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Die
Erfindung betrifft ein Energiemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug.
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Bisher
bekannte Energiemanagementsysteme sind auf ein bestimmtes Fahrzeug
und seine spezifischen Verbraucher abgestimmt. Sie lassen sich nicht
ohne weiteres auf andere Fahrzeuge übertragen. Somit können Kostenvorteile,
die im Falle einer Übertragbarkeit
auf andere Fahrzeuge präsent
wären,
nicht genutzt werden.
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Aus
der
DE 197 45 849
A1 ist eine Einrichtung zur Energieverteilung in einem
Kraftfahrzeug bekannt, welches einen von einer Brennkraftmaschine
angetriebenen Generator aufweist, der ein Bordnetz mit elektrischer
Leistung versorgt. Die Energieverteilung wird dabei mit Hilfe einer
Steuereinrichtung, die als Bordnetzmanager arbeitet, realisiert.
Der Steuereinheit werden erforderliche Informationen zugeführt, aus
denen sie eine Regelstrategie für
die Regelung der Komponenten des Bordnetzes und der Brennkraftmaschine
durchführt.
Die Energieverteilung zwischen Bordnetz und Brennkraftmaschine erfolgt
gemäß vorgebbarer
Anforderungen unter Berücksichtigung
der Bedingung, dass die Bordnetz-Sollspannung innerhalb vorgebbarer
Grenzen liegt.
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Aus
der DE-198 29 150 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Energieverteilung in einem Kraftfahrzeug bekannt, welches wenigstens
eine Batterie und wenigstens einen Generator aufweist. Dabei wird
eine hierarchische Steuerstruktur eingesetzt. Diese besteht aus
einer über geordneten
Komponente und dieser untergeordneten Komponenten zur Steuerung
des wenigstens einen Generators und der wenigstens einen Batterie.
Dabei sind zwischen der übergeordneten
Komponente und den untergeordneten Komponenten Schnittstellen mit
vorgegebenen Kommunikationsbeziehungen vorgesehen. Bei den Kommunikationsbeziehungen
handelt es sich um Aufträge,
die von der beauftragten Komponente erfüllt werden müssen, um
Anforderungen, die von der angeforderten Komponente erfüllt werden
sollten, und um Abfragen, die von der abgefragten Komponente beantwortet
werden müssen.
Zwischen der untergeordneten Komponente des wenigstens einen Generators
und der übergeordneten
Komponente wird als Auftrag die einzustellende Leistung bzw. Spannung
und als Abfrage das Potential zur Leistungserzeugung des Generators übermittelt.
Weiterhin wird zwischen der untergeordneten Komponente der wenigsten
einen Batterie und der übergeordneten
Komponente als Abfrage das elektrische Leistungspotential der Batterie übermittelt.
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Aus
der
DE 102 32 539
A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwaltung
elektrischer Energie in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz bekannt. Dieses
Bordnetz weist mehrere elektrische Verbraucher auf, die von einem
Generator und einer Batterie mit elektrischer Energie versorgt werden.
Die Verbraucher fordern in einer ersten Phase nach dem Einschalten
eine Spitzenleistung und in einer zweiten Phase nach dem Einschalten eine
Nennleistung. Weiterhin ist eine Steuereinrichtung zur Durchführung eines
Energie- und Verbrauchermanagements vorgesehen. Zur Vermeidung von
Spannungseinbrüchen
beim Zuschalten von Verbrauchern und zur Verbesserung der Fahrzeugsicherheit
wird vorgeschlagen, nach einer Einschaltanforderung die im Bordnetz
verfügbare
Spitzen- und Nennleistung zu ermitteln und den Einschaltzeitpunkt
für den
Verbraucher zeitlich zu verzögern
sowie Versorgungsleistung erhöhende
Maßnahmen
und/oder verbrauchsmindernde Maßnahmen
einzuleiten, falls nicht genügend
Spitzen- oder Nennleis tung verfügbar
ist. Der neue Verbraucher wird erst dann zugeschaltet, wenn ausreichend
Spitzen- und Nennleistung zur Verfügung gestellt werden kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Ein
Energiemanagementsystem mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen
weist demgegenüber
den Vorteil auf, dass eine sehr genaue und differenzierte Lastflusssteuerung
durchgeführt
werden kann. Im Unterschied zu bekannten Energiemanagementsystemen,
bei denen eine Trennung von Energieerzeugern, Energiespeichern und
Energieverbrauchern vorgenommen wird, ist beim neuen Energiemanagementsystem diese
Trennung nicht mehr vorhanden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, genau
zu bestimmen, für
welche Klassen von Energieverbrauchern wie viel Energie beispielsweise
aus einer Batterie entnommen werden darf und für welche nicht.
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Mittels
der im Anspruch 2 angegebenen Merkmale wird in vorteilhafter Weise
erreicht, dass das beanspruchte Energiemanagementsystem erweiterungsfähig und
baureihenübergreifend
einsetzbar ist. Einer neuen Bordnetzkomponente braucht lediglich
eine Prioritätskennzahl
und eine oder mehrere Klassen zugeordnet werden, wobei jeder Verbraucher
zu einem Zeitpunkt nur einer Klasse angehören kann. Sind dann weiterhin im
Speicher die jeweils zugehörigen
Daten abgespeichert, dann können
diese Daten zusätzlich
zu den bisher vorhandenen Daten zum Energiemanagement verwendet
werden.
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Dieses
Energiemanagement kann vom Energiemanager direkt unter Verwendung
der von der Recheneinheit verarbeiteten abgespeicherten Daten durchgeführt werden.
Beispielsweise erkennt der Energiemanager anhand der von der Recheneinheit
vorgenommenen Auswertung der abgespeicherten Daten, dass die vorhandene
Energie lediglich für
die vorhandenen sicherheitsrelevanten Verbraucher ausreicht. Folglich führt er eine
Steuerung in dem Sinne aus, dass die sicherheitsrelevanten Verbraucher
Strom aus der Batterie entnehmen können, Komfortverbraucher hingegen
nicht.
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Alternativ
dazu kann das Energiemanagement auch Informationen über die
vorhandene Energie an den Bordnetzkomponenten zugeordnete Steuereinheiten übermitteln,
die dann ihrerseits die jeweils zugehörige Bordnetzkomponente steuern.
Bei dieser Ausführungsform
ist die Steuerintelligenz dezentral bei der jeweiligen Bordnetzkomponente
angeordnet.
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Vorzugsweise
ist die Klassenzuordnung einer Bordnetzkomponente im Betrieb veränderbar.
Beispielsweise kann eine Heizvorrichtung, die der Klasse 5 zugeordnet
und durch den Energiemanager abgeschaltet wurde, nach einiger Zeit
in die Klasse 4 wechseln, um zu signalisieren, dass die Abschaltung
der Heizvorrichtung nunmehr wahrnehmbar ist und die umgehende Wiedereinschaltung
der Heizvorrichtung notwendig ist. Weiterhin kann auch ein Energieerzeuger
unterschiedlichen Klassen angehören.
In der Klasse 0 gibt er seine maximal mögliche Leistung ab. Er kann
aber auch als virtueller Verbraucher einer höheren Klasse zugeordnet sein,
Leistung beziehen und somit seine Abgabeleistung senken. Ferner
kann auch ein Speicher unterschiedlichen Klassen angehören. In
der Klasse 0 gibt er die maximal mögliche Abgabeleistung ab. In
einer höheren Klasse
kann er als virtueller Verbraucher Leistung aufnehmen und somit
seine Abgabeleistung senken bzw. insgesamt sogar Leistung aufnehmen.
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Vorzugsweise
wird beim Vorliegen eines mehrere Leistungsstufen aufweisenden Verbrauchers
jede Leistungsstufe als ein unabhängiger Verbraucher betrachtet,
welchem eine eigene Prioritätskennzahl
und ein oder mehrere Klassen zugeordnet sind. Die Leistung des Verbrauchers
entspricht dabei der zusätzlich
zur vorhergehenden Stufe benötigten
Leistung. Dies verbessert die Integrierbarkeit beliebiger weiterer
Verbraucher in das Energiemanagementsystem, ohne dessen Kern zu
verändern.
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Stufenlose
Verbraucher werden vorzugsweise in kleinste, sinnvoll regelbare
Stufen untergliedert, wobei jeder Stufe eine eigene Prioritätskennzahl
und ein oder mehrere Klassen zugeordnet sind. Dies verbessert die
Integrierbarkeit weiterer stufenloser Verbraucher in das Energiemanagementsystem,
ohne dessen Kern zu verändern.
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Allen
vorstehend genannten Bordnetzkomponenten können zwar verschiedene Klassen
zugeteilt werden, d. h. sie können
von einer in eine andere Klasse wechseln, doch ist zu einem bestimmten
Zeitpunkt eine Bordnetzkomponente nur einer Klasse zugeordnet.
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Weitere
vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren
beispielhafter Erläuterung anhand
der Zeichnung.
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Zeichnung
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Die 1 zeigt
ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines Energiemanagementsystems gemäß der Erfindung.
Die 2 zeigt eine Skizze zur Erläuterung der Struktur des Speichers 3 von 1.
Die 3 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung der
Zuordnung von Bordnetzkomponenten zu den Klassen und Prioritätskennzahlen.
Die 4 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform
eines Energiemanagementsystems gemäß der Erfindung.
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Beschreibung
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Die 1 zeigt
ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines Energiemanagementsystems gemäß der Erfindung.
Gemäß dieser
Ausführungsform
weist das Energiemanagementsystem einen Energiemanager 1 auf,
der eine Recheneinheit 2 enthält. Der Energiemanager 1 steht
mit einem Speicher 3 in Verbindung, in welchen Daten eingeschrieben
und aus welchem Daten ausgelesen werden. Weiterhin steht der Energiemanager 1 mit
einem Energieerzeuger 4, einem Energiespeicher 5 und
Energieverbrauchern 6, 7 und 8 in Verbindung.
Bei dem Energieerzeuger 4 kann es sich um einen Generator
handeln, bei dem Energiespeicher 5 um eine Batterie. Die
Energieverbraucher 6, 7, 8 sind reale
Energieverbraucher. Beispielsweise handelt es sich beim Energieverbraucher 6 um
eine Heizvorrichtung des Fahrzeugs, beim Energieverbraucher 7 um ein
Bremsregelsystem (ABS) des Fahrzeugs und beim Energieverbraucher 8 um
das Autoradio des Fahrzeugs. Alle vorgenannten Energieerzeuger,
Energiespeicher und Energieverbraucher werden als Bordnetzkomponenten
bezeichnet.
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Diese
Bordnetzkomponenten werden in Klassen eingeteilt. Ein Beispiel für eine derartige
Klasseneinteilung ist in der nachfolgenden Tabelle gezeigt: Tabelle
1
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Der
Klasse 0 sind folglich alle Energieerzeuger und Energiespeicher
mit ihrer maximal möglichen
Abgabeleistung zugeordnet, beispielsweise der Generator 4 und
die Batterie 5. Der Klasse 1 gehören alle Energieverbraucher
an, die keine informationstechnische Signalanbindung aufweisen.
Dazu gehören
beispielsweise Scheinwerfer, die nicht über einen Datenbus angesteuert
werden. Der Klasse 2 sind alle nicht beeinflussbaren Verbraucher
zugeordnet. Damit sind sicherheitsrelevante und gesetzlich relevante
Verbraucher gemeint, beispielsweise ein Bremsregelsystem, Scheinwerfer,
Sekundärluftpumpe
oder elektrische Katalysatorheizung. Der Klasse 3 gehören alle
nicht sicherheitsrelevanten Verbraucher an, deren Abschaltung im
Degradationsfall deutlich wahrnehmbar ist. Dazu gehören beispielsweise
das Autoradio und die Fensterheber. Der Klasse 4 sind alle nicht
sicherheitsrelevanten Verbraucher zugeordnet, deren Abschaltung
im Degradationsfall nur in geringem Umfang wahrnehmbar ist. Dazu
gehört
beispielsweise die Sitzheizung. Der Klasse 5 gehören alle nicht sicherheitsrelevanten
Verbraucher an, deren Abschaltung im Degradationsfall nicht wahrnehmbar sind.
Dazu gehört
beispielsweise die Heckscheibenheizung. Der Klasse 6 sind alle nicht
sicherheitsrelevanten Verbraucher mit stets maximalem Verbrauch
zugeordnet. Dazu gehört
beispielsweise die Innenraumheizung. Die Verbraucher der Klassen
2–7 können im
Betrieb ihre Klassen wechseln. Der Klasse 7 gehören alle nicht sicherheitsrelevanten
Verbraucher mit stets maximalem Leistungsverbrauch an, deren Aktivierung
aber nicht mit einem nachfolgenden Einsparungspotential verbunden
ist. Dazu gehört
beispielsweise bei hohen Außentemperaturen
die Heckscheibenheizung.
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Weiterhin
werden Prioritätskennzahlen
definiert, die Auskunft über
die Wichtigkeit einer Bordnetzkomponente für die Energieverteilung geben.
Beispielsweise ist der Prioritätskennzahl
PK = 1 der Generator 4, der Prioritäts kennzahl PK = 2 die Batterie 5,
der Prioritätskennzahl
PK = 5 die Grundlast und die Sekundärluftpumpe, der Prioritätskennzahl
PK = 6 das Bremsregelsystem, der Prioritätskennzahl PK = 7 die Scheinwerfer
und den Prioritätskennzahlen
14, 15 und 16 drei verschiedene Leistungsstufen eines Verbrauchers
zugeordnet, beispielsweise einer Heizvorrichtung.
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Die 2 zeigt
eine Skizze zur Erläuterung
der Struktur des Speichers 3 von 1. Wie aus
der 3 hervorgeht, sind die Speicherplätze des
Speichers 3 matrixförmig
organisiert. Dabei sind auf einer Achse die insgesamt acht verschiedenen
Klassen und auf der anderen Achse beispielsweise insgesamt 17 Prioritätskennzahlen
angegeben.
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Die 3 zeigt
eine Skizze zur Veranschaulichung der Zuordnung von Bordnetzkomponenten
zu den Klassen und Prioritätskennzahlen.
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Gemäß der 3 ist
dem Generator 4, bei dem es sich um einen Leistungserzeuger
handelt, die Prioritätskennzahl
PK = 1 fest zugeordnet. Jeder Energieerzeuger weist verschiedene
Betriebszustände
auf. In einem dieser Betriebszustände gibt er seine maximal mögliche Leistung
ab, die im Falle des Generators 4 beispielsweise 2000 W
beträgt.
Dieser Betriebszustand ist der Klasse 0 zugeordnet. Die vom Generator
in dieser Betriebsart abgegebene Leistung ist in der 4 negativ
bilanziert, d. h. mit einem Minuszeichen versehen.
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Jeder
Leistungserzeuger kann seine Abgabeleistung senken, indem er mittels
einem oder mehreren sogenannten virtuellen Verbrauchern in höheren Klassen
Leistung bezieht. Diese Reduzierung der Abgabeleistung liegt im
Falle des Generators 4 beispielsweise bei einer Leerlaufdrehzahl-Absenkung (LLD-Absenkung)
und einer Momentenreduktion vor. Diesen virtuellen Verbrauchern
sind andere Klassen zugeordnet, beispielsweise die Klassen 4 und
5, wobei der Generator gemäß der Klasse
4 eine Leistung von 600 W und gemäß der Klasse 5 eine Leistung
von 300 W aufnimmt. Dies ist in der folgenden Tabelle veranschaulicht,
in welcher in der letzten Spalte die effektive Abgabeleistung des
Generators angegeben ist.
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Der
Generator stellt eine Schnittstelle zu einer übergeordneten Regelung dar.
Beispielsweise wird dem Generator ein Befehl zu der oben angegebenen
Momentenreduktion von dieser übergeordneten
Regelung vorgegeben.
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Wie
aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, sind einem Energieerzeuger
verschiedene mögliche
Betriebszustände
bzw. -arten zugeordnet, wobei diese Betriebszustände durch eine Summation eines
realen Energieerzeugers und keines, eines oder mehrerer virtueller
Energieverbraucher repräsentiert
werden. Die virtuellen Energieverbraucher werden vom Energiemanager
in Abhängigkeit
von der vorliegenden Energiemenge und dem vorliegenden Energiebedarf
freigegeben oder gesperrt. Aus diesen Freigaben kann der vom Generator
zu wählende
Betriebszustand direkt abgeleitet werden.
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Weiterhin
ist gemäß der 3 der
Batterie 5, bei der es sich um einen Energiespeicher handelt,
die Prioritätskennzahl
PK = 2 zugeordnet. Auch jeder Energiespeicher weist verschiedene
Betriebszustände
auf. In einem dieser Betriebszustände gibt er seine maximal mögliche Leistung
ab, die im Falle der Batterie 5 800 W beträgt. Dieser
Betriebszustand ist der Klasse 0 zugeordnet. Die von der Batterie
in dieser Betriebsart abgegebene Energie ist in der 4 negativ
bilanziert, d. h. mit einem Minuszeichen versehen.
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Jeder
Energiespeicher kann seine Abgabeleistung senken bzw. Leistung aufnehmen,
indem er mittels einem oder mehreren sogenannten virtuellen Verbrauchern
in höheren
Klassen Leistung bezieht. Diesen virtuellen Verbrauchern sind andere
Klassen zugeordnet, beispielsweise die Klassen 3, 4 und 5. Dabei
nimmt der Energiespeicher – wie
aus der 3 ersichtlich ist – in der
Klasse 3 eine Leistung von 600 W, in der Klasse 4 eine Leistung
von 300 W und in der Klasse 5 eine Leistung von 100 W auf. Dies
ist in der folgenden Tabelle veranschaulicht, in welcher in der
letzten Spalte die effektive Leistung des Energiespeichers angegeben
ist.
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Wie
aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, sind einem Energiespeicher
verschiedene mögliche
Betriebszustände
bzw. -arten zugeordnet, wobei diese Betriebszustände durch eine Summation eines
realen Energieerzeugers und keines, eines oder mehrerer virtueller
Energieverbraucher repräsentiert
werden. Die virtuellen Verbraucher werden vom Energiemanager in
Abhängigkeit
von der vorliegenden Energiemenge und dem vorliegenden Energiebedarf
freigegeben oder gesperrt.
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Die
Prioritätskennzahlen
3 und 4 sind weiteren, im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht vorgesehenen
Energiespeichern vorbehalten.
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Ferner
ist in der 3 der Grundlast die Prioritätskennzahl
PK = 5 und die Klasse 1 zugeordnet, in welcher eine Leistungsaufnahme
von 500 W gegeben ist. Weiterhin ist derselben Prioritätskennzahl
PK = 5 ein weiterer Verbraucher zugeordnet, beispielsweise eine
Sekundärluftpumpe
des Fahrzeugs. Diese ist in die Klasse 2 eingeordnet und hat eine
Leistungsaufnahme von 250 W.
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Gemäß der 3 ist
einem weiteren Verbraucher die Prioritätskennzahl PK = 6 zugeordnet.
Dieser weitere Verbraucher weist nur einen Betriebszustand auf,
dem die Klasse 2 zugeordnet ist. Dieser weitere Verbraucher hat
eine Leistungsaufnahme von 300 W. Bei diesem weiteren Verbraucher
handelt es sich beispielsweise um ein Bremsregelsystem.
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Ferner
ist gemäß der 3 ein
noch weiterer Verbraucher vorgesehen, dem die Prioritätskennzahl
PK = 7 zugeordnet ist. Dieser noch weitere Verbraucher weist ebenfalls
nur einen Betriebszustand auf, dem die Klasse 2 zugeordnet ist.
Dieser noch weitere Verbraucher hat eine Leistungsaufnahme von 100
W. Es kann sich dabei um einen Scheinwerfer handeln.
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Schließlich ist
gemäß der 3 ein
Verbraucher vorgesehen, der in drei Leistungsstufen betreibbar ist.
Beispielsweise handelt es sich bei diesem Verbraucher um ein Heizelement
des Fahrzeugs. Jede der Leistungsstufen dieses Verbrauchers wird
als ein eigener, unabhängiger
Verbraucher betrachtet. Der Leistungsstufe 1 ist die Prioritätskennzahl
PK = 14, der Leistungsstufe 2 die Prioritätskennzahl PK = 15 und der
Leistungsstufe 3 die Prioritätskennzahl
PK = 16 zugeordnet. Weiterhin sind die Leistungsstufen 1 und 2 jeweils
in die Klasse 4 und die Leistungsstufe 3 in die Klasse 5 eingeordnet.
In der Klasse 4 nimmt der Verbraucher mit der Prioritätskennzahl
PK = 14 eine Leistung von 300 W auf. Der Verbraucher mit der Prioritätskennzahl
PK = 15 hat in der Klasse 4 eine Leistungsaufnahme von 400 W. Der
Verbraucher mit der Prioritätskennzahl
PK = 16 hat in der Klasse 5 eine Leistungsaufnahme von 300 W. Dies
ist in der folgenden Tabelle veranschaulicht, in deren letzter Spalte
die Gesamtleistung angegeben ist.
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Jeder
der vorgenannten Verbraucher kann im Betrieb dynamisch seine Klasse
wechseln. Wenn beispielsweise ein Heizverbraucher, der in die Klasse
5 eingeordnet ist, durch das Energiemanagement abgeschaltet wird,
kann er nach einer gewissen Zeit in die Klasse 4 wechseln. Durch diesen
Wechsel wird angezeigt, dass die vorgenommene Abschaltung des Heizverbrauchers
nunmehr wahrnehmbar ist.
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Folglich
ist bei der vorliegenden Erfindung jedem Verbraucher eindeutig eine
Prioritätskennzahl
zugeordnet, die sich nicht ändert.
Umgekehrt können
aber einer Prioritätskennzahl
mehrere Verbraucher zugeordnet sein. Jeder Verbraucher kann zu einem
Zeitpunkt nur einer Klasse angehören.
Verbraucher im Sinne der Erfindung sind bei einstufigen Verbrauchern
der Verbraucher selbst, bei mehrstufigen Verbrauchern stets nur eine
Schaltstufe des Verbrauchers. Sind Verbraucher mit übereinstimmender
Prioritätskennzahl
in verschiedenen Klassen vorhanden, dann können sie stets unabhängig voneinander
angesteuert werden. Haben hingegen zwei Verbraucher dieselbe Prioritätskennzahl
und dieselbe Klasse, dann können
sie nur gemeinsam zu- und abgeschaltet werden.
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Der
Energiemanager 1 führt
das Energiemanagement unter Verwendung der im Speicher 3 abgespeicherten
Daten durch, die in der 3 veranschaulicht sind. Diese
abgespeicherten Daten, die die Leistungsaufnahme bzw. Leistungsabgabe
der Bordnetzkomponenten angeben, werden von der Recheneinheit 2 des Energiemanager 1 aus
dem Speicher 3 ausgelesen und einem Rechenvorgang unterworfen.
Im Rahmen dieses Rechenvorganges wird ein Gleichgewichtspunkt ermittelt,
indem zeilenweise von links nach rechts die angegebenen Leistungswerte
solange aufaddiert werden, bis die ermittelte Summe größer ist
als ein Schwellenwert, der beispielsweise 0 ist. Zieht man dann
den letzten Summanden wieder ab, dann erhält man den größten noch
möglichen
Wert, der kleiner als 0 ist. Daraus lassen sich nun Informationen über eine
resultierende Klasse und eine resultierende Prioritätskennzahl
ableiten, die Auskunft darüber
enthalten, welche Verbraucher wie viel Energie aufnehmen dürfen und
welche nicht.
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Diese
Informationen werden gemäß der ersten
Ausführungsform,
die in der 1 dargestellt ist, vom Energiemanager 1 dazu
verwendet, die einzelnen Verbraucher direkt anzusteuern, beispielsweise
auszuschalten, um sicherzustellen, dass die von allen Verbrauchern
insgesamt aufgenommene Energie kleiner bleibt als die zur Verfügung stehende
Energie.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
werden die genannten Informationen vom Energiemanager lediglich
an alle Bordnetzkomponenten übertragen.
Dort ist jeweils eine eigene Steuereinheit vorgesehen, die die übermittelte
Information dazu verwendet, die von der Bordnetzkomponente aufgenommene
Energie im Sinne der übermittelten
Informationen einzustellen.
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Weiterhin
ist auch eine Kombination beider vorstehend beschriebener Ausführungsformen
möglich.
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Die 4 zeigt
ein Blockschaltbild dieser zweiten Ausführungsform eines Energiemanagementsystems
gemäß der Erfindung.
Diese Ausführungsform
weist ebenso wie die in der 1 gezeigte
Ausführungsform
einen Energiemanager 1 auf, der eine Recheneinheit 2 umfasst.
Der Energiemanager 1 steht in Verbindung mit dem Speicher 3,
um Daten aus diesem auszulesen und um Daten in diesen einzuschreiben.
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Die
vom Energiemanager 1 ausgegebenen Informationen über die
resultierende Klasse und die resultierende Prioritätskennzahl
werden an alle Bordnetzkomponenten übertragen. Bei der Bordnetzkomponente 14 handelt
es sich um eine Generatoreinheit, die eine Generatorsteuereinheit 9 und
einen Generator 4 aufweist. Die Generatorsteuereinheit 9 verwendet
die vom Energiemanager 1 ausgegebenen Informationen, um die
vom Generator 4 abgegebene Energie im Sinne der übermittelten
Informationen einzustellen. Beispielsweise kann die Generatorsteuereinheit 9 dafür Sorge
tragen, dass die Abgabeleistung gesenkt wird. Dadurch kann erreicht
werden, dass das Drehmoment des Generators abgesenkt wird und dadurch
mehr Drehmoment vom Verbrennungsmotor für die Beschleunigung des Fahrzeugs
zur Verfügung
steht.
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Bei
der Bordnetzkomponente 15 handelt es sich um eine Energiespeichereinheit,
die eine Speichersteuereinheit 10 und einen Energiespeicher 5 aufweist.
Die Speichersteuereinheit 10 verwendet die vom Energiemanager 1 ausgegebenen
Informationen, um die vom Energiespeicher 5 aufgenommene
Energie im Sinne der übermittelten
Informationen einzustellen. Beispielsweise kann die Speichersteuereinheit 10 dafür Sorge tragen,
dass jegliches Laden des Energiespeichers unterbleibt, um sicherzustellen,
dass die von allen Verbrauchern insgesamt aufgenommene Energie kleiner
bleibt als die zur Verfügung
stehende Energie.
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Alternativ
dazu kann es sich bei der Bordnetzkomponente 15 auch um
eine Batterieeinheit handeln, die eine Batteriezustandserkennung 10 und
eine Batterie 5 aufweist. Die Batteriezustandserkennung
meldet dem Energiemanager 1 den Zustand der Batterie. Der
Energiemanager 1 steuert die Batterieleistung indirekt über die
Bordnetzspannung. Dies kann durch Vorgabe einer Sollspannung an
den Generator durch ein geeignetes Modell geschehen.
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Bei
der Bordnetzkomponente 16 handelt es sich um eine Verbrauchereinheit,
die eine Verbrauchersteuereinheit 11 und einen Verbraucher 6 aufweist.
Die Verbrauchersteuereinheit 12 verwendet die vom Energiemanager 1 ausgegebenen
Informationen, um die vom Verbraucher 6 aufgenommene Energie
im Sinne der übermittelten
Informationen einzustellen. Beispielsweise kann die Verbrauchersteuereinheit 11 dafür Sorge tragen,
dass der Verbraucher 6 abgeschaltet wird, um sicherzustellen,
dass die von allen Verbrauchern insgesamt aufgenommene Energie kleiner
bleibt als die zur Verfügung
stehende Energie.
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Bei
der Bordnetzkomponente 17 handelt es sich um eine Verbrauchereinheit,
die eine Verbrauchersteuereinheit 12 und einen Verbraucher 7 aufweist.
Die Verbrauchersteuereinheit verwendet die vom Energiemanager 1 ausgegebenen
Informationen, um die vom Verbraucher 7 aufgenommene Energie
im Sinne der übermittelten
Informationen einzustellen. Beispielsweise kann die Verbrauchersteuereinheit 12 dafür Sorge tragen,
dass der Verbraucher 7 abgeschaltet wird, um sicherzustellen,
dass die von allen Verbrauchern insgesamt aufgenommene Energie kleiner
bleibt als die zur Verfügung
stehende Energie.
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Bei
der Bordnetzkomponente 18 handelt es sich um eine Verbrauchereinheit,
die eine Verbrauchersteuereinheit 13 und einen Verbraucher 8 aufweist.
Die Verbrauchersteuereinheit 13 verwendet die vom Energiemanager 1 ausgegebenen
Informationen, um die vom Verbraucher 8 aufgenommene Energie
im Sinne der übermittelten
Informationen einzustellen. Beispielsweise kann die Verbrauchersteuereinheit 13 dafür Sorge tragen,
dass der Verbraucher 8 abgeschaltet wird, um sicherzustellen,
dass die von allen Verbrauchern insgesamt aufgenommene Energie kleiner
bleibt als die zur Verfügung
stehende Energie.
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Weiterhin
ist eine Berücksichtigung
des dynamischen Verhaltens der Verbraucher mit sogenannten Hüllkurven
vorgesehen. Zu diesem Zweck übergibt
jeder Verbraucher, der ein signifikantes Einschaltverhalten aufweist,
einen Parametersatz (H1, t1;
H2, t2; ...) zur
Beschreibung seines Zeitverhaltens an den Energiemanager 1.
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Die
Leistung des Verbrauchers errechnet sich dann wie folgt: P(t) = H(t)·PNenn.
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Mittels
einer derartigen standardisierten Beschreibung können alle Verbraucher in guter
Näherung
abgedeckt werden. Mittels der Hüllkurven
kann eine Look-Ahead-Funktionalität erreicht
werden. Beispielsweise kann in einem Zeitabstand von 5 Sekunden
die Energiebilanz berechnet werden und abhängig vom jeweiligen Berechnungsergebnis
weitere Schaltbefehle ausgegeben oder unterdrückt werden. Weiterhin können die
Einschaltzeitpunkte von Lasten mit hohem Einschaltimpuls zeitlich
entzerrt werden.
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Zusammenfassend
kann ausgeführt
werden, dass bei der vorliegenden Erfindung keine strikte Trennung
zwischen Erzeugern, Speichern und Verbrauchern vorgenommen wird.
Es kann exakt definiert werden, wofür eine vorhandene Batterie
entladen werden darf. Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich
ohne weiteres in eine übergeordnete
Regelung einbinden. Durch das Managementsystem gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung wird der im Fahrzeug vorhandene Bus nur gering belastet,
da nur eine Information über
eine resultierende Klasse und eine resultierende Prioritätskennzahl übertragen
wird. Von den Verbrauchern wird nur im Falle einer Statusänderung
oder eines Wechsels der Klasse eine Nachricht an den Energiemanager
gesendet. Weitere Vorteile der Erfindung sind eine hohe Genauigkeit
der Verbraucher-Spitzenlastreduktion, die Skalierbarkeit und die
leichte Anpassbarkeit an Kundenwünsche.
Weiterhin ist die Arbeitsweise eines Energiemanagementsystems gemäß der Erfindung
leicht nachvollziehbar und applizierbar. Neue Verbraucher lassen
sich in einfacher Weise in das Konzept einbinden, da eine standardisierte
Schnittstelle existiert. Neue Komponenten können automatisch erkannt und
im Sinne einer Plug & Play-Funktionalität in ein
bestehendes System integriert werden. Bei der vorliegenden Erfindung
erfolgt eine dynamische Priorisierung der Bordnetzkomponentenleistung,
was eine Regelung mit nur minimaler Wahrnehmbarkeit der Regeleingriffe durch
den Kunden ermöglicht.
Gemäß der oben
beschriebenen zweiten Ausführungsform,
welcher ein dezen trales Verbrauchermodell zugrunde liegt, wird der
Verbraucherzustand nicht im Energiemanager abgebildet, da die Intelligenz
bezüglich
des Verbraucherzustandes im Verbraucher selbst oder zumindest außerhalb
des Energiemanagers angeordnet ist.
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Ein
Energiemanagementsystem gemäß der Erfindung
kann als Grundlage für
ein modellübergreifendes
Energiemanagement und auch für
ein herstellerübergreifendes,
standardisiertes Energiemanagement dienen, da jede Bordnetzkomponente
durch einen standardisierten Parametersatz beschrieben wird und
eine Standardschnittstelle aufweist. Dies ermöglicht eine Anpassung an verschiedene
Fahrzeuge und Ausstattungsgrade. Bei bekannten Energiemanagementsystemen
war es im Unterschied dazu notwendig, Verbraucherschnittstellen
für mehrstufige
Verbraucher in komplizierter Weise im Energiemanager zu berücksichtigen. Durch
die Maßnahme,
dass jede Stufe als eigener Verbraucher behandelt wird, können beliebige
Verbraucher integriert werden, ohne dass der Kern des Energiemanagementsystems
verändert
werden muss.
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- 1
- Energiemanager
- 2
- Recheneinheit
- 3
- Speicher
- 4
- Energieerzeuger,
Generator
- 5
- Energiespeicher,
Batterie
- 6
- Erster
Energieverbraucher
- 7
- Zweiter
Energieverbraucher
- 8
- Dritter
Energieverbraucher
- 9
- Generatorsteuereinheit
- 10
- Speichersteuereinheit,
Batteriezustandserkennung
- 11
- Verbrauchersteuereinheit
- 12
- Verbrauchersteuereinheit
- 13
- Verbrauchersteuereinheit
- 14
- Generatoreinheit
- 15
- Energiespeichereinheit
- 16
- Verbrauchereinheit
- 17
- Verbrauchereinheit
- 18
- Verbrauchereinheit
