DE102005004951A1

DE102005004951A1 - Elektrisches Lastmanagement

Info

Publication number: DE102005004951A1
Application number: DE102005004951A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Dr.rer.nat. Buck; Jens Dipl.-Ing. Cierullies; Dieter Dr. Grohmann; Gerhardt Dipl.-Inform. Hohn
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2006-03-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Belastung eines Fahrzeugbordnetzes durch elektrische Verbraucher eines Fahrzeugs, bei dem die Batteriespannung einer Fahrzeugbatterie überwacht wird und bei Unterschreiten einer Spannungsschwelle der Batteriespannung die dem Fahrzeugbordnetz entnommene elektrische Leistung reduziert wird, wobei der Ladezustand der Fahrzeugbatterie erfasst wird und die Spannungsschwelle unter Berücksichtigung des Ladezustands der Fahrzeugbatterie angepasst wird, und ein Energiemanagementsystem. Die Funktionsverfügbarkeit von Verbrauchern und die Fahrzeugverfügbarkeit können dadurch optimiert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Belastung eines Fahrzeugbordnetzes durch elektrische Verbraucher eines Fahrzeugs, bei dem die Batteriespannung einer Fahrzeugbatterie überwacht wird und bei Unterschreiten einer Spannungsschwelle der Batteriespannung die dem Fahrzeugbordnetz entnommene elektrische Leistung reduziert wird, sowie ein Energiemanagementsystem.
Es ist bekannt, elektrische Komfortverbraucher, d.h. elektrische Verbraucher eines Fahrzeugs, die für das Fahren nicht zwingend erforderlich sind und deren Abschaltung die Sicherheit nicht beeinträchtigt, in Abhängigkeit von der Bordnetzspannung bei Überlast abzuschalten. Dies bedeutet, dass Komfortverbraucher im Fahrzeug abgeschaltet werden, wenn der sich im Fahrzeug befindliche Generator die an die Fahrzeugbatterie angeschlossene Last nicht mehr versorgen kann und die Gefahr besteht, dass die Batterie entladen wird. Die Überwachung geschieht anhand einer Spannungsschwelle. Beim Unterschreiten dieser Spannungsschwelle wird die Last reduziert, indem einzelne Komfortverbraucher abgeschaltet werden oder mit weniger Strom versorgt werden.

Aus der DE 199 60 079 A1 ist ein Verfahren zur Ein- bzw. Abschaltung von verschiedenen Klassen von Verbrauchern mittels Schaltelementen im Rahmen eines von einem Steuergerät durchgeführten Energiemanagements beschrieben, bei dem die Ansteuerung der Schaltelemente so erfolgt, dass die gewählten Prioritäten für die Ansteuerung der Schaltelemente während des Betriebes, also dynamisch, verändert werden können. Die Abschaltung von Verbrauchern erfolgt mittels Veränderung der Schaltpriorität so, dass die Wahrnehmbarkeit der Betriebszustände möglichst unterdrückt wird.

Aus der DE 101 45 271 A1 sind eine Energiemanagementvorrichtung und ein Energiemanagementverfahren zum Energiemanagement in einem Fahrzeug beschrieben. Dabei ist ein Filter zur Filterung einer in Abhängigkeit der Zeit ermittelten Leistungsreserve oder Überlast in einem Energienetz des Fahrzeugs vorgesehen, wobei der Filter eine Integratoreinheit umfasst, die dazu ausgelegt ist, jeweils nach einer vorbestimmten Zeitdauer ermittelte Werte für die Leistungsreserve oder Überlast zu einem Summenwert aufzusummieren, bis der Summenwert einen oberen oder einen unteren Schwellenwert erreicht hat, einen Reset mit einem neuen Startpunkt für die Zeitdauer ΔT1 zu initiieren und den Summenwert gleich 0 zu setzen, wenn der Summenwert den oberen oder unteren Schwellenwert erreicht hat, eine Zeitdauer ΔT2 bis zum Erreichen des oberen oder unteren Schwellenwerts zu ermitteln und der ermittelten Zeitdauer ΔT2 in Abhängigkeit davon, ob der obere oder der untere Schwellenwert erreicht wurde, ein Signal, das die gefilterte Leistungsreserve oder Überlast kodiert, zuzuordnen. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine Verbrauchernotabschaltung vorgenommen wird, wenn die gemessene Spannung der Batterie über ein definiertes Zeitintervall einen vorgebbaren Schwellenwert unterschreitet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein System bereitzustellen, mit denen das Energiemanagement in einem Fahrzeug verbessert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem der Ladezustand der Fahrzeugbatterie erfasst wird und die Spannungsschwelle unter Berücksichtigung des Ladezustands der Fahrzeugbatterie angepasst wird. Dadurch ist es möglich, eine Verbraucherabschaltung bei gutem Batteriezustand länger zu vermeiden. Dadurch wird die Funktionsverfügbarkeit der einzelnen Verbraucher verbessert. Bei kritischen Batteriezuständen kann eine Abschaltung deutlich früher eingeleitet werden als im Stand der Technik. Somit können die zum Fahren benötigten Basisfunktionen deutlich länger mit Strom versorgt werden. Bei kritischen Batteriezuständen wird die Startfähigkeit des Fahrzeugs durch rechtzeitige Lastabschaltung sichergestellt. Dadurch wird die Fahrzeugverfügbarkeit gesteigert. Dies bedeutet, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zwei wichtige Bordnetzkenngrößen optimiert werden: Die Ladebilanz und die Funktionsverfügbarkeit.

Besonders bevorzugt ist es, wenn eine Temperatur erfasst wird und die Spannungsschwelle unter Berücksichtigung der Temperatur bestimmt wird. Es ist dabei denkbar, die Temperatur an unterschiedlichen Stellen zu erfassen. Beispielsweise kann als relevante Größe die Außentemperatur gewählt werden. Alternativ kann die Temperatur im Motorraum gemessen werden. Insbesondere kann durch diese Maßnahme eine frühere Abschaltung von Komfortverbrauchern erfolgen, wenn bei Kälte die Batterie weniger Strom aufnimmt. Daher ist es vorteilhaft, wenn bei niedrigen Temperaturen höhere Spannungsschwellwerte eingestellt werden. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Spannungsschwelle um 0,01 V pro –1° K angehoben wird.

Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass die Spannungsschwelle anhand einer Kennlinie ermittelt wird, wobei die Kennlinie eine Exponentialfunktion oder lineare Funktion ist. Insbesondere bei Verwendung einer Exponentialfunktion kann vorgesehen sein, dass bei einer Reduzierung des Ladezustands die Spannungsschwelle deutlich angehoben wird. Es ist jedoch ein lineares Steigen der Spannungsschwelle mit abnehmendem Ladezustand denkbar. Die Kennlinie kann dabei in unterschiedliche Geradenstücke mit unterschiedlicher Steigung unterteilt sein. So kann beispielsweise bei einem Ladezustand der Batterie zwischen 30% und 50% eine steilere Gerade vorgesehen sein als bei einem Ladezustand zwischen 50% und 100%. Besonders bevorzugt ist es, wenn unterschiedliche Kennlinien für unterschiedliche Temperaturen verwendet werden.

Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine vergangenheitsorientierte Fahrstreckenanalyse durchgeführt wird und die Spannungsschwelle in Abhängigkeit von dieser Analyse angepasst wird. Wenn ein Fahrzeug beispielsweise vorwiegend bei Kurzstreckenfahrten eingesetzt wird, kann durch Erhöhung der Ladebilanz die Startfähigkeit gesichert werden. Wird ein Fahrzeug dagegen überwiegend für Langstrecken eingesetzt, kann die Funktionsverfügbarkeit erhöht werden, indem insbesondere zu Beginn der Fahrt niedrigere Spannungsschwellen länger geduldet werden. Dies kann erfolgen, da bei langen Strecken ein Wiederaufladen der Batterie wahrscheinlich ist.

Die Fahrstreckenanalyse kann beispielsweise durch Erfassung und Auswertung der Motordrehzahl des Fahrzeugs erfolgen. Da bei kann die Drehzahlhistorie über eine vorgebbare Anzahl von Fahrten ermittelt werden. Insbesondere wird die Häufigkeit bestimmter Drehzahlintervalle erfasst. Bei höheren Drehzahlen kann der Generator mehr Strom erzeugen, so dass die Batterie aufgeladen wird.

Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass eine zukunftsorientierte Fahrstreckenanalyse durchgeführt wird und die Funktionsschwelle in Abhängigkeit von dieser Analyse angepasst wird. Beispielsweise kann die in ein Navigationsgerät eingegebene Fahrstrecke bewertet werden und anhand dieser Bewertung festgestellt werden, ob eine Langstrecken- oder eine Kurzstreckenfahrt bevorsteht.

Besonders bevorzugt ist es, wenn die Anpassung der Spannungsschwelle während der Fahrt erfolgt. Somit ist immer eine optimale Einstellung der Spannungsschwelle sichergestellt.

In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Energiemanagementsystem umfassend eine Fahrzeugbatterie, die an ein Fahrzeugbordnetz angeschlossen ist, eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Spannung der Fahrzeugbatterie sowie ein Steuergerät zur Bewertung, ob eine Spannungsschwelle unterschritten wird, und zur Steuerung der dem Bordnetz entnommenen Leistung. Weiterhin sind eine Ladezustandsüberwachungseinrichtung der Fahrzeugbatterie und eine Einstelleinrichtung zur Einstellung der Spannungsschwelle vorgesehen. Dadurch kann die Ladebilanz der Batterie verbessert und die Funktionsverfügbarkeit des Fahrzeugs gesteigert werden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Fahrstreckenanalyseeinrichtung vorgesehen, die mit der Einstelleinrichtung in Verbindung steht. Die Abschaltung von Komfortverbrauchern kann dadurch an den Fahrer und dessen Fahrgewohnheiten angepasst werden. Bei regelmäßigen längeren Fahrten wird die Batterie wieder geladen. Sagt eine Abschätzung eine Langstreckenfahrt voraus, kann die Spannungsschwelle niedriger gehalten werden. Dies liegt darin begründet, dass über eine längere Zeit der Generator die Batterie stärker auflädt. Zu Beginn einer Fahrt wird in der Regel mehr Strom verbraucht. Dies würde normalerweise zu einer schnellen Abschaltung führen. Ist jedoch erkannt, dass eine Langstreckenfahrt bevorsteht oder wahrscheinlich ist, kann die Spannungsschwelle abgesenkt werden, um die Funktionsverfügbarkeit der Komfortverbraucher zu verbessern.

Die Fahrstreckenanalyse kann erleichtert werden, wenn eine Motordrehzahlerfassungseinrichtung und eine Speichereinrichtung zur Speicherung der erfassten Drehzahlen vorgesehen sind.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der schematischen Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei zeigen:
1 ein Beispiel für verschiedene Kennlinien für die Wahl der Spannungsschwelle in Abhängigkeit vom Ladezustand der Fahrzeugbatterie;
2 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit der Spannungsschwelle von der Fahrstrecke;
3 ein Diagramm zur Darstellung der Drehzahlhistorie über eine vorgebbare Anzahl von Fahrten.
In der 1 ist auf der Abszisse der Ladezustand (SOC) in Prozent der Fahrzeugbatterie aufgetragen und auf der Ordinate die Spannung (V) der Fahrzeugbatterie. Die Kennlinien 1, 2, 3, 4 geben die Spannungsschwelle an, bei der Komfortverbraucher abgeschaltet werden. Sinkt die Fahrzeugbatteriespannung also unter die relevante Kennlinie 1-4, werden Komfortverbraucher abgeschaltet. Die Kennlinien 1-3 sind Exponentialfunktionen, wobei die Spannungsschwelle mit zunehmender Entladung der Batterie steigt. In Richtung eines Ladezustandes von 30% erfolgt eine deutliche Anhebung der Schwellenspannung.
Die Kennlinie 1 gilt beispielsweise für eine Temperatur von –10°C. Die Kennlinie 2 für 20°C und die Kennlinie 3 für 40°C. Daran ist zu erkennen, dass die Spannungsschwelle außerdem von der Temperatur abhängt und insbesondere mit abnehmender Temperatur steigt.
Die Kennlinie 4 ist aus zwei Geradenstücken zusammengesetzt, wobei für Ladezustände zwischen 30% und 50% eine Gerade mit größerer Steigung gewählt ist als für Ladezustände zwischen 50% und 100%. Dies bedeutet, dass im Bereich eines Ladezustands zwischen 30% und 50% die Spannungsschwelle mit abnehmendem Ladezustand stärker ansteigt als im Ladezustandsbereich zwischen 50% und 100%.
In der 2 ist wiederum auf der Abszisse der Ladezustand (SOC) in Prozent und auf der Ordinate die Batteriespannung (V) aufgetragen. Die dort gezeigten Kennlinien 5, 6, 7 stehen für unterschiedliche Fahrtstrecken. Werden überwiegend Kurzstrecken befahren, so gilt die Kennlinie 5, bei Normalstrecken die Kennlinie 6 und bei Langstrecken die Kennlinie 7. Dies bedeutet, dass bei einer hohen Wahrscheinlichkeit, dass eine Langstrecke befahren wird, geringere Spannungsschwellen akzeptiert werden. Durch die Doppelpfeile 8, 9 soll angedeutet werden, dass der Übergang zu den einzelnen Kennlinien 5, 6, 7 fließend erfolgt und insbesondere während der Fahrt die Kennlinien 5-7 adaptiv angepasst werden. In der 2 ist außerdem zu erkennen, dass bei Langstreckenfahrten (Kennlinie 7) niedrige Spannungsschwellen länger geduldet werden. Diese Exponentialfunktion ist außerdem stärker gekrümmt als bei den anderen Fahrstrecken.
In der 3 sind auf der Abszisse Drehzahlintervalle in 1/min und auf der Ordinate die absolute Häufigkeit des Auftretens eines Drehzahlintervalls in Prozent aufgetragen. Das Diagramm der 3 stellt die Drehzahlhistorie einer vorgegebenen in der Vergangenheit absolvierten Fahrt dar. Anhand dieser Drehzahlhistorie kann ermittelt werden, ob das Fahrzeug sich auf einer Kurzstrecken- oder Langstreckenfahrt befindet. Insbesondere kann anhand dieser Drehzahlhistorie der durch die Pfeile 8, 9 in der 2 dargestellte Übergang zwischen den einzelnen Kennlinien 5-7 festgelegt werden.

Claims

Verfahren zur Steuerung der Belastung eines Fahrzeugbordnetzes durch elektrischer Verbraucher eines Fahrzeugs, bei dem die Batteriespannung einer Fahrzeugbatterie überwacht wird und bei Unterschreiten einer Spannungsschwelle der Batteriespannung die dem Fahrzeugbordnetz entnommene elektrische Leistung reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladezustand der Fahrzeugbatterie erfasst wird und die Spannungsschwelle unter Berücksichtigung des Ladezustands der Fahrzeugbatterie angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur erfasst wird und die Spannungsschwelle unter Berücksichtigung der Temperatur bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsschwelle um 0,01V pro –1° Kelvin angehoben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsschwelle anhand einer Kennlinie (1-7) ermittelt wird, wobei die Kennlinie (1-7) eine Exponentialfunktion oder eine lineare Funktion ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vergangenheitsorientierte Fahrstreckenanalyse durchgeführt wird und die Spannungsschwelle in Abhängigkeit von dieser Analyse angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrstreckenanalyse durch Erfassung und Auswertung der Motordrehzahl des Fahrzeugs erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zukunftsorientierte Fahrstreckenanalyse durchgeführt wird und die Spannungsschwelle in Abhängigkeit von dieser Analyse angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung der Spannungsschwelle während der Fahrt erfolgt.
Energiemanagementsystem umfassend eine Fahrzeugbatterie, die an ein Fahrzeugbordnetz angeschlossen ist, eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Spannung der Fahrzeugbatterie sowie ein Steuergerät zur Bewertung, ob eine Spannungsschwelle unterschritten wird, und zur Steuerung der dem Bordnetz entnommenen Leistung, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ladezustandsüberwachungseinrichtung der Fahrzeugbatterie und eine Einstelleinrichtung zur Einstellung der Spannungsschwelle vorgesehen sind.
Energiemanagementsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fahrstreckenanalyseeinrichtung vorgesehen ist, die mit der Einstelleinrichtung in Verbindung steht.
Energiemanagementsystem nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Motordrehzahlerfassungseinrichtung und eine Speichereinrichtung zur Speicherung der erfassten Drehzahlen vorgesehen sind.