičů na prostředky a potenciál vytvořitelného elektrického výkonu a tyto navzájem porovnává a v závislosti na výsledku porovnání přiděluje prostředky spotřebičům. Konkrétní vytvoření tohoto centrálního koordinátoru není uvedeno. Ovládání spotřebičů, ohledně dávání přednosti, požadavků na výkon a vytváření výkonu je rozdělováno na jednotlivé komponenty decentrálně.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je optimalizovat plánování prostředků a jejich přidělování s ohledem na tento zmíněný dosavadní stav techniky.

Uvedený úkol splňuje způsob ovládání elektrických spotřebičů ve vozidle, kde se pro spotřebiče upraví ovládací struktura, která sestává z centrálního nadřízeného řízení spotřebičů, které přijímá od spotřebičů jednotlivě nebo v součtu shrnuté požadavky ohledně výkonu spotřebičů, přičemž tato ovládací struktura dále obsahuje centrální nadřízené řízení sítě a koordinátor elektrické sítě a výroby jejího výkonu a dodávání jejího výkonu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že centrální řízení sítě přijímá z řízení spotřebičů součet požadovaného výkonu elektrických spotřebičů a porovnává jej s vyráběným a dodávaným elektrickým výkonem v síti a v závislosti na výsledku tohoto porovnání vydává příkazy pro vytvoření výkonu do koordinátoru elektrické sítě a/nebo příkazy pro odběr výkonu do řízení spotřebičů, přičemž koordinátor elektrické sítě prostřednictvím příkazů do komponentů sítě nastavuje vyžádaný elektrický výkon a řízení spotřebičů odebírá ovládáním spotřebičů celý elektrický výkon vyráběný a dodávaný komponenty sítě.

Spotřebiče požadují od řízení spotřebičů s výhodou elektrický výkon jako špičkový výkon, jmenovitý výkon a minimální výkon, který je potřebný pro smysluplný provoz spotřebičů.

Skupiny spotřebičů se s výhodou sdruží a přiřadí se koordinátoru spotřebičů, který jednotlivé požadavky spotřebičů shrnuje a odevzdává do řízení spotřebičů. Koordinátory spotřebičů vytvá30 řejí s výhodou vždy součty požadovaných výkonů a stanovují priority spotřebičů podle zadání. Koordinátory spotřebičů přidělují s výhodou elektrický výkon, přidělovaný řízením spotřebičů, do přiřazených spotřebičů ovládáním těchto spotřebičů.

Při nabídce přesahující poptávku elektrického výkonu přidělí řízení spotřebičů elektrický výkon s výhodou koordinátorům, aby byla nabídka přesahující poptávku zlikvidována.

Řízení spotřebičů přijímá s výhodou oddělené požadavky na špičkový výkon a jmenovitý výkon, sumarizuje špičkový výkon a stanovuje možnost jeho realizace.

Při nerealizovatelném požadavku na špičkový výkon se s výhodou výkon přidělí spotřebiči s vyšší prioritou a požadavek na jmenovitý výkon se odpovídajícím způsobem zkoriguje.

Řízení spotřebičů je jako komponent s výhodou podřízeno řízení elektrické sítě, přičemž řízení elektrické sítě koordinuje generátor, akumulátor, hnací řetězec a řízení spotřebičů ohledně výro45 by a rozdělování elektrického výkonu.

Uvedený úkol dále splňuje zařízení k ovládání elektrických spotřebičů ve vozidle, s ovládací strukturou pro spotřebiče, která sestává z centrálního nadřízeného řízení spotřebičů, které přijímá od spotřebičů jednotlivě nebo jako součty shrnuté požadavky ohledně výkonu spotřebičů, při50 čemž tato ovládací struktura dále obsahuje centrální nadřízené řízení elektrické sítě a koordinátor elektrické sítě a výroby jejího výkonu a dodávání jejího výkonu, podle vynálezu, jehož podstatou je, že centrální řízení sítě je upraveno pro přijímání součtu požadovaného výkonu elektrických spotřebičů z řízení spotřebičů a pro jeho porovnávání s vyráběným a dodávaným elektrickým výkonem v síti a pro vydávání příkazů pro vytvoření výkonu do koordinátoru elektrické sítě a/ne-2CZ 299557 B6 bo příkazů pro odběr výkonu do řízení spotřebičů v závislosti na výsledku tohoto porovnání, přičemž koordinátor elektrické sítě je upraven pro nastavování vyžádaného elektrického výkonu prostřednictvím příkazů do komponentů sítě, a řízení spotřebičů je upraveno pro odběr celého elektrického výkonu vyráběného a dodávaného komponenty sítě ovládáním spotřebičů.

V rámci nadřízené elektrické sítě nebo řízení energie má řízení spotřebičů za úkol požadovat elektrický výkon spotřebičů a rozdělovat přidělený elektrický výkon k jednotlivým elektrickým spotřebičům. Prostřednictvím řízení spotřebičů je možno dosáhnout optimální koordinace hnacího řetězce, výroby výkonu, jeho akumulace a spotřeby.

Díky zapojení řízení spotřebičů do hierarchické celkové struktury vozidla je dosaženo větší přehlednosti celého systému a systému ovládání spotřebičů aje umožněn modulární vývoj softwaru.

Výhodné je zejména to, že struktura řízení spotřebičů je obzvlášť jednoduchá. Rozhraní mezi jednotlivými komponenty a vyměňované veličiny jsou čistě logické povahy, to znamená nezávislé na hardwaru a provedení. Jako výhoda se tím získá možnost opětovného použití softwaru, snadná možnost rozšiřování, dobrá přehlednost a lehká možnost aplikace.

Dále je výhodné, že souhra generátoru, regulátoru napětí, elektrických spotřebičů, akumulátoru a eventuálně použitých měničů DC/DC je koordinována, stejně jako může být připravena případná koordinace s hnacím řetězcem.

Řízení spotřebičů má v rámci nadřízeného řízení elektrické sítě úkol požadovat elektrický výkon, přidělený elektrický výkon rozdělit a koordinovat spínací časy spotřebičů, aby se zabránilo nepří25 pustné spínací špičce (například současnému sepnutí spotřebičů s rozběhovým proudem (elektromotory, světla, ...)). Tím se docílí koordinace všech spotřebičů, která je optimální se zřetelem na spotřebu a komfort vždy podle požadavku.

Výhodné je realizovat přidělování výkonu prostřednictvím regulovaného záběru spotřebičů, spouštěného softwarem. Může to být tvrdým zapnutím, respektive vypnutím spotřebičů, nebo například nastavením elektrického spotřebiče pomocí pulzní rozšířené modulace.

Pro přidělení elektrického výkonu a koordinaci spotřebičů jsou nutné informace o spotřebičích. Proto jsou všechny elektrické spotřebiče klasifikovány pro přidělování výkonu podle priorit.

Rozlišují se přitom nejméně tři stupně priorit (je myslitelné jemnější rozdělení): nejvyšší prioritu mají spotřebiče s bezpečnostní relevancí a spotřebiče, které nejsou ovlivnitelné ovládači. Zapnuté spotřebiče s nejvyšší prioritou definují základ, to jest minimální potřebný elektrický výkon pro provoz vozidla, který je připravován za všech okolností. Tyto spotřebiče nejsou zčásti, ovladatelné přes řízení elektrické sítě (přidělování výkonu nikoli přes řízení sítě), ale jsou například pří40 mo napojeny. Jejich výkony jsou však zohledněny ve výkonové bilanci řízení sítě. Střední prioritu mají podmíněně ovladatelné spotřebiče, to jest spotřebiče s malou časovou konstantou, jako například ventilátory pro vnitřní prostor a rádio. Ovládací záběr je tam ze strany uživatele rychle patrný. Nejnižší prioritu mají ovladatelné spotřebiče s velkou časovou konstantou, jako například topení. Ty jsou vhodné pro „komfortně neutrální“ ovládání, protože jejich činnost uživatel rychle nepostřehne. Priority se mění dynamicky, vždy podle stavu spotřebiče. Tak se změní priorita spotřebiče, který je ze strany řízení spotřebičů výkonově redukován, na vyšší stupeň, jakmile je postřehnutelná funkční změna. Ve výhodném případě je možné variabilní ovládání spotřebičů na bázi předem daného rozdělení priorit prostřednictvím řízení spotřebičů.

-3CZ 299557 B6

Přehled obrázků na výkresech

Příklady provedení vynálezu jsou znázorněny na obr. 1 až 5 ajsou blíže vysvětleny v následují5 cím popisu. Pokud se v popisu příkladů provedení hovoří o výkonu, rozumí se jím zpravidla elektrický výkon.

Příklady provedení vynálezu

Struktura řízení spotřebičů závisí na struktuře celkového řízení elektrické sítě. Následně jsou popisována dvě provedení (viz obr. 1 a 2).

Obr. 1 znázorňuje první příklad provedení celkového ovládání vozidla. To je v podstatě známé ze stavu techniky uvedeného na začátku. Znázorněn je celkový koordinátor vozidla, který zahrnuje řízení elektrické sítě pro regulaci výroby a rozdělování energie a jemuž jsou přiřazeny ovládací komponenty pro pohon, pro pohyb vozidla, pro karosérii a vnitřní prostor a také pro elektrickou síť vozidla. Mezi koordinátorem a komponenty existují komunikační vztahy, známé ze stavu techniky. Elektrické spotřebiče jsou zahrnuty ve všech komponentech. Proto je v tomto příkladu provedení rozděleno řízení spotřebičů na všechny komponenty, včetně koordinátoru vozidla.

Následně je popisován na obr. 3 požadavek na výkon spotřebiče. Jmenovitým výkonem se následně rozumí elektrický výkon, který potřebuje elektrický spotřebič v požadovaném přechodném provozním stavu. Ten může být závislý na zvoleném stupni (například stupeň ventilátoru 1-3, požadovaná rychlost stěrače atd.).

Jednotlivé elektrické spotřebiče VI až Vn (například elektrické vodní čerpadlo, elektrický ventilátor chlazení motoru), VI až Vm (například elektrohydraulické brzdy, elektrické servořízení), VI až Vy (například vyhřívání sedadel, větrání vnitřního prostoru), VI až Vx (elektrické spotře30 biče v síti nejsou nyní známé, je na ně ale pro úplnost pamatováno) komponentů vozidla požadují elektrický výkon u koordinátoru VK spotřebičů příslušných komponentů (symbolizováno komunikačním vztahem JH). Tento požadavek výkonu obsahuje pro každé napětí sítě, které je k dispozici, jmenovitý výkon spotřebiče, jeho minimální výkon, potřebný k provozu (například elektrický výkon pro překonání statického tření u elektromotorů) a jeho špičkový výkon (napří35 klad rozběhový proud) při spínání, včetně dynamických poměrů (charakteristické hodnoty). Tyto tři hodnoty charakterizují elektrické spotřebiče VI až Vn instalované ve vozidle ajsou dány pro každý spotřebič, například ve formě tabulky.

Koordinátor VK spotřebičů stanoví podle předem daného přiřazení, které je měnitelné podle případu použití, priority spotřebiče a sumarizuje výkonové požadavky v závislosti na těchto prioritách. Špičkové výkony jsou klasifikovány dodatečně, aby se zjednodušilo přidělování výkonu od koordinátoru FZK vozidla ke komponentům. Při přidělování musí být známo, jaké je složení požadovaného špičkového výkonu, zda například požadavek výkonu pochází od jednoho nebo více spotřebičů jednoho komponentu a jak se požadavek rozdělí na jednotlivé komponenty. Kla45 sifikace je možná například na základě diferenčního výkonu ΔΡ (AP=Pmax-Psoll, sPmax: absolutní hodnotou výkonové špičky. Psoll: požadovaným jmenovitým výkonem). Počet a rozsah tříd je stanoven podle případu použití a odpovídá osazeným spotřebičům. Jako dodatečný rozlišovací znak je možný údaj o počtu spotřebičů se špičkovým výkonem na třídu.

Pro každou prioritu se udávají následující veličiny: požadovaný sumární výkon (jmenovitý výkon a část špičkového výkonu s časovou konstantou větší než doba cyklu řízení sítě), sumární špičkový výkon (špičkový výkon s časovou konstantou menší než doba cyklu řízení sítě) a minimální

-4CZ 299557 B6 výkon, které mohou komponenty zpracovat jako nejmenší jednotky (přidělený výkon je buď nulový, nebo stejně velký jako tento minimální výkon).

Koordinátory VK spotřebičů (viz obr. 3) požadují od koordinátoru FZK vozidla zjištěný špičkový výkon (požadavkový vztah 21). Koordinátor FZK vozidla sumarizuje požadavky jednotlivých komponentů a vyhodnocuje požadavek špičkového výkonu s ohledem na možnost jeho realizace. Příklad realizace je uveden níže. Koordinátor FZK vozidla přiděluje realizovatelný špičkový výkon jednotlivým komponentům (příkazový vztah 3). Komponenty vypočítají v závislosti na přiděleném špičkovém výkonu jmenovitý výkon (viz níže) a požadují jej společně s odpovídajícím minimálním výkonem u koordinátoru FZK vozidla (požadavkový vztah 41). Koordinátor FZK vozidla porovná požadavek s potenciálem připravenosti výkonu elektrické sítě (k tomu je od řízení VM spotřebičů požadován elektrický sumární výkon u řízení KBM sítě (požadavkový vztah 51)). Řízení KBM sítě se u koordinátoru KBN elektrické sítě dotazuje na výkonový potenciál sítě (dotazový vztah 6?). Připravenost elektrického výkonu sítě je určena výrobou výkonu generátorem, potenciálem akumulátoru(ů) a při přepětí sítě dimenzováním použitého DC/DC měniče. Řízení KBM sítě pak porovná požadavek a potenciál a z porovnání určí přidělení elektrického výkonu. Řízení KBM sítě zadá v závislosti na výsledku porovnání příkazy k vyrobení výkonu elektrické síti (příkazový vztah 71) a k odebírání výkonu řízení VN spotřebičů, které opět vydá příkazy odpovídající jednotlivým požadavkům komponentů vozidla (příkazové vztahy 8), ke koordinátorům VK spotřebičů. Koordinátoiy VK spotřebičů jednotlivých komponentů pak zadávají příkazy k odběru 9 výkonu jednotlivým spotřebičům (například zapnou spotřebič).

Následně je blíže popsáno porovnání požadavku výkonu s nabídkou výkonu. Nejdříve je znázor25 něno porovnání špičkového výkonu. Požadovaný špičkový výkon je realizovatelný tehdy, pokud jím vyvolaná změna napětí v elektrické síti zůstává ve specifických hranicích. Přezkoušení je možné prostřednictvím zadání empirických hodnot (aplikačních veličin, například součet špičkového výkonu <1 kW je v zásadě přípustný) nebo on-line simulací účinku s pomocí modelu sítě.

Pokud je požadovaný špičkový výkon realizovatelný, přidělí koordinátor FZK vozidla komponentům odpovídající výkon (například dovolí jejich zapnutí). Není-li špičkový výkon realizovatelný, je v závislosti na prioritě a možnostech nastavení špičkového výkonu přidělen jednotlivým komponentům vozidla maximální přípustný špičkový výkon. Možnost nastavení přiděleného špičkového výkonu v komponentu vozidla může být předem stanovena koordinátorem FZK vozidla prostřednictvím zmíněné klasifikace (nastavení požadavků špičkového výkonu v rozdílných výkonových třídách). Protože řízení vozidla zná dynamické charakteristické hodnoty požadavku špičkového výkonu, může také zadat průběh špičkového výkonu, to jest řízení KBM sítě přidělí časový průběh napojení špičkového výkonu pro výpočetní cyklus řízení KBM sítě. Předpokladem je, že časový interval pro zapnutí, respektive vypnutí jednotlivých spotřebičů je kratší, než časový interval projeden cyklus řízení KBM sítě.

Porovnání jmenovitého výkonu se provádí následujícím způsobem. V závislosti na přiděleném špičkovém výkonu určují koordinátory VK spotřebičů komponentům potřebný jmenovitý výkon. Odpovídá-li přidělený špičkový výkon požadovanému špičkovému výkonu, je požadovaný jmenovitý výkon stejný jako sumární jmenovitý výkon požadovaný od jednotlivých spotřebičů (sumarizovaný požadavek jmenovitého výkonu spotřebiče náležejícího komponentu). Je-li přidělený špičkový výkon menší než požadovaný špičkový výkon, je odběr výkonu jednotlivými spotřebiči časově zpomalen tak, že spínací čas spadá nejdříve do příštího výpočetního intervalu řízení spotřebičů. Koordinátor VK spotřebičů komponentu rozhodne o přidělení špičkového výkonu jednotlivým spotřebičům a výpočtem vyřadí z požadavku jmenovitého výkonu nezohledněný spotřebič. Tuto novou sumu jmenovitého výkonu požaduje koordinátor VK spotřebičů u koordinátoru FZK vozidla.

-5CZ 299557 B6

Může-li elektrická síť dodat požadovaný jmenovitý výkon, pověří koordinátor FZK vozidla síť připravením výkonu a pověří současně komponenty, které dodaný výkon odebírají, to jest zapnou odpovídající spotřebič. Koordinátory VK spotřebičů komponentů pověří spotřebiče odběrem výkonu.

Je-li požadovaný výkon spotřebičů větší než výkon, který je k dispozici, přidělí jej koordinátor FZK vozidla komponentům podle seznamu priorit. Přitom je zohledněn minimální výkon na komponent, to jest přidělený výkon je buď nulový, nebo rovný minimálnímu výkonu, který je ještě smysluplně zužitkovatelný. Příkazový tok probíhá pak analogicky k předchozímu případu, ío Rozdělení výkonu přiděleného komponentem jednotlivým spotřebičům komponentu se odehrává v koordinátoru VK spotřebičů komponentu.

Průběh komunikace při nabídce elektrického výkonu, vyšší než poptávce, je znázorněn na obr. 4.

Nejprve se stanoví přesah nabídky. K tomu účelu dodá komponent pohon a/nebo pohyb vozidla 15 do koordinátoru vozidla, a také do řízení KBM sítě, požadavek týkající se mechanického výkonu (požadavkový vztah U - na obrázku je z důvodů přehlednosti znázorněn jenom mechanický požadavek pohonu. U požadavku pohybu vozidla probíhá scénář analogicky), který má být například realizován generátorem komponentu elektrická síť (například požadavek vyššího zatížení pohonu pro podporu zahřátí nebo požadavek „zpětného získávání brzdné energie“). Řízení KBM sítě se dotazuje přes dotazový vztah 2? na mechanický výkonový potenciál sítě, to jest kolik mechanického zatížení může generátor odebírat v aktuálním provozním bodě (mechanický odebíraný výkon je stejný jako elektrický vydávaný výkon dělený účinností, to jest dotaz má stejný význam jako dotaz na elektrický výkonový potenciál, pokud je známa účinnost, což se zde předpokládá. Účinnost může být například založena jako graf charakteristiky (charakteristika) eta=f (n.P, teplota)). Přes požadavkový vztah 3! obdrží koordinátor FZK vozidla, a také řízení spotřebičů, elektrický výkon, požadovaný přes přiřazené koordinátory VK spotřebičů od spotřebičů jednotlivých komponentů. Je-li menší než elektrický výkon, který je k dispozici na základě požadovaného mechanického výkonu, stanoví koordinátor FZK vozidla (a také řízení KBM sítě nebo řízení VN spotřebičů) přesah nabídky elektrického výkonu.

V tomto případě je dotazován prostřednictvím řízení KBM sítě v koordinátoru FZK vozidla od řízení VN spotřebičů přes dotazový vztah 4? elektrický výkonový potenciál spotřebiče. Řízení VN spotřebičů se ze své strany dotazuje přes dotazový vztah 5? u jednotlivých komponentů, a také u koordinátorů VK spotřebičů, na elektrický potenciál jednotlivých spotřebičů. Elektrický potenciál přitom odpovídá součtu špičkového, popřípadě jmenovitého výkonu (Elektrický potenciál udává, kolik elektrického výkonu je možné dodatečně odebrat zapnutím spotřebičů nebo jejich sepnutím na vyšší výkon při zohlednění přípustného špičkového výkonu). Elektrický výkon pak je požadován řízením VN spotřebičů u řízení KBM sítě (požadavkový vztah 51). Řízení KBM sítě přidělí elektrický výkon, který je k dispozici při realizaci mechanického požadavku, způsobem odpovídajícím prioritám tím, že vydá přes řízení VN spotřebičů příkaz 6 koordinátorům VK spotřebičů k odběru výkonu a koordinátoru KBN elektrické sítě k výrobě elektrického výkonu. Koordinátory VK spotřebičů komponentů pak pověří jednotlivé spotřebiče odběrem odpovídajícího výkonu (příkaz 7).

Alternativně k výše uvedenému průběhu komunikace existuje možnost požadovat špičkový a jmenovitý výkon společně, to jest koordinátory VK spotřebičů jednotlivých komponentů vozidla požadují u koordinátoru FZK vozidla v jednom kroku tři charakteristické veličiny spotřebičů (jmenovitý výkon, minimální výkon a špičkový výkon). Koordinátor FZK vozidla pak vyhodnotí požadavek špičkového výkonu. Pokud je špičkový výkon realizovatelný, je požadavek jmenovi50 tého výkonu zpracován. Není-li špičkový výkon realizovatelný, je jednotlivým komponentům přidělen realizovatelný výkon. Komponenty korigují svůj požadavek jmenovitého výkonu, čímž na základě požadavku špičkového výkonu nepřípustný spotřebič z požadavku jmenovitého výkonu vyřadí. Korigovaný jmenovitý výkon je pak požadován u koordinátoru FZK vozidla. Vyhod-6CZ 299557 B6 nocení požadavku jmenovitého výkonu, jeho přidělení atd. probíhá pak analogicky k uvedenému scénáři.

Na obr. 2 je znázorněn další příklad provedení řízení spotřebičů. U této struktury není posuzová5 no celé vozidlo, ale pouze díly vozidla relevantní k elektrické síti. Řízení sítě má, nebo obdrží poznatky o požadavcích výroby výkonu (komunikace s řízením generátoru), požadavky akumulátoru (komunikace s řízením baterie), požadavky hnacího řetězce, požadavek DC/DC měniče při přepětí sítě a požadavky elektrických spotřebičů, jak je popsáno níže. Jednotlivé požadavky jsou vyhodnoceny a řízení elektrické sítě stanoví na základě priorit nadřízenou strategii, s cílem ío pokud možno nejoptimálněji koordinovat výrobu výkonu, akumulaci, spotřebu a pohon vozidla. To znamená, že stanoví, které požadavky a v jakém rozsahu budou splněny. K tomuto rozhodnutí potřebuje řízení sítě dodatečně informace o potenciálu jednotlivých komponentů (hnací řetězec, generátor, akumulátor, elektrické spotřebiče a DC/DC měnič). Tento potenciál je v případě potřeby požadován u řízení sítě.

Všechny elektrické spotřebiče, včetně ovládání, jsou shrnuty v jednom bloku řízení spotřebičů a dále už nejsou rozděleny do různých strukturálních bloků. Funkčnost je identická s funkčností řízení spotřebičů v prvním příkladu provedení: spotřebiče požadují elektrický výkon u koordinátoru řízení spotřebičů. Požadavek výkonu obsahuje také komponenty jmenovitý výkon, minimál20 ní výkon, který je potřebný pro provoz (například pro překonání statického tření u elektromotorů) a špičkový výkon (například rozběhový proud) při zapínání (včetně dynamických poměrů (charakteristické veličiny)). Stejně tak je potřebný dodatečný údaj o hladině napětí spotřebičů (například 12 V nebo 42 V spotřebiče).

Příkladem realizace hodnot výkonového požadavku je například tabulka se všemi elektrickými spotřebiči, které jsou ve vozidle k dispozici, uložená v ovládacím přístroji. Tato tabulka obsahuje jmenovitý výkon pro každý spotřebič, potřebný minimální výkon, špičkový výkon při spínání, včetně dynamických charakteristických hodnot a napětí sítě, na kterou je spotřebič připojen (například 12 V nebo 42 V). U spotřebičů, které se zapínají ve stupních (například ventilátor pro vnitřní prostor) je každý stupeň vyhodnocován jako jednotlivý spotřebič. Potřebuje-li spotřebič například ovládání spínače, přebírají se hodnoty pro řízení spotřebičů z této tabulky. Tyto výkonové požadavky dostávají různou prioritu. Priority jsou přitom závislé na druhu spotřebiče ajeho určení.

Poté jsou sumarizovány požadavky špičkového výkonu ajsou rozděleny podle priorit a napěťové hladiny. Tato suma špičkového výkonu je požadována koordinátorem řízení spotřebičů u řízení sítě. Řízení sítě vyhodnotí požadavek špičkového výkonu (například Online simulací podle modelu sítě nebo prostřednictvím vyhodnocení empirických hodnot) a přidělí řízení spotřebičů přípustný špičkový výkon, rozdělený podle napěťové hladiny.

Řízení spotřebičů rozdělí přidělený špičkový výkon žádajícím spotřebičům. Pokud je přípustný špičkový výkon menší než požadovaný špičkový výkon, neobdrží elektrické spotřebiče s nejnižší prioritou výkon, který požadují.

V dalším kroku je vytvářen součet požadavků jmenovitého výkonu. Je to suma elektrických spotřebičů, které výkon požadují, ale nemají požadavek na výkon špičkový, a současně jmenovitý výkon spotřebičů, které jsou při přidělování špičkového výkonu zohledněny. Tento součet jmenovitého výkonu požaduje řízení spotřebičů u řízení sítě.

V závislosti na nadřízené strategii přiděluje řízení sítě řízení spotřebičů elektrický výkon, který má být spotřebován (vždy v rozdělení podle napěťové hladiny). Je-li dáno, že pro splnění požadavků musí být vyrobeno více elektrického výkonu, než je požadováno spotřebiči a akumulátorem (například požadavek hnacího řetězce na zvýšené zatížení generátorem), musí být dotazován potenciál elektrických spotřebičů. To znamená, že řízení sítě se dotazuje u řízení spotřebičů,

-7CZ 299557 B6 kolik elektrického výkonu může být dodatečně odebráno zapnutím, nebo zapnutím na vyšší stupeň, spotřebičů při zohlednění maximálního přípustného špičkového výkonu. Odpověď na tento dotaz zahrnuje dodatkový elektrický výkon, rozdělený podle priorit a podle napěťové hladiny (například 12 V, 42 V). Priority nesmí být identické s prioritami výkonového požadavku spotřebičů. S touto informací je řízení sítě ve stavu, kdy může vyhodnotit splnění požadavků a přidělit elektrický výkon řízení spotřebičů.

Je-li přidělený výkon menší než požadovaný jmenovitý výkon, rozdělí koordinátor řízení spotřebičů výkon, který je k dispozici, požadujícím spotřebičům s nejvyšší prioritou. V případě, že ío výkon který je k dispozici, nestačí pro všechny spotřebiče, nedostanou požadující spotřebiče s nižší prioritou buď žádný, nebo jen redukovaný příděl. To znamená, že tyto spotřebiče nejsou zapínány, nebo pracují v redukovaném provozu, pokud to vhodný ovladač umožňuje.

Je-li elektrický výkon, který má být spotřebován, větší než požadovaný jmenovitý výkon, zapne řízení spotřebičů spotřebič s nejnižší dispoziční prioritou, to znamená spotřebič, jehož zapnutí uživatel vozidla pokud možno neprovádí (například vyhřívání zadního okna), dokud není přidělený výkon spotřebován. Přitom platí jako okrajová podmínka, že dovolený maximální špičkový výkon nesmí být překročen.

Obr. 5 znázorňuje strukturu elektrické sítě s dvojím napětím. Je zde například použito napětí 14 V, respektive 42 V. Vysokonapěťový akumulátor má za úkol dodávat rozběhový výkon. V případě, že stav nabití tohoto akumulátoru nestačí na to, aby umožnil start vozidla, dovolí obousměrný DC/DC měnič dobití tohoto akumulátoru z nízkonapěťové strany. Řízení KBM sítě zadá v tomto případě nabíjecí napětí vysokonapěťového akumulátoru jako výstupní napětí pro DC/DC měnič. Protože tento DC/DC měnič je proudově omezen, je možné nabíjecí napětí udržet pouze tehdy, je-li kapacita DC/DC měniče dostatečně velká. Zpravidla tomu tak není. To znamená, že výstupní napětí DC/DC měniče je nižší než jmenovité výstupní napětí, ale ještě nad aktuálním napětím akumulátoru, to jest celkový proud přenášený DC/DC měničem protéká do akumulátoru. Předpokladem ovšem je, že během nabíjecí fáze není na vysokonapěťové straně zapnut žádný elektrický spotřebič. To znamená, že se řízení VN spotřebičů musí postarat o to, že všechny spotřebiče na vysokonapěťové straně jsou vypnuty, přinejmenším však tolik spotřebičů, že napětí směřující do akumulátoru stačí pro dostatečně rychlé nabití.

Claims (10)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   40 1. Způsob ovládání elektrických spotřebičů ve vozidle, kde se pro spotřebiče upraví ovládací struktura, která sestává z centrálního nadřízeného řízení (VM) spotřebičů, které přijímá od spotřebičů jednotlivě nebo v součtu shrnuté požadavky ohledně výkonu spotřebičů, přičemž tato ovládací struktura dále obsahuje centrální nadřízené řízení (KBM) sítě a koordinátor (KBN) elektrické sítě a výroby jejího výkonu a dodávání jejího výkonu, vyznačující se tím,

   45 že centrální řízení (KBM) sítě přijímá z řízení (VM) spotřebičů součet požadovaného výkonu elektrických spotřebičů a porovnává jej s vyráběným a dodávaným elektrickým výkonem v síti a v závislosti na výsledku tohoto porovnání vydává příkazy pro vytvoření výkonu do koordinátoru (KBN) elektrické sítě a/nebo příkazy pro odběr výkonu do řízení (VM) spotřebičů, přičemž koordinátor (KBN) elektrické sítě prostřednictvím příkazů do komponentů sítě nastavuje vyžáda50 ný elektrický výkon a řízení (VM) spotřebičů odebírá ovládáním spotřebičů celý elektrický výkon vyráběný a dodávaný komponenty sítě.

   -8CZ 299557 B6
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že spotřebiče požadují od řízení (VM) spotřebičů elektrický výkon jako špičkový výkon, jmenovitý výkon a minimální výkon, který je potřebný pro smysluplný provoz spotřebičů.

   5
3. 3. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že skupiny spotřebičů se sdruží a přiřadí se koordinátoru (VK) spotřebičů, který jednotlivé požadavky spotřebičů shrnuje a odevzdává do řízení (VM) spotřebičů.
4. 4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že koordinátory (VK) spotřebičů io vytvářejí vždy součty požadovaných výkonů a stanovují priority spotřebičů podle zadání.
5. 5. Způsob podle nároku 3 nebo 4, vyznačující se tím, že koordinátory (VK) spotřebičů přidělují elektrický výkon, přidělovaný řízením (VM) spotřebičů, do přiřazených spotřebičů ovládáním těchto spotřebičů.
6. 6. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že při nabídce přesahující poptávku elektrického výkonu přidělí řízení (VM) spotřebičů elektrický výkon koordinátorům, aby byla nabídka přesahující poptávku zlikvidována.

   20
7. 7. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že řízení (VM) spotřebičů přijímá oddělené požadavky na špičkový výkon a jmenovitý výkon, sumarizuje špičkový výkon a stanovuje možnost jeho realizace.
8. 8. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že při

   25 nerealizovatelném požadavku na špičkový výkon se výkon přidělí spotřebiči s vyšší prioritou a požadavek na jmenovitý výkon se odpovídajícím způsobem zkoriguje.
9. 9. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že řízení (VM) spotřebičů je jako komponent podřízeno řízení (KBM) elektrické sítě, přičemž řízení

   30 (KBM) elektrické sítě koordinuje generátor, akumulátor, hnací řetězec a řízení (VM) spotřebičů ohledně výroby a rozdělování elektrického výkonu.
10. 10. Zařízení k ovládání elektrických spotřebičů ve vozidle, s ovládací strukturou pro spotřebiče, která sestává z centrálního nadřízeného řízení (VM) spotřebičů, které přijímá od spotřebičů jed35 notlivě nebo jako součty shrnuté požadavky ohledně výkonu spotřebičů, přičemž tato ovládací struktura dále obsahuje centrální nadřízené řízení (KBM) elektrické sítě a koordinátor (KBN) elektrické sítě a výroby jejího výkonu a dodávání jejího výkonu, vyznačující se tím, že centrální řízení (KBM) sítě je upraveno pro přijímání součtu požadovaného výkonu elektrických spotřebičů z řízení (VM) spotřebičů a pro jeho porovnávání s vyráběným a dodávaným

    40 elektrickým výkonem v síti a pro vydávání příkazů pro vytvoření výkonu do koordinátoru (KBN) elektrické sítě a/nebo příkazů pro odběr výkonu do řízení (VM) spotřebičů v závislosti na výsledku tohoto porovnání, přičemž koordinátor (KBN) elektrické sítě je upraven pro nastavování vyžádaného elektrického výkonu prostřednictvím příkazů do komponentů sítě, a řízení (VM) spotřebičů je upraveno pro odběr celého elektrického výkonu vyráběného a dodávaného kompo45 nenty sítě ovládáním spotřebičů.