DE102008021045A1

DE102008021045A1 - Energiemangagement für Fahrzeuge mit Elektroantrieb

Info

Publication number: DE102008021045A1
Application number: DE102008021045A
Authority: DE
Inventors: David Dipl.-Ing. ETH Wenger
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-04-26
Filing date: 2008-04-26
Publication date: 2008-10-30

Abstract

Die Erfindung betrifft Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb, wobei Informationen eines Navigationssystems über die aktuelle Fahrzeugposition und die weitere Fahrstrecke für ein Energiemanagement der elektrischen Anlage des Fahrzeugs verwendet werden. Erfindungsgemäß werden dabei über die reine Regelung des elektrischen Antriebs hinaus auch andere Energie verbrauchende Einrichtungen des Fahrzeugs, wie z.B. Klimaanlage, Sitzheizungen usw., im Sinne eines routenangepassten Energiemanagements angesteuert. Damit wird die insgesamt verfügbare elektrische Energie sehr effektiv eingesetzt und die Vorteile der elektrischen Antriebstechnik können in größerem Maße genutzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft Fahrzeuge, bei denen der Antrieb zum Teil oder auch vollständig über einen oder mehrere Elektromotoren erfolgen kann. Insbesondere betrifft die Erfindung derartige Fahrzeuge, die über eine Energierückgewinnung bei Verzögerungsabläufen verfügen. Weiterhin betrifft die Erfindung derartige Fahrzeuge, die ein Navigationssystem aufweisen, über das die aktuelle Fahrzeugposition und die weitere Fahrstrecke bestimmt werden kann, wobei diese Informationen für ein Energiemanagement der elektrischen Anlage des Fahrzeugs verwendet werden.
Aus Umweltgesichtspunkten werden zunehmend Fahrzeuge entwickelt, die über elektrische Antriebskomponenten verfügen. Die wesentliche technische Herausforderung liegt dabei in der Bereitstellung der erforderlichen elektrischen Energie über einen Zeitraum, der auch für längere Fahrstrecken ohne Unterbrechung ausreicht. Rein elektrisch betriebene Fahrzeuge sind daher bisher nur für relativ kurze Fahrstrecken konzipiert. Eine Alternative sind so genannte Hybridfahrzeuge, die mittlerweile von verschiedenen Herstellern angeboten werden. Bei diesen Fahrzeugen ist neben dem herkömmlichen Antrieb auf Basis eines Verbrennungsmotors zusätzlich ein elektrischer Antrieb eingebaut. Während der Fahrt kann durch Steuerungsein richtungen dynamisch von einem zum anderen Antrieb umgeschaltet werden oder auch, beispielsweise zu Anfahrbeschleunigung oder bei starker Steigung, beide Antriebe zur Traktionserhöhung simultan geschaltet werden.
Bei Fahrzeugen dieser Art ist es mittlerweile Standard, während der Fahrt einen Teil an elektrischer Energie zurück zu gewinnen und entsprechend ausgelegte Speichereinrichtungen im Fahrzeug dadurch bereits während der Fahrt zum Teil wieder aufzuladen. Dies geschieht durch Rückgewinnung der kinetischen Energie des bewegten Fahrzeugs bei Verzögerungsvorgängen, wobei die elektrischen Antriebe für den Zeitraum eines Bremsmanövers als Stromgeneratoren geschaltet werden. Insbesondere eine längere Fahrt bergab führt also zu einer entsprechenden Aufladung der vorhandenen Speicher.
Im Mittel wird dabei durch eine entsprechende Regelung vorzugsweise ein zu weit gehender Entladungszustand der elektrischen Speicher durch frühzeitiges Reduzieren des elektrischen Antriebsanteils vermieden. Ein mittlerer Entladungszustand der Speicher bietet sich dabei insofern an, als dadurch jederzeit die Möglichkeit der Aufladung (Talfahrt) ebenso gegeben ist, wie eine Ladungsentnahme (Beschleunigung, Bergfahrt).
Die US-Patentschrift US5892346 beschreibt eine derartige Vorrichtung in Hybridfahrzeugen, bei der zusätzlich Informationen eines Navigationssystems für ein Energiemanagement genutzt werden. Dabei werden die auf der geplanten Route liegenden Stationen erfasst, die technisch für eine elektrische Aufladung der Speicher ausgerüstet sind. Für die jeweiligen Teilstrecken von Station zu Station wird dann der elektrische Antrieb entsprechend genutzt, d. h. die Speicher können nahezu bis zum Entladungszustand beim Erreichen der nächsten Station genutzt werden.
Für ein effizienteres Energiemanagement ist es besonders vorteilhaft, die voraus liegende Fahrstrecke bezüglich Steigungen und Gefälle zu erfassen, und daraus durch entsprechende Regelung des Antriebs eine Optimierung des elektrischen Energiehaushalts zu gestalten. Ein derartiges Verfahren und die zugeordnete Vorrichtung beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift DE 101 28 758 A1 . Befindet sich beispielsweise das Fahrzeug noch in einer längeren Phase einer Bergauffahrt, so kann der elektrische Antrieb länger hinzugeschaltet bleiben und damit der Ladezustand deutlich über den mittleren Bereich hinaus fallen, wenn dem Steuerungssystem durch Analyse der voraus liegenden Fahrtroute bekannt ist, ab wann und nach welcher Höhendifferenz diese Steigung beendet ist. Folgt zudem eine Talfahrt, so ist damit durch Länge und Gefälle dieser Teilstrecke das Maß der erzielbaren Aufladung während dieser Verzögerungsphase voraus kalkulierbar. Durch diese vorausschauende Mischkalkulation lassen sich Entlade- und Ladephasen aufeinander abstimmen und der elektrische Speicher wird in wesentlich größerem Umfang genutzt. Dabei ist wieder vorgesehen, dass ein Mindest-Ladezustand zu keiner Zeit unterschritten wird.
Die Erfindung geht aus von dem letztgenannten Dokument als nächstliegendem Stand der Technik. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein System für ein effizientes Energiemanagement in elektrisch betriebenen Fahrzeugen zu entwickeln, das weitergehende Eingriffe die Energiesteuerung eines Fahrzeugs vornimmt und damit eine effizientere Nutzung der gespeicherten elektrischen Energie ermöglicht.
Diese Aufgabe wird bei einem System mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Weitere Details und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Erfindung schlägt vor, die von dem Navigationsgerät zur Verfügung gestellten Informationen über den Verlauf der weiteren Strecke über die reine Regelung des elektrischen Antriebs hinaus zu nutzen, um auch andere Energie verbrauchende Einrichtungen des Fahrzeugs im Sinne eines Routenangepassten Energiemanagements anzusteuern.
In modernen Fahrzeugen gibt es über den Antrieb hinaus eine große Anzahl Energieverbrauchende Systeme. Ein Teil davon dient technischen Funktionen, die unverzichtbar sind und daher für einen Eingriff im Sinne einer Reduzierung der Leistungsaufnahme nicht in Frage kommen. Ein anderer Teil sind jedoch Einrichtungen, die mehr oder weniger allein dem Komfort der Insassen dienen. Hier sind Eingriffe in den Energieverbrauch grundsätzlich zulässig und – bei entsprechender Steuerung – auch ohne eine wesentliche Verminderung des Fahrkomforts möglich.
Ein Hauptverbraucher der vorgenannten Kategorie ist die Klimaanlage. Eine Reduzierung der Leistungsaufnahme bei dieser Komponente spart daher erhebliche Energie. Erfindungsgemäß wird daher durch die Steuereinrichtung beispielsweise während einer längeren Bergauffahrt die Klimaanlage vorzugsweise um einen fest vorgegebenen Anteil, oder auch in mehreren Stufen, in ihrer Leistung reduziert. Somit kann für eine vorkalku lierte Dauer der Steigungsphase ein größerer Anteil an elektrischer Energie in Antriebsenergie umgesetzt werden oder auch für spätere Reisestrecken verfügbar bleiben. Wird später weniger Antriebsleistung gebraucht, weil beispielsweise eine Talfahrt beginnt, so kann die Leistung der Klimaanlage wieder automatisch, z. B. schrittweise erhöht werden.
In vergleichbarer Weise können weitere Energieverbraucher mit in die Regelung durch das vorausschauende Energiemanagement einbezogen werden. So haben elektrische Sitzheizungen ebenfalls einen relativ hohen Energiebedarf. Auch hier ist eine zeitlich befristete Reduzierung der Leistungsaufnahme möglich. Auch die verschiedenen Gebläse im Innenbereich können geregelt werden, wobei jedoch vorzugsweise bezüglich jeweiliger Funktion differenziert werden kann, um beispielsweise ein zur Frontscheibenenteisung oder Beschlag-Reduzierung eingesetztes Gebläse nicht – oder nur teilweise – in die Regelung mit einzubeziehen.
Für einige der genannten Komponenten, die dem Komfort dienen, ist es vorteilhaft, dass der vom Energiemanagement vorgenommene Eingriff in die jeweilige Regelung nicht abrupt, sondern in physiologisch abgestimmtem Rahmen erfolgt. So kann insbesondere die dem Klimatisierungssystem eines Fahrzeugs innewohnende Trägheit dergestalt genutzt werden, dass von den Insassen die Veränderungen nicht als störend empfunden werden. Ähnliches gilt für die Sitzheizung, die ebenfalls relativ träge reagiert. Auch die Zufuhr an Frischluft über Gebläse kann in gewissen Grenzen reduziert werden, ohne dass damit eine zu große Komfortabnahme verbunden wäre.
Eine weitere Komponente mit – je nach Einstellung – relativ hohem Verbrauch an elektrischer Energie ist die Musikanlage.
Hier ist es vorteilhaft, die Regelungsstufen vorwählbar zu gestalten, d. h. dass durch den Fahrer und/oder die Insassen vorgegeben werden kann, ob hier überhaupt ein Eingriff durch das Energiemanagement erfolgen kann, bzw. es können die Regelungsgrenzen (Minimallautstärke) vorgegeben werden. Auch hier bietet sich eine Steuerung mit „weichem" Übergang an, d. h. ohne abrupte Leistungssprünge, die als unangenehme akustische Änderungen empfunden werden könnten.
Die verschiedenen aufgeführten Komponenten sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen. Andere Einrichtungen können in das Energiemanagementsystem einbezogen werden (Innenraumbeleuchtung, Multimediageräte, Motoren zur Sitzverstellung u. v. m). Dabei kann eine Priorisierung bestehen, die entweder bereits werkseitig vorgegeben ist, oder auch vom Fahrer individuell eingestellt werden kann. Damit werden dann einzelne Komponenten vorrangig vor anderen in das Energiemanagement einbezogen. Ebenso kann der jeweilige Regelungsumfang für verschiedene Verbraucher vorgegeben werden.
In einer erweiterten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems können vorhandene Sensoren genutzt werden, um die Eingriffe des Energiemanagementsystems abhängig von verschiedenen Parametern zu variieren. Dadurch können insbesondere äußere Bedingungen für eine adaptive Regelung berücksichtigt werden: Z. B. bedingt sehr kalte Witterung einen anderen (reduzierten) Eingriff bzgl. Frontscheibenbelüftung, sehr heißes Wetter bedingt höhere verbleibende Minimalleistung der Klimaanlage), laute Umweltakustik (Fahrgeräusch bei schneller Fahrt, Straßenbau o. a.) eine höhere Minimallautstärke der Musikanlage, usw.
Durch die Erfindung wird ein Energiemanagement in elektrisch betriebenen Fahrzeugen möglich, dass durch Einbeziehung togologischer und anderer Informationen des Navigationssystems eine vorausschauende Regelung des elektrischen Energiehaushalts im Fahrzeug vornimmt und dabei neben dem reinen Antriebsbereich auch andere Verbraucher in die Kalkulation und Steuerung einbezieht. Damit wird die verfügbare elektrische Energie sehr effektiv eingesetzt und die Vorteile der elektrischen Antriebstechnik können in größerem Maße genutzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5892346 [0005]
- DE 10128758 A1 [0006]

Claims

System für ein fahrtroutenabhängiges Energiemanagement in elektrisch betriebenen Fahrzeugen, wobei durch Einbeziehung togologischer und anderer Daten eines Navigationssystems über die Fahrtroute eine vorausschauende Regelung des elektrischen Energiehaushalts im Fahrzeug im Sinne einer Mischkalkulation vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kalkulation und Regelung in das Energiemanagement neben dem reinen Antriebsbereich auch andere Verbraucher elektrischer Energie einbezogen sind.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere Verbraucher wie Klimaanlage, Sitzheizung, Gebläse, Musikanlage und Sitzverstelleinrichtungen in das Energiemanagement einbezogen werden.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Verbraucher abgestuft nach einer vorgegebenen Prioritätsliste in das Energiemanagement einbezogen werden.
System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Verbraucher mit unterschiedlich vorgegebenem Regelungsumfang in das Energiemanagement einbezogen werden.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Sinne eines adaptiven Energiemanagements äußere Parameter, wie z. B. Witterungslage, Fahrgeräusch usw. in die Regelung einbezogen werden.