-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Energiesteuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Energiesteuervorrichtung,
welche eine Verwaltung der elektrischen Energie in einem Kraftfahrzeug
unter Optimierung des Kraftstoffverbrauchs und unter Gewährleistung
der Robustheit des elektrischen Bordnetzes ermöglicht und hierbei eine flexible,
an die jeweilige Anwendung bzw. Strategie anzupassende Struktur
aufweist.
-
Im
Stand der Technik sind diverse Verfahren zur Energieverteilung in
Kraftfahrzeugen bekannt, die zum einen eine Optimierung des Kraftstoffverbrauchs
zum Ziel haben und zum anderen auch eine hinreichende Robustheit
des elektrischen Bordnetzes sicherstellen sollen.
-
Aus
DE 102 32 539 A1 ist
ein Verfahren zur Verwaltung elektrischer Energie in einem Bordnetz
bekannt, bei welchem jeweils ein Verbraucher nur dann eingeschaltet
wird, wenn genügend
Spitzenleistung und Nennleistung vom Bordnetz zur Verfügung gestellt
werden kann, und anderenfalls der Einschaltzeitpunkt verzögert wird
sowie Versorgungsleistung erhöhende
und/oder verbrauchsmindernde Maßnahmen
eingeleitet werden, bis genügend
Leistung verfügbar
ist.
-
Aus
DE 197 45 849 A1 ist
eine Einrichtung zur Energieverteilung in einem Kraftfahrzeug mit
Hilfe einer als Bordnetzmanager arbeitenden Steuereinrichtung bekannt.
Die Energieverteilung zwischen Bordnetz und Brennkraftmaschine erfolgt
gemäß vorgebbaren
Anforderungen unter Berücksichtigung
der Bedingung, dass die Bordnetz-Soll-Spannung innerhalb vorgebbarer
Grenzen liegt. Insbesondere wird etwa bei einem niedrigen Batterieladezustand
die Drehzahl der Brennkraftmaschine angehoben, der Generator wird
in einen erregten Betrieb überführt und/oder
es werden elektrische Verbraucher bei erkanntem Leistungsdefizit
leistungsreduziert oder ganz abgeschaltet.
-
Die
bekannten Energiesteuervorrichtungen weisen in der Regel eine recht
komplexe und verzweigte Struktur der einzelnen Steuerblöcke auf,
die speziell auf die jeweilige Anwendung bzw. den jeweiligen Aufbau des
Antriebstranges ausgelegt ist und zumeist auch einen erheblichen
Datenfluss auf dem CAN-Bus (CAN = "Controller area network") oder LIN-Bus (LIN
= Local interconnect network")
des Fahrzeugs verursacht.
-
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energiesteuervorrichtung
für ein
Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche hinsichtlich der Anwendbarkeit
in unterschiedlichen Designumgebungen und der Realisierung unterschiedlicher
Energiesteuerungsstrategien eine größere Flexibilität aufweist.
-
Diese
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen
des unabhängigen
Patentanspruches 1 gelöst.
-
Eine
erfindungsgemäße Energiesteuervorrichtung
für ein
Kraftfahrzeug, welches ein Bordnetz mit wenigstens einer Batterie
und einer Anzahl von elektrischen Verbrauchern aufweist, umfasst:
- – eine
Versorgungssteuereinheit zur Steuerung einer Mehrzahl die aktuelle
Energieerzeugung des Kraftfahrzeuges beeinflussender Systemparameter;
und
- – eine
Verteilungssteuereinheit zur Steuerung der Verteilung der gemäß Steuerung
durch die Versorgungssteuereinheit bereitgestellten elektrischen
Gesamtenergie auf die einzelnen Verbraucher;
- – wobei
die Verteilungssteuereinheit an die Versorgungssteuereinheit eine
erste Größe übermittelt,
welche Information über
die aktuell und zukünftig
benötigte
elektrische Gesamtenergie beinhaltet;
- – und
wobei die Versorgungssteuereinheit an die Verteilungssteuereinheit
eine zweite Größe übermittelt, welche
Information über
die aktuell verfügbare
elektrische Gesamtenergie beinhaltet.
-
Durch
die erfindungsgemäße Zerlegung
der Energiesteuervorrichtung in zumindest die Versorgungssteuereinheit
und die Verteilungssteuereinheit wird insofern eine flexibler an
die jeweilige Anwendung bzw. Strategie anzupassende Struktur geschaffen,
als etwa durch eine Beschränkung
der Energiesteuervorrichtung auf die Versorgungssteuereinheit und
die Verteilungssteuereinheit, gegebenenfalls sogar eine Beschränkung nur
auf die Versorgungssteuereinheit, stufenweise vereinfachte Versionen
in einfacher Weise implementiert werden können. Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung
ist auch flexibel in Fahrzeugen einsetzbar, in denen eine eigenständige Abschaltung
einzelner Verbraucher mangels entsprechender Schalter gar nicht
möglich
ist. Ferner können
weitere Steuereinheiten, wie etwa eine Batterieüberwachungseinrichtung und
eine Fahrzeugzustandsvorhersageeinrichtung selektiv zugeschaltet
oder auch für
eine Vereinfachung der Steuereinrichtung abgeschaltet werden. Die
erfindungsgemäße Steuereinrichtung
ist somit auch flexibel in Fahrzeugen einsetzbar, in denen z.B.
keine Batterieüberwachungseinrichtung
und/oder Fahrzeugzustandsvorhersageeinrichtung vorhanden ist, so
dass dann auch entsprechende Steuereinrichtungen entbehrlich sind.
-
Die
sich aus der erfindungsgemäßen Abtrennung
zusätzlicher
Steuereinheiten wie einer Batterieüberwachungseinrichtung und
einer Fahrzeugzustandsvorhersageeinrichtung ergebende Möglichkeit
zur stufenweisen Systemverkleinerung hat den weiteren Vorteil, dass
auch auf etwaige fehlerhafte Signalausgänge dieser zusätzlichen
Steuereinheiten reagiert werden kann, indem diese Signalausgänge der
zusätzlichen
Steuereinheiten, bzw. die Signaleingänge von Versorgungssteuereinheit
und Verteilungssteuereinheit, durch Standardwerte ersetzt werden.
-
Infolge
des erfindungsgemäßen Aufbaus
der Energiesteuervorrichtung aus Versorgungssteuereinheit und Verteilungssteuereinheit
und den zwischen diesen ausgetauschten Größen kann ferner eine Kommunikation
zwischen diesen Steu ereinheiten über
eine minimale Anzahl von Parametern (und daher mit minimalem Datenfluss
auf dem CAN- oder LIN-Bus des Fahrzeugs) hergestellt werden.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
werden zwischen der Versorgungssteuereinheit und der Verteilungssteuereinheit
lediglich die erste Größe, welche
Information über
die aktuell und zukünftig
benötigte elektrische
Gesamtenergie beinhaltet, und die zweite Größe, welche Information über die
aktuell verfügbare elektrische
Gesamtenergie beinhaltet, übermittelt,
wodurch eine maximale Vereinfachung der Kommunikation sowie eine
damit einhergehende Reduzierung des Datenflusses auf dem CAN- oder
LIN-Bus des Fahrzeugs erreicht wird.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Energiesteuervorrichtung eine Batterieüberwachungseinrichtung,
welche an die Versorgungssteuereinheit eine dritte Größe übermittelt,
die Information über den
aktuellen Zustand der Batterie beinhaltet. Diese dritte Größe kann
auf Basis der Batteriespannung, der Batterietemperatur, des Batteriestromes,
des Batterietyps und/oder des Batteriealters ermittelt werden. Auf diese
Weise kann die Versorgungssteuereinheit die Steuerung der aktuellen
Energieerzeugung des Kraftfahrzeuges sowie deren Optimierung im
Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch unter Berücksichtigung des tatsächlichen
aktuellen Batteriezustandes durchführen, wobei vorzugsweise gerade
auch das Alter und der Typ der Batterie berücksichtigt werden. So können die
Randbedingungen für
eine von der Versorgungssteuereinheit vorgenommene Optimierung der
Energieerzeugung aktiv in Abhängigkeit
vom Batteriezustand geändert
werden, was eine bessere und flexiblere Optimierung etwa im Vergleich
zu einer Steuerungsstrategie ermöglicht, bei
der lediglich der Ladezustand (SOC = "State of charge") der Batterie berücksichtigt wird.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst die Energiesteuervorrichtung ferner eine Fahrzeugzustandsvorhersageeinrichtung,
welche den aktuellen und künftigen
Betriebszustand des Fahrzeugs ermittelt. Vorzugsweise übermittelt
die Fahrzeugzustandsvorhersageeinrichtung an die Versorgungssteuereinheit
eine vierte Größe, welche
Information über
die aktuell und zukünftig
benötigte
Antriebskraft des Kraftfahrzeugs beinhaltet. Auf diese Weise kann
die Versorgungssteuereinheit die Steuerung der aktuellen Energieerzeugung des
Kraftfahrzeuges sowie deren Optimierung im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch
auch unter Berücksichtigung
der künftigen
Fahrzustände
ermitteln, wobei beispielsweise die Randbedingungen für eine von
der Versorgungssteuereinheit vorgenommene Optimierung der Energieerzeugung
aktiv geändert
werden können, wenn
etwa bei längeren
Autobahnfahrten nur eine geringe Anzahl von Motorstarts zu erwarten
ist.
-
Vorzugsweise übermittelt
die Fahrzeugzustandsvorhersageeinrichtung ferner an die Verteilungssteuereinheit
eine fünfte
Größe, welche
Information über
aktuell und zukünftig
gewünschte
elektrische Funktionen des Kraftfahrzeugs beinhaltet. Diese Information
kann von der Verteilungssteuereinheit genutzt werden, um einerseits
in Abhängigkeit
von den gewünschten
Funktionalitäten
der elektrischen Verbraucher die entsprechende elektrische Energie
anzufordern (durch Übermittlung
der entsprechenden Größe an die
Versorgungssteuereinheit), und andererseits die elektrische Energie
an die Verbraucher optimal zu verteilen.
-
Die
Fahrzeugzustandsvorhersageeinrichtung kann die vierte und/oder die
fünfte
Größe insbesondere mittels
bordinterner Sensoren, Armaturenbrettschaltern, bordexterner Information
und oder des von einem Navigationssystem vorgegebenen Streckenprofils
ermitteln.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
steuert die Versorgungssteuereinheit wenigstens einen oder mehrere
der nachfolgenden Kraftfahrzeugsystemparameter: Bremsmomentanforderung,
Getriebeübersetzungsverhältnisanforderung,
Motordrehmomentanforderung und/oder ISG-Anforderung.
-
Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu
entnehmen.
-
Die
Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die beigefügte
Abbildung erläutert.
-
Die
einzige 1 zeigt in einem schematischen
Blockdiagramm den Aufbau der einzelnen Funktionsblöcke in einer
erfindungsgemäßen Energiesteuerungsvorrichtung 100 in
einer bevorzugten Ausführungsform. Diese
Funktionsblöcke
können
in voneinander separaten Steuereinheiten im Fahrzeug verteilt sein.
Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich sowohl um ein Kraftfahrzeug mit
einem herkömmlichen
Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor und einem Generator als
auch um einen Antriebsstrang handeln, welcher einen Verbrennungsmotor
seriell oder parallel mit einem gegebenenfalls über eine Brennstoffzelle versorgten
Elektromotor kombiniert.
-
Gemäß 1 weist
die Energiesteuerungsvorrichtung 100 eine Versorgungssteuereinheit 10 und
eine Verteilungssteuereinheit 20 auf.
-
Die
Versorgungssteuereinheit 10 steuert eine Mehrzahl von Kraftfahrzeugsystemparametern,
welche die aktuelle Energieerzeugung des Kraftfahrzeuges beeinflussen,
und zwar gemäß dem Ausführungsbeispiel eine
Bremsmomentanforderung 11, eine Getriebeübersetzungsverhältnisanforderung 12,
eine Motordrehmomentanforderung 13 und/oder eine ISG-Anforderung 14.
Die Versorgungssteuereinheit 10 bestimmt somit, wie eine
von den im Bordnetz vorhandenen elektrischen Verbrauchern benötigte elektrische
Energie bereitgestellt wird. Beispielsweise wird in einem herkömmlichen
Aufbau mit einem von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator
und einem Bordnetz mit einer Batterie und einer Anzahl von elektrischen
Verbrauchern von der Versorgungssteuereinheit 10 bestimmt,
ob die an die elektrischen Verbraucher zu liefernde elektrische
Energie durch den Generator oder durch die Batterie bereitgestellt
wird.
-
Die
Verteilungssteuereinheit 20 steuert die Verteilung der
(gemäß Steuerung
durch die Versorgungssteuereinheit 10) erzeugten elektrischen
Gesamtenergie auf die einzelnen elektrischen Verbraucher, und übernimmt
dabei folgende Aufgaben:
- – Anforderung der benötigten elektrischen
Energie in Abhängigkeit
von den gewünschten
Funktionalitäten der
elektrischen Verbraucher, und
- – Verteilung
dieser elektrischen Energie an die elektrischen Verbraucher so,
dass die elektrischen Funktionen optimal ausgeführt werden.
-
Die
Energiesteuerungsvorrichtung 100 weist ferner eine Batterieüberwachungseinrichtung 30 und eine
Fahrzeugzustandsvorhersageeinrichtung 40 auf.
-
Die
Batterieüberwachungseinrichtung 30 ermittelt
den aktuellen Zustand der Batterie auf Basis der Batteriespannung 31,
der Batterietemperatur 32 und des Batteriestromes 33 und übermittelt
diese Informationen (gemäß 1 als
Größe 34 bezeichnet)
an die Versorgungssteuereinheit 10.
-
Die
Fahrzeugzustandsvorhersageeinrichtung 40 ermittelt den
aktuellen und künftigen
Betriebszustand des Fahrzeugs mittels bordinterner Sensoren 41,
Armaturenbrettschaltern 42, bordexterner Information 43 und/oder
des von einem Navigationssystem vorgegebenen Streckenprofils 44.
Darauf basierend übermittelt die
Fahrzeugzustandsvorhersageeinrichtung 40 zum einen an die
Versorgungssteuereinheit 10 Informationen über die
aktuell und zukünftig
benötigte
Antriebskraft des Fahrzeugs (gemäß 1 als
Größe 45 bezeichnet), und
zum anderen an die Verteilungssteuereinheit 20 Informationen über aktuell
und zukünftig
benötigte
gewünschte
elektrische Funktionen (gemäß 1 als
Größe 46 bezeichnet).
-
Die
von der Fahrzeugzustandsvorhersageeinrichtung 40 an die
Versorgungssteuereinheit 10 übermittelten Informationen über die
aktuell und zukünftig
benötigte
Antriebskraft des Fahrzeugs in Form der Größe 45 erfolgt insbesondere
in Form der aktuellen und zukünftigen
Betriebspunkte (z.B. Drehmoment und Drehzahl) des Motors. Hierzu
kann insbesondere etwa eine bevorstehende Fahrtstrecke in eine Mehrzahl
von Streckensegmenten Si unterteilt werden,
wobei für
jedes Streckensegment eine Reihe von Streckenparametern wie beispielsweise
Länge des
Streckensegments, geographische Position, Geschwindigkeitsbegrenzung
etc. gespeichert werden. Sodann wird eine Mehrzahl von Standardklassen
Ci definiert, wobei jeder dieser Standardklassen
eine innerhalb dieser Standardklasse stabile, zweidimensionale Verteilung
d(v, a) von Werten der Geschwindigkeit v und der Beschleunigung
a zugeordnet wird, die jeder Kombination von Geschwindigkeit v und
Beschleunigung a jeweils die für
diese Kombination zu erwartende relative Fahrtzeit zuordnet, wie
beispielhaft für
eine Standardklasse Ci Tabelle 1 gezeigt
ist:
-
-
Jedem
der Streckensegmente S1, ..., S2 wird
sodann eine der Standardklassen Ci mit zugehöriger zweidimensionaler
Verteilung d(v, a) von Werten der Geschwindigkeit und Beschleunigung,
sowie die jeweilige Streckenlänge
I(Si) und die erwartete Reisezeit t(Si) für
das Segment zugeordnet, wie beispielhaft in Tabelle 1 gezeigt ist:
-
-
Alternativ
kann auch eine einzige Verteilung D
total für die gesamte
bevorstehende Fahrtstrecke wie folgt berechnet werden:
wobei t(S
i)
die für
ein Streckensegment S
i zu erwartende Reisezeit
und d(S
i) die zugehörige zeitliche Verteilung gemäß Tabelle
1 bezeichnen, und wobei für
die gesamte Streckenlänge
I
total und die gesamte zu erwartende Reisezeit
t
total gilt:
-
-
Nachfolgend
wird die Verwaltung der elektrischen Energie mittels der Energiesteuerungsvorrichtung 100 über Aufgaben
bzw. Größen, die
von den o.g. Systemkomponenten Versorgungssteuereinheit 10,
Verteilungssteuereinheit 20, Batterieüberwachungseinrichtung 30 und
Fahrzeugzustandsvorhersageeinrichtung 40 wahrgenommen bzw.
ausgetauscht werde, genauer erläutert.
-
Die
Steuerung durch die Versorgungssteuereinheit 10 erfolgt
so, dass eine Minimierung des Kraftstoffverbrauchs unter der Randbedingung
erfolgt, dass die Robustheit des Bordnetzes gewährleistet bleibt.
-
Für die Minimierung
des Kraftstoffverbrauchs werden der Versorgungssteuereinheit 10 als
Eingangsgrößen zugeführt:
- – von
der Verteilungssteuereinheit 20 eine Größe 25, die den aktuellen
und zukünftigen
elektrischen Energiebedarf anzeigt, und
- – von
der Fahrzeugzustandsvorhersageeinrichtung 40 eine Größe 45,
welche die aktuellen und zukünftigen Betriebspunkte
(z.B. Drehmoment und Drehzahl) des Motors anzeigt.
-
Da
für die
Versorgungssteuereinheit 10 auch Information über den
zukünftig
zu erwartenden Energiebedarf wünschenswert
ist, enthält
die von der Verteilungssteuereinheit 20 an die Versorgungssteuereinheit 10 übermittelte
Größe 25 auch
diese zeitabhängige
Information. Die von der Verteilungssteuereinheit 20 an
die Versorgungssteuereinheit 10 übermittelte Größe 25 beinhaltet
somit Information über
die aktuell und zukünftig benötigte elektrische
Gesamtenergie. Diese kann neben der Menge der benötigten Energie
auch eine Priorisierung dahingehend enthalten, welcher Teil dieser
Energie sofort zu liefern ist und welcher auf einen späteren Zeitpunkt
verschoben werden kann. Ein Kriterium für die Priorisierung ist etwa
die Unterscheidung zwischen zeitlich begrenzten Lasten (z.B. vorübergehender
Betrieb der Sitzheizung bis zum Erreichen der gewünschten Temperatur)
und dauerhaften Lasten, da bei Letzteren der Ausfall vom Benutzer
i.d.R. schneller bemerkt wird. Die Priorisierung kann sowohl statisch
(basierend etwa auf der Wichtigkeit des jeweiligen Verbrauchers)
als auch dynamisch (basierend etwa auf dem letzten Betrieb des Verbrauchers)
erfolgen.
-
Auf
Basis der von der Fahrzeugzustandsvorhersageeinrichtung 40 an
die Versorgungssteuereinheit 10 übermittelten Informationen über die
aktuell und zukünftig
benötigte
Antriebskraft des Fahrzeugs (gemäß 1 in
Form der Größe 45)
insbesondere in Form der aktuellen und zukünftigen Betriebspunkte, z.B.
Drehmoment und Drehzahl des Motors, können durch die Versorgungssteuereinheit 10 geeignete
Zeitpunkte für
die Energieerzeugung (nämlich
solche Zeitpunkte, zu denen die Energieerzeugung verhältnismäßig kostensparend
möglich
ist) bestimmt werden, um eine Minimierung des Kraftstoffverbrauchs
zu erzielen.
-
Basierend
auf dem zukünftig
zu erwartenden Energiebedarf sowie auf den (von der Fahrzeugzustandsvorhersageeinrichtung 40) übermittelten
Betriebspunkten (Motordrehmoment, Motordrehzahl) und/oder dem von
der Batterieüberwachungseinrichtung 30 übermittelten
Batteriezustand (Größe 34)
optimiert die Versorgungssteuereinheit 10 die Art und Weise
der Energieerzeugung im Hinblick auf die Kraftstoffersparnis.
-
Zu
dieser Optimierung kann eine Kostenfunktion λ berechnet werden, welche ein
Maß für die sich
aus dem Kraftstoffverbrauch ergebenden Zusatzkosten darstellt, die
mit der Erzeugung einer zusätzlichen
elektrischen Leistung ΔP
(zusätzlich
zur Erzeugung der Leistung P des Verbrennungsmotors) verbunden sind.
Mit dieser Kostenfunktion λ können geeignete
Zeitpunkte für
die Energieerzeugung in Abhängigkeit
davon bestimmt werden, ob der Wert λ(P + ΔP) einen bestimmten Schwellenwert λ
F unterschreitet.
Die Erzeugung dieser Energie wird im Hinblick auf die Kraftstoffersparnis
dann als wirtschaftlich angesehen, solange die Bedingung λ(P + ΔP) < λ
F erfüllt ist.
Der Schwellenwert λ
F wird dabei so bestimmt, dass die erwartungsgemäß von den
elektrischen Verbrauchern künftig
(über das
bevorstehende Streckenprofil) verbrauchte Energie erzeugt wird.
Mathematisch entspricht diese Bedingung für die geeignete Wahl des Schwellenwerts λ
F der
Lösung
des Optimierungsproblems, das in (3) angegebene Minimum
mit
P(t) = PP(t) + PE,Mech(t) (4)und
PE(t)
= η(PE, ω)·PE,Mech(t) (5) zu
bestimmen, so dass die Bedingung
erfüllt ist. Dabei bezeichnet f(P(t), ω(t)) die
Kraftstoff-Strömungsrate
in Abhängigkeit
von der Ausgangsleistung P(t) des Verbrennungsmotors und der Drehzahl ω(t), P
P(t) die Antriebsleistung zur Zeit t, P
E,Mech(t) die mechanische Leistung zum Antrieb
des Generators zur Zeit t, P
E(t) die zur
Zeit t erzeugte elektrische Energie, η(P
E, ω) den Wirkungsgrad
des Wechselstromgenerators bei der Umwandlung von mechanische in
elektrische Energie, ω(t)
die Drehzahl des Verbrennungsmotors zur Zeit t, T
prediction die
vorhergesagte Zeitperiode und E
load die während dieser
vorhergesagten Zeitperiode an die elektrischen Verbraucher gelieferte
elektrische Energie.
-
Die
Gewährleistung
der Robustheit des Bordnetzes beinhaltet die Fähigkeit des Energieversorgungssystems
aus Batterie und Generator, die Anforderungen des Bordnetzes unter
Garantie der Aufrechterhaltung eines minimalen Batterieladezustandes
zu erfüllen
("Battery charge
balance"), sowie
auch Spannungsschwankungen im Bordnetz für einen stabilen Betrieb der
elektrischen Verbraucher (z.B. Beleuchtungskomponenten und Innenraumgebläse) ("powernet voltage
quality") zu begrenzen.
Zur Realisierung dieser beiden Anforderungen wird die verbrauchte
Energie in Ausgleich mit der Energie gebracht, die im obigen Sinne "robust" bereitgestellt werden
kann.
-
Eine
stabile Bordnetz-Spannung wird dadurch gewährleistet, dass die verbrauchte
Energie auf die Energieversorgungskapazität des Energieversorgungssystems
abgestimmt wird. Die Aufrechterhaltung eines minimalen Batterieladezustandes
wird dadurch gewährleistet,
dass die vom Generator gelieferte Energie der von den Verbrauchern
verbrauchten Energie zuzüglich
der zu Aufrechterhaltung des gewünschten
minimalen Batterieladezustandes entspricht.
-
Um
dies zu erreichen, übermittelt
die Versorgungssteuereinheit 10 gemäß 1 an die
Verteilungssteuereinheit 20 eine Größe 15, welche Information über die
aktuell verfügbare
elektrische Gesamtenergie beinhaltet. Diese Größe 15 wird von der
Versorgungssteuereinheit 10 basierend auf der benötigten Energiemenge
sowie deren Priorisierung, der Versorgungskapazität des Generators
und dem aktuellen Batterieladezustand ermittelt.
-
Um
die Belastung des Bordnetzes auf die verfügbare Energie zu begrenzen,
wird der Energieverbrauch nicht-sicherheitsrelevanter Systeme und
Ausstattungselemente begrenzt bzw. reduziert. Hierzu steuert die
Verteilungssteuereinheit 20 die insgesamt verbrauchte Energie
auf Basis der von der Versorgungssteuereinheit 10 gelieferten
Größe 15 über die
aktuell verfügbare
Gesamtenergie.
-
Wenn
die benötigte
elektrische Energie die verfügbare
Energie übersteigt,
wird die Erstere an die Letztere angepasst, indem die Energiezufuhr
zu bestimmten Verbraucher reduziert wird. Dabei sind zur Reduzierung
der Energiezufuhr nur solche Verbraucher geeignet, welche folgende
Kriterien erfüllen:
- (a) die von dem Verbraucher wahrgenommene Funktion
ist nicht sicherheitsrelevant; und
- (b1) eine Funktionsverschlechterung des Verbrauchers wird von
dem Benutzer nicht unmittelbar wahrgenommen ("hohe Zeitkonstante"), oder
- (b2) eine Funktionsverschlechterung des Verbrauchers wird von
dem Benutzer zwar unmittelbar wahrgenommen ("kurze Zeitkonstante"), es liegt jedoch ein vorbestimmter
Betriebszustand vor (z.B. Zustand mit stehendem Fahrzeug, wenn die
elektrische Energie für
die Scheibenwischerfunktion bestimmt ist).
-
Die
Verteilung der verfügbaren
Energie auf die elektrischen Verbraucher kann auf unterschiedliche Weisen
erfolgen, und zwar abhängig
von der Priorisierung des Verbrauchers, von der Nennleistung des
Verbrauchers und/oder von der Verzögerung der Funktion (bei zeitlich
begrenzten Lasten). Beispielsweise können den Verbraucher vier unterschiedlich
hohe Prioritäten
zugeordnet werden: Eine hohe Priorität für sicherheitskritische Verbraucher,
eine mittlere Priorität
für weniger
kritische Verbraucher, denen Energie nach Möglichkeit zugeführt werden
sollte (z.B. elektrische Sitzeinstellung), eine geringe Priorität für unkritische
Verbraucher, die verzögert
oder in geringerem Maße
mit Energie versorgt werden können
(z.B. elektrische Energie für
die Sitzheizung), und eine niedrigste Priorität für Verbraucher, deren Funktion
bereits wahrgenommen wurde (z.B. Energie für eine Beheizung der Windschutzscheibe,
wobei diese Funktion bereits ausgeführt wurde).
-
Die
Verteilung der elektrischen Energie auf einen n-ten Verbraucher
durch die Verteilungssteuereinheit
20 kann dann über folgende
Beziehung erfolgen:
wobei
Prio
n die dem n-ten Verbraucher zukommende
Priorität,
P
n,gefordert die von dem n-ten Verbraucher
geforderte elektrische Energie, und P
verfügbar die
insgesamt verfügbare
elektrische Energie bezeichnen. Sofern etwa bei Verbrauchern hoher
Priorität
die zugeordnete Energie die geforderte übersteigen sollte, kann die überschüssige Energie
auf die anderen Verbraucher verteilt werden.
-
Zusammenfassend
wird durch die erfindungsgemäße Energiesteuervorrichtung
eine Verwaltung der elektrischen Energie in einem Kraftfahrzeug
unter Optimierung des Kraftstoffverbrauchs bei Gewährleistung der
Robustheit des elektrischen Bordnetzes ermöglicht, wobei die Energiesteuervorrichtung
eine flexible und an die jeweilige Anwendung bzw. Strategie anzupassende
Struktur aufweist.
erfüllt ist. Dabei bezeichnet f(P(t), ω(t)) die Kraftstoff-Strömungsrate in Abhängigkeit von der Ausgangsleistung P(t) des Verbrennungsmotors und der Drehzahl ω(t), PP(t) die Antriebsleistung zur Zeit t, PE,Mech(t) die mechanische Leistung zum Antrieb des Generators zur Zeit t, PE(t) die zur Zeit t erzeugte elektrische Energie, η(PE, ω) den Wirkungsgrad des Wechselstromgenerators bei der Umwandlung von mechanische in elektrische Energie, ω(t) die Drehzahl des Verbrennungsmotors zur Zeit t, Tprediction die vorhergesagte Zeitperiode und Eload die während dieser vorhergesagten Zeitperiode an die elektrischen Verbraucher gelieferte elektrische Energie.
