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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Ladebetriebs einer einem Elektromotor zugeordneten Batterie in einem Elektro-Kraftfahrzeug sowie ein Elektro-Kraftfahrzeug.
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Elektro-Kraftfahrzeuge, häufig auch kurz als Elektrofahrzeuge bezeichnet, sind im Stand der Technik bereits bekannt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftfahrzeugen werden sie nicht durch einen Verbrennungsmotor, sondern durch einen Elektromotor betrieben, der von einer Batterie, insbesondere einer Hochspannungsbatterie, als Energiespeicher gespeist wird.
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Ein wichtiges Thema bei solchen Elektro-Kraftfahrzeugen ist die Reichweite, weswegen versucht wird, Batterien mit immer größeren Kapazitäten zu schaffen, um die Reichweite von Elektro-Kraftfahrzeugen möglichst zu erhöhen. Mit dem Wunsch nach einer möglichst maximalen Reichweite geht jedoch auch eine starke Belastung der Batterie einher, nachdem ein hoher Ladezustand der Lebensdauer abträglich ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, den Ladebetrieb der Batterie so zu steuern, dass bei hinreichender verfügbarer Energie in der Batterie dennoch die Lebensdauer der Batterie erhöht, insbesondere optimiert, wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein unterhalb eines Maximalladezustands der Batterie liegender Zielladezustand in Abhängigkeit einer wenigstens teilweise auf einen unmittelbar bevorstehenden Betriebsabschnitt bezogenen Betriebsvorhersageinformation des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und ein Aufladen der Batterie auf den Zielladezustand begrenzt wird.
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Vorgeschlagen wird also eine optimierte Betriebsführung für eine Batterie, wobei hiervon auch ein Batteriepack umfasst sein soll, im Hinblick auf die Lebensdauer der Batterie. Erkannt wurde, dass die kalendarische Alterung der Batterie stark von der momentanen Spannung bzw. dem momentanen Ladezustand der Batterie abhängt. Dies gilt insbesondere für Lithium-Ionen-Batterien oder Zellen mit Oxidkathoden. Jedoch gilt auch im Allgemeinen, dass die Alterung mit dem Ladezustand des Energiespeichers bzw. der Einzelzelle korreliert ist. Grundsätzlich kann dabei gesagt werden, dass je höher der Ladezustand der Batterie ist, insbesondere also auch je höher die Spannung der Batterie ist, desto höher auch die Alterung der Batterie ist.
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Ebenso ist zu beachten, dass eine Zyklenalterung bei Batterien besteht, die von der sogenannten Zyklentiefe abhängig ist, das bedeutet, der pro Entlade-/Ladevorgang aus der Batterie entnommenen bzw. in die Batterie zugeführten elektrischen Energie. Wird diese reduziert, so kann eine höhere Zyklenzahl (und mithin eine höhere Lebensdauer) realisiert werden. Diese ist überproportional, d. h., der gesamte Umsatz an elektrischer Energie durch die Batterie über die Lebensdauer steigt mit geringerer Zyklentiefe deutlich an.
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Konsequenterweise schlägt die vorliegende Erfindung vor, dass die Batterie nicht immer auf einen Maximalladezustand aufgeladen wird, der üblicherweise durch bestimmte Bedingungen definierbar ist, sondern die Ladung der Batterie auf einen unterhalb des Maximalladezustands liegenden Zielladezustand begrenzt wird, wenn ermittelt werden kann, dass eine größere Energiemenge im Hinblick auf den nun folgenden Betrieb des Kraftfahrzeugs nicht mehr erforderlich ist. Hierzu wird eine Betriebsvorhersageinformation ausgewertet, die sich insbesondere, jedoch nicht zwangsläufig vollständig, auf einen unmittelbar bevorstehenden Betriebsabschnitt bezieht, so dass eine Information über die tatsächlich demnächst benötigte Energiemenge und mithin einen Zielladezustand daraus abgeleitet werden kann. Unter einem Betriebsabschnitt kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein mit einem erneuten Ladevorgang (Netzladevorgang) abgeschlossener Betriebsabschnitt verstanden werden, insbesondere ein mit einem erneuten Ladevorgang an einer Ladestation abgeschlossener Betriebsabschnitt. Bei dieser Art von unmittelbar bevorstehenden Betriebsabschnitten ist insbesondere eine Nutzung des Kraftfahrzeugs für den Fahrbetrieb gegeben. Denkbar ist jedoch auch ein unmittelbar bevorstehender Betriebsabschnitt, der ein Verbleiben an der Ladestation bis zu einer weiteren Fahrt betrifft, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden soll. Ebenso kann der bevorstehende Betriebsabschnitt ein Abschnitt sein, in dem das Kraftfahrzeug für eine bestimmte Zeit nicht genutzt wird.
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Durch die Beschränkung des Ladens der Batterie im Hinblick auf vorhergesagte zukünftige Betriebszustände ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren mithin eine Verlängerung der Lebensdauern von Batterien, insbesondere im Hinblick auf die kalendarische Alterung, aber auch im Hinblick auf die Zyklenalterung. Es werden mithin Zusatzinformationen genutzt, um eine der Haltbarkeit der Batterie zuträgliche Betriebsstrategie zu ermöglichen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Zielladezustand als ein für den unmittelbar bevorstehenden, mit einem erneuten Aufladevorgang abgeschlossenen Betriebsabschnitt ermittelte Energiebedarf plus einen Sicherheitswert bestimmt wird. Ist beispielsweise bekannt, dass das Kraftfahrzeug eine bestimmte Strecke zurücklegen wird, wird für diese eine vorher zumindest ungefähr bekannte Energiemenge, der Energiebedarf, benötigt. Diese Energie ist mithin minimal erforderlich, um die Strecke zurücklegen zu können. Die Erfindung schlägt jedoch vor, auch einen Sicherheitszuschlag in Form des beispielsweise festen Sicherheitswerts zu verwenden, der dem Bediener des Kraftfahrzeugs psychologische Sicherheit gibt, die Anforderungen an seine Fahrtwünsche erfüllen zu können. Denkbar ist es neben einem festen, vorbestimmten Sicherheitswert aber auch, einen von dem Energiebedarf abhängigen Sicherheitswert zu verwenden, beispielsweise einen prozentualen Anteil aufzuschlagen. Auf dieser Basis wird der Zielladezustand ermittelt, bis zu dem die Batterie maximal geladen wird.
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Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Zielladezustand auch unter Berücksichtigung regenerativer Anteile des unmittelbar bevorstehenden Betriebsabschnitts ermittelt wird, insbesondere im Hinblick auf eine Energieaufnahmefähigkeit der Batterie. So ist es beispielsweise möglich, dass auch ein regenerativer Betrieb des Kraftfahrzeugs, beispielsweise beim Bergabfahren, worin über den elektrischen Generator elektrische Energie erzeugt wird, zu berücksichtigen. Dies kann jedoch nicht nur im Hinblick auf einen Energiebedarf für eine bestimmte Strecke erfolgen, sondern auch hinsichtlich der Aufnahmefähigkeit der Batterie selbst. So kann beispielsweise ein Fall gegeben sein, in dem ein Kraftfahrzeug zu Beginn des Betriebsabschnitts zunächst regenerativ geladen wird, beispielsweise, indem es einen Berg hinunterfährt und entsprechend Strom generiert wird. Um diesen in der Batterie aufnehmen zu können, darf der Ladezustand der Batterie zu Beginn nicht 100 % betragen, mithin dem Maximalladezustand entsprechen. Vielmehr muss je nach Höhe des einzuspeisenden Stromes und der einzuspeisenden Energiemenge, ein Ladezustand gewählt werden (der Zielladezustand), der die Einspeisung der vorausberechneten Energiemenge beim erwarteten Strom erlaubt. Auf diese Weise ist sogar eine doppelte Optimierung des Ladebetriebs der Batterie möglich, denn zum einen ist der Zielladezustand im Stand geringer als der Maximalladezustand, zum anderen wird gewährleistet, dass die durch regeneratives Einspeisen erzeugte Energie weitestgehend von der Batterie als Energiespeicher aufgenommen werden kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Zielladezustand ferner in Abhängigkeit einer Außentemperatur bestimmt oder angepasst wird. Konkret kann dabei vorgesehen sein, dass mit sinkender Außentemperatur ein höherer Zielladezustand ermittelt wird. Abhängig von der Außentemperatur kann der Zielladezustand der Batterie unterschiedlich gewählt und eingestellt werden, denn es wird die Erkenntnis berücksichtigt, dass bei gleicher Fahrtleistung (Betriebsleistung) eine größere Energiemenge bei geringerer Außentemperatur benötigt wird. Dies ist zum einen im Innenwiderstand der Batterie begründet, nachdem eine Erhöhung des Innenwiderstands höhere Verluste und dergleichen bewirkt. Hierzu kommt, dass eventuell nur eine geringere Leistung an den Antrieb, konkret den Elektromotor, abgegeben werden kann bzw. die untere Abschaltspannung der Batterie schneller erreicht wird. Schließlich wird bei niedrigeren Temperaturen statistisch mehr Energie aus der Batterie für Heiz- und Klimatisierungszwecke verwendet werden. Beispielsweise kann zur Berücksichtigung der Außentemperatur vorgesehen sein, dass ein Wert für den Energiebedarf pro real gefahrenen Kilometer abhängig von der Außentemperatur angepasst wird, jedoch sind auch andere Möglichkeiten denkbar, den Zielladezustand der Außentemperatur anzupassen, beispielsweise durch nachträgliche Anpassung eines Berechnungsergebnisses und dergleichen.
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Die Außentemperatur kann dabei über eine Messeinrichtung des Kraftfahrzeugs selber bestimmt werden. Auch ein aus einer vorangegangenen Fahrt abgeleiteter, dort messtechnisch aufgenommener Wert kann verwendet werden. Denkbar ist es jedoch auch, andere Informationsquellen zu verwenden, beispielsweise dann, wenn das Kraftfahrzeug Zugriff auf Daten einer externen Messvorrichtung hat oder gar, zumindest während des Anschlusses an eine Ladestation, mit einem Netzwerk, insbesondere dem Internet, verbunden ist. Dann kann also allgemein eine erwartete oder aktuelle Außentemperatur über eine Kommunikationsverbindung aus einer externen Informationsquelle, insbesondere dem Internet, abgerufen wird. Dabei kann eine Aussage über die erwartete Außentemperatur aus einer Wettervorhersage oder anderen Vorhersage abgeleitet und an die Batteriesteuerung übermittelt werden.
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In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass es, wie im Stand der Technik bekannt, grundsätzlich mehrere Ansätze gibt, um einen aktuellen Ladezustand einer Batterie zu bestimmen und mithin die Einhaltung des Zielladewerts zu ermöglichen. So ist es beispielsweise bei Batterien mit Oxidkathoden bekannt, dass aus der aktuellen Batteriespannung unmittelbar auf den aktuellen Ladezustand (häufig auch kurz SOC – state of charge) rückgeschlossen werden kann. Dann kann insbesondere auch der Zielladezustand in Form einer Batteriespannung ermittelt werden. Doch auch für andere Arten von Batterien sind Möglichkeiten bekannt, den aktuellen Ladezustand zu bestimmen, beispielsweise, ein Messgerät für in die Batterie zugeführte und aus der Batterie abgeführte Ladung (Ampèrestundenzähler). Ein solches Messgerät kann immer dann, wenn der Maximalladezustand oder ein Minimalladezustand erreicht ist, entsprechend kalibriert werden, um kumulative Fehler im Betrieb möglichst zu vermeiden. Generell stellt der Amperestundezähler die einfachste Art der Energiebilanzierung in einer Batterie dar. Beispiele für Batterien, in denen ein derartiges Messgerät als zentrales Element eingesetzt werden kann, sind Batterien mit Eisenphosphat-Kathoden oder Titanat-Kathoden. Jedoch sind auch andere, im Stand der Technik bekannte Möglichkeiten zur Bestimmung eines aktuellen Ladezustands im erfindungsgemäßen Verfahren selbstverständlich einsetzbar.
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Die Betriebsvorhersageinformation kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf unterschiedliche Art und Weise bestimmt werden. So ist es zum einen denkbar, dass die Betriebsvorhersageinformation aus einer Eingabe eines Bedieners des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. In diesem Fall ist also eine Schnittstelle zum Bediener vorhanden, über die der Bediener gewisse erwartete Nutzungsszenarien eingeben kann. Aufgrund dieser Informationen wird die Batterie des Kraftfahrzeugs schonend, beispielsweise nicht komplett, geladen, so dass die Lebensdauer verlängert wird.
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Zusätzlich oder alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass die Betriebsvorhersageinformation aus Betriebsdaten der Vergangenheit und/oder Betriebsdaten über geplante Fahrten ermittelt wird. In diesem Fall wird also die Historie und/oder eine Planungsinformation ausgewertet, um Vorhersagen für die Zukunft treffen zu können.
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Konkret kann vorgesehen sein, dass die Betriebsvorhersageinformation durch Eingabe eines vorbestimmten Betriebsszenarios durch einen Bediener ermittelt wird oder aus einer durch einen Benutzer vorgegebenen, zu befahrenden Strecke, insbesondere unter Nutzung von Navigationsdaten eines Navigationssystems, ermittelt wird. Möglich ist es also, dass ein Benutzer ein grobes, insbesondere vordefiniertes Benutzungsszenario für den nächsten Betriebsabschnitt angibt, beispielsweise eine ungefähre Fahrtstrecke oder dergleichen. Hierzu können dem Benutzer, beispielsweise an einem Mensch-Maschine-Interface, mehrere Möglichkeiten angeboten werden. Vorteilhaft ist es jedoch auch, wenn aus einer durch einen Benutzer vorgegebenen, zu befahrenden Strecke die Betriebsvorhersageinformation ermittelt wird. Ist beispielsweise bekannt, wie das Kraftfahrzeug zu welchem Ziel während des nächsten Betriebsabschnitts, für den geladen wird, fahren soll, kann zur Ermittlung des Zielladezustands dann abgeschätzt werden, welcher Energiebedarf für diese Strecke tatsächlich besteht. Hierbei kann ein Navigationssystem weitere Informationen, beispielsweise über Steigungs- und Gefälleanteile, liefern, um eine noch genauere Auswertung im Hinblick auf den Zielladezustand zu ermöglichen. Derartige Abschätzungen sind beispielsweise aus dem Bereich der Reichweitenberechnung anhand von Navigationsdaten bereits grundsätzlich bekannt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Betriebsdaten der Vergangenheit auf wiederkehrende Verbrauchsmuster analysiert werden, insbesondere sich täglich und/oder wöchentlich und/oder monatlich wiederholende Fahrten und/oder Verbräuche. Es kann also eine Logik vorgesehen sein, die einen normalen Betriebszustand, beispielsweise wochentagsabhängig, aus der Historie, den Betriebsdaten, vorhersagen kann, indem entsprechende Analysen im Hinblick auf zeitliche Muster durchgeführt werden.
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Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Betriebsdaten für sich täglich und/oder wöchentlich und/oder monatlich wiederholende Fahrten und/oder sonstige für einen bestimmten Termin geplante Fahrten über eine Kommunikationsverbindung, insbesondere das Internet, aus einer kraftfahrzeugexternen Quelle, insbesondere einer Kalenderapplikation, abgerufen werden. Wie bereits bezüglich der Außentemperatur erwähnt, können also auch externe Informationsquelle benutzt werden, insbesondere Kommunikationsverbindungen in das Internet, die allgemein oder während des Ladebetriebs bestehen. Insbesondere ist eine Verknüpfung mit einer persönlichen Kalenderapplikation, also Software, des Benutzers möglich, um Informationen über vergangene und geplante Fahrten zu ermitteln. Dies kann aus direkten Einträgen erfolgen, aber auch durch Ableitung beispielsweise aus dem Bestehen von Terminen an bestimmten Orten. Es wird also eine „Koppelung“ eines elektronischen Kalenders mit der Batteriesteuerung, hier konkret der Steuerung des Ladebetriebs, vorgeschlagen.
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Dabei ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig möglich, bei einer vollautomatisch ermittelten Betriebsvorhersageinformation diese in Abhängigkeit einer Benutzereingabe im Hinblick auf wenigstens einen unmittelbar bevorstehenden Betriebsabschnitt zu verändern. Der Benutzer kann also jederzeit mit einer Eingabe im Voraus einen anderen Betrieb herbeiführen, wenn er die optimierte Betriebsweise zu Gunsten beispielsweise einer optimierten Reichweite im Einzelfall aufgeben möchte. Sollte also eine andere Funktionalität gewünscht sein, beispielsweise im Einzelfall eine größere Reichweitenanforderung bestehen, kann die erfindungsgemäß realisierte Funktion jederzeit zumindest temporär im Voraus abgeschaltet werden bzw. der größeren Reichweitenanforderung entsprechend angepasst werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Betriebsvorhersageinformation eine insbesondere eine Zeitdauer umfassende Urlaubsinformation ermittelt wird, insbesondere durch Betätigung wenigstens eines Bedienelements durch einen Bediener des Kraftfahrzeugs. In dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es also denkbar, eine spezielle Betriebsvorhersageinformation zu ermitteln, die ein Verbleiben des Kraftfahrzeugs an der Ladestation für eine bestimmte Zeitdauer angibt, so dass der Lade- und insbesondere auch Entladebetrieb in diesem Wissen angepasst werden kann. Dabei kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass als Zielladezustand bei Vorliegen einer Urlaubsinformation ein vorbestimmter, zwischen dem Maximalladezustand und einem Minimalladezustand liegender, insbesondere exakt die Hälfte des Maximalladezustands betragender, Mittelladezustand verwendet wird. Die Batterie wird also, wenn eine Nutzung des Kraftfahrzeugs für den Fahrbetrieb ohnehin nicht vorgesehen wird, in einen mittleren Ladezustand als Zielladezustand verbracht, in dem sie einer deutlich geringeren Alterung ausgesetzt ist als im Maximalladezustand. Hierzu kommt, dass bei einem Halten der Batterie im Mittelladezustand keine Gefahr einer massiven Beschädigung der Batterie durch beispielsweise eine Tiefentladung im leeren Zustand der Batterie vorliegt. Denn fällt der Ladezustand der Batterie unter einen Minimalladezustand, insbesondere also die Batteriespannung unter eine Minimalspannung, kann es zu einer bis zur irreversiblen Schädigung der Zellen, die einen Austausch der Zelle oder Batterie nötig macht, und dergleichen kommen. Ein derartiges Risiko wird in dem hier beschriebenen „Urlaubsbetrieb“ vermieden.
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Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn bei Vorliegen einer Nichtnutzungsinformation über die bevorstehende Nicht-Nutzung des Kraftfahrzeugs für den Fahrbetrieb, insbesondere einer Urlaubsinformation, die Batterie zu einer ein an sie angeschlossenes Stromnetz unterstützenden Energieabgabe und/oder Energieaufnahme betrieben wird, wobei der Ladezustand der Batterie innerhalb eines vorgegebenen Zielintervalls verbleibt. Ist also eine Batterie mit bidirektionaler Netzanbindung gegeben, so kann das Vorliegen der Nichtnutzungs- oder Urlaubsinformation bewirken, dass die Batterie für den vorgegebenen Zeitraum (verstärkt) für Netzdienstleistungen herangezogen wird. Hierbei kann ein Zusammenwirken eines Batteriesteuergeräts mit einem Steuergerät der Ladestation im Rahmen eines erweiterten Batteriemanagements vorgesehen sein. Doch auch in diesem Fall wird auf einen optimalen Bereich des Ladezustandes, der in Abhängigkeit von der Batteriechemie festgelegt werden kann, geachtet. Auf diese Weise wird die Alterung der Batterie minimiert. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Batterie in diesem Zustand in beide Richtungen eine möglichst hohe Leistung erbringen bzw. aufnehmen kann. Dabei kann ein zwischen 10 bis 40% des Maximalladezustands und 50 bis 95% des Maximalladezustands, bevorzugt zwischen 20 bis 30% des Maximalladezustands und 60 bis 90% des Maximalladezustands, liegendes Zielintervall verwendet werden, abhängig von der Batterie, ihrer chemischen Elektrodenzusammensetzung und damit ihrem Alterungsverhalten. Beispielsweise kann also die Steuerung so erfolgen, dass sich der Ladezustand der Batterie immer zwischen 20 und 70 % des Maximalladezustands bewegt.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass die Eingabe der Nichtnutzungsinformation als Betriebsvorhersageinformation zweckmäßigerweise an die Betätigung wenigstens eines Bedienelements durch einen Bediener des Kraftfahrzeugs gebunden ist, so dass ein derartiges Bedienelement beispielsweise als ein „Urlaubsknopf“ bezeichnet werden kann. Selbstverständlich kann eine äußerst benutzerfreundliche Variante beispielsweise über ein Mensch-Maschine-Interface im Kraftfahrzeug realisiert werden.
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Ferner ist es in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass bei einer vorliegenden, sich auf einen Betriebsabschnitt nach der Zeitdauer der Nichtnutzungsinformation beziehenden weiteren Betriebsvorhersageinformation die Batterie zum Ende der Zeitdauer auf einen der weiteren Betriebsvorhersageinformation entsprechenden Zielladezustand geladen wird. Es kann mithin vorgesehen sein, dass zum Ende des Zeitraums, in dem das Kraftfahrzeug nicht zum Fahrbetrieb benötigt wird, die Batterie dann wieder in einen Zustand gebracht wird, in dem sie geeignet geladen ist, um einen folgenden Betriebsabschnitt wunschgemäß erfüllen zu können. Ist eine derartige weitere Betriebsvorhersageinformation nicht vorhanden, kann allgemein vorgesehen sein, dass zum Ende der Zeitdauer die Batterie in einen Zustand gebracht wird, in dem sie am oberen Ende des optimalen Ladezustandsfensters gehalten wird, wofür ein Endladezustandswert festgelegt oder ermittelt sein kann.
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Die hier beschriebene „Urlaubsknopf“-Funktionalität kann beispielsweise auch für einen Feiertag, ein Wochenende oder dergleichen eingesetzt werden.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Elektromotor, eine diesem zugeordnete Batterie und ein den Ladebetrieb der Batterie steuerndes Steuergerät, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, mit welchem mithin die Vorteile der vorliegenden Erfindung erhalten werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
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2 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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3 einen Ablaufplan bei Vorliegen einer Urlaubsinformation als Betriebsvorhersageinformation.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Dabei handelt es sich um ein Elektro-Kraftfahrzeug 1 mit einem Elektromotor 2, dem eine Batterie 3 als Energiespeicher zugeordnet ist. Über einen entsprechenden Anschluss 4 kann die Batterie 3 zum Aufladen an eine hier nur angedeutete Ladestation 5 angeschlossen werden.
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Der Betrieb der Batterie 3, insbesondere der Ladebetrieb, wird durch ein Batteriesteuergerät 6 gesteuert, welches auch Daten anderer Fahrzeugsysteme empfangen kann, wobei hier beispielhaft ein Navigationssystem 7, ein Außentemperatursensor 8 und ein Mensch-Maschine-Interface 9 (MMI) gezeigt sind. Das Batteriesteuergerät 6 ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet, mithin einer Beschränkung des Ladezustands der Batterie 3 auf einen Zielladezustand, welcher in Abhängigkeit einer Betriebsvorhersageinformation gewählt wird, was nun im Hinblick auf 2 näher erläutert werden soll.
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Gemäß 2 wird in einem Schritt 10 zunächst die Betriebsvorhersageinformation bestimmt. Diese enthält insbesondere eine Aussage darüber, welcher Betriebsabschnitt auf den nun vorzunehmenden Ladevorgang folgt. Ist dies erst bekannt, kann hieraus ein Zielladezustand ermittelt werden, der sich insbesondere an der tatsächlich benötigten Energie orientiert, um somit den Ladebetrieb ohne Funktionalitätseinschränkung auf eine möglichst große Lebensdauer der Batterie 3 hin zu optimieren.
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Die Betriebsvorhersageinformation kann auf unterschiedliche Weise gewonnen werden, beispielsweise aufgrund einer Eingabe eines Bedieners des Kraftfahrzeugs 1, insbesondere über das Mensch-Maschine-Interface 9, oder aber auch automatisch, mithin durch das Batteriesteuergerät 6 selber, indem Betriebsdaten der Vergangenheit analysiert werden.
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Hierfür seien einige Beispiele genannt. So können Betriebsvorhersageinformationen beispielsweise anhand einer Auswahl eines Nutzungsszenarios, welches beispielsweise durch einen gewünschten Reichweitebereich beschrieben wird, bestimmt werden. Einem solchen Reichweitebereich kann dann ein Zielladezustand zugeordnet sein, der sich am oberen Ende des Bereichs orientiert. Eine genauere Berechnung ist dann möglich, wenn als Betriebsvorhersageinformation Informationen einer durchzuführenden Fahrt, insbesondere also einer zurückzulegenden Strecke, bis zur nächsten Lademöglichkeit vorliegen. Dabei kann beispielsweise aus Eingaben des Bedieners in das Navigationssystem 7 geschlussfolgert werden, so dass zur Ermittlung des Zielladezustands ein Energiebedarf nach Art einer Reichweitenermittlung unter Berücksichtigung weiterer Navigationsdaten des Navigationssystems 7 bestimmt werden kann.
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Bevorzugt ist jedoch, dass auch eine automatische Auswertung von Betriebsdaten der Vergangenheit durch das Batteriesteuergerät 6 durchgeführt wird. Dabei wird eine Analyse auf zeitliche Muster durchgeführt, insbesondere auf wiederkehrende Energieverbrauchsmuster, welche sich beispielsweise täglich, wöchentlich oder monatlich wiederholen können. In einem Beispiel kann, wenn bekannt ist, dass ein Bediener an jedem Werktag zu seinem Arbeitsplatz fährt, eine entsprechende Abschätzung für die Werktage erfolgen.
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Weiterhin können über Koppelung, mithin Bestehen einer Kommunikationsverbindung, insbesondere über das Internet, die einen Datenabruf ermöglicht, mit einem (elektronischen) Kalender, also einer Kalenderapplikation, als Betriebsdaten Referenzdaten für tägliche Fahrten, geplante zusätzliche Fahrten an speziellen Tagen und andere Informationen bezüglich benötigter Reichweite erhalten werden. Die Koppelung mit einem Kalender kann weiterhin Daten über Monate und Jahreszeiten geben. Hierdurch kann auf eine Außentemperatur und andere Betriebsbedingungen geschlossen werden, die einen Einfluß auf den benötigten Ladezustand der Batterie haben könnten.
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Weiterhin kann über Koppelung mit einer Wettervorhersage und/oder sonstigen Informationsquelle, z.B. via Internet, die obige Außentemperatur- und Witterungsinformation weiter präzisiert werden.
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Dabei sei an dieser Stelle angemerkt, dass die aktuelle Betriebsvorhersage und der aktuelle Zielladezustand einem Benutzer, insbesondere über das Mensch-Maschine-Interface 9, zur Kenntnis gebracht werden kann, so dass dieser eine manuelle Eingriffsmöglichkeit besitzt und beispielsweise Abweichungen von automatisch bestimmten Betriebsvorhersageinformationen eingeben kann und somit entsprechende Anpassungen vornehmen kann. So kann ein Bediener beispielsweise eine erhöhte Reichweitenanforderung einstellen. Der Bediener bleibt also Herr über den Ladezustand, den er vorfinden möchte; insbesondere kann er auch die hier beschriebene Optimierung der Ladevorgangssteuerung im Hinblick auf die Lebensdauer gänzlich deaktivieren.
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In einem Schritt 11 wird dann der Zielladezustand aus der Betriebsvorhersageinformation ermittelt. Dabei können auch weitere Parameter berücksichtigt werden, worauf im Folgenden noch eingegangen werden wird. Bei der Ermittlung kann es sich um eine einfache Zuordnung handeln, möglich ist es aber auch, dass eine kompliziertere Berechnung in dem Batteriesteuergerät 6 stattfindet. Ist beispielsweise als Betriebsvorhersageinformation eine bestimmte Strecke, die im nächsten Betriebsabschnitt zurückgelegt werden soll, vorgegeben, kann der Zielladezustand, wie bereits angedeutet, als für die Strecke ermittelter Energiebedarf plus einen Sicherheitswert, insbesondere einen festen Sicherheitswert, bestimmt werden. Voraussichtliche Energiebedarfe können selbstverständlich auch in anderen Zusammenhängen ermittelt werden, beispielsweise aus Betriebsdaten der Vergangenheit und dergleichen. Die Verwendung eines Sicherheitswertes soll psychologische Sicherheit geben und sicherstellen, dass in jedem Fall der Betriebsabschnitt bis zum erneuten Aufladevorgang durchgeführt werden kann. Neben einem festen Sicherheitswert ist es auch denkbar, einen beispielsweise prozentual von Energiebedarf abhängigen Sicherheitswert aufzuschlagen und dergleichen.
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Bei der Berechnung des Zielladezustands werden auch regenerative Anteile des unmittelbar bevorstehenden Betriebsabschnitts berücksichtigt. Während diese in einen Energiebedarf, beispielsweise abgeleitet aus Steigungsdaten, bereits ohnehin in der Summe eingehen können, können sie auch anderweitig berücksichtigt werden, beispielsweise, indem sichergestellt wird, dass grundsätzlich eine hinreichende Speicherkapazität der Batterie 3 für in Phasen regenerativen Bremsens gewonnene Energie besteht. Beginnt die nächste Fahrt beispielsweise mit einer Bergabfahrt, wird dort regenerativ Energie gewonnen werden. Der Zielladezustand kann nun so bestimmt werden, dass in jedem Fall genug Speicherkapazität der Batterie 3 zur Verfügung steht, um die dort gewonnene Energiemenge auch aufnehmen zu können.
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Ein weiterer Parameter, der bei der Ermittlung des Zielladezustands in diesem Ausführungsbeispiel Berücksichtigung findet, ist die beispielsweise über den Außentemperatursensor 8 gewonnene Außentemperatur, nachdem diese auf den Energieverbrauch ebenso einen Einfluss hat. Die Außentemperatur kann beispielsweise durch Anpassung eines Energieverbrauchswerts pro Kilometer berücksichtigt werden, in jedem Fall ist jedoch vorgesehen, dass mit sinkender Außentemperatur ein höherer Energiebedarf veranschlagt wird, mithin auch ein höherer Zielladezustand festgelegt wird, der den Effekten niedrigerer Außentemperatur, beispielsweise dem höheren Innenwiderstand und der geringeren Leistungsabgabe an den Elektromotor 2, Rechnung trägt.
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In einem Schritt 12 wird während des Ladevorgangs überprüft, ob der Zielladezustand bereits erreicht ist. Ist dies nicht der Fall, wird weitergeladen, Schritt 13. Ist der Zielladezustand jedoch erreicht, wird der Ladevorgang abgebrochen, Schritt 14, das bedeutet, der Ladezustand der Batterie 3 wird auf den Zielladezustand begrenzt. Auf diese Weise werden zu hohe Ladezustände vermieden, so dass sich die Lebensdauer der Batterie 3 erhöht.
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Eine besondere, in Schritt 10 insbesondere durch Benutzereingabe ermittelbare Betriebsvorhersageinformation ist die Urlaubsinformation. Diese gibt an, dass für eine bestimmte, ebenso eingebbare Zeitdauer das Kraftfahrzeug 1 nicht für den Fahrbetrieb benötigt wird. Es verbleibt in dieser Zeit an die Ladestation 5 angeschlossen. Liegt eine derartige Urlaubsinformation vor, sind erfindungsgemäß mehrere Ansteuerungshandlungen vorgesehen, die durch 3 näher erläutert werden, wobei der Kasten 15 die vorliegende Urlaubsinformation andeutet.
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Der Schritt 16 betrifft die Festlegung des Zielladezustands, wobei vorliegend ein mittlerer Zielladezustand (Mittelladezustand) als 50 % des Maximalladezustands festgelegt wird. Dies sorgt dafür, dass die Batteriealterung deutlich reduziert wird.
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Etwas modifiziert ist das Vorgehen in Schritt 17, nämlich dann, wenn die Batterie 3 derart über die Ladestation 5 an das Stromnetz angeschlossen ist, dass dieses, beispielsweise über ein Steuergerät der Ladestation 5, auch Energie aus der Batterie 3 abrufen kann. In diesem Fall wird der Mittelladezustand zumindest temporär aufgehoben und die Beschränkung wird dadurch realisiert, dass sich der Ladezustand der Batterie 3 in einem Zielintervall bewegen muss, in diesem Ausführungsbeispiel zwischen 20 % und 70 % des Maximalladezustands, so dass auch hier eine Beschränkung vorliegt, die die Lebensdauer der Batterie 3 erhöht, nachdem Ladezustände nahe dem Maximalladezustand vermieden werden.
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Naht das Ende der Zeitdauer, die der Urlaubsinformation beigefügt ist, so wird wieder ein höherer Zielladungszustand angestrebt, der einem festen, näher an dem Maximalladezustand gelegenen Zielladezustand entsprechen kann, jedoch auch aufgrund einer Information über einen nun folgenden Betriebsabschnitt, beispielsweise eine zu befahrende Strecke, gewählt werden kann. Die Steuerung des Ladevorgangs über das Batteriesteuergerät 6 erfolgt dann so, dass mit dem Abschluss der Zeitdauer der neue Zielladezustand erreicht ist.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
