DE102009000043A1 - Verfahren zum energieeffizienten Laden einer Fahrzeugbatterie - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum energieeffizienten Laden einer Fahrzeugbatterie mittels eines Antriebsaggregats, insbesondere mittels eines Verbrennungsmotors, eines Fahrzeugantriebs, mit Erfassen (101) eines Ladezustandes der Fahrzeugbatterie, Ermitteln (103) eines energieeffizienten Streckenabschnitts einer vorausliegenden Fahrstrecke zum energieeffizienten Laden der Fahrzeugbatterie anhand einer energiebezogenen Eigenschaft der Fahrstrecke und Laden (103) der Fahrzeugbatterie beim Befahren des ermittelten Streckenabschnitts, falls der erfasste Ladezustand zu niedrig ist, um ein Fahrstreckenzeil zu erreichen.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Energiespeicherung in Fahrzeugen.
  • In modernen Fahrzeugen werden üblicherweise leistungsfähige Fahrzeugbatterien, beispielsweise Lithium-Ionen-Fahrzeugbatterien, zum Versorgen der elektrischen Fahrzeugverbraucher mit elektrischer Energie verwendet. Bei elektromotorisch betriebenen Fahrzeugen, beispielsweise bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen, wird zum Laden der Fahrzeugbatterie ein Verbrennungsmotor eingesetzt. Bei so genannten Plug-in-Hybridantrieben besteht ferner die Möglichkeit, die Fahrzeugbatterie stationär über eine elektrische Steckdose zu laden.
  • Zum Laden der Fahrzeugbatterie während der Fahrt wird üblicherweise das in 1 dargestellte Ladeschema verwendet. Dabei zeigt 1A einen Zeitverlauf eines Ladezustandes einer Fahrzeugbatterie, 1B einen Zeitverlauf von Einschalt- bzw. Abschaltphasen beim Betrieb eines Verbrennungsmotors, welcher zum Laden der Fahrzeugbatterie verwendet wird, und 1C einen Zeitverlauf eines entsprechenden Treibstoffverbrauchs. Wie in 1A dargestellt, wird die Fahrzeugbatterie ausgehend von einem vollständigen Ladezustand 101 beispielsweise auf einem ersten Fahrtabschnitt entladen, wobei der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist. Zu einem Zeitpunkt 103 wird der Verbrennungsmotor eingeschaltet und für eine bestimmte Zeitdauer in einem Einschaltzustand 105 zum Aufladen der Fahrzeugbatterie betrieben. Ist die Fahrzeugbatterie erneut vollständig aufgeladen, so wird der Verbrennungsmotor zum Zeitpunkt 107 wieder abgeschaltet, womit der Ladezyklus von Neuem beginnt. Der Verbrennungsmotor kann je nach Hybridkonzept entweder die Antriebsräder des Fahr zeugs oder einen Generator zum Erzeugen elektrischer Energie zum Speisen des Elektromotors antreiben und die Fahrzeugbatterie gleichzeitig aufladen. Beim Einschalten des Verbrennungsmotors steigt zu Beginn der Einschaltphase 105 jedoch der in 1C dargestellte Treibstoffverbrauch, insbesondere während einer Aufheizphase 109, signifikant an.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Fahrzeugbatterie energieeffizient, insbesondere treibstoffoptimal, geladen werden kann, wenn die Anzahl der in 1B dargestellten Einschaltvorgänge bzw. der in 1C exemplarisch dargestellten verbrauchsintensiven Aufheizphasen reduziert wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeuges, welches mindestens zwei unterschiedliche Antriebsaggregate aufweist, beispielsweise einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine,
    wobei ein Energiespeicher vorhanden ist, mit dessen Energie wenigstens ein zweites Antriebsaggregat betrieben werden kann,
    wobei ein erstes Antriebsaggregat zum Antrieb einer Aufladevorrichtung, beispielsweise ein Generator, zum Aufladen des Energiespeichers betrieben werden kann und/oder direkt zum Antrieb des Fahrzeugs,
    sieht Mittel vor, die einen zurückzulegenden Streckenabschnitt erfassen und weitere Mittel vor, die einen Ladezustand des Energiespeichers und den noch zusätzlich notwendigen Energiebedarf zur Zurücklegung des zurückzulegenden Streckenabschnitts mit dem zweiten Antriebsaggregat ermitteln. Weiter sind Mittel vorhanden, die den Betrieb des ersten Antriebsaggregates zum Antrieb einer Aufladevorrichtung, zum Aufladen des Energiespeichers mit dem für die Zurücklegung des zurückzulegenden Streckenabschnitts notwenigen Energie, derart ansteuern, dass die Anzahl der notwendigen Betriebs-, Start- und/oder Aufheizphasen des ersten Antriebsaggregates während des zurückzulegenden Streckenabschnittes minimiert wird. Technischer Hintergrund ist, dass das Antriebsaggregat zum Antrieb einer Aufladevorrichtung, welches eventl. die Umwelt belastet, möglichst selten während der Fahr betrieben wird. Vorteilhaft wird so die Umweltbelastung reduziert, bspw. durch die Minimierung der umweltbelastenden Startphasen eines Verbrennungsmotors.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Betrieb des ersten Antriebsaggregates zum Antrieb einer Aufladevorrichtung, zum Aufladen des Energiespeichers mit dem für die Zurücklegung des zurückzulegenden Streckenabschnitts notwenigen Energie, derart ansteuert wird,
    dass der Energiespeichers bis zum Ende des Streckenabschnitts auf einen vorbestimmbaren Wert entladen wird
    und/oder dass der Energiespeichers bis zum Erreichen eines topographisch höchsten Punktes mindestens eines Teiles eines zurückzulegenden Streckenabschnitts bis auf einen vorbestimmbaren Wert entladen wird
    und/oder dass das erste Antriebsaggregat zum Antrieb einer Aufladevorrichtung zum Aufladen des Energiespeichers auf einen vorbestimmbaren Wert kontinuierlich betrieben wird. Technischer Hintergrund dieser Ausgestaltung ist die Berücksichtigung von Informationen bzgl. des zu befahrenden Streckenabschnitts. Vorteilhaft wird so die Anzahl der Betriebsphasen des Antriebaggregats zum Antrieb der Aufladevorrichtung minimiert und somit bspw. umweltbelastende Startphasen eines Verbrennungsmotors minimiert.
  • Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum energieeffizienten Laden einer Fahrzeugbatterie mittels eines Antriebsaggregats, insbesondere mittels eines Verbrennungsmotors, eines Fahrzeugantriebs. Das Verfahren umfasst den Schritt des Erfassens eines Ladezustandes der Fahrzeugbatterie, des Ermittelns eines energieeffizienten Streckenabschnitts einer vorausliegenden Fahrstrecke zum energieeffizienten Laden der Fahrzeugbatterie anhand einer energiebezogenen Eigenschaft der Fahrstrecke und des Ladens der Fahrzeugbatterie beim Befahren des energieeffizienten Streckenabschnitts, falls der erfasste Ladezustand zu niedrig ist, um ein Fahrstreckenziel zu erreichen. Hierzu kann beispielsweise anhand der energiebezogenen Eigenschaft der Fahrstrecke ermittelt werden, ob der zum Befahren dieser Fahrstrecke benötigte Bedarf an elektrischer Energie durch den gegenwärtigen Ladezustand gedeckt ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die Fahrzeugbatterie nur dann geladen wird, wenn dies notwendig ist, wodurch die Anzahl der energieintensiven Ladeintervalle, welche beispielsweise mit den vorgenannten Aufheizintervallen verbunden sind, minimiert wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die energiebezogene Eigenschaft eine topologische Eigenschaft der Fahrstrecke, beispielsweise eine Streckensteigung oder ein Streckengefälle, oder eine Streckenverkehrsdichte oder eine maximal zulässige Streckengeschwindigkeit oder eine mittlere Streckengeschwindigkeit. Die energiebezogene Eigenschaft der Fahrstrecke gibt daher bevorzugt Auskunft über die zum Befahren derselben insgesamt benötigte Energie. Dadurch wird in vorteilhafter Weise ein streckenabhängiges Kriterium zum Ermitteln eines zum Laden der Fahrzeugbatterie geeigneten Streckenabschnitts der Fahrstrecke verwendet.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird der energieeffiziente Streckenabschnitt aus einer Mehrzahl von Streckenabschnitten der vorausliegenden Fahrstrecke als derjenige Streckenabschnitt ermittelt, bei dessen Befahren die Fahrzeugbatterie energieeffizienter als beim Befahren eines anderen Streckenabschnitts geladen werden kann. Bevorzugt kann dabei die zum Befahren des jeweiligen Streckenabschnitts benötigte Energie ermittelt werden, wobei bevorzugt derjenige Streckenabschnitt als der energieeffiziente Streckenabschnitt ausgewählt wird, dessen Befahren energetisch am günstigsten ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann anhand der energiebezogenen Eigenschaft der Fahrstrecke eine Mehrzahl von energieeffizienten Streckenabschnitten als Ladeintervalle zum Laden der Fahrzeugbatterie ermittelt werden. Dadurch können in besonders vorteilhafter Weise im Voraus energieeffiziente Streckenabschnitte ermittelt werden, welche zum Laden der Fahrzeugbatterie geeignet sind, so dass die Antriebsquelle ausschließlich beim Befahren der streckeneffizienten Abschnitte zum Laden der Fahrzeugbatterie eingeschaltet wird.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird der energieeffiziente Streckenabschnitt unter der weiteren Bedingung ermittelt, dass die Fahrzeugbatterie beim Erreichen desselben nicht vollständig entladen und/oder nicht vollständig geladen ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine vollständige Entladung der Fahrzeugbatterie verhindert.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der Fahrzeugantrieb ein Hybridantrieb mit einem weiteren Antriebsaggregat, beispielsweise einem Elektromotor, wobei die Fahrzeugbatterie zum Betreiben des weiteren Aggregats eingesetzt wird. Das die Fahrzeugbatterie aufladende Antriebsaggregat kann beispielsweise ausschließlich hierfür eingesetzt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann dieses Ag gregat jedoch auch das Fahrzeug antreiben. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren in besonders vorteilhafter Weise in Hybridantrieben eingesetzt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Antriebsaggregat zum Laden der Fahrzeugbatterie insbesondere manuell zu- oder abschaltbar, wodurch der Fahrer in besonders vorteilhafter Weise insbesondere bei erhöhtem elektrischem Verbrauch durch beispielsweise eine Klimatisierungsanlage das Laden der Fahrzeugbatterie selbstständig initiieren kann.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist ferner eine Anzeige zum Anzeigen des Ladezustandes der Fahrzeugbatterie und/oder zum Anzeigen einer mit dem Ladezustand der Fahrzeugbatterie zusammenhängenden Reichweite, beispielsweise einer elektromotorischen Reichweite, vorgesehen. Dadurch wird der Fahrer in besonders vorteilhafter Weise über die aktuelle elektrische Energiesituation informiert.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine programmtechnisch eingerichtete Vorrichtung, beispielsweise ein Steuergerät, welche ausgebildet ist, ein Computerprogramm zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.
  • Weitere Ausführungsbeispiele werden anhand der beiliegenden Figuren erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 einen Verlauf eines Ladeschemas; und
  • 2 ein prinzipielles Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum energieeffizienten Laden einer Fahrzeugbatterie.
  • 1 zeigt ein prinzipielles Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum energieeffizienten Laden einer Fahrzeugbatterie mittels eines Antriebsaggregats, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, wobei im Schritt 201 ein Ladezustand der Fahrzeugbatterie erfasst wird. Dies kann beispielsweise auf der Basis einer an sich bekannten Kapazitäts- oder Leistungsmessung durchgeführt werden. Im Schritt 203 wird ein energieeffizienter Streckenabschnitt einer vorausliegenden Fahrstrecke ermittelt, welcher ein energieeffizientes Laden der Fahrzeugbatterie beim Befahren desselben ermöglicht. Die Ermittlung des energieeffizienten Streckenabschnitts wird anhand einer energiebezogenen Eigenschaft der Fahrstrecke ermittelt, welche beispielsweise entfernungs- und/oder topographiebezogen ist, so dass beispielsweise eine automatische Regelstrategie einer entfernungs- und/oder topographieoptimale Antriebsansteuerung bzw. Antriebsladezeiten implementiert werden kann.
  • Zum Ermitteln der energiebezogenen Eigenschaft der Fahrstrecke kann beispielsweise in einem Automatikmodus des Fahrzeugs auf die bereits vorhandenen Sensoren und Datenspeicher, welche fahrstreckenbezogene Daten enthalten können, zurückgegriffen werden. Die fahrstreckenbezogenen Daten können beispielsweise mittels eines Navigationsgerätes, mittels eines Tempomats oder mittels eines Stauwarners mit einer TMC- bzw. einer TMC-Pro-Funktionalität ermittelt werden (TMC: Traffic Message Channel). Aus diesen Informationen kann beispielsweise ein Steuergerät die verbrauchsoptimale Strategie, insbesondere eine entfernungsoptimale und/oder eine topographieoptimale Regelstrategie errechnen.
  • Zur entfernungsoptimalen Regelung kann beispielsweise vorgesehen werden, dass das kein Antriebsaggregat, insbesondere kein Verbrennungsmotor, kurz vor einem Fahrstreckenziel mehr eingeschaltet wird. Die Steuerung wählt bevorzugt die verbrennungsmotorischen Intervalle bzw. die Ladeintervalle derart, dass der jeweils letzte Ladezyklus so gewählt wird, dass die letzte Fahrstrecke bzw. dass das Fahrstreckenziel ausschließlich unter Verwendung der Fahrzeugbatterie unter Berücksichtigung einer beispielsweise vorbestimmten Energiereserve befahren wird. Handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Plug-in-Hybrid, so kann die Batterie am Fahrstreckenziel unter Nutzung des öffentlichen Energieversorgungsnetzes geladen werden.
  • Zur topographieoptimalen Regelung wird der energieeffiziente Streckenabschnitt, beispielsweise eine lange Gefällestrecke, derart ausgewählt, dass der Batteriezustand kurz vor Erreichen desselben zwar niedrig, jedoch nicht vollständig entladen ist. Auf diese Weise kann bevorzugt sichergestellt werden, dass beispielsweise vor Erreichen des energieeffizienten Streckenabschnitts, beispielsweise 2 km vor einer Gefällestrecke, der Verbrennungsmotor nicht angestellt wird. Der energieeffiziente Streckenabschnitt kann ferner unter der weiteren Bedingung ausgewählt werden, dass die Fahrzeugbatterie beim Erreichen desselben nicht vollständig geladen ist, weil dann beispielsweise eine vorausliegende Gefällestrecke zum Laden der Fahrzeugbatterie nicht genutzt werden kann.
  • Die Schritte 201 und 203 können gleichzeitig oder in einer beliebigen Reihenfolge nacheinander durchgeführt werden. In dem Schritt 205 wird die Fahrzeugbatterie beim Befahren des energieeffizienten Streckenabschnitts nur dann geladen, falls der erfasste Ladezustand der Fahrzeugbatterie zu niedrig ist, um ein Fahrstreckenziel, welches beispielsweise anhand von Navigations- oder Tempomatdaten ermittelt werden kann, zu erreichen.
  • Darüber hinaus kann ein manuelles Zu- bzw. Abschalten des Verbrennungsmotors beispielsweise mittels eines Schalters vorgesehen sein, wobei ohne Schalterbetätigung eine automatische Regelung durchgeführt wird. Für den Fall eines niedrigen Batterieladezustandes kann die Regelung beispielsweise automatisch den Verbrennungsmotor anstellen. Die Zu- bzw. Abschaltfunktionalität bleibt dann beispielsweise so lange wirkungslos, bis die Fahrzeugbatterie ausreichend geladen ist. Das Zuschalten des Antriebsaggregats kann beispielsweise bei maximaler Leistungsanforderung, insbesondere bei einer Passfahrt oder bei einer sportlichen Fahrt oder im Winter zur Versorgung einer elektrischen Heizung ermöglicht werden. Das Abschalten des Verbrennungsmotors ist insbesondere bei einer Batterieladungsmenge vorteilhaft, welche ein Befahren der restlichen Fahrstrecke ermöglicht. Darüber hinaus kann insbesondere in einem Batteriemodus, in welchem das Fahrzeug beispielsweise rein elektromotorisch angetrieben wird, der Ladezustand der Fahrzeugbatterie und/oder die restliche Reichweite angezeigt werden.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeuges, welches mindestens zwei unterschiedliche Antriebsaggregate aufweist, wobei ein Energiespeicher vorhanden ist, mit dessen Energie wenigstens ein zweites Antriebsaggregat betrieben werden kann, wobei ein erstes Antriebsaggregat zum Antrieb einer Aufladevorrichtung zum Aufladen des Energiespeichers betrieben werden kann, und Mittel vorgesehen sind, die einen zurückzulegenden Streckenabschnitt erfassen und Mittel vorhanden sind, die einen Ladezustand des Energiespeichers und den noch zusätzlich notwendigen Energiebedarf zur Zurücklegung des zurückzulegenden Streckenabschnitts mit dem zweiten Antriebsaggregat ermitteln dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, die den Betrieb des ersten Antriebsaggregates zum Antrieb einer Aufladevorrichtung, zum Aufladen des Energiespeichers mit dem für die Zurücklegung des zurückzulegenden Streckenabschnitts notwenigen Energie, derart ansteuern, dass die Anzahl der notwendigen Betriebs-, Start- und/oder Aufheizphasen des ersten Antriebsaggregates während des zurückzulegenden Streckenabschnittes minimiert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb des ersten Antriebsaggregates zum Antrieb einer Aufladevorrichtung, zum Aufladen des Energiespeichers mit dem für die Zurücklegung des zurückzulegenden Streckenabschnitts notwenigen Energie, derart ansteuert wird, dass der Energiespeichers bis zum Ende des Streckenabschnitts auf einen vorbestimmbaren Wert entladen wird und/oder dass der Energiespeichers bis zum Erreichen eines topographisch höchsten Punktes mindestens eines Teiles eines zurückzulegenden Streckenabschnitts bis auf einen vorbestimmbaren Wert entladen wird und/oder dass das erste Antriebsaggregat zum Antrieb einer Aufladevorrich tung zum Aufladen des Energiespeichers auf einen vorbestimmbaren Wert kontinuierlich betrieben wird.
  3. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen mit: Erfassen (201) eines Ladezustandes der Fahrzeugbatterie; Ermitteln (203) eines energieeffizienten Streckenabschnitts einer vorausliegenden Fahrstrecke zum energieeffizienten Laden der Fahrzeugbatterie anhand einer energiebezogenen Eigenschaft der Fahrstrecke; und Laden (205) der Fahrzeugbatterie durch Antrieb der Aufladevorrichtung beim Befahren des energieeffizienten Streckenabschnitts, falls der erfasste Ladezustand zu niedrig ist, um ein Fahrstreckenziel zu erreichen.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die energiebezogene Eigenschaft eine topographische Eigenschaft der Fahrstrecke, insbesondere eine Streckensteigung oder ein Streckengefälle, oder eine Streckenverkehrsdichte oder eine maximal zulässige oder mittlere Streckengeschwindigkeit ist.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei die energiebezogene Eigenschaft der Fahrstrecke und/oder das Fahrstreckenziel anhand von Navigationsdaten oder Stauwarnungsdaten oder Tempomatdaten ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der energieeffiziente Streckenabschnitt aus einer Mehrzahl von Streckenabschnitten der vorausliegenden Fahrstrecke als derjenige Streckenabschnitt ermittelt wird, bei dessen Befahren die Fahrzeugbatterie energieeffizienter als beim Befahren eines anderen Streckenabschnitts geladen werden kann.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei anhand der energiebezogenen Eigenschaft der Fahrstrecke eine Mehrzahl von energieeffizienten Streckenabschnitten als Ladeintervalle zum Laden der Fahrzeugbatterie ermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei der energieeffiziente Streckenabschnitt ferner unter der Bedingung ermittelt wird, dass die Fahrzeugbatterie beim Erreichen desselben nicht vollständig entladen oder nicht vollständig geladen ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei der Fahrzeugantrieb ein weiteres Antriebsaggregat, insbesondere einen Elektromotor, aufweist, und wobei die Fahrzeugbatterie zum Betreiben des weiteren Aggregats eingesetzt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei das Antriebsaggregat zum Laden der Fahrzeugbatterie zu- oder abschaltbar, insbesondere manuell zu- oder abschaltbar, ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei ferner eine Anzeige zum Anzeigen des Ladezustandes der Fahrzeugbatterie und/oder einer mit dem Ladezustand der Fahrzeugbatterie zusammenhängenden Reichweite.
  12. Programmtechnisch eingerichtete Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät, welche ausgebildet ist, ein Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.
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