-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Verwaltung von elektrischen Lasten in einem Fahrzeug.
-
Mit sich ändernder Batterietechnologie, zum Beispiel von einem Nickel-Metallhydridchemismus zu einem Lithium-Ionen-Chemismus, erweitert sich der Betriebsbereich von Batterien. Solche Batterien können für Hochspannungsanwendungen, wie zum Beispiel Hybridelektrofahrzeuge oder Elektrofahrzeuge, verwendet werden. Bei Fahrzeuganwendungen kann die Hochspannungsbatterie Energie nach Reduzierung der Spannung nicht nur für Hochspannungslasten, sondern auch für Niederspannungslasten, zum Beispiel durch einen DC/DC-Wandler, bereitstellen.
-
Zusätzlich zu der Hochspannungsbatterie kann ein Hybridelektro- oder Elektrofahrzeug auch eine Niederspannungsbatterie aufweisen, die zur Energieversorgung der Fahrzeugbeleuchtung, von Motorkühlgebläsen, beheizten Sitzen und/oder anderen Niederspannungslasten verwendet werden kann. Wenn die elektrischen Lasten in dem Fahrzeug eine bestimmte Höhe erreichen, kann die Hochspannungsbatterie möglicherweise nicht sämtliche Energie bereitstellen, und die Niederspannungsbatterie muss möglicherweise die durch die Hochspannungsbatterie zugeführte Energie erhöhen. Dies könnte zum Beispiel dann auftreten, wenn die Hochspannungslasten zu groß wären oder aufgrund von Begrenzungen in einem DC/DC-Wandler. In solch einem Fall muss möglicherweise eine Mindestladungshöhe in der Niederspannungsbatterie aufrechterhalten werden, um zu gewährleisten, dass genug Energie zum Beispiel zum Einschalten der Scheinwerfer vorhanden ist. Wenn die Niederspannungsbatterie zu stark entleert ist, kann sie ein automatisches Abschalten gewisser elektrischer Lasten erfordern, um die Mindestladung in der Niederspannungsbatterie aufrechtzuerhalten. Wenn dieses "reaktive" Verfahren der Verwaltung elektrischer Lasten eingesetzt wird, kann die Energie so niedrig sein, dass sie ein derartiges Abschalten von Systemen erfordert, dass dies für die Fahrzeuginsassen sehr offensichtlich ist. Wenn die Ladung der Niederspannungsbatterie zum Beispiel eine gewisse Höhe erreicht, kann es erforderlich sein, eine Klimaanlage abzuschalten, was sehr auffällig und unerwünscht für Insassenkomfort ist.
-
Deshalb besteht Bedarf für ein System und ein Verfahren zur Verwaltung elektrischer Lasten für ein Fahrzeug, das für die Fahrzeuginsassen weitgehend transparent ist.
-
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein System zur Verwaltung von elektrischen Lasten in einem Fahrzeug. Eine Hochspannungsenergiequelle kann mindestens eine Hochspannungslast mit elektrischer Energie versorgen, und ein elektrischer Wandler ist zum Empfang einer Hochspannungsenergieeingabe von der Hochspannungsenergiequelle und zur Bereitstellung einer Niederspannungsenergieabgabe zu mehreren Niederspannungslasten betreibbar. Auf diese Weise liefert die Hochspannungsenergiequelle mindestens einigen der Niederspannungslasten Energie. Ausführungsformen des Systems umfassen weiterhin ein Steuersystem, das mindestens eine Steuerung enthält. Das Steuersystem steht mit dem Wandler in Verbindung und ist zum Empfang von Signalen von dem Wandler, die mit der Wandlerabgabe in Zusammenhang stehen, konfiguriert. Des Weiteren ist das Steuersystem zur Unterbrechung von Energie zu mindestens einer der Niederspannungslasten, wenn die von dem Wandler empfangenen Signale anzeigen, dass die Hochspannungsenergiequelle die Niederspannungslasten nicht voll mit Energie versorgen kann, konfiguriert.
-
Ausführungsformen der Erfindung umfassen ein System zur Verwaltung von elektrischen Lasten in einem Fahrzeug, das eine Hochspannungsenergiequelle und einen elektrischen Wandler enthält, der zum Empfang von Hochspannungsenergie von der Hochspannungsenergiequelle und zur Bereitstellung von Niederspannungsenergie für mindestens eine Niederspannungslast betreibbar ist. Des Weiteren enthält das System eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, Energie zu mindestens einer der mindestens einen Niederspannungslast zu unterbrechen, wenn die Hochspannungsenergiequelle nicht alle der mindestens einen Niederspannungslast mit voller Energie versorgen kann.
-
Des Weiteren umfassen Ausführungsformen der Erfindung ein Verfahren zur Verwaltung von elektrischen Lasten in einem Fahrzeug, das eine Hochspannungsenergiequelle aufweist, die mindestens eine Hochspannungslast und mehrere Niederspannungslasten mit elektrischer Energie versorgen kann. Des Weiteren enthält das Fahrzeug einen elektrischen Wandler, der zum Empfang einer Hochspannungsenergieeingabe von der Hochspannungsenergiequelle und zur Bereitstellung einer Niederspannungsenergieabgabe zu den Niederspannungslasten betreibbar ist. Des Weiteren enthält das Fahrzeug ein Steuersystem, das mindestens eine Steuerung enthält und das dazu konfiguriert ist, Eingaben von dem Wandler zu empfangen und die Niederspannungslasten zu steuern. Schritte des Verfahrens können Überwachen der Aktivität des Wandlers und Unterbrechen der Energie zu mindestens einer der Niederspannungslasten, wenn die Aktivität des Wandlers anzeigt, dass die Hochspannungsenergiequelle die Niederspannungslasten nicht mit voller Energie versorgen kann, umfassen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen ein Verfahren zur Verwaltung von Lasten in einem Fahrzeug, das eine Hochspannungsenergiequelle und einen Wandler enthält, der zum Empfang einer Eingabe von der Hochspannungsenergiequelle und zur Bereitstellung einer Niederspannungsabgabe betreibbar ist. Schritte des Verfahrens umfassen Überwachen der Aktivität des Wandlers, Überwachen der Niederspannungslastaktivität und Verringern der Niederspannungslastaktivität, wenn die Hochspannungsenergiequelle die Niederspannungslasten nicht mit voller Energie versorgen kann und mindestens eine Niederspannungslast vorliegt.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
-
2 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Spannungseingabe und Spannungsabgabe für einen Wandler, der Teil eines Systems der vorliegenden Erfindung ist, darstellt; und
-
3 zeigt ein Flussdiagramm, das Schritte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Wie erforderlich, werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in unterschiedlichen und alternativen Formen ausgestaltet werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details von bestimmten Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann den unterschiedlichen Einsatz der vorliegenden Erfindung zu lehren.
-
1 zeigt ein System 10 zur Verwaltung von elektrischen Lasten in einem Fahrzeug 12 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Eine Hochspannungsenergiequelle 14, die bei dieser Ausführungsform eine Hochspannungsbatterie ist, enthält eine Hochspannungsbatteriezellenanordnung 16 und eine Batteriesteuerung 18. Die Batteriesteuerung 18 ist über ein Controller Area Network (CAN) mit einem Steuersystem verbunden, das ein Karosserie-Steuermodul (BCM – body control module) 20 enthält. Neben der Kommunikation mit der Batterie 14 kommuniziert das BCM 20 mit anderen Steuerungen und Systemen im gesamten Fahrzeug 12, wie durch die anderen CAN-Knoten 22 schematisch dargestellt. Das BCM 20 kommuniziert auch mit einem DC/DC-Wandler 24, der zum Empfang einer Hochspannungseingabe von der Hochspannungsbatterie 14 konfiguriert ist. Der Wandler 24 gibt eine Niederspannungsenergie ab, die zu einem Niederspannungsenergieverteilerkasten (NS-EVK) oder einem Sicherungskasten 26 geleitet wird. Wie in 1 dargestellt, sind die Niederspannungsfahrzeuglasten 27 mit dem Sicherungskasten 26 verbunden. Weiterhin ist eine Niederspannungsbatterie 28 mit dem Sicherungskasten 26 verbunden, die den Sicherungskasten und die Niederspannungslasten 27, falls erforderlich, mit Energie versorgen kann. In der Darstellung verbindet eine gestrichelte Linie 30 die Niederspannungsbatterie 28 mit dem BCM 20 und stellt eine Kommunikation dazwischen dar, die Teil eines Verfahrens gemäß Ausführungsformen der Erfindung sein kann. Zusätzlich zu der Versorgung der Niederspannungslasten 27 mit Niederspannungsenergie durch den Wandler 24 kann die Hochspannungsbatterie 14 auch Hochspannungslasten 32, bei denen es sich zum Beispiel um einen Fahrmotor in einem Elektro- oder Hybridelektrofahrzeug handeln kann, mit Hochspannungsenergie versorgen.
-
2 zeigt ein Diagramm 34, das die Beziehung zwischen der in den Wandler 24 eingegebenen Hochspannungsenergie und der abgegebenen Niederspannungsenergie zeigt. Wie hier verwendet, ist die Unterscheidung zwischen Hochspannungsenergie und Niederspannungsenergie die Differenz zwischen Spannungen im Bereich von 50 Volt oder darunter für Niederspannungsenergie und 100 Volt oder darüber für Hochspannungsenergie. Das Diagramm 34 zeigt drei verschiedene Strompegel: 145, 165 und 195 Ampere (A). In dem dargestellten Beispiel werden 14,5 Volt (V) als eine volle Energieabgabe für Niederspannungslasten 27 betrachtet. Wie in 2 deutlich dargestellt ist, stehen die 14,5 V für alle drei Strompegel zur Verfügung, wenn die in den Wandler 24 eingegebene Hochspannungsenergieeingabe mindestens 210 V beträgt. Unter 210 V fällt die zur Verfügung stehende Ausgangsspannung ab – anfangs nur für den Strompegel von 195 A, aber dann auch für die anderen beiden Strompegel, wenn die Hochspannungsenergieeingabe unter 200 V abfällt. Wie unten erläutert, kann die Kenntnis der Beziehung zwischen der Eingangs- und der Ausgangsspannung und der Vollenergieanforderungen für Niederspannungslasten 27 für Steuerstrategieverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung von Nutzen sein. Um die Niederspannungslasten 27 in dem Fahrzeug 12 proaktiv zu steuern, wird die Aktivität des DC/DC-Wandlers 24 überwacht, zum Beispiel durch das BCM 20. Dies wird in dem in 3, insbesondere in Schritt 38, gezeigten Flussdiagramm 36 dargestellt. Der Schritt 40 kann auch verwendet werden, wenn die Niederspannungsaktivität überwacht wird, und dies wird durch die in 1 gezeigte Kommunikationslinie 30 dargestellt. Wie in diesem Zusammenhang verwendet, kann "Überwachen" des Wandlers 24 oder der Aktivität der Niederspannungslasten 27 einfach Empfangen eines Signals oder von Signalen, das bzw. die mit Eingaben, Abgaben oder irgendeinem anderen Parameter, der die gewünschten Informationen bereitstellt, in Beziehung steht bzw. stehen, sein. Auf Grundlage der Informationen, die es empfängt, bestimmt das BCM 20, ob die Hochspannungsbatterie 14 die Niederspannungslasten 27 mit voller Energie versorgen kann.
-
Wenn in Entscheidungsblock 42 festgestellt wird, dass die Hochspannungsenergiequelle bzw. Hochspannungsbatterie 14 die Niederspannungslasten 27 mit voller Energie versorgen kann, kehrt das Verfahren zu Schritt 38 zurück, wo die Wandleraktivität überwacht wird. Wenn die Hochspannungsbatterie 14 jedoch nicht in der Lage ist, die Niederspannungslasten 27 mit voller Energie zu versorgen, reduziert ein Verfahren der vorliegenden Erfindung die Niederspannungslastaktivität – siehe Schritt 44.
-
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind dazu konfiguriert, die Energieversorgung einer oder mehrerer der Niederspannungslasten 27 zu unterbrechen, wenn eine Hochspannungsenergiequelle, wie zum Beispiel die Batterie 14, die Niederspannungslasten 27 nicht mit voller Energie versorgen kann. Diese Steuerstrategie kann durch eine Steuerung, wie zum Beispiel das BCM 20, alleine oder in Verbindung mit anderen angeschlossenen Steuerungen, zum Beispiel durch ein CAN, implementiert werden. Da Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Entscheidungen auf Grundlage der Aktivität eines Wandlers, wie zum Beispiel des Wandlers 24, treffen, kann Energie zu einer oder mehreren Niederspannungslasten 27 unterbrochen werden, bevor eine Niederspannungsenergiequelle, wie zum Beispiel die Batterie 28, zur Erhöhung der von der Hochspannungsenergiequelle empfangenen Energie verwendet wird. Dies gestattet die Unterbrechung der Energie zu den Niederspannungslasten 27 auf eine Art und Weise, die für einen Fahrzeugführer praktisch transparent ist. Wenn die Steuerstrategie zum Beispiel zuerst bestimmt, dass die Hochspannungsenergiequelle die Niederspannungslasten 27 nicht mit voller Energie versorgen kann, kann eine erste "Lastabwurfstrategie" eingesetzt werden, durch die gezielte Niederspannungslasten 27 beendet werden können. Zu diesen können zum Beispiel Energie zu einem oder mehreren beheizten Sitzen in dem Fahrzeug und/oder eine Drehzahlreduzierung eines Heizgebläses gehören. Die erste Lastabwurfstrategie kann so implementiert werden, dass bestimmte Niederspannungslasten 27 beendet oder reduziert werden, so dass die Hochspannungsenergiequelle alle verbleibenden Niederspannungslasten 27 mit voller Energie versorgen kann. Wenn die Hochspannungsenergiequelle eine zusätzliche Ladung – zum Beispiel durch Nutzbremsung – erhält und wieder in der Lage ist, alle Niederspannungslasten 27 mit voller Energie zu versorgen, können die zuvor beendete(n) oder reduzierte(n) Last(en) wieder mit voller Energie eingesetzt werden.
-
Wie bereits erwähnt, umfasst ein Teil der Bestimmung, wann Lastabwurf erwünscht ist, Überwachen der Aktivität eines elektrischen Wandlers, wie zum Beispiel des in 1 gezeigten Wandlers 24. Eine Art und Weise, dies zu erreichen, besteht darin, die Niederspannungsabgabe zu überwachen, mit dem Wissen, dass eine erforderliche Mindesthöhe erfüllt werden muss, damit alle Niederspannungslasten 27 volle Energie empfangen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwenden jedoch insofern eine andere Strategie, als die Hochspannungseingabe in den Wandler 24 analysiert wird. Dies ist möglich, weil, wie in Diagramm 34 in 2 gezeigt, zwischen der Ausgangsspannung und der Eingangsspannung eine bekannte Beziehung besteht. Unter Verwendung der Beispiele der 1 und 2 könnte das BCM 20 eine erste Lastabwurfstrategie implementieren, wenn die Hochspannungseingabe in den Wandler 24 210 V oder weniger betrug. Wenn bekannt war, dass die Stromentnahme von der Hochspannungsbatterie weniger als 195 A betrug, zum Beispiel 145 A oder 165 A, dann könnte das BCM warten, bis die Hochspannungeingabe 200 V oder weniger betrug, bevor es die erste Lastabwurfstrategie implementiert. Auf diese Weise können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besonders proaktiv beim Abwurf von Niederspannungslasten 27 vor Anforderung von Unterstützung von der Niederspannungsbatterie und unerwünschter Reduzierung von Zubehör, die von den Fahrzeuginsassen bemerkt werden kann, sein.
-
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch mehrere Merkmale enthalten, um die Lastabwurfstrategie weiter zu verfeinern. Zum Beispiel kann eine Hochspannungsenergiequelle, wie zum Beispiel die in 1 gezeigte Batterie 14, Gegenstand instationärer Energiereduzierungen sein, die sie vorübergehend nicht in die Lage versetzen, alle der Niederspannungslasten 27 mit voller Energie zu versorgen. Wenn die Lastabwurfstrategie durch das BCM 20 schnell implementiert wird, dann können Niederspannungslasten 27 unnötig abgeworfen werden, wenn die Hochspannungsbatterie sehr schnell zu einem höheren Energieniveau zurückkehrt. Wie zuvor erwähnt, fokussiert die erste Lastabwurfstrategie auf jene Lasten, die durch die Fahrzeuginsassen allgemein nicht bemerkt werden, und deshalb ist diese instationäre Reaktion für die Effektivität der Strategie nicht abträglich. Wenn jedoch gewünscht wird, die Auswirkungen von instationären Energieschwankungen in einer Hochspannungsenergiequelle zu reduzieren, ist es möglich, den Schritt des Verzögerns des Starts der Lastabwurfstrategie so lange zu verzögern, bis das Steuersystem ein Signal erhalten hat, das geringe Energie in der Hochspannungsbatterie für eine vorbestimmte Zeitdauer anzeigt. In solch einem Fall würde die vorbestimmte Zeitdauer relativ kurz sein, um zu gewährleisten, dass die Steuerstrategie immer noch proaktiv war und die Niederspannungslasten 27 nicht zu solch einer Belastung geworden waren, dass Energie von der Niederspannungsenergiequelle entnommen wurde.
-
Wie oben unter Bezugnahme auf 1 besprochen, kann eine Niederspannungsenergiequelle, wie zum Beispiel die Niederspannungsbatterie 28, mit einem Steuersystem, wie zum Beispiel dem BCM 20, kommunizieren. In solch einem Fall kann das BCM 20 Niederspannungslastaktivität durch Messen eines oder mehrerer Parameter der Niederspannungsbatterie 28 überwachen. Somit kann die Lastabwurfstrategie durch Signale angezeigt werden, die das BCM 20 von dem Wandler 24 empfängt, sie wird jedoch nicht implementiert, es sei denn, es liegen Niederspannungslasten 27 vor, die Gegenstand der ersten Lastabwurfstrategie sind. In einigen Fällen stehen möglicherweise keine Niederspannungslasten 27 zum Beenden oder Reduzieren zur Verfügung, und in anderen Situationen stehen möglicherweise Niederspannungslasten 27 zur Verfügung, sind aber nicht in der ersten Lastabwurfstrategie enthalten. Wenn zum Beispiel eine Klimaanlage aktiv war und die Hochspannungsbatterie 14 nicht in der Lage war, die Klimaanlage mit voller Energie zu versorgen, und unter Berücksichtigung der Tatsache, dass weniger als volle Energie für eine oder mehreren Komponenten, wie zum Beispiel einen Kompressor, abträglich sein könnte, muss möglicherweise eine zweite Lastabwurfstrategie implementiert werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine Klimaanlage möglicherweise nicht Teil einer ersten Lastabwurfstrategie ist, wobei Beenden dieser Last höchstwahrscheinlich von den Fahrzeuginsassen bemerkt werden würde und als unerwünscht erachtet wird. In diesem Fall kann eine zweite Lastabwurfstrategie implementiert werden, wodurch das BCM 20 zunächst dem Fahrzeugführer eine Anzeige bereitstellt, die zeigt, dass es erforderlich ist, einige Fahrzeuglasten zu beenden. Dann könnte das BCM 20 Energie zu der Klimaanlage beenden, und der Fahrzeugführer würde dies erwarten und dies nicht als ein Systemversagen betrachten. Diese zweite Lastabwurfstrategie kann in Situationen implementiert werden, in denen keine Lasten Gegenstand der ersten Lastabwurfstrategie sind, oder sie kann implementiert werden, nachdem alle Lasten gemäß der ersten Lastabwurfstrategie beendet oder reduziert worden sind, die Hochspannungsbatterie aber immer noch nicht in der Lage ist, die verbleibenden Niederspannungslasten 27 mit voller Energie zu versorgen.
-
Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke eher der Veranschaulichung als der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale der verschiedenen Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
-
Bezugszeichenliste
-
Fig. 2
- Vin[V]
- Vein[V]
- Vout[V]
- Vab[V]
- lo = 195A
- lab = 195A
- lo = 165A
- lab = 165A
- lo = 145A
- lab = 145A
Fig. 3 - 38
- Wandleraktivität überwachen
- 40
- NS-Lastaktivität (Niederspannungslastaktivität) überwachen
- 42
- Kann HS-Quelle (Hochspannungsenergiequelle) NS-Lasten (Niederspannungslasten) mit voller Energie versorgen?
- 44
- NS-Lastaktivität reduzieren
