DE102013009732B4

DE102013009732B4 - Verfahren und System zur Verteilung einer Rekuperationsleistung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102013009732B4
Application number: DE102013009732.0A
Authority: DE
Inventors: Alexander Weß; Hendrik Schröder
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-06-10
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2033-06-11
Also published as: CN104228717B; DE102013009732A1; US20140365075A1; CN104228717A; US9126498B2

Abstract

Verfahren zur Verteilung einer Rekuperationsleistung für ein Fahrzeug (10), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:• Bestimmen der Rekuperationsleistung,• Erfassen einer jeweiligen Sollleistung (6) mindestens eines Energieverbrauchers (22, 23), und• Verteilen der Rekuperationsleistung auf elektrische Energiesenken (21-23), welche einen Energiespeicher (21) und den mindestens einen Energieverbraucher (22, 23) umfassen, abhängig von der jeweiligen Sollleistung (6) des mindestens einen Energieverbrauchers (22, 23) auf die Energiesenken (21-23) derart, dass eine mittlere Istleistung des mindestens einen Energieverbrauchers (22, 23) der jeweiligen Sollleistung des mindestens einen Energieverbrauchers (22, 23) entspricht, wobei eine Istleistung des mindestens einen Energieverbrauchers (22, 23) temporär über die Sollleistung erhöht wird, wenn die zur Verfügung stehende Rekuperationsleistung nicht vollständig in dem Energiespeicher (21) zwischengespeichert werden kann, und wobei später eine adaptierte Sollleistung derart reduziert wird, dass die vorher dem mindestens einen Energieverbraucher (22, 23) zu viel zugeführte Energie wieder eingespart wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System, um eine bei einer Rekuperation eines Fahrzeugs anfallende Leistung zwischen Energiesenken des Fahrzeugs aufzuteilen.
Die US 2005 / 0 189 894 A1 offenbart eine Regenerationssteuerung für ein Hybridfahrzeug. Dabei soll verhindert werden, dass sich die Drehgeschwindigkeit eines Motors des Hybridfahrzeugs plötzlich ändert, wenn eine erzeugte Energie eine Energiemenge pro Zeit übersteigt, die einem Energiespeicher während einer Regeneration zugeführt werden kann. Dazu wird abhängig von einem Fahrzustand des Fahrzeugs eine regenerierte Energie berechnet, welche sich aus einem regenerativen Bremsen ergibt. Zusätzlich wird ein Ladeenergielimit berechnet. Damit dieses Ladeenergielimit nicht überschritten wird, wird der Anteil der von dem Motor regenerierten Energie, der das Ladeenergielimit übersteigt, einem Energieverbraucher zugeführt.
Die US 6 925 369 B2 versucht im Wesentlichen das Problem zu lösen, dass es bei herkömmlichen Fahrzeugen für den Fahrer schwer ist, eine Brennstoffeinsparung abzuschätzen, wenn ein elektrischer Verbraucher, wie z.B. die Klimaanlage, abgeschaltet wird. Dabei wird zwischen einer bestimmten elektrischen Größe und einer erforderlichen elektrischen Größe unterschieden. Zur Lösung des oben beschriebenen Problems wird ein Element zur Förderung des Energiesparens bereitgestellt, um Einsparungen beim Stromverbrauch nicht erforderlicher elektrischer Verbraucher abhängig von der bestimmten elektrischen Größe zu motivieren.
Die DE 10 2006 026 404 A1 beschreibt ein Verfahren zum Verwalten elektrischer Energie in einem Kfz-Bordnetz. Dabei kann, falls in einem Rekuperationsbetrieb zu viel Energie erzeugt wird, auch die Energieaufnahme elektrischer Verbraucher erhöht werden.
Die DE 10 2012 209 202 A 1 offenbart ein Verfahren zum Beheizen eines Katalysators. Dabei wird ein durch ein regeneratives Bremssystem erzeugter elektrischer Strom zu einem Katalysator gelenkt, um den Katalysator zu beheizen.
Die DE 10 2012 004 008 A1 offenbart, dass während eines Bremsvorgangs rekuperierte elektrische Energie abhängig von einer Außentemperatur und eines Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers einem Kompressor eines Kältekreislaufs oder einem Bremswiderstand zugeleitet wird.
Bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen nach dem Stand der Technik wird eine beispielsweise beim Bremsen des Fahrzeugs erzeugte Rekuperationsleistung in der Regel nur einem Energiespeicher zugeführt. Dadurch verringert sich die mögliche Rekuperationsleistung des Fahrzeugs, wenn beispielsweise der Ladezustand des Energiespeichers zu hoch ist oder andere Randbedingungen vorliegen, welche verhindern, dass die gesamte Rekuperationsleistung dem Energiespeicher zugeführt werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Rekuperationsleistung eines Fahrzeugs sinnvoller einzusetzen, als dies nach dem Stand der Technik der Fall ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Verteilung einer Rekuperationsleistung nach Anspruch 1 und durch ein System nach Anspruch 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verteilung einer Rekuperationsleistung für ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

• Bestimmen der Rekuperationsleistung. Dieser Schritt umfasst insbesondere die Bestimmung des Umfangs der von dem Fahrzeug verfügbaren Rekuperationsleistung. Dabei umfasst die Rekuperationsleistung insbesondere die Rekuperationsleistung aller reversiblen Energiewandler, was neben Elektromotoren beispielsweise einen thermoelektrischen Generator einschließt. Mit anderen Worten wird insbesondere abhängig von einer Stellung des Bremspedals die aktuell maximal verfügbare Rekuperationsleistung bestimmt, welche auf Energiesenken zu verteilen ist.
• Erfassen einer jeweiligen Sollleistung eines oder mehrerer elektrischer Energieverbraucher des Fahrzeugs. In diesem Schritt wird von jedem Energieverbraucher die Sollleistung, d.h. diejenige Leistung, welche dem jeweiligen Energieverbraucher zugeführt werden soll, ermittelt.
• Verteilen der Rekuperationsleistung auf elektrische Energiesenken des Fahrzeugs insbesondere durch Adaption der Sollleistungen der elektrischen Energieverbraucher. Dabei umfassen die elektrischen Energiesenken einen Energiespeicher des Fahrzeugs und den oder die Energieverbraucher. Die Verteilung der Rekuperationsleistung auf die Energiesenken wird dabei abhängig von der jeweiligen Sollleistung des oder der Energieverbraucher derart durchgeführt, dass die mittlere Istleistung des oder der Energieverbraucher der jeweiligen Sollleistung des oder der Energieverbraucher entspricht.

Indem die Rekuperationsleistung nicht nur dem Energiespeicher, sondern auch Energieverbrauchern des Fahrzeugs zugeführt werden kann, ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass die Rekuperationsleistung jederzeit sinnvoll eingesetzt wird. Wenn der Ladezustand des Energiespeichers signalisiert, dass es aktuell nicht möglich ist, die zur Verfügung stehende Rekuperationsleistung vollständig in dem Energiespeicher zwischenzuspeichern, wird die Rekuperationsleistung zumindest teilweise an elektrische Energieverbraucher des Fahrzeugs verteilt. Um nun sicherzustellen, dass dadurch nur die Istleistung des jeweiligen Verbrauchers temporär über die entsprechende Sollleistung erhöht wird, wird später (beispielsweise unmittelbar nach oder eine vorbestimmte Zeitspanne nach Beendigung des Rekuperationsbetriebs des Fahrzeugs) die adaptierte Sollleistung temporär derart reduziert, dass die vorher dem jeweiligen Verbraucher zuviel zugeführte Energie wieder eingespart wird.
Dabei wird insbesondere eine Priorisierung der Energiesenken vorgenommen, um anhand dieser Priorisierung die Verteilung der Rekuperationsleistung auf die Energiesenken vorzunehmen. Die Priorisierung hängt dabei ab von:

• Einer Außentemperatur. Beispielsweise kann die Priorisierung einer Innenraum-Heizeinrichtung umso mehr erhöht werden, je tiefer die Außentemperatur ist. In ähnlicher Weise kann die Priorisierung einer Innenraum-Kühleinrichtung umso höher sein, je höher die Außentemperatur ist.
• Systemtemperaturen. Dabei wird unter einer Systemtemperatur beispielsweise die Temperatur des Energiespeichers oder die Temperatur des Innenraums des Fahrzeugs verstanden. Bei einer niedrigen Außentemperatur (d.h. die Außentemperatur liegt unter einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert) wird vorteilhafterweise eine Heizeinrichtung des Fahrzeugs als Energiesenke umso höher priorisiert, je weiter die Innenraumtemperatur unter dem Sollwert liegt. In ähnlicher Weise kann bei einer hohen Außentemperatur (d.h. die Außentemperatur liegt über einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert) eine Klimaanlage als Energiesenke umso höher priorisiert werden, je weiter die Innenraumtemperatur über dem Sollwert liegt.
• Einem Ladezustand des Energiespeichers. Insbesondere ist die Priorisierung des Energiespeichers umso höher, je niedriger der Ladezustand des Energiespeichers ist.
• Einem Wirkungsgrad der Energiesenken. Wenn es sich bei der Energiesenke um einen elektrischen Verbraucher handelt, gibt der Wirkungsgrad der Energiesenke an, welcher Anteil der elektrischen Energie in eine andere Energieform (beispielsweise Wärme oder Kälte) umgewandelt wird. Wenn es sich bei der Energiesenke um einen Energiespeicher handelt, gibt der Wirkungsgrad an, welcher Anteil der dem Energiespeicher zum Speichern zugeführten Energie beim Entladen aus dem Energiespeicher wieder zur Verfügung steht. Die Priorisierung der jeweiligen Energiesenke ist dabei umso höher, je höher der direkte Wirkungsgrad (d.h. ohne vorherige Energiespeicherung) dieser Energiesenke insbesondere im Vergleich zu einer Wirkungsgradkette ist, welche ein Zwischenspeichern der Energie in einem Energiespeicher vor der Wandlung der Energie in der Energiesenke berücksichtigt.

Indem die Rekuperationsleistung abhängig von der Priorisierung der jeweiligen Energiesenken verteilt wird, ist vorteilhafterweise sichergestellt, dass die zur Verfügung stehende Rekuperationsleistung möglichst effizient eingesetzt wird.
Optional kann zumindest einer der Energieverbraucher intermittierend mit der zur Verfügung stehenden Rekuperationsleistung versorgt werden. Dazu wird der entsprechende Energieverbraucher periodisch eine Zeit lang überhaupt nicht aktiviert bzw. eingeschaltet und den Rest der Periodendauer eingeschaltet, so dass die im eingeschalteten Zustand aufgenommene Leistung seiner maximalen oder besser wirkungsgradoptimierten Leistungsaufnahme entspricht. Dabei wird unter der wirkungsgradoptimierten Leistungsaufnahme eines jeweiligen Verbrauchers diejenige Leistungsaufnahme verstanden, bei welcher der jeweilige Verbraucher seinen besten Wirkungsgrad aufweist.
Durch diesen intermittierenden Betrieb kann vorteilhafterweise ein schlechter Teillastwirkungsgrad des Energieverbrauchers vermieden werden. Ein solcher intermittierender Betrieb ist auch über die gesamte Fahrstrecke, d.h. auch in Betriebsphasen des Fahrzeugs, in welchen keine Rekuperationsleistung erzeugt wird, denkbar.
Bei einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird beispielsweise durch ein Navigationssystem eine zukünftig von dem Fahrzeug zu befahrende Fahrstrecke bestimmt. Die Rekuperationsleistung wird in diesem Fall abhängig von dieser vorbestimmten Fahrstrecke auf die Energiesenken verteilt.
Anhand der zukünftig von dem Fahrzeug zu befahrenden Fahrstrecke kann bestimmt werden, wann eine Rekuperationsleistung erzeugt wird und wie groß diese Rekuperationsleistung sein wird, um abhängig von diesem Zeitpunkt und dem Umfang der Rekuperationsleistung die Rekuperationsleistung auf die Energiesenken zu verteilen.
Erfindungsgemäß kann die Rekuperationsleistung auch derart verteilt werden, dass eine Ladeleistung bzw. ein Ladestrom des Energiespeichers unterhalb eines Schwellenwerts liegt, welcher selber unterhalb der maximal möglichen Ladeleistung bzw. des maximal möglichen Ladestroms liegt.
Indem die Ladeleistung bzw. der Ladestrom begrenzt wird, können vorteilhafterweise unerwünschte Spitzen vermieden werden, was beispielsweise der Alterung des Energiespeichers (z.B. der Batterie) entgegenwirkt.
Indem stets möglichst die maximal verfügbare Rekuperationsleistung in die Energiesenken verteilt wird, kann das Bremspedalgefühl konstant gehalten werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Bremswirkung durch einen als Generator arbeitenden Elektromotor realisiert wird. Dagegen könnte das Bremspedalgefühl nicht konstant gehalten werden, wenn der Energiespeicher zu voll geladen wäre und daher keine Rekuperationsenergie oder nur einen geringeren Anteil der Rekuperationsenergie aufnehmen könnte.
Für den Fall, dass die zur Verfügung stehende Rekuperationsenergie zur Versorgung der Energieverbraucher nicht ausreicht, werden die Energieverbraucher insbesondere mit Energie aus dem Energiespeicher versorgt.
Natürlich ist es darüber hinaus auch möglich, den oder die Energieverbraucher über andere Energiequellen, beispielsweise über einen Verbrennungsmotor mit Generator, zu versorgen.
Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Entladestrom des Energiespeichers möglichst immer unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts gehalten, welcher selbst wiederum unterhalb des Maximums des Entladestroms des Energiespeichers liegt. Um dieses Ziel zu erreichen können beispielsweise in Phasen mit einer hohen Antriebsleistung einige Energieverbraucher mit einer verminderten Sollleistung betrieben werden.
Indem der Entladestrom des Energiespeichers auch bei Volllastzugphasen oder auch bei Teillastzugphasen des Fahrzeugs möglichst immer unterhalb des vorbestimmten Schwellenwerts gehalten wird, können hohe Entladeströme des Energiespeichers, welche die Haltbarkeit des Energiespeichers besonders negativ beeinflussen, vermieden werden.
Um den Entladestrom unterhalb des vorbestimmten Schwellenwerts zu halten, kann als erfindungsgemäße Variante in Volllastzugphasen des Fahrzeugs die Leistung, welche den Energieverbrauchern zugeführt wird, auf Null abgesenkt oder zumindest unter die jeweilige Sollleistung des Verbrauchers abgesenkt werden, um einen größeren Anteil des Entladestroms für den Antrieb bereitzustellen.
Darüber hinaus ist es möglich, die Temperatur des Energiespeichers und die von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs abgeforderte Leistung zu erfassen. Der Entladestrom des Energiespeichers kann dann höher eingestellt werden, als es eigentlich der von dem Antriebsmotor angeforderten Leistung entsprechen würde, wenn die erfasste Temperatur unter einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert liegt. In diesem Fall können die Energieverbraucher mit einer höheren Sollleistung angesteuert werden, was dann zu dem höheren Entladestrom des Energiespeichers führt, wodurch dieser erwärmt wird.
Dadurch kann der Energiespeicher vorteilhafterweise mit einem entsprechend hohen Entladestrom aufgewärmt werden, wenn dies erforderlich ist (da die Temperatur des Energiespeichers unter dem Temperaturschwellenwert liegt). Da ein zu kalter Energiespeicher nur geringe Lade- und auch Entladeströme zulässt, sorgt ein möglichst schnelles Aufwärmen des Energiespeichers dafür, dass in nachfolgenden Rekuperationsphasen mehr Rekuperationsenergie von dem Energiespeicher aufgenommen werden kann.
Umgekehrt kann bei einem sehr warmen Energiespeicher (d.h. die Temperatur des Energiespeichers liegt oberhalb eines weiteren Temperaturschwellenwerts) ein größerer Anteil der Rekuperationsleistung auf die Energieverbraucher verteilt werden (z.B. indem die Energieverbraucher mit einer höheren Sollleistung angesteuert werden), um ein weiteres Erwärmen des Energiespeichers zu vermeiden. Als erfindungsgemäße Variante kann auch der Schwellenwert, unter welchem der Ladestrom des Energiespeichers zu halten ist, mit steigender Temperatur des Energiespeichers abgesenkt werden, sobald die Temperatur des Energiespeichers oberhalb des weiteren Temperaturschwellenwerts liegt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch ein System zur Verteilung einer Rekuperationsleistung für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei umfasst das System eine Steuerung und mehrere elektrische Energiesenken. Diese Energiesenken umfassen zum einen einen Energiespeicher des Fahrzeugs und zum anderen einen oder mehrere Energieverbraucher des Fahrzeugs. Die Steuerung ist ausgestaltet, um eine Rekuperationsleistung zu bestimmen, um eine jeweilige Sollleistung des oder der Energieverbraucher zu erfassen und um die Rekuperationsleistung in Abhängigkeit von der jeweiligen Sollleistung des oder der Energieverbraucher derart auf die Energiesenken zu verteilen, dass eine mittlere Istleistung des oder der Energieverbraucher der jeweiligen Sollleistung des oder der Energieverbraucher entspricht.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Systems entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.
Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch ein Fahrzeug bereitgestellt, welches ein erfindungsgemäßes System umfasst.
Die vorliegende Erfindung verhindert, dass aufgrund von hohen Ladezuständen oder niedrigen Temperaturen der Batterie die maximale Ladeleistung der Batterie langfristig auf einem geringen Niveau liegt. Darüber hinaus ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass mehr Rekuperationsenergie genutzt werden kann, als von der Batterie aufzunehmen ist, was insbesondere beim Einsatz von elektrischen Bremskraftverstärkern von Interesse ist.
Durch die vorliegende Erfindung kann insbesondere bei kalten oder sehr warmen Umweltbedingungen die Reichweite eines Fahrzeugs erhöht werden. Darüber hinaus kann der Komfort durch ein gleichbleibendes Bremspedalgefühl und der Wirkungsgrad des Fahrzeugs gesteigert werden.
Zusammenfassend ergeben sich folgende Vorteile:

• Eine maximale Ausschöpfung der Rekuperationsleistung.
• Ein reproduzierbares Bremspedalverhalten.
• Keine Einschränkung der Antriebsleistung, beispielsweise bei Volllastfahrten, durch elektrische Verbraucher.
• Ein effizienter Betrieb der elektrischen Verbraucher durch Vermeidung eines Teillastbetriebs.
• Die Temperatur des Energiespeichers (z.B. einer Batterie) wird in einer bestimmten Temperaturspanne gehalten.
• Die Lebensdauer des Energiespeichers wird verlängert, indem Spitzen des Ladestroms oder des Entladestroms vermieden werden.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung auch bei Schiffen, Flugzeugen sowie gleisgebundenen oder spurgeführten Fahrzeugen einsetzbar ist.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.

In 1 ist die vorliegende Erfindung schematisch dargestellt.
2 stellt die vorliegende Erfindung anhand eines Vergleichs zum Stand der Technik dar.
In 3 wird dargestellt, wie einem Verbraucher zuerst Rekuperationsleistung zugeführt und später die zugeführte Leistung um einen entsprechenden Betrag abgesenkt wird.
In 4 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System dargestellt.

Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung beispielhaft erläutert werden.
Der Fahrer eines Elektrofahrzeugs stellt über ein Bremspedal des Elektrofahrzeugs eine gewünschte Verzögerung ein. Aufgrund der erwünschten Verzögerung wird eine maximale Rekuperationsleistung (z. B. 30 kW) bestimmt. Die Batterie des Elektrofahrzeugs weist eine maximale Ladeleistung von 20 kW auf und eine elektrische Heizung des Elektrofahrzeugs weist eine maximale Leistung von 20 kW auf, wobei aktuell 5 kW in der Heizung in Wärmeenergie umgesetzt werden.
Für eine erste Variante sei angenommen, dass der Ladezustand der Batterie gering ist. In diesem Fall wird die Priorität der HV-Batterie höher eingestuft als die Priorität der Heizung. Daher wird ein maximal großer Anteil der Rekuperationsleistung (in diesem Fall 20 kW) der HV-Batterie zugeführt. Der restliche Anteil der Rekuperationsleistung von 10 kW wird (anstelle der 5 kW) der Heizung zugeführt.
Für eine zweite Variante sei angenommen, dass der Ladezustand der Batterie hoch ist und gleichzeitig eine niedrige Außen- und Innenraumtemperatur vorherrscht. In diesem Fall wird die Priorität der Heizung höher als die Priorität der HV-Batterie eingestuft. Daher wird ein maximaler großer Anteil der Rekuperationsleistung (in diesem Fall 20 kW) der Heizung zugeführt, und der restliche Anteil der Rekuperationsleistung von 10 kW wird der HV-Batterie zugeführt.
Bei beiden Varianten wird nach dem Rekuperationsbetrieb die der Heizung zugeführte Leistung reduziert, damit im Mittel die Istleistung der Heizung der Sollleistung der Heizung entspricht. Wenn die Heizung in der Rekuperationsphase beispielsweise für 5 Sekunden mit 10 kW (anstelle der Sollleistung von 5 kW) versorgt wurde, wurde der Heizung eine Energie von 25 kWs zu viel zugeführt. Diese 25 kWs können anschließend eingespart werden, indem die Heizung beispielsweise während 5 Sekunden nicht mit Leistung versorgt wird.
Sollte aufgrund von Navigationsdaten eines Navigationssystems des Fahrzeugs bekannt sein, dass in absehbarer Zeit eine größere Belastung des Energiespeichers aufgrund einer Zugphase des Fahrzeugs einzuplanen ist, kann die entsprechende Zeitspanne, in welcher der entsprechende elektrische Verbraucher (in diesem Fall die Heizung) nicht mit Leistung versorgt wird, in diese Zugphase verschoben werden.
Wenn die Summe der maximalen Leistungsaufnahmen der Energiesenken geringer ist, als die zu erzeugende Rekuperationsleistung, wird die Rekuperationsleistung auf diese Summe der maximalen Leistungsaufnahmen reduziert und ein beispielsweise mechanisches Bremssystem hinzugeschaltet, um die von dem Fahrer angeforderte Bremsleistung zu realisieren. Wenn dagegen die zur Verfügung stehende Rekuperationsleistung kleiner als die Summe der maximalen Leistungsaufnahmen der Energiesenken ist, wird die Rekuperationsleistung entsprechend der Priorisierung der Energiesenken verteilt. Dabei ist es möglich, dass dennoch nicht nur die mit der höchsten Priorität versehenen Energiesenken mit Rekuperationsleistung versorgt werden, sondern das mehrere oder alle Energiesenken mit Rekuperationsleistung versorgt werden, wobei diejenigen Energiesenken mit der höheren Priorität einen höheren Anteil der Rekuperationsleistung erhalten.
Erfindungsgemäß ist es möglich, dass anstelle eines Generators als Energiequelle bzw. Rekuperationsquelle auch andere Energiequellen eingesetzt werden. Eine solche Energiequelle kann beispielsweise Abwärme nutzen (d.h. elektrische Leistung aus Abwärme erzeugen, wie z.B. ein thermoelektrischer Generator). Auch ein Verbrennungsmotor mit Generator (als Energiequelle) oder der Einsatz einer Niedervolt-Batterie als Energiespeicher sind denkbar. Als Energieverbraucher können erfindungsgemäß eine Unterdruckpumpe, eine Heckscheibenheizung, ein Kühlerlüfter, usw. eingesetzt werden.
Optional kann die vorliegende Erfindung als Energiespeicher oder zusätzlich zu dem Energiespeicher auch einen Wärmespeicher (z.B. PCM („Phase Change Material“) bzw. Latent-Wärmespeicher) einsetzen, um verfügbare Energie für nachfolgende Fahrzyklen direkt in Wärme zu speichern, um beispielsweise bei niedrigen Temperaturen vor Fahrtantritt die Batterie oder das Fahrzeug oder den Fahrgastraum vorzuwärmen.
In 1 ist das Prinzip der vorliegenden Erfindung im Überblick dargestellt.
Wie in Block 3 zu sehen ist, stellt der Fahrer mit einem Fahr-/Bremspedal eine vom Fahrzeug zu realisierende Verzögerungsenergie ein, woraus sich eine Rekuperationsleistung (Rekuperationsenergie) ergibt. Neben Energie von weiteren Energiequellen (z.B. Abwärmenutzung durch einen thermoelektrischen Generator) wird diese Rekuperationsleistung einer Energieverteilung 1 (d.h. einer Steuerung zur Energieverteilung) bereitgestellt. Dieser Energieverteilung 1 wird eine Priorisierung von Energiesenken 2 zugeführt, welche sich abhängig von der maximalen Leistung 7 der jeweiligen Energiesenke (z.B. von der maximalen Heizleistung, maximalen Klimaanlagen-Leistung), von der für die jeweilige Energiesenke eingestellten Sollleistung 6 (z.B. Sollleistung der Heizung, der Klimaanlage) und Fahrzeugdaten (beispielsweise Ladezustand des Energiespeichers, Wirkungsgrad der jeweiligen Energiesenke) berechnen lässt.
Die Energieverteilung 1 entscheidet, welcher der in Block 4 vorhandenen Energiesenken die zu verteilende Rekuperationsleistung zugeführt wird.
In 2 ist der Unterschied der vorliegenden Erfindung zum Stand der Technik dargestellt. Nach dem Stand der Technik, welcher im oberen Teil der 2 dargestellt ist, bestimmt ein Klima-Steuergerät 8 eine Soll-Heizleistung 14, mit welcher eine Heizung 23 des Fahrzeugs 10 zu versorgen ist. Der der Heizung 23 zugeführte Sollwert ist somit unabhängig von einer Rekuperation des Fahrzeugs 10.
Dagegen wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung, welche im unteren Teil der 2 dargestellt ist, die von dem Klima-Steuergerät 8 vorgegebene Soll-Heizleistung 14 von einer übergeordneten Steuerung, welche in 2 durch die Blöcke 1 und 2 dargestellt wird, abhängig von der Rekuperation geändert. Die übergeordnete Steuerung liest die Soll-Heizleistung 14 ein und bestimmt abhängig von der Priorisierung der Energiesenken 2 die Energieverteilung 1 somit eine adaptierte Soll-Heizleistung 15, mit welcher die Heizung 13 mit Energie versorgt wird. Dabei entspricht der zeitliche Mittelwert der adaptierten Soll-Heizleistung 15 dem zeitlichen Mittelwert der Soll-Heizleistung 14.
Es sei darauf hingewiesen, dass die übergeordnete Steuerung nicht in Form eines eigenständigen Steuergeräts realisiert werden muss, sondern beispielsweise von dem Klima-Steuergerät 8 oder von einem anderen bereits vorhandenen Steuergerät realisiert werden könnte.
In 3 ist der zeitliche Verlauf einer Leistung P, welche der Heizung 23 zugeführt wird, dargestellt. Während eines Rekuperationsbetriebs 11 wird der Heizung 23 eine Leistung P zugeführt, welche oberhalb der aktuell eingestellten Sollleistung 13 der Heizung 23 liegt. Damit im Mittel die Istleistung der Heizung 23 der Sollleistung 13 der Heizung 23 entspricht, wird während einer anschließenden Zugphase 12 des Fahrzeugs die Istleistung der Heizung 23 entsprechend abgesenkt.
In 4 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches ein erfindungsgemäßes System 20 umfasst. Dabei umfasst das System 20 seinerseits eine Steuerung 1 sowie eine HV- Batterie 21 und eine Klimaanlage 22. Im Rekuperationsbetrieb verteilt die Steuerung 1 die anfallende Rekuperationsleistung derart auf die HV-Batterie 21 und die Klimaanlage 22, so dass die mittlere Istleistung der Klimaanlage 22 der für die Klimaanlage 22 eingestellten Sollleistung entspricht.
Bezugszeichenliste

1: Energieverteilung bzw. Steuerung
2: Priorisierung
3: Energiequellen
4: Energiesenken
5: Fahrzeugdaten
6: Soll-Energiesenkenleistung
7: maximale Energiesenkenleistung
8: Steuergerät
10: Fahrzeug
11: Rekuperationsphase
12: Zugphase
13: Sollwert der Heizleistung
14: Sollwert
15: adaptierter Sollwert
20: System
21: HV-Batterie
22: Klimaanlage
23: Heizung
P: Leistung
t: Zeit

Claims

Verfahren zur Verteilung einer Rekuperationsleistung für ein Fahrzeug (10), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: • Bestimmen der Rekuperationsleistung, • Erfassen einer jeweiligen Sollleistung (6) mindestens eines Energieverbrauchers (22, 23), und • Verteilen der Rekuperationsleistung auf elektrische Energiesenken (21-23), welche einen Energiespeicher (21) und den mindestens einen Energieverbraucher (22, 23) umfassen, abhängig von der jeweiligen Sollleistung (6) des mindestens einen Energieverbrauchers (22, 23) auf die Energiesenken (21-23) derart, dass eine mittlere Istleistung des mindestens einen Energieverbrauchers (22, 23) der jeweiligen Sollleistung des mindestens einen Energieverbrauchers (22, 23) entspricht, wobei eine Istleistung des mindestens einen Energieverbrauchers (22, 23) temporär über die Sollleistung erhöht wird, wenn die zur Verfügung stehende Rekuperationsleistung nicht vollständig in dem Energiespeicher (21) zwischengespeichert werden kann, und wobei später eine adaptierte Sollleistung derart reduziert wird, dass die vorher dem mindestens einen Energieverbraucher (22, 23) zu viel zugeführte Energie wieder eingespart wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Priorisierung (2) der Energiesenken (21-23) abhängig von einer der folgenden Informationen vorgenommen wird, um abhängig von der Priorisierung (2) die Rekuperationsleistung zu verteilen • einer Außentemperatur, • Systemtemperaturen, • einem Ladezustand des Energiespeichers (21), und • einem Wirkungsgrad, welchen die jeweilige Energiesenke (21-23) bei einer Wandlung einer der jeweiligen Energiesenke (21-23) zugeführten Leistung in eine andere Energieform oder beim Speichern und wieder Abgeben der zugeführten Leistung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Energieverbraucher (22, 23) intermittierend entweder überhaupt nicht mit Leistung versorgt wird oder mit einer einer wirkungsgradoptimierten Leistungsaufnahme des jeweiligen Energieverbrauchers (22, 23) entsprechenden Leistung versorgt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zukünftig von dem Fahrzeug (10) zurückzulegende Fahrstrecke bestimmt wird, und dass abhängig von der Fahrstrecke die Rekuperationsleistung auf die Verbraucher (21-23) verteilt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladestrom des Energiespeichers (21) unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts gehalten wird, welcher unterhalb des maximalen Ladestroms des Energiespeichers (21) liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Energieverbraucher (21-23) mit Leistung aus dem Energiespeicher (21) versorgt wird, wenn keine Rekuperationsleistung zur Verfügung steht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Entladestrom des Energiespeichers (21) unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts gehalten wird, welcher unterhalb des maximalen Entladestroms des Energiespeichers (21) liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur des Energiespeichers (21) erfasst wird, dass eine von einem Antriebsmotor des Fahrzeugs (10) abgeforderte Leistung erfasst wird, und dass ein Entladestrom des Energiespeichers (21) höher eingestellt wird, als es der abgeforderten Leistung entspricht, wenn die Temperatur unter einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert liegt.
System für ein Fahrzeug (10), wobei das System (20) eine Steuerung (1) und mehrere elektrische Energiesenken (21-23) des Fahrzeugs (10) umfasst, wobei die Energiesenken einen Energiespeicher (21) und mindestens einen Energieverbraucher (22, 23) umfassen, wobei die Steuerung (1) ausgestaltet ist, um eine Rekuperationsleistung zu bestimmen, um eine jeweilige Sollleistung (6) des mindestens einen Energieverbrauchers (22, 23) zu erfassen und um die Rekuperationsleistung abhängig von der jeweiligen Sollleistung (6) des mindestens einen Energieverbrauchers (22, 23) derart auf die Energiesenken (21-23) zu verteilen, dass eine mittlere Istleistung des mindestens einen Energieverbrauchers (22, 23) der jeweiligen Sollleistung des mindestens einen Energieverbrauchers (22) entspricht, wobei eine Istleistung des mindestens einen Energieverbrauchers (22, 23) temporär über die Sollleistung erhöht wird, wenn die zur Verfügung stehende Rekuperationsleistung nicht vollständig in dem Energiespeicher (21) zwischengespeichert werden kann, und wobei später eine adaptierte Sollleistung derart reduziert wird, dass die vorher dem mindestens einen Energieverbraucher (22, 23) zu viel zugeführte Energie wieder eingespart wird.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das System (20) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-8 ausgestaltet ist.