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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer elektrischen Energiebilanz in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug einen elektrischen Antrieb zum Bereitstellen von Antriebsleistung und/oder zur Rückgewinnung von Bremsenergie aufweist, wobei das Kraftfahrzeug eine Mehrzahl von elektrischen Bauelementen aufweist, von denen eines durch den elektrischen Antrieb gebildet ist, und wobei das Kraftfahrzeug einen elektrischen Energiespeicher aufweist, um die elektrischen Bauelemente mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder von den elektrischen Bauelementen erzeugte elektrische Energie zu speichern.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen einer elektrischen Energiebilanz in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug einen elektrischen Antrieb zum Bereitstellen von Antriebsleistung und/oder zur Rückgewinnung von Bremsenergie, eine Mehrzahl von elektrischen Bauelementen, von denen eines durch elektrischen Antrieb gebildet ist, und einen elektrischen Energiespeicher, um die elektrischen Bauelemente mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder von den elektrischen Bauelementen erzeugte elektrische Energie zu speichern, aufweist, mit wenigstens einem Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem elektrischen Antrieb zum Bereitstellen von Antriebsleistung und/oder zur Rückgewinnung von Bremsenergie und mit einer Vorrichtung zum Bestimmen einer elektrischen Energiebilanz in dem Kraftfahrzeug der oben beschriebenen Art.
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Stand der Technik
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Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugantriebstechnik ist es allgemein bekannt, eine elektrische Maschine als alleinigen Antrieb (Elektrofahrzeug) oder gemeinsam mit einem Antriebsmotor einen anderen Typs (Hybridantrieb) zu verwenden. Bei derartigen elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen ist es ferner allgemein bekannt, die elektrische Antriebsmaschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung und zur Bremsenergierückgewinnung zu verwenden. Es ist ferner allgemein bekannt, bei Kraftfahrzeugen eine verbleibende Reichweite zu bestimmen auf der Grundlage einer Energiereserve und eines aktuellen oder durchschnittlichen Energieverbrauchs. Dabei werden üblicherweise die unterschiedlichen Energiereserven, wie zum Beispiel Flüssigkraftstoff und elektrische Energie, erfasst und dem Fahrer über eine Anzeige dargestellt. Ein derartiges System ist aus der
JP 2010051167 A bekannt.
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Ferner ist es aus der
US 2010/0152941 A1 bekannt, bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen eine Gesamteffektivität des Fahrzeugs zu ermitteln, um die Effektivität zu optimieren und somit die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen.
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Nachteilig bei den bekannten Systemen ist es jedoch, dass der Fahrer keine detaillierten Informationen über den Verbrauch von elektrischer Energie im Fahrzeug erhält und somit sein individuelles Verhalten zur Optimierung des Energieverbrauchs nicht optimal anpassen kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung bereitzustellen, wodurch es ermöglicht wird, den Energieverbrauch in einem Fahrzeug zu optimieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen einer elektrischen Energiebilanz in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug einen elektrischen Antrieb zum Bereitstellen von Antriebsleistung und/oder zur Rückgewinnung von Bremsenergie aufweist, wobei das Kraftfahrzeug eine Mehrzahl von Bauelementen aufweist, von denen eines durch den elektrischen Antrieb gebildet ist, und wobei das Kraftfahrzeug einen elektrischen Energiespeicher aufweist, um die elektrischen Bauelemente mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder von den elektrischen Bauelementen erzeugte elektrische Energie zu speichern, wobei eine jeweilige Aufnahme oder Abgabe von elektrischer Energie der elektrischen Bauelemente des Kraftfahrzeugs erfasst wird und wobei die jeweilige Aufnahme oder Abgabe von elektrischer Energie mittels Anzeigemitteln angezeigt wird.
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Die obige Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Vorrichtung zum Bestimmen einer elektrischen Energiebilanz in einem Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug einen elektrischen Antrieb zum Bereitstellen von Antriebsleistung und/oder zur Rückgewinnung von Bremsenergie, eine Mehrzahl von elektrischen Bauelementen, von denen eines durch den elektrischen Antrieb gebildet ist, und einen elektrischen Energiespeicher, um die elektrischen Bauelemente mit elektrischer Energie zu versorgen und/oder von den elektrischen Bauelementen erzeugte elektrische Energie zu speichern, aufweist, mit Erfassungsmitteln zum Erfassen einer jeweiligen Aufnahme oder Abgabe von elektrischer Energie der elektrischen Bauelemente, Anzeigemitteln zum Anzeigen der jeweiligen Aufnahme oder Abgabe von elektrischer Energie der elektrischen Bauelemente, und wenigstens einem Steuergerät, das dazu ausgebildet ist, das oben genannte Verfahren durchzuführen.
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Schließlich wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem elektrischen Antrieb zum Bereitstellen von Antriebsleistung und/oder zur Rückgewinnung von Bremsenergie und mit einer Vorrichtung zum Bestimmen einer elektrischen Energiebilanz in dem Kraftfahrzeug der oben genannten Art.
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Unter Abgabe von elektrischer Energie wird vorliegend das Erzeugen von elektrischer Energie zum Beispiel durch Rekuperation des elektrischen Antriebs und das Bereitstellen der elektrischen Energie für andere Verbraucher oder das Speichern der elektrischen Energie in dem elektrischen Energiespeicher verstanden. Unter Aufnahme von elektrischer Energie wird vorliegend der direkte Verbrauch von elektrischer Energie, die von anderen Bauelementen, wie z. B. einem elektrischen Antrieb im Rekuperationsbetrieb, erzeugt wurde oder der Verbrauch von elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher durch eines der elektrischen Bauelemente verstanden.
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Vorteile der Erfindung
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Durch die vorliegende Erfindung kann eine detaillierte Rückmeldung des aktuellen Verbrauchs von elektrischer Energie durch die elektrischen Bauelemente des Fahrzeugs bzw. die Einspeisung von elektrischer Energie in den Energiespeicher oder das Bordnetz des Fahrzeugs an den Fahrer zurückgemeldet werden, so dass dieser sein Nutzungsverhalten der elektrischen Bauelemente anpassen kann, um so den Energieverbrauch des Fahrzeugs auf verschiedene Weise zu senken und insbesondere dadurch die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen oder die Erreichbarkeit seines Ziels besser gewährleisten zu können.
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Dadurch, dass die Menge der verbrauchten elektrischen Energie durch die jeweiligen elektrischen Bauelemente individuell bzw. separat erfasst wird und die Menge der eingespeisten elektrischen Energie durch die Bauelemente und insbesondere durch den elektrischen Antrieb im Generatorbetrieb erfasst wird, ist eine detaillierte Energiebilanz bestimmbar, auf deren Grundlage der Fahrer sein Verbrauchsverhalten anpassen kann. Beispielsweise kann der Fahrer die elektrischen Bauelemente, die einen hohen Energieverbrauch haben und auf deren Funktion unter Umständen verzichtet werden kann, wie zum Beispiel Klimaanlage, Sitzheizung, Entertainmentsystem oder dergleichen, deaktivieren bzw. in ihrer Funktion einschränken, um den Energieverbrauch zu senken und dadurch beispielsweise die elektrische Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen.
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Vorzugsweise werden die elektrischen Bauelemente direkt oder indirekt mit elektrischer Energie versorgt.
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Vorzugsweise wird die Anzeige der jeweiligen Aufnahme oder Abgabe von elektrischer Energie an eine Anzeige der Gesamtenergiebilanz der elektrischen Bauelemente gekoppelt. Dadurch kann der Fahrer auf Grundlage eines z. B. prozentualen Anteils bestimmter elektrischer Bauelemente am Gesamtenergieverbrauch entscheiden, welches Bauelement den größten Verbrauch im Kraftfahrzeug aufweist.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn eine Reichweite des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage der erfassten Aufnahme oder Abgabe von elektrischer Energie der einzelnen Bauelemente bestimmt wird.
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Weiterhin ist es bevorzugt, die Anzeige der Aufnahme oder Abgabe von elektrischer Energie an eine Reichweitenschätzung oder eine Erreichbarkeitsschätzung eines Zieles zu koppeln. Dadurch können dem Fahrer Informationen zur Verfügung gestellt werden, ob ein Abschalten bestimmter Energieverbraucher notwendig ist und wie der Gesamtenergieverbrauch optimiert werden kann.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn ein Warnsignal erzeugt wird, sofern das Erreichen eines Ziels nicht gewährleistet werden kann oder ein vordefinierter Ladezustand des elektrischen Energiespeichers oder eine vorgegebene Reichweite unterschritten wird. Dadurch kann der Fahrer auf Probleme, die durch zu hohen Energieverbrauch entstehen können, entsprechend hingewiesen werden.
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Es ist ferner bevorzugt, wenn ein Wert für eine reduzierte Aufnahme von elektrischer Energie einzelner der elektrischen Bauelemente bestimmt wird, auf dessen Grundlage eine Zielerreichung möglich ist bzw. möglich wäre. Mit anderen Worten wird berechnet, um welchen Wert der Energieverbrauch von bestimmten elektrischen Bauelementen reduziert werden müsste, um eine Zielerreichung zu ermöglichen. Dadurch kann dem Fahrer eine Entscheidungsvorlage angeboten werden, auf deren Grundlage er komfortabel und einfach das entsprechende elektrische Bauelement deaktivieren oder in seiner Leistung reduzieren kann.
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Vorzugsweise wird die Reichweite des Kraftfahrzeugs auf der Grundlage von Daten zur Fahrstrecke bestimmt. Mit anderen Worten wird die geplante Fahrstrecke aus dem Navigationssystem inklusive von Steigungen und Gefällen der Fahrtstrecke verwendet, um den erwarteten Verbrauch bzw. die erwartete Einspeisung von elektrischer Energie durch den elektrischen Antrieb zu ermitteln. Dadurch wird die Reichweitenbestimmung noch präziser.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn bestimmte elektrische Bauelemente ausgewählt werden, deren jeweilige Aufnahme oder Abgabe von elektrischer Energie angezeigt wird. Mit anderen Worten wird von einem oder mehreren Steuergeräten des Fahrzeugs vorselektiert, welche Energieverbräuche der elektrischen Bauelemente durch die Anzeigemittel dem Fahrer angezeigt werden. Dadurch können von dem System bestimmte elektrische Bauelemente vorselektiert werden, damit die Anzeige der einzelnen Energieverbräuche für den Fahrer übersichtlich und relevant bleibt.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn die Bauelemente ausgewählt und angezeigt werden, deren Aufnahme oder Abgabe von elektrischer Energie durch den Fahrer beeinflusst werden kann bzw. beeinflusst werden darf. Mit anderen Worten werden lediglich die Verbräuche der Bauelemente angezeigt, die für die Grundfunktion des Fahrzeugs nicht notwendig sind und die ohne Sicherheitsbedenken deaktiviert werden dürfen. Die Anzeige wird dadurch für den Fahrer besonders übersichtlich.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Bauelemente ausgewählt werden, die einen jeweils vordefinierten Verbrauch überschreiten. Mit anderen Worten wird für jedes Bauelement ein vordefinierter Verbrauchswert festgelegt und die Bauelemente dargestellt, die diesen vordefinierten Verbrauch überschreiten. Dadurch können dem Fahrer die Bauelemente dargestellt werden, deren Verbrauch besonders hoch ist.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Erfassen der jeweiligen Aufnahme oder Abgabe von elektrischer Energie regelmäßig erfolgt, insbesondere in diskreten Schritten mit vordefiniertem oder variablem Abstand. Dadurch ist die Anzeige der Energiebilanz stets aktuell, so dass individuell und zeitnah auf eventuelle Schwankungen reagiert werden kann.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn mehrere Verbraucher zu einer Gruppe zusammengefasst werden und insbesondere die Aufnahme und Abgabe von elektrischer Energie als Gruppe erfasst wird. Dadurch wird die Anzeige übersichtlicher und die erfasste Datenmenge geringer. Dabei können beispielsweise alle elektrischen Bauelemente zusammengefasst werden, die mit einer Versorgungsspannung von 12 V mit elektrischer Energie versorgt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in schematischer Form ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang, der einen elektrischen Antrieb sowie eine Vorrichtung zum Ansteuern dieses Antriebs aufweist;
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2a und b zeigen zwei Varianten von Anzeigen zur Darstellung verschiedener Energieverbräuche; und
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3 zeigt eine Fahrzeugansicht zur Darstellung der Energieverbräuche verschiedener elektrischer Bauelemente im Fahrzeug.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Das Fahrzeug 10 weist einen Antriebsstrang 12 auf, der im vorliegenden Fall eine elektrische Maschine 14 zur Bereitstellung von Antriebsleistung aufweist. Der Antriebsstrang 12 dient zum Antreiben von angetriebenen Rädern 16R, 16L des Fahrzeugs 10.
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Die elektrische Maschine 14 stellt an einer Abtriebswelle ein Drehmoment t bereit und dreht mit einer einstellbaren Drehzahl n.
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Der Antriebsstrang 12 kann dazu eingerichtet sein, das Fahrzeug 10 alleine mittels der elektrischen Maschine 14 anzutreiben (Elektrofahrzeug). Alternativ kann die elektrische Maschine 14 Teil eines Hybrid-Antriebsstranges 12 sein, wobei der Antriebsstrang einen weiteren, in 1 nicht näher bezeichneten Antriebsmotor, wie einen Verbrennungsmotor oder dergleichen, beinhalten kann. Ferner kann der Antriebsstrang in diesem Fall ein Getriebe oder dergleichen aufweisen.
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Die elektrische Maschine 14 ist mit einer Leistungselektronik 18 verbunden. Die Leistungselektronik 18 ist mit einer elektrischen Energieversorgung 20 verbunden. Die elektrische Energieversorgung 20 ist als Akkumulator 20 des Fahrzeugs 10 ausgebildet und dient dazu, elektrische Energie für die elektrische Maschine 14 bereitzustellen und elektrische Energie, die von der elektrischen Maschine 14 im Rekuperationsbetrieb erzeugt wird, zu speichern. Die elektrische Energieversorgung 20 ist mit der Leistungselektronik 18 verbunden, über die die elektrische Maschine 14 angesteuert und mit entsprechender elektrischer Energie in Form von einphasigem oder mehrphasigem Wechselstrom versorgt wird. Das Kraftfahrzeug 10 weist ein oder mehrere Steuergeräte 22 auf, die mit der elektrischen Maschine 14, der Leistungselektronik 18 und der elektrischen Energieversorgung 20 verbunden sind, um die elektrische Maschine 14 zur Bereitstellung des Drehmoments t und der Drehzahl n zu steuern und den Ladezustand des Akkumulators 20 zu erfassen. Das bzw. die Steuergeräte 22 sind mit der Leistungselektronik 18 verbunden, um elektrische Energie zu erfassen, die von der elektrischen Maschine 14 verbraucht wird und die von der elektrischen Maschine 14 zum Aufladen des Akkumulators 20 erzeugt wird.
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Der Akkumulator 20 ist ferner mit weiteren elektrischen Bauelementen verbunden, um diese mit elektrischer Energie zu versorgen. Diese elektrischen Bauelemente sind in 1 beispielhaft durch ein elektrisches Bauelement dargestellt, das allgemein mit 24 bezeichnet ist. Das elektrische Bauelement 24 weist Erfassungsmittel 26 auf, die den Verbrauch von elektrischer Energie durch das elektrische Bauelement 24 erfassen. Für den Fall, dass das elektrische Bauelement 24 auch elektrische Energie erzeugen kann, wie zum Beispiel eine Lichtmaschine, eine Brennstoffzelle, Solarzellen oder dergleichen, erfassen die Erfassungsmittel 26 auch die von dem elektrischen Bauelement 24 abgegebene elektrische Energie. Das bzw. die Steuergeräte 22 sind mit den Erfassungsmitteln 26 verbunden, um die Daten über die von dem elektrischen Bauelement 24 abgegebene und aufgenommene elektrische Energie auszuwerten.
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Das bzw. die Steuergeräte 22 sind mit Anzeigemitteln 28 verbunden, um dem Fahrer Informationen über abgegebene und aufgenommene elektrische Energie einzelner elektrischer Bauelemente 14, 24 darzustellen. Das bzw. die Steuergeräte 22 sind ferner mit einer Steuereinheit 30 verbunden, die weitere nicht näher bezeichnete Bauelemente des Antriebsstrangs 12 steuert und ggf. die entsprechende Energieaufnahme und -abgabe erfasst und an das bzw. die Steuergeräte 22 weiterleitet.
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Das bzw. die Steuergeräte 22 erfassen über die Leistungselektronik 18 die Energieaufnahme und -abgabe der elektrischen Maschine 14 und über die Erfassungsmittel 26 die Aufnahme und Abgabe von elektrischer Energie durch das elektrische Bauelement 24. Das bzw. die Steuergeräte 22 leiten die gemessenen und ggf. ausgewerteten Energiedaten an die Anzeigemittel 28 weiter, die die entsprechenden Daten dem Fahrer anzeigen. Dadurch wird der Fahrer über den individuellen Energieverbrauch einzelner elektrischer Bauelemente 14, 24 informiert und kann ggf. einzelne der elektrischen Bauelemente 24 deaktivieren, um den gesamten elektrischen Energieverbrauch des Fahrzeugs 10 zu reduzieren.
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Das bzw. die Steuergeräte 22 sind ferner mit dem Akkumulator 20 verbunden, um den Ladezustand des Akkumulators 20 zu erfassen. Über die individuelle Abgabe bzw. Aufnahme von elektrischer Energie der elektrischen Bauelemente 14, 24 können das bzw. die Steuergeräte 22 eine Energiebilanz ermitteln und insbesondere eine Reichweite des Fahrzeugs 10 bestimmen.
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In 2a ist ein Beispiel für eine Anzeige schematisch dargestellt, die von den Anzeigemitteln 28 dargestellt wird und den Fahrer über Energieverbräuche von drei Verbrauchern V1, V2, V3 des Kraftfahrzeugs 10 informiert. Die Anzeige ist in 2a allgemein mit 32 bezeichnet. Die Anzeige 32 weist ein schematisches Symbol 34 auf, das den Akkumulator 20 symbolisieren soll, der die drei Verbraucher V1, V2, V3 mit elektrischer Energie versorgt. Die Anzeige 32 weist ferner drei Balkendiagramme 36, 38, 40 auf, über die die individuellen Verbräuche der Verbraucher V1, V2, V3 dargestellt werden. Die drei Diagramme 36, 38, 40 weisen im Wesentlichen zwei Bereiche auf, wobei der Verbrauch des entsprechenden Verbrauchers V1, V2, V3 durch eine Verbrauchsanzeige 42 angezeigt wird. Es ist zusätzlich möglich, die Menge der eingespeisten Energie durch einen separaten Balken oder farblich gestalteten Bereich der Diagramme 36, 38, 40 darzustellen.
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In 2b ist eine alternative Anzeige der Anzeigemittel 28 dargestellt und allgemein mit 44 bezeichnet. Die Anzeige 44 ist gebildet aus drei miteinander verbundenen dynamischen Balkenabschnitten 46, 48, 50, deren Länge den jeweiligen Verbrauch der Verbraucher V1, V2, V3 anzeigt. Eine Gesamtlänge 52 der Anzeige 44 bildet den gesamten elektrischen Energieverbrauch des Fahrzeugs 10. Durch die entsprechenden relativen Größen der Balkenabschnitte 46, 48, 50 wird dem Fahrer der Verbrauch der einzelnen Verbraucher V1, V2, V3 angezeigt. Die Länge 52 kann in der Anzeige 44 fest eingestellt sein oder aber alternativ sich entsprechend des Gesamtverbrauchs verlängern oder verkürzen. Dadurch kann der Fahrer einfach und übersichtlich über den individuellen Verbrauch und den Gesamtverbrauch des Kraftfahrzeugs 10 informiert werden.
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In 3 ist eine weitere beispielhafte Anzeige der Anzeigemittel 28 schematisch dargestellt und allgemein mit 54 bezeichnet. Die Anzeige 54 zeigt eine schematische Fahrzeugansicht, in der das Fahrzeug 10 und die drei Verbraucher V1, V2, V3 dargestellt sind. Die drei Verbraucher V1, V2, V3 sind jeweils durch Symbole – hier vereinfachend als Kreise 56, 58, 60 – dargestellt. Die Kreise 56, 58, 60 sind an den jeweiligen Positionen der Verbraucher V1, V2, V3 im Fahrzeug 10 angeordnet. Die Größe der Kreise 56, 58, 60 wird entsprechend des Energieverbrauchs des entsprechenden Verbrauchers V1, V2, V3 variiert. In dieser Darstellung wird von dem Verbraucher V3, der durch den Kreis 60 symbolisiert ist, die meiste elektrische Energie verbraucht.
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Dadurch kann dem Fahrer in einfacher Weise dargestellt werden, welche Verbraucher V1, V2, V3 im Fahrzeug 10 am meisten elektrische Energie verbrauchen. Durch eine besondere Ausgestaltung der Symbole 56, 58, 60 kann angezeigt werden, welches elektrische Bauelement V1, V2, V3, 14, 24 elektrische Energie einspeist.
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In die Anzeigen 32, 44, 54 kann die errechnete Reichweite des Fahrzeugs 10 integriert werden. Ferner kann in die Anzeige 32, 44, 54 integriert werden, welche der Verbraucher V1, V2, V3 auf welches Verbrauchsniveau gesenkt werden muss, um ein vordefiniertes Ziel zu erreichen. Weiterhin können durch die Anzeigemittel 28 Warnsignale in Form von visuellen, akustischen und haptischen Signalen an den Fahrer vermittelt werden, um den Fahrer zum Beispiel auf einen zu hohen Energieverbrauch hinzuweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010051167 A [0004]
- US 2010/0152941 A1 [0005]
