DE102013202512A1

DE102013202512A1 - Verfahren zur Steuerung von der Rekuperationsleistung eines rekuperationsfähigen Antriebs sowie Vorrichtung hierfür

Info

Publication number: DE102013202512A1
Application number: DE102013202512.2A
Authority: DE
Inventors: Akos Semsey; Christoph Baumgärtner; Martin Brüll; Egor Sawazki
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2014-08-21
Anticipated expiration: 2033-02-16
Also published as: WO2014125021A1; CN104884283B; DE102013202512B4; CN104884283A; US9403418B2; US20150336442A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung von Rekuperationsleistung eines rekuperationsfähigen Antriebs (14) eines Kraftfahrzeugs (12) beschrieben. Zunächst wird ein vorausliegender Temperierungsaufwand ermittelt, der die zum Kühlen oder Heizen des Kraftfahrzeugs (12) erforderliche Energie wiedergibt. Dann wird ein Temperierungsanteil einer Rekuperationsleistung, die von kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs (12) entnommen wurde, an eine Temperierungsvorrichtung (102) geleitet. Die Temperierungsvorrichtung (102) verwendet den Temperierungsanteil der gewandelten Rekuperationsleistung zum Erwärmen oder zum Kühlen eines Kraftfahrzeuginnenraums (100) des Kraftfahrzeugs. Die Größe des Temperierungsanteils wird abhängig von dem vorausliegenden Temperierungsaufwand gesteuert. Mit steigendem Temperierungsaufwand wird ein zunehmender Temperierungsanteil an die Temperierungsvorrichtung geleitet. Ferner wird eine Vorrichtung eingerichtet zur Ausführung des Verfahrens beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet des Energiemanagements innerhalb von rekuperationsfähigen Kraftfahrzeugen und insbesondere das Management des Wärmehaushalts.
Aus der Druckschrift DE 10 2012 004 008 A1 ist bekannt, dass bei hohen Außentemperaturen die rekuperierte elektrische Energie zum Antrieb eines Kompressors eines Kältekreislaufs verwendet werden kann. Ferner wird offenbart, dass bei niedrigen Außentemperaturen die rekuperierte elektrische Energie einen Bremswiderstand zugeleitet wird, um diese in thermische Wärmeenergie zur Temperierung des Innenraums des Kraftfahrzeugs zu verwenden.
Diese Vorgehensweise bietet zwar Vorteile gegenüber Systemen, bei denen nur der Fluss der rekuperierten Energie zur Batterie gesteuert wird, um diese gesteuert aufzuladen, befriedigt jedoch nicht vollständig den Wunsch nach einer möglichst hohen Energieausbeute bei rekuperationsfähigen Kraftfahrzeugen.
Es ergibt sich daher die Aufgabe, eine Herangehensweise aufzuzeigen, mit der sich das Energiemanagement in rekuperationsfähigen Kraftfahrzeugen insbesondere im Hinblick auf eine verbesserte Ausnutzung der eingesetzten Energie weiter verbessern lässt.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Es ergeben sich weitere Ausführungsformen mit den Merkmalen der Unteransprüche.
Es wurde erkannt, dass es nicht ausreichend ist, die Steuerung des Flusses der rekuperierten elektrischen Energie abhängig von momentanen Temperaturwerten zu steuern. Vielmehr wurde erkannt, dass sich eine signifikante Optimierung des Energiemanagements ergibt, wenn die Rekuperationsleistung, d. h. die Leistung, die durch Rekuperieren kinetischer Energie erzeugt wird, basierend auf einer vorausschauenden Betrachtungsweise gesteuert wird.
Es wird vorgeschlagen, zukünftige Heiz- und/oder Kühlbedürfnisse bzw. einen vorausliegenden Temperierungsaufwand zu schätzen bzw. zu ermitteln, um abhängig hiervon die Rekuperationsleistung zur Temperierung des Kraftfahrzeugs und insbesondere des Kraftfahrzeuginnenraums zu verwenden. Die ausschließliche Betrachtung aktueller Temperaturen kann insbesondere zu falschen Schlüssen führen, so dass eine hierauf basierende Steuerung des Rekuperationsvorgangs zu einem hohen unnötigen Energieverbrauch durch Temperierung führen kann.
Um für Heiz- oder Kühlungszwecke (allgemein: Temperierungszwecke) nicht die Energie der Batterie verwenden zu müssen, welche mit Rekuperationsleistung aufgeladen wurde, wird vorgeschlagen, die Rekuperationsleistung bei Bedarf zum Heizen oder Kühlen zu verwenden, ohne dass diese in der Batterie zwischengespeichert wird. Diese Umwandlung von Rekuperationsleistung zu Temperierungszwecken ist abhängig von einem vorausliegenden Temperierungsaufwand, der ermittelt wird. Insbesondere wird Rekuperationsleistung zu Temperierungszwecken auch dann verwendet, wenn die Batterie aufnahmefähig ist und geladen werden kann, wenn dies der ermittelte vorausliegende Temperierungsaufwand erfordert, insbesondere bei hohen vorausliegenden Temperierungsaufwand. Die Verwendung der Rekuperationsleistung für Temperierungszwecke wird dadurch umgesetzt, dass entweder der Innenraum direkt gekühlt wird und/oder Wärme oder Kälte, die mit der Rekuperationsleistung erzeugt wird, in einem thermischen Speicher zwischengespeichert wird. Insbesondere kann das Verhältnis des Anteils der Rekuperationsleistung, der direkt zur Temperierung des Kraftfahrzeugs verwendet wird, zu dem Anteil der Rekuperationsleistung, der in einem thermischen Speicher eingebracht wird, von dem vorausliegenden Temperierungsaufwand und insbesondere von dem geschätzten Zeitpunkt des Auftretens des Temperierungsaufwands abhängen. Die Rekuperationsleistung kann direkt zur Temperierung des Kraftfahrzeugs und/oder zur Speicherung von Wärme oder Kälte in einem thermischen Speicher verwendet werden, oder kann vor der Umwandlung in Wärme oder Kälte zwischengespeichert werden, insbesondere in einem Zwischenspeicher, der beispielsweise mechanisch oder elektrisch Rekuperationsenergie speichert. Der Anteil der Rekuperationsleistung, der in den Zwischenspeicher für Rekuperationsenergie (mechanisch oder elektrisch) eingebracht wird, sowie der Anteil, der als Wärme oder Kälte in einem thermischen Speicher abrufbar eingebracht wird, kann insbesondere von dem vorausliegenden Temperierungsaufwand abhängen, insbesondere von dem zeitlichen Verlauf des vorausliegenden Temperierungsaufwands oder von dem Zeitpunkt des Auftretens des vorausliegenden Temperierungsaufwands.
Als Wärme wird hier thermische Energie bezeichnet, mit der sich eine Temperatur, insbesondere Temperatur des Fahrzeuginnenraums, einer Temperierungsvorrichtung oder eines thermischen Speichers, erhöhen lässt. Als Kälte wird die Fähigkeit bezeichnet, eine Temperatur insbesondere des Kraftfahrzeuginnenraums, einer Temperierungsvorrichtung des Kraftfahrzeuginnenraums oder des thermischen Speichers zu verringern, indem den Systemkomponenten (Fahrzeuginnenraum, Temperierungsvorrichtung oder thermischer Speicher) Wärme entzogen wird. Die Begriffe Wärme und Kälte werden insbesondere verwendet gemäß den üblichen Definitionen der Thermodynamik bzw. der Kältetechnik.
Es wird ein Verfahren zur Steuerung von Rekuperationsleistung eines rekuperationsfähigen Antriebs eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Als rekuperationsfähiger Antrieb werden Antriebe bezeichnet, die kinetische Energie in Rekuperationsleistung (allgemein elektrisch oder mechanisch) umwandeln können. Derartige Antriebe sind insbesondere Elektroantriebe oder Hybridantriebe mit einer elektrischen und einer verbrennungsmotorgestützten Antriebskomponente.
Es wird ein vorausliegender Temperierungsaufwand ermittelt. Der Temperierungsaufwand gibt die Energie wieder, die zum Kühlen oder Heizen des Kraftfahrzeugs erforderlich ist. Insbesondere entspricht der Temperierungsaufwand der Energie, die zum Temperieren des Kraftfahrzeuginnenraums, insbesondere über eine Temperierungsvorrichtung, erforderlich ist, und die zum Kühlen oder Heizen des Kraftfahrzeuginnenraums dient. Die Temperierungsvorrichtung gibt den Temperierungsanteil der Rekuperationsleistung direkt oder indirekt an den Kraftfahrzeuginnenraum ab, insbesondere einschließlich einer Wandlung der Energieform des Temperierungsanteils mittels eines Wandlers oder ohne Wandlung, und/oder einschließlich einer Zwischenspeicherung in einem elektrischen, mechanischen oder auch thermischen Zwischenspeicher oder ohne Zwischenspeicherung.
Es wird ein Temperierungsanteil einer Rekuperationsleistung, die von kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs entnommen wurde, an eine Temperierungsvorrichtung geleitet. Die Temperierungsvorrichtung verwendet den Temperierungsanteil der gewandelten Rekuperationsleistung zum Erwärmen oder zum Kühlen (d. h. im Allgemeinen zum Temperieren) des Kraftfahrzeugs, insbesondere des Kraftfahrzeuginnenraums oder einer Temperierungsvorrichtung, die den Kraftfahrzeuginnenraum temperiert. Die Größe des Temperierungsanteils ist abhängig von dem vorausliegenden Temperierungsaufwand. Mit steigendem Temperierungsaufwand wird ein zunehmender Temperierungsanteil an die Temperierungsvorrichtung geleitet. Bei einem ersten Temperierungsaufwand, der größer ist als ein zweiter Temperierungsaufwand wird ein größerer Temperierungsanteil an die Temperierungsvorrichtung geleitet, als beim zweiten, geringeren Temperierungsaufwand. Der Temperierungsaufwand ist eine quantifizierte Größe und gibt insbesondere eine thermische Energiedifferenz wieder, die während des Temperierens Systemkomponenten des Kraftfahrzeugs zufließt oder abfließt, insbesondere Systemkomponenten wie der Temperierungsvorrichtung, die den Kraftfahrzeuginnenraum temperiert, der Kraftfahrzeuginnenraum oder der thermische Speicher, der mit dem Kraftfahrzeuginnenraum in wärmeübertragender Verbindung steht und von der Temperierungsvorrichtung temperiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Zwischenspeicheranteil der Rekuperationsleistung an einen Zwischenspeicher geleitet. Dieser Zwischenspeicher ist vorzugsweise mechanisch und speichert daher die Rekuperationsleistung in Form von mechanischer Energie, d. h. mittels Federkraft, mittels Rotationsenergie oder auf pneumatische Weise (d.h. als Gasdruck). Ein mechanischer Zwischenspeicher kann insbesondere als Federspeicher, Schwungradspeicher oder Luftdruckspeicher ausgebildet sein. Der mechanische Zwischenspeicher kann die Rekuperationsleistung als elektrische Leistung aufnehmen, wobei ein Wandler vorgesehen ist, der die elektrische Rekuperationsleistung in mechanische Energie zum Speichern in den Zwischenspeicher wandelt. Ein derartiger Wandler kann insbesondere als eine elektrische Maschine vorgesehen sein.
Weiterhin kann der Zwischenspeicher die Rekuperationsleistung als mechanische Energie aufnehmen, insbesondere über eine sich drehende Welle, deren Bewegung die Rekuperationsleistung als kinetische Leistung vorsieht. Insbesondere kann hierbei der Zwischenspeicher ohne Wandler mit dem Antrieb oder Abtrieb des Kraftfahrzeugs verbunden werden, um kinetische Leistung direkt aufzunehmen, die sich durch Abrufen (zumindest eines Teils) der kinetischen Energie des Kraftfahrzeugs ergibt, insbesondere durch Abbremsen.
Mit steigendem Temperierungsaufwand wird ein abnehmender Zwischenspeicheranteil der Rekuperationsleistung an den Zwischenspeicher geleitet. Insbesondere kann bei steigendem Temperierungsaufwand, insbesondere bei einem Temperierungsaufwand über einer vorgegebenen Schwelle, auch kein Zwischenspeicheranteil an den Zwischenspeicher geleitet werden. Im letztgenannten Fall wird die Rekuperationsleistung zum Temperieren des Kraftfahrzeugs verwendet. Es wird die Differenz zwischen Rekuperationsleistung und Zwischenspeicheranteil der Rekuperationsleistung zum Temperieren des Kraftfahrzeugs verwendet, entweder unmittelbar oder über eine Zwischenspeicherung in einen thermischen Speicher. Vorzugsweise wird mit steigenden Temperierungsaufwand ein abnehmender Anteil der Rekuperationsleistung in den thermischen Zwischenspeicher geführt, wobei der verbleibende Anteil zum unmittelbaren Temperieren des Kraftfahrzeugs verwendet wird (d. h. zum Temperieren des Kraftfahrzeuginnenraums, insbesondere über die einer Temperierungsvorrichtung, die den Kraftfahrzeuginnenraum temperiert).
Eine weitere Möglichkeit ist es, kinetische Leistung des Kraftfahrzeugs, die aus der Bewegungsenergie des Kraftfahrzeugs gewonnen wird, in elektrische Rekuperationsleistung zu wandeln, insbesondere mittels einer elektrischen Maschine. Ein Zwischenspeicheranteil der gewandelten Rekuperationsleistung wird in einen elektrischen Zwischenspeicher geleitet. Der Zwischenspeicheranteil ist, wie auch in der vorangehend genannten Ausführungsform, ein Anteil der Rekuperationsleistung. Mit steigendem Temperierungsaufwand wird ein abnehmender Zwischenspeicheranteil oder kein Zwischenspeicheranteil an dem Zwischenspeicher geleitet. Insbesondere wird kein Zwischenspeicheranteil an dem Zwischenspeicher geleitet, wenn der Temperierungsaufwand eine vorgegebene Grenze übersteigt. Der verbleibende Leistungsanteil, d. h. die Differenz zwischen Rekuperationsleistung und Zwischenspeicheranteil wird zur Temperierung verwendet, insbesondere zur Temperierung des Kraftfahrzeugs, insbesondere über eine Temperierungsvorrichtung, die einen Kraftfahrzeuginnenraum temperiert, oder wird an einen thermischen Zwischenspeicher geleitet, nachdem der verbleibende Anteil der Rekuperationsleistung in thermische Energie gewandelt wurde, insbesondere mittels eines Leistungswiderstands. Die Temperierungsvorrichtung dient vorzugsweise zur Temperierung des Fahrzeuginnenraums und/oder des thermischen Zwischenspeichers und/oder zur Übertragung von Wärme von dem thermischen Zwischenspeicher zu dem Fahrzeuginnenraum. Die Abgabe von Leistung an die Temperierungsvorrichtung ist insbesondere mit der Temperierung des Kraftfahrzeuginnenraums und/oder des thermischen Zwischenspeichers oder mit der Abgabe von Abrufen von Leistung aus dem thermischen Zwischenspeicher durch die Temperierungsvorrichtung zur Temperierung des Kraftfahrzeuginnenraums verknüpft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der vorausliegende Temperierungsaufwand ermittelt anhand einer Außentemperatur des Kraftfahrzeugs in Kombination mit zumindest einer der folgenden Größen oder anhand einer oder einer Kombination der folgenden Größen. Die Ermittlung des vorausliegenden Temperierungsaufwands kann auf einer Länge und/oder Dauer einer vorgegebenen vorausliegenden Fahrstrecke basieren. Je länger die Länge oder Dauer, desto größer wird der vorausliegende Temperierungsaufwand bestimmt. Zwischen Länge bzw. Dauer einerseits und Temperierungsaufwand andererseits besteht somit eine steigende Abhängigkeit, insbesondere zumindest abschnittsweise monoton steigende Abhängigkeit. Wenn der Temperierungsaufwand anhand der Länge und der Dauer ermittelt wird, so können größenfreie Werte, die die Länge und die Dauer präsentieren, agiert werden, insbesondere nach vorheriger Gewichtung mit vorgegebenen Gewichtungswerten.
Weiterhin kann die Größe, anhand der der vorausliegende Temperierungsaufwand ermittelt wird, eine Entfernung und/oder voraussichtliche Fahrdauer bis zum Erreichen eines vorgegebenen Zielpunkts durch das Kraftfahrzeug sein. Während in der vorangehend genannten Möglichkeit eine Fahrstrecke bereits vorliegt, insbesondere innerhalb eines Navigationsgeräts, kann durch bloße Entfernung (d. h. die Entfernung per Luftlinie) oder durch eine angegebene oder gelernte Fahrdauer der Temperierungsaufwand ermittelt werden. Hierbei kann der Zielpunkt, die Fahrdauer oder die Entfernung von einem Navigationsgerät vorgegeben sein.
Ferner kann der Zielpunkt, die Fahrdauer und/oder die Entfernung von einer Benutzereingabe vorgegeben sein. Der Zielpunkt kann insbesondere ein Aufladepunkt (d.h. eine Aufladestation) sein, an dem elektrische Energie zum Aufladen des Kraftfahrzeugs bereitsteht. Dies ermöglicht die tatsächliche Abschätzung des Endpunkts der aktuell befahrenen Strecke, die sich von dem Benutzerzielpunkt unterscheiden kann, wenn ein Zwischenstopp zum Betanken oder Aufladen des Kraftfahrzeugs zu erwarten ist. Ob der Zielpunkt angefahren wird und somit im hier beschriebenen Verfahren zu berücksichtigen ist, kann insbesondere von der Reichweite abhängen, die das Fahrzeug ohne Energieaufnahme noch zurücklegen kann.
Weiterhin kann die Größe, anhand der der vorausliegende Temperierungsaufwand ermittelt wird, eine geschätzte Zeitdauer sein, die zwischen dem Abstellen des Kraftfahrzeugs und einer darauffolgenden Nutzung verstreicht. Diese Zeitdauer kann geschätzt werden anhand der Tageszeit, insbesondere in Verbindung mit dem aktuellen Aufenthaltsort und/oder in Verbindung mit gesteigerten bzw. gelernten Aufenthaltsdaten bzw. Benutzungszeitraumdaten des Kraftfahrzeugs. So kann beispielsweise der Temperierungsaufwand gering oder gleich null geschätzt werden, wenn das Kraftfahrzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt an einen bestimmten Ort steht und aus vorangegangenen Benutzungsperioden bekannt ist, dass nach dem Abstellen an diesen Ort ungefähr zu dieser Tageszeit bei vergangenen Fahrzeugbenutzungen lange Standzeiten (beispielsweise größer als eine vorbestimmte Grenze wie 1 Stunde, 3 Stunden oder 8 Stunden) folgt.
Eine weitere Größe, anhand der der vorausliegende Temperierungsaufwand ermittelt werden kann, ist eine geschätzte Wärmeenergie, die aufgrund von Sonneneinstrahlung in das Kraftfahrzeug eingetragen wird. Insbesondere aufgrund der abgeschlossenen Struktur des Kraftfahrzeuginnenraums wird die durch Sonneneinstrahlung erzeugte Wärme in dem Kraftfahrzeuginnenraum gespeichert, so dass etwa trotz geringen Außentemperaturen ein niedriger Temperierungsaufwand vorgesehen werden kann, als ohne Sonneneinstrahlung. Mit zunehmender Helligkeit und abnehmenden Winkel zwischen Einstrahlrichtung und Flächennormalen von Fenstern des Kraftfahrzeugs wird ein abnehmender (vorausliegender) Temperierungsaufwand angenommen.
Schließlich kann die Größe, anhand der der vorausliegende Temperierungsaufwand ermittelt wird, ein Füllstand eines thermischen Speichers sein, insbesondere des hier beschriebenen thermischen Speichers. An dem thermischen Speicher gibt die Temperierungsvorrichtung Wärme oder Kälte ab, wobei zu einem späteren Zeitpunkt aus dem thermischen Speicher Wärme oder Kälte zum Heizen oder Kühlen des Kraftfahrzeugs, d. h. zum Temperieren des Kraftfahrzeuginnenraums, verwendet wird. Ist der Füllstand des thermischen Speichers gering, so wird ein höherer Temperierungsaufwand vorgesehen, als bei einem im Vergleich hierzu höheren Füllstand, da der thermische Speicher bei geringem Füllstand weniger zur Temperierung beitragen kann, als bei hohen Füllstand. Der Füllstand entspricht insbesondere der im thermischen Speicher gespeicherten Wärmemenge bzw. Kältemenge, die an den Kraftfahrzeuginnenraum bzw. an eine Temperierungsvorrichtung, die den Kraftfahrzeuginnenraum temperiert, abgegeben werden kann. Der Füllstand bemisst sich insbesondere anhand der Temperatur des thermischen Speichers, d. h. anhand der inneren Temperatur des thermischen Speichers, vorzugsweise anhand der Differenz der Temperatur des thermischen Speichers einerseits und einem Temperaturkomfortintervall (mit vorgegebener Soll-Mindesttemperatur und Soll-Maximaltemperatur) oder einer Zieltemperatur andererseits. Wenn als thermischer Speicher ein Latentwärmespeicher verwendet wird, dann kann der Phasenzustand bzw. der Anteil von fester gegenüber flüssiger Phase (oder gasförmiger Phase gegenüber flüssiger Phase) als Füllstandsgröße zur Darstellung des Füllstands verwendet werden.
Die genannten Größen können miteinander kombiniert werden, insbesondere durch eine Summe oder durch eine gewichtete Summe von Werten, die mindestens zwei der oben genannten Größen wiedergeben. Die Gewichtung kann vorgegeben sein, kann von einem Fahrzeugbenutzer abhängen, oder kann variabel sein, insbesondere in Form von einer Gewichtung, deren Gewichtungsgrößen sich an eine Betriebsart des Kraftfahrzeugs anpasst (beispielsweise ein Kurzstreckenmodus mit einem breiteren Temperaturkomfortintervall gegenüber einem Langstreckenmodus mit schmaleren Temperaturkomfortintervall oder auch ein Komfortmodus gegenüber Eco-Modus).
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass mit steigender Länge und/oder mit steigender Dauer ein zunehmender Temperierungsaufwand ermittelt wird, wobei dies insbesondere auf die erstgenannte der vorgenannten Größen zutrifft. Ferner kann mit steigender Entfernung und/oder mit steigender voraussichtlicher Fahrdauer bis zum Erreichen des vorgegebenen Fahrziels ein zunehmender Temperierungsaufwand festgelegt werden, insbesondere gemäß der zweiten der vorgenannten Größen.
Zudem kann mit zunehmender geschätzter Zeitdauer, die zwischen dem Abstellen des Kraftfahrzeugs und der darauffolgenden Nutzung verstreicht, ein zunehmender Temperierungsaufwand ermittelt bzw. festgelegt werden, insbesondere in Bezug auf die Dritte der vorgenannten Größen.
Zudem kann mit zunehmend geschätzter Wärmemenge, die in das Kraftfahrzeug eingetragen wird, ein zunehmender Temperierungsaufwand ermittelt werden, etwa wenn die Innenraumtemperatur über einer Temperaturkomfortzone liegt. Stattdessen kann auch mit zunehmender geschätzter Wärmeenergie, die in das Fahrzeug eingetragen wird, ein abnehmender Temperierungsaufwand ermittelt werden, insbesondere wenn die Innentemperatur des Kraftfahrzeugs (bzw. des Kraftfahrzeuginnenraums) unter einer Komforttemperaturzone liegt.
Schließlich kann mit zunehmendem Füllstand des thermischen Speichers oder des elektrischen oder mechanischen Speichers ein abnehmender Temperierungsaufwand ermittelt werden, insbesondere um die Speicherreserven zu schonen.
Weitere Ausführungsformen betreffen die Steuerung der Wärmemenge, die aus der Rekuperationsleistung erzeugt wird, wobei andere Ausführungsformen die Trennung von Wärme und somit die Erzeugung von Kälte (und von abzuführender Wärme) aus der Rekuperationsleistung betreffen. Eine erste Ausführungsform sieht daher vor, dass der Temperierungsanteil der Rekuperationsleistung in Wärme gewandelt wird mittels einer Kraft-Wärme-Maschine der Temperierungsvorrichtung, um Wärme zu trennen in Wärmeenergie hoher Temperatur und Wärmeenergie geringer Temperatur (die Kälte entspricht). Al- ternativ oder in Kombination hierzu kann der Temperierungsanteil der Rekuperationsleistung oder die Rekuperationsleistung selbst in elektrische Leistung selbst gewandelt werden, wobei diese elektrische Leistung mittels eines Leistungswiderstands der Temperierungsvorrichtung in Wärme gewandelt wird. Diese beiden Möglichkeiten entsprechen einer direkten Wandlung kinetischer Energie in Wärme oder einer Wandlung kinetischer Rekuperationsenergie in Wärme über eine Zwischenwandlung in elektrische Leistung, die wiederum in Wärme umgewandelt wird. Die Rekuperationsleistung kann insbesondere mittels einer Kraft-Wärme-Maschine in Wärme umgewandelt werden oder auch mittels einer Vorrichtung, die über die Erzeugung von Reibung Wärme erzeugt.
Falls die Temperierungsvorrichtung jedoch den Temperierungsanteil als Wärme oder Kälte erhält, so hat die Temperierungsvorrichtung nur eine Weiterleitungs- oder Verteilerfunktion, um die Wärme oder Kälte an den Kraftfahrzeuginnenraum abzugeben, entweder direkt oder über einen Wärmemediumkreislauf.
Falls zumindest ein Wandler vorgesehen ist, der aus mechanisch oder elektrisch vorliegender Rekuperationsleistung (bzw. dessen Temperierungsanteil) Wärme oder Kälte erzeugt, etwa ein thermoelektrisches Element, ein Leistungswiderstand, oder eine der vorangehend genannten Maschinen, wird der Temperierungsanteil innerhalb oder der Temperierungsvorrichtung vorgeschaltet gewandelt. Die genannten Wandler können in einer spezifischen Ausführungsform Teil der Temperierungsvorrichtung sein oder dieser vorgeschaltet sein, wie es auch in der 1 dargestellt ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Temperierungsanteil der Rekuperationsleistung zum Temperieren eines Fluidstroms verwendet wird. Hierbei kann eine mechanisch oder elektrisch angetriebene Kraft-Wärme-Maschine oder eine elektrisch oder mechanisch angetriebene Wärmepumpe oder eine elektrisch oder mechanisch angetriebene Kältemaschine oder ein thermoelektrisches Element der Ermittlungsvorrichtung verwendet werden.
Beim Temperieren des Fluidstroms mittels einer elektrisch angetriebenen Kraft-Wärme-Maschine, mittels einer Wärmepumpe, mittels einer Kältemaschine oder mittels des thermoelektrischen Elements wird der Temperierungsanteil der Rekuperationsleistung oder die Rekuperationsleistung selbst mittels einer elektrischen Maschine zum Temperieren von einer kinetischen Energieform in eine elektrische Energieform gewandelt. Die elektrische Maschine wird hierbei als Generator verwendet.
Weitere Ausführungsformen betreffen den direkten Transport der Wärme zum Kraftfahrzeuginnenraum, insbesondere über die Temperierungsvorrichtung, den Transport zu einer Temperierungsvorrichtung oder den Transport zu einem thermischen Speicher, wobei als Alternative die Wärme zunächst einem Fluidstrom zugeführt wird, der wiederum als Transportmittel von Wärme oder Kälte zu dem Kraftfahrzeuginnenraum, insbesondere über die Temperierungsvorrichtung, zu der Temperierungsvorrichtung selbst oder zu dem thermischen Speicher verwendet wird.
Es ist daher vorgesehen, dass die gewandelte Wärme direkt zur Erwärmung eines Kraftfahrzeuginnenraums des Kraftfahrzeugs verwendet wird, direkt zur Erwärmung eines Wärmemediumkreislaufs des Kraftfahrzeugs verwendet wird, insbesondere eines Wärmemediumkreislaufs einer Temperierungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs, oder einem thermischen Speicher zugeführt wird, insbesondere einem Latentwärmespeicher. Wenn die gewandelte Wärme dem thermischen Speicher zugeführt wird, dann dient dies dazu, die in dem thermischen Speicher gespeicherte Wärme zu einem späteren Zeitpunkt wieder abzurufen und dem Kraftfahrzeuginnenraum oder dem Wärmemediumkreislauf, d. h. der Temperierungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs, zuzuführen.
Alternativ wird ein Fluidstrom, insbesondere der oben genannte Fluidstrom, direkt zur Temperierung des Kraftfahrzeuginnenraums des Kraftfahrzeugs verwendet, oder er wird direkt zur Temperierung eines Wärmemediumkreislaufs des Kraftfahrzeugs verwendet, insbesondere eines Wärmemediumkreislauf der Temperierungsvorrichtung. Ferner wird der Fluidstrom zur Temperierung eines thermischen Speichers verwendet, insbesondere eines Latentwärmespeichers. Wenn der Fluidstrom zur Temperierung des thermischen Speichers verwendet wird, dann dient dies dazu, den thermischen Speicher zu einem späteren Zeitpunkt zum Temperieren des Kraftfahrzeuginnenraums (vorzugsweise über die Temperierungsvorrichtung) oder zum Temperieren des Wärmemediumkreislaufs (der Temperierungsvorrichtung) des Kraftfahrzeugs zu verwenden.
Die Wärme kann somit übertragen werden, indem diese direkt an der Stelle gewandelt wird, an der sie benötigt wird (d. h. in dem Fahrzeuginnenraum, insbesondere durch eine Temperierungsvorrichtung, in einer Temperierungsvorrichtung, die dem Kraftfahrzeuginnenraum vorgeschaltet ist oder an deren Wärmemediumkreislauf oder an bzw. in einem thermischen Speicher). Eine Alternative ist es, zunächst einen Fluidstrom anzuwärmen, um den Fluidstrom als Transportmittel zu den genannten Stellen zu verwenden. Bei der Verwendung eines Fluidstroms können bereits vorhandene Wärmekreisläufe verwendet werden, die in thermischer Verbindung mit dem Fluidstrom stehen. Der Fluidstrom kann insbesondere von dem Wärmemediumkreislauf oder von einem Luftstrom vorgesehen werden, der in den Kraftfahrzeuginnenraum geleitet wird.
Weiterhin wird eine Vorrichtung zum Steuern von Rekuperationsleistung eines rekuperationsfähigen Antriebs eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Diese Vorrichtung umfasst einen Temperierungsaufwandschätzer mit einem Dateneingang. Der Temperierungsaufwandschätzer ist eingerichtet, anhand zumindest eines Werts, der an den Dateneingang anliegt, einen vorausliegenden Temperierungsaufwand zu schätzen. Der Temperierungsaufwand entspricht dem hier beschriebenen Temperierungsaufwand und gibt die Energie wieder, die zum Kühlen oder Heizen des Kraftfahrzeugs erforderlich ist.
Die Vorrichtung umfasst ferner ein Stellglied, das zum Einstellen eines Temperierungsanteils einer Rekuperationsleistung eingerichtet ist. Die Rekuperationsleistung ist diejenige Leistung, welche an einem Leistungseingang der Vorrichtung anliegt. Die Vorrichtung kann somit als Weiche für Rekuperationsleistung angesehen werden, die den Temperierungsanteil der (gesamten) Rekuperationsleistung einstellt und gemäß einem Steuereingang des Stellglieds aufteilt. Das Stellglied weist somit den Steuereingang auf, mit dem sich der Temperierungsanteil am Stellglied einstellen lässt. Das Stellglied ist eingerichtet, mit steigendem Temperierungsaufwand einen zunehmenden Temperierungsanteil einzustellen. Die Vorrichtung umfasst ferner einen Leistungsausgang, der mit dem Stellglied verbunden und zur Abgabe des Temperierungsanteils eingerichtet ist. Wie bereits bemerkt, stellt das Stellglied eine (kontinuierlich oder in zwei oder mehr diskreten Zuständen einstellbare) Weiche dar, die den Leistungsfluss der Rekuperationsleistung gemäß dem Temperierungsanteil einstellt. Die Steuersignale werden über den Steuereingang des Stellglieds von dem Temperierungsaufwandschätzer aufgenommen. Das Stellglied lenkt die Rekuperationsleistung vom Leistungseingang zum Leistungsausgang gemäß den Temperierungsanteil, wobei am Leistungsausgang nur der Temperierungsanteil abgegeben wird. Es kann ein weiterer Leistungsausgang vorgesehen sein, an dem die Differenz zwischen Rekuperationsleistung und Temperierungsanteil, d. h. die verbleibende Rekuperierungsleistung, abgegeben wird, vorzugsweise elektrisch und insbesondere an eine Batterie um diese aufzuladen. Die Batterie ist insbesondere eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs, die Energie zum Antreiben auf elektrische Weise (oder auf andere Weise, d. h. mittels Federkraft, Rotationsenergie oder pneumatisch gespeichert).
Insbesondere das Stellglied und der Temperierungsaufwandschätzer setzen die Schritte des hier beschriebenen Verfahrens um. Eine Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass diese ferner einen Zwischenspeicher umfasst, der dem Leistungsausgang (welcher den Temperierungsanteil abgibt) nachgeschaltet ist. Der Zwischenspeicher ist zur Speicherung und Abgabe des Rekuperierungsanteils eingerichtet. Der Zwischenspeicher ist mit einer Temperierungsanteilabgabe verbunden. Die Temperierungsanteilabgabe ist ein Teil der Vorrichtung und bildet die Schnittstelle zu daran anschließbaren, nachfolgenden Systemkomponenten, die zur Temperierung dienen. Diese Systemkomponenten sind insbesondere der Kraftfahrzeuginnenraum, eine Temperierungsvorrichtung, die zur Temperierung des Kraftfahrzeuginnenraums dient, oder ein thermischer Zwischenspeicher, dem der Kraftfahrzeuginnenraum oder die Temperierungsvorrichtung des Kraftfahrzeuginnenraums nachgeschaltet ist.
Falls und in einer alternativen Ausführungsform kein thermischer Zwischenspeicher vorgesehen ist, dann ist der Leistungsausgang direkt mit der Temperierungsanteilabgabe verbunden, über einen Wandler mit diesem verbunden, wobei der Wandler eingerichtet ist, die Energieart am Leistungsausgang in thermischer Energie zu wandeln (beispielsweise bei Leistungswiderstand oder ähnliches), oder die Temperierungsanteilabgabe wird von dem Leistungsausgang gebildet. Der Zwischenspeicher kann ein elektrischer Speicher sein, ein pneumatischer Speicher, ein Schwungradspeicher oder ein Federkraftspeicher. Je nach Speicherart ist der voran beschriebene Wandler ausgebildet, wobei im Falle eines Wechselspeichers der Wandler von dem Leistungswiderstand gebildet wird, und im Falle eines pneumatischen Speichers, eines Schwungradspeichers oder eines Federkraftspeichers ein mechanisch-thermischer Wandler ist, der kinetische Energie oder als Federkraft gesteuerte Energie in Wärme (oder Kälte) umwandeln kann. Insbesondere sind die anhand des Verfahrens beschriebenen Wandlerarten möglich. Im Falle eines elektrischen Speichers als Zwischenspeicher kann auch ein thermoelektrisches Element verwendet werden, um Wärme oder Kälte zu erzeugen.
Eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung sieht vor, dass der Dateneingang eingerichtet ist, mit einem Navigationsgerät, mit einem Benutzungsfadenspeicher, mit einem Helligkeitssensor oder mit einem Temperatursensor eines thermischen Zwischenspeichers verbunden zu werden. Der Temperierungsaufwandschätzer umfasst eine Abbildung von Werten einer ersten Größe auf Werte einer zweiten Größe. Die Abbildung kann vorgesehen werden einer Look-up-Tabelle, mittels Parameter, die eine Funktion definieren, welche zur Detektion der Abbildung eingerichtet sind oder durch eine andere digitale oder analoge, programmierbare oder nicht programmierbare Datenverarbeitungseinheit, die die Abbildung darstellt.
Die erste Größe ist diejenige Größe, welche an dem Dateneingang anliegt und die zweite Größe ist die Größe, welche den Temperierungsaufwand als Wert wiedergibt. Die erste Größe entspricht insbesondere zumindest einer der Größen, die vorangehend im Rahmen des Verfahrens genannt werden. Die erste Größe kann eine Länge oder eine Dauer einer vorausliegenden Fahrstrecke sein. Die Fahrstrecke kann hierbei in dem Navigationsgerät vorliegen, insbesondere in einem Speicher des Navigationsgeräts. Diese Größe wird im Weiteren mit (A) bezeichnet.
Weiterhin kann die erste Größe eine Entfernung und/oder eine voraussichtliche Fahrdauer bis zum Erreichen eines vorgegebenen Zielpunkts durch das Kraftfahrzeug sein. Der Zielpunkt, die Fahrdauer oder die Fahrdistanz kann von dem Navigationsgerät oder von einer Benutzereingabeschnittstelle der Vorrichtung vorgegeben sein. Diese Größe wird mit (B) bezeichnet. Im Gegensatz zur Größe (A), bei der die Fahrstrecke bereits in dem Rekuperationssystem vorliegt, kann die Größe (B) nur durch einen einfachen Wert vorgegeben sein, etwa wenn die Fahrstrecke noch nicht definiert wurde.
Weiterhin kann die erste Größe eine geschätzte Zeitdauer sein, die zwischen dem Abstellen des Kraftfahrzeugs und einer darauf folgenden Nutzung verstreicht. Diese geschätzte Zeitdauer liegt vorzugsweise in dem Benutzungsphasenspeicher vor. Der Benutzungsphasenspeicher kann Teil einer Benutzungsphasenerfassungseinrichtung sein, die Benutzungsphasen vergangener Benutzungen, d. h. Fahrten des Kraftfahrzeugs erfasst. Die zeitlichen Phasen werden insbesondere als Dauer erfasst, vorzugsweise in Kombination mit einer Zeitmarke, die die Uhrzeit und/oder das Datum und/oder Tageszeiten wiedergibt. Der Benutzungsphasenspeicher kann insbesondere Teil einer Lernvorrichtung sein, die regelmäßig wiederkehrende Benutzungsphasen verarbeitet und daraus übliche Benutzungsphasen erstellt. Dadurch kann aus mehreren Benutzungsphasen ein Benutzungsphasenmuster erzeugt werden, das die üblichen wiederkehrenden Benutzungsphasen wiedergibt. Beispiele hierfür sind Fahrten von oder zur Arbeitsstelle, die einem wiederkehrenden Muster folgen. Die hier beschriebene geschätzte Zeitdauer wird als Größe (C) bezeichnet.
Weiterhin kann die erste Größe ein Helligkeitswert sein, der von dem Helligkeitssensor vorgesehen wird. Der Helligkeitssensor kann insbesondere ein Sensor sein, der für die Klimatisierung des Kraftfahrzeugs verwendet wird, und der Sonneneinstrahlung in das Fahrzeug hinein erfasst, vorzugsweise richtungsabhängig. Bei einem richtungsabhängigen Helligkeitssensor ist die Sensitivität des Sensors gegenüber Helligkeit in ersten Richtungen größer als in zweiten Richtungen, in denen das Kraftfahrzeug den Innenraum gegenüber Sonnenstrahlung mehr abschirmt als in den ersten Richtungen. Der Helligkeitswert wird als Größe (D) bezeichnet.
Die erste Größe kann ferner ein Temperaturwert des Temperatursensors sein. Der Temperaturwert gibt allgemein die Temperatur und somit den Füllstand des thermischen Zwischenspeichers wieder. Bei einer Temperaturerfassung ohne Temperatursensor entspricht der Temperaturwert der erfassten Temperatur, die beispielsweise auch anhand von Modellen berechnet werden kann. Der Temperaturwert wird als Größe (E) bezeichnet.
Anhand der Werte der Größen (A)–(E) kann der Temperierungsaufwand von dem Temperierungsaufwandschätzer ermittelt werden. Die zweite Größe ist somit der Temperierungsaufwand. Dieser kann als Wärmemenge, Kältemenge oder thermische Energiedifferenz wiedergegeben sein. Insbesondere die Energiedifferenz, die erforderlich ist, um zukünftig die Temperatur des Kraftfahrzeuginnenraums in einen vorbestimmten Komfortbereich zu bringen.
In weiteren Ausführungsformen, der insbesondere mit der vorangegangen Ausführungsform kombiniert werden können, bildet die Abbildung eine zumindest abschnittsweise steigende Funktion, wenn die erste Größe, die Größe (A), die Größe (B), die Größe (C) oder die Größe (D) ist. Wenn die erste Größe die Größe (E) ist, bildet die Abbildung vorzugsweise eine zumindest abschnittsweise fallende Funktion. In anderen Ausführungsformen kann die Abbildung auch eine abschnittsweise fallende Funktion bilden, wenn die erste Größe die Größe C oder D ist. Dies ist insbesondere der Fall, wenn zu erwarten ist, dass mit zunehmender geschätzter Zeitdauer eine abnehmende Wärme- oder Kältemenge dem Kraftfahrzeug zugeführt werden muss, da beispielsweise nur anfangs eine starke Temperaturdifferenz zwischen dem Soll- und Ist-Zustand des Kraftfahrzeuginnenraums besteht und ab dem Erreichen eines vorgegebenen Temperaturkomfortbereichs nur die entweichende Wärme oder Kälte durch den Temperierungsaufwand kompensiert werden muss. Im Falle der Größe (D) kann eine abnehmende Funktion vorgesehen werden, wenn Temperatur des Kraftfahrzeuginnenraums unter einer Komfortzone liegt, jedoch eine von außen eingetragene Wärmeenergie, beispielsweise durch Sonnenstrahlung, zum zusätzlichen Aufheizen des Kraftfahrzeuginnenraums dient und daher der zusätzliche Temperierungsaufwand durch die hier beschriebene Vorgehensweise um die von außen eingetragene Wärmeenergie verringert wird.
Die hier beschriebene Vorgehensweise kann auch realisiert werden mittels eines Computerprogrammprodukts, welches den Dateneingang, den Temperierungsaufwandschätzer und die einstellende Funktion des Stellglieds realisiert, wie sie hier beschrieben sind.
Kurzbeschreibung der Figuren
1 zeigt eine Ausführungsform der hier beschriebenen Vorrichtung in Schaubilddarstellung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 ist ein Schaubild der hier beschriebenen Vorrichtung und dient zur Erläuterung des hier beschriebenen Verfahrens. Es ist eine Vorrichtung 10 innerhalb eines Kraftfahrzeugs 12 dargestellt, wobei das Kraftfahrzeug 12 einen Antrieb 14 umfasst, der gemäß dem dargestellten Pfeil am Antrieb 14 Rekuperationsleistung an die Vorrichtung 10 abgeben kann. Die Vorrichtung 10 umfasst einen Temperierungsaufwandschätzer 20 mit einem Dateneingang 22. Der Temperierungsaufwandschätzer ist eingerichtet anhand der Daten am Dateneingang 22 einen vorausliegenden Temperierungsaufwand zu schätzen. Hierzu umfasst der Temperierungsaufwandschätzer 20 eine , die mit dem Dateneingang 22 verbunden ist, um eine erste Größe, wie sie hier beschrieben ist, zu erfassen.
Die Vorrichtung 10 umfasst ferner ein Stellglied 30, das zum Einstellen eines Temperierungsanteils der Rekuperationsleistung eingerichtet ist, die von einem Antrieb 14 stammt. Das Stellglied hat einen Steuereingang 32, der dem Temperierungsaufwandschätzer 20 nachgeschaltet ist. Die bildet die Größe, welche am Eingang 22 eingegeben wird, auf eine zweite Größe ab und übermittelt diese über die dargestellte Verbindung an dem Steuereingang 32 des Stellglieds 30.
Das Stellglied 30 ist mit einem Leistungseingang 40 der Vorrichtung 10 verbunden über die das Stellglied die Rekuperationsenergie von dem Antrieb 14 erhält, insbesondere über einen mechanisch-elektrischen Wandler 42, der als elektrische Maschine und insbesondere als Generator ausgestaltet ist. In dem dargestellten Fall erhält das Stellglied 30 somit eine elektrische Leistung. In alternativen Ausführungsformen ist der Wandler 42 ersetzt durch eine direkte Verbindung. Die Vorrichtung 10 umfasst ferner einen Leistungsausgang 50, der mit dem Stellglied 30 verbunden ist. Ein optionaler weiterer Leistungsausgang 52 der Vorrichtung 10 wird eingerichtet, mit einer Batterie 60 verbunden zu werden, die geladen werden kann. Hierzu kann ein Wandler 54 vorgesehen sein, insbesondere wenn das Stellglied 30 die Rekuperationsleistung als kinetische Energie erhält. In diesem Fall ist der Wandler 54 ein mechanisch-elektrischer Wandler.
Wie symbolhaft dargestellt, teilt das Stellglied 30 die Rekuperationsenergie, die von dem Leistungseingang 40 stammt, in einen Temperierungsanteil auf, der an den Leistungsausgang 50 abgegeben wird (sowie in einen optionalen weiteren Anteil, der zum Aufladen der Batterie 60 verwendet wird). Der Leistungsausgang 50 gibt den Temperierungsanteil der Rekuperationsleistung an eine Temperierungsanteilabgabe 90 der Vorrichtung ab. Dies kann auf direktem Wege geschehen, beispielsweise wenn der Leistungsausgang 50 und die Temperierungsanteilabgabe 90 identisch sind. In der dargestellten Ausführungsform gibt der Leistungsausgang 50 des Stellglieds 30 den Temperierungsanteil an zunächst einen Zwischenspeicher 70 ab, der wiederum (zeitversetzt) den Temperierungsanteil an die Temperierungsanteilabgabe 90 der Vorrichtung abgeben kann. Die Temperierungsanteilabgabe 90 kann den Temperierungsanteil als Wärme abgeben oder in Form kinetischer oder elektrischer Energie, so dass nachfolgende Systemkomponenten daraus Wärme und/oder Kälte erzeugen können. Zwischen dem Leistungsausgang 50 und der Temperierungsanteilabgabe 90 kann ein Wandler 80 vorgesehen sein, der die Energieform des Leistungsausgangs 50 vor der Abgabe an die Temperierungsanteilabgabe 90 umwandelt. Alternativ kann der Wandler auch zwischen dem Zwischenspeicher 70 und der Temperierungsanteilabgabe 90 vorgesehen sein, insbesondere wenn der Zwischenspeicher 70 eine andere Energieart speichert als an der Temperierungsanteilabgabe 90 abgegeben wird. Der Zwischenspeicher 70 kann ein elektrischer Zwischenspeicher sein in Form einer elektrischen Batterie oder kann eine mechanischer Zwischenspeicher sein in Form eines ein pneumatischen Speichers, eines Schwungradspeicher oder eines Federkraftspeichers. Wie in 1 dargestellt kann die Temperierungsanteilabgabe, welche Teil der Vorrichtung ist, den Temperierungsanteil an weitere Komponenten des Kraftfahrzeugs abgeben, insbesondere an einen Kraftfahrzeuginnenraum 100, oder auch an eine Temperierungsvorrichtung 102 des Kraftfahrzeuginnenraums 100, die den Kraftfahrzeuginnenraum 100 temperiert. Als Kraftfahrzeuginnenraum 100 wird insbesondere die Fahrgastzelle bezeichnet.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Abgabe zum Kraftfahrzeuginnenraum bzw. zu dessen Temperierungsvorrichtung direkt geschieht oder über einen thermischen Zwischenspeicher 120, der insbesondere als Latentwärmespeicher (insbesondere ein Speicher mit Phasenwechselmaterialien, auch als PCM, oder „phase-change-materials“ bezeichnet) ausgebildet sein kann. Alternativ kann der thermische Zwischenspeicher 120 eine Masse aufweisen, dessen Wärmekapazität zur Zwischenspeicherung auch ohne Phasenwechsel speichert.
Die hier beschriebenen Speicher nehmen die gleiche Energieart auf, wie sie auch abgeben. Die hier beschriebenen Wandler wandeln die eingebrachte Leistung oder Energie in eine andere Energieart um. In einer spezifischen Ausführungsform, die besonders einfach in bestehende Systeme integriert werden kann, wird über den Leistungseingang 40 kinetische Energie vom Antrieb 14 aufgenommen und von dem Wandler 42 (in Form eines elektrischen Generators) in elektrische Energie umgewandelt. In diesem Fall wird über das Stellglied elektrische Energie geführt. Im letztgenannten Fall ist das Stellglied vorzugsweise als Halbleiterschalter oder elektromechanischer Schalter ausgestaltet. An dem Leistungsausgang 50 wird elektrische Energie abgegeben und in der genannten spezifischen Ausführungsform ohne Wandlung und ohne Zwischenspeicherung (d. h. ohne die Komponenten 70 und 80) direkt an die Temperierungsanteilabgabe 90 abgegeben, die somit den Temperierungsanteil als elektrische Leistung abgibt. In diesem Fall kann die Temperierungsanteilabgabe 90 und der Leistungsausgang 50 des Stellglieds identisch sein. In der genannten spezifischen Ausführungsform liegt dann an der Temperierungsanteilabgabe 90 der Temperierungsanteil als elektrische Leistung vor, die an weiteren Komponenten des Kraftfahrzeugs abgegeben werden können. Diese Komponenten sind insbesondere als Rekuperationswiderstand oder auch als Wärme- oder Kältekraftmaschine oder als thermoelektrisches Element ausgebildet, die den Kraftfahrzeuginnenraum 100 heizt. Alternativ kann zwischen dem Leistungsausgang 50 und der Temperierungsanteilabgabe 90 ein Wandler 80 in Form eines Leistungswiderstands vorgesehen sein, so dass an der Temperie- rungsanteilabgabe 90 der Temperierungsanteil als Wärme abgegeben wird, die an dem Kraftfahrzeuginnenraum 100 zu dessen Temperierung weitergeleitet wird. Optional oder in Kombination hierzu kann die Wärme von der Temperierungsanteilabgabe 90 an einen thermischen Speicher 120 in Form eines Latentwärmespeichers abgegeben werden, der wiederum den Temperierungsanteil vollständig oder teilweise an einen Kraftfahrzeuginnenraum 100 oder an dessen Temperierungsvorrichtung 102 abgibt. Insbesondere kann die Wärme, die von dem Temperierungsanteilabgabe 90 abgegeben wird, auf den thermischen Zwischenspeicher 120 und den Kraftfahrzeuginnenraum 100 bzw. dessen Temperierungsvorrichtung 102 aufgeteilt werden, vorzugsweise gemäß einem variablen Aufteilungsverhältnis, dass gemäß einem bevorzugten Komforttemperaturbereich des Fahrzeuginnenraums 100 geregelt wird.
Der Dateneingang 22 des Temperierungsaufwandschätzers 20 erhält Daten von Fahrzeugkomponenten, insbesondere von einem Navigationsgerät 110, von einem Benutzungsphasenspeicher 112 oder von einem Helligkeitssensor 114. Weiterhin kann der Dateneingang 22 Daten von einem Temperatursensor 116 des thermischen Zwischenspeichers erhalten. Der Datenfluss ist schematisch mit dem nach unten weisenden, gestrichelt dargestellten Pfeil wiedergegeben.
In dem Temperierungsaufwandschätzer 20 ist die vorgesehen, welche die (zumindest eine) erste Größe am Dateneingang 22 auch Werte abbildet, die den Temperierungsaufwand wiedergeben. Diese Werte werden an den Steuereingang 32 des Stellglieds 30 weitergegeben, um den Temperierungsanteil entsprechend einzustellen. Die hat insbesondere die Funktion eines Schätzers, um aus der ersten Größe, die an dem Dateneingang 22 anliegt, die zweite Größe in Form des Temperierungsanteils zu schätzen und diesen als Wert dem Steuereingang 32 zuzuführen.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann insbesondere ein Temperatursensor vorgesehen sein, der die Temperatur des Kraftfahrzeuginnenraums erfasst. Dieser kann an das Stellglied oder an eine Steuerung des Stellglieds abgegeben werden, so dass die Höhe des Temperierungsanteils (bezogen auf die Rekuperationsleistung) gemäß der aktuellen Temperatur des Kraftfahrzeuginnenraums eingestellt und insbesondere geregelt werden kann. Im Rahmen dieser Regelung wird als Regelungsziel das Temperaturkomfortintervall oder die Zieltemperatur verwendet.
Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung zum Steuern von Rekuperationsleistung
12: Kraftfahrzeug
14: Antrieb des Kraftfahrzeugs
20: Temperierungsaufwandschätzer
22: Dateneingang des Temperierungsaufwandschätzers
24: Abbildung des Temperierungsaufwandschätzers
30: Stellglied
32: Steuereingang des Stellglieds
40: Leistungseingang
42: (optionaler) Wandler
50: Leistungsausgang
52: optionaler zweiter Leistungsausgang zur Abgabe von Ladeleistung an eine Batterie
54: optionaler Wandler
60: Batterie des Kraftfahrzeugs, insbesondere Traktionsbatterie zur Speicherung elektrischer Energie
70: Zwischenspeicher
80: optionaler Wandler
90: Temperierungsanteilabgabe der Vorrichtung 10
100: Kraftfahrzeuginnenraum
102: Temperierungsvorrichtung des Kraftfahrzeuginnenraums
110: Navigationsgerät
112: Benutzungsphasenspeicher
114: Helligkeitssensor
116: Temperatursensor des thermischen Zwischenspeichers
120: thermischer Zwischenspeicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012004008 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Steuerung von Rekuperationsleistung eines rekuperationsfähigen Antriebs (14) eines Kraftfahrzeugs (12), umfassend: – Ermitteln eines vorausliegenden Temperierungsaufwands, der die zum Kühlen oder Heizen des Kraftfahrzeugs (12) erforderliche Energie wiedergibt; und – Leiten eines Temperierungsanteils einer Rekuperationsleistung, die von kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs (12) entnommen wurde, an eine Temperierungsvorrichtung (102), die den Temperierungsanteil der gewandelten Rekuperationsleistung zum Erwärmen oder zum Kühlen eines Kraftfahrzeuginnenraums (100) des Kraftfahrzeugs verwendet, wobei die Größe des Temperierungsanteils abhängig von dem vorausliegenden Temperierungsaufwand gesteuert wird und mit steigendem Temperierungsaufwand ein zunehmender Temperierungsanteil an die Temperierungsvorrichtung geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: – Leiten eines Zwischenspeicheranteils der Rekuperationsleistung und insbesondere des Temperierungsanteils an einen mechanischen Zwischenspeicher (70), wobei mit steigendem Temperierungsaufwand ein abnehmender Zwischenspeicheranteil oder kein Zwischenspeicheranteil an den Zwischenspeicher (70) geleitet wird; oder – Abrufen von kinetischer Energie des Kraftfahrzeugs (12) zur Erzeugung von elektrischer Rekuperationsleistung und Leiten eines Zwischenspeicheranteils der gewandelten Rekuperationsleistung an einen elektrischen Zwischenspeicher (70), wobei mit steigendem Temperierungsaufwand ein abnehmender Zwischenspeicheranteil oder kein Zwischenspeicheranteil an den Zwischenspeicher (70) geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der vorausliegende Temperierungsaufwand ermittelt wird anhand einer Außen- temperatur des Kraftfahrzeugs (12) und zumindest einer der folgenden Größen: (a) eine Länge und/oder eine Dauer einer vorgegebenen, vorausliegenden Fahrstrecke; (b) eine Entfernung und/oder eine voraussichtliche Fahrdauer bis zum Erreichen eines vorgegebenen Zielpunkts durch das Kraftfahrzeug (12), wobei der Zielpunkt, die Fahrdauer oder die Fahrdistanz von einem Navigationsgerät (110) oder von einer Benutzereingabe vorgegeben wird, oder der Zielpunkt einem Aufladepunkt entspricht, an dem elektrische Energie zum Aufladen des Kraftfahrzeug (12) bereitsteht; (c) eine geschätzte Zeitdauer, die zwischen dem Abstellen des Kraftfahrzeugs und einer darauffolgenden Nutzung verstreicht; (d) eine geschätzte Wärmeenergie, die aufgrund von Sonneneinstrahlung in das Kraftfahrzeug eingetragen wird; oder (e) ein Füllstand eines thermischer Speichers, an den die Temperierungsvorrichtung Wärme oder Kälte abgibt, und aus dem Wärme oder Kälte zu einem späteren Zeitpunkt zum Heizen oder Kühlen des Kraftfahrzeugs (12) verwendet wird; oder anhand einer oder mehrerer dieser Größen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei – mit steigender Länge und/oder mit steigender Dauer ein zunehmender Temperierungsaufwand ermittelt wird; – mit steigender Entfernung und/oder mit steigender voraussichtlicher Fahrdauer bis zum Erreichen des vorgegebenen Zielpunkts ein zunehmender Temperierungsaufwand ermittelt wird; – mit zunehmender geschätzter Zeitdauer, die zwischen dem Abstellen des Kraftfahrzeugs (12) und der darauffolgenden Nutzung verstreicht, ein zunehmender Temperierungsaufwand ermittelt wird; – mit zunehmender geschätzter Wärmeenergie, die in das Kraftfahrzeug (12) eingetragen wird, ein zunehmender Temperierungsaufwand ermittelt wird; oder – mit zunehmendem Füllstand des thermischen Zwischenspeichers (120) ein abnehmender Temperierungsaufwand ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: – Wandeln des Temperierungsanteils der Rekuperationsleistung in Wärme mittels einer Kraftwärmemaschine der Temperierungsvorrichtung; oder Wandeln des Temperierungsanteils der Rekuperationsleistung oder der Rekuperationsleistung selbst in elektrische Leistung und Wandeln dieser elektrischen Leistung in Wärme mittels eines Leistungswiderstands der Temperierungsvorrichtung; und/oder – Verwenden des Temperierungsanteils der Rekuperationsleistung zum Temperieren eines Fluidstroms mittels einer mechanisch oder elektrisch angetriebenen Kraftwärmemaschine, einer mechanisch oder elektrisch angetriebenen Wärmepumpe, einer mechanisch oder elektrisch angetriebenen Kältemaschine oder einem thermoelektrischen Element der Temperierungsvorrichtung (102), wobei beim Temperieren des Fluidstroms mittels einer elektrisch angetriebenen Kraftwärmemaschine, Wärmepumpe, Kältemaschine oder mittels eines thermoelektrischen Elements der Temperierungsanteil der Rekuperationsleistung oder die Rekuperationsleistung selbst vor dem Verwenden zum Temperieren mittels einer elektrischen Maschine von einer kinetischen Energieform in eine elektrische Energieform gewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei – die gewandelte Wärme direkt zur Erwärmung eines Kraftfahrzeuginnenraums (100) des Kraftfahrzeugs (12) verwendet wird, direkt zur Erwärmung eines Wärmemediumkreislaufs des Kraftfahrzeugs verwendet wird, oder einem thermischen Speicher (120), vorzugsweise einem Latentwärmespeicher, zugeführt wird, um die in dem thermischen Speicher (120) gespeicherte Wärme zu einem späteren Zeitpunkt abzurufen und dem Kraftfahrzeuginnenraum (100) oder dem Wärmemediumkreislauf des Kraftfahrzeugs (12) zuzuführen; oder – der Fluidstrom direkt zur Temperierung des Kraftfahrzeuginnenraums (100) verwendet wird oder direkt zur Temperierung eines Wärmemediumkreislaufs des Kraftfahrzeugs verwendet wird, oder zur Temperierung eines thermischen Speicher (120), vorzugsweise einem Latentwärmespeicher, verwendet wird, um den thermischen Speicher zu einem späteren Zeitpunkt zum Temperieren des Kraftfahrzeuginnenraums (100) oder des Wärmemediumkreislaufs des Kraftfahrzeugs (12) zu verwenden.
Vorrichtung (10) zum Steuern von Rekuperationsleistung eines rekuperationsfähigen Antriebs (14) eines Kraftfahrzeugs (12), mit – einem Temperierungsaufwandschätzer (20), der einen Dateneingang (22) aufweist, wobei der Temperierungsaufwandschätzer (20) eingerichtet ist, anhand zumindest eines Werts, der an dem Dateneingang (22) anliegt, einen vorausliegenden Temperierungsaufwand zu schätzen, der die zum Kühlen oder Heizen des Kraftfahrzeugs (12) erforderliche Energie wiedergibt; und – ein Stellglied (30), das zum Einstellen eines Temperierungsanteils einer Rekuperationsleistung, die an einem Leistungseingang (40) der Vorrichtung (10) anliegt, eingerichtet ist, wobei das Stellglied (30) einen Steuereingang (32) aufweist, der mit dem Temperierungsaufwandschätzer (20) verbunden ist und das Stellglied (30) eingerichtet ist, mit steigendem Temperierungsaufwand einen zunehmenden Temperierungsanteil einzustellen, wobei die Vorrichtung ferner einen Leistungsausgang (50) aufweist, der mit dem Stellglied (30) verbunden und zur Abgabe des Temperierungsanteils eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, ferner umfassend: einen Zwischenspeicher (70), der dem Leistungsausgang (50) direkt oder über einen Wandler (80) nachgeschaltet ist, wobei der Zwischenspeicher (70) zur Speicherung und Abgabe des Temperierungsanteils eingerichtet ist und mit einer Temperierungsanteilabgabe (90) verbunden ist, wobei der Zwischenspeicher (70) ein elektrischer Speicher, ein pneumatischer Speicher, ein Schwungradspeicher oder ein Federkraftspeicher ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Dateneingang (22) eingerichtet ist, mit einem Navigationsgerät (110), mit einem Benutzungsphasenspeicher (112), mit einem Helligkeitssensor (114) oder mit einem Temperatursensor (116) eines thermischen Zwischenspeichers verbunden zu werden, und – der Temperierungsaufwandschätzer (20) eine Abbildung (24) von Werten einer ersten Größe auf Werte einer zweiten Größe aufweist, wobei die erste Größe (A) eine Länge oder eine Dauer einer vorausliegenden Fahrstrecke ist, in dem Navigationsgerät (110) vorliegt; (B) eine Entfernung und/oder eine voraussichtliche Fahrdauer bis zum Erreichen eines vorgegebenen Zielpunkts durch das Kraftfahrzeug ist, wobei der Zielpunkt, die Fahrdauer oder die Fahrdistanz von dem Navigationsgerät (110) oder von einer Benutzereingabeschnittstelle der Vorrichtung (10) vorgegeben wird; (C) eine geschätzte Zeitdauer ist, die zwischen dem Abstellen des Kraftfahrzeugs und einer darauffolgenden Nutzung verstreicht, und die in dem Benutzungsphasenspeicher (112) vorliegt; (D) ein Helligkeitswert ist, der von dem Helligkeitssensor (114) vorgesehen wird; oder (E) ein Temperaturwert des Temperatursensors (116) ist; und – die zweite Größe der Temperierungsaufwand ist, der als Wärmemenge, Kältemenge oder thermische Energiedifferenz wiedergegeben sein kann; und für die unter (A), (B), (C) und (D) genannten ersten Größen die Abbildung (24) eine zumindest abschnittsweise steigende Funktion bildet und für die unter (E) genannte erste Größe die Abbildung (24) eine zumindest abschnittsweise fallende Funktion bildet.