DE102013203843A1

DE102013203843A1 - Betriebsstrategie für ein elektrisches Energiebordnetz eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102013203843A1
Application number: DE201310203843
Authority: DE
Inventors: Joachim Fröschl; Dominik Ilsanker
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-09-25

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Betriebsstrategie-Verfahren für ein Energiebordnetz eines Kraftfahrzeugs, welches eine elektrische Batterie, einen elektrischen Generator und mehrere elektrische Verbraucher umfasst. Das Verfahren geht von einer Mehrzahl von gemessenen oder sonst wie ermittelten systembeschreibenden Systemgrößen des Bordnetzes aus. Für jede dieser Systemgrößen wird ein Zustand der Systemgröße in Abhängigkeit des Werts der jeweiligen Systemgröße bestimmt. Aus den Zuständen der einzelnen Systemgrößen wird dann in einem weiteren Schritt ein übergeordneter Zustand des Bordnetzes aus den Zuständen der Systemgrößen bestimmt. In einem weiteren Schritt werden Werte für Stellgrößen des Bordnetzes in Abhängigkeit des übergeordneten Zustands des Bordnetzes bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Betriebsstrategie für ein elektrisches Energiebordnetz eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftfahrzeugs mit einem 12-V-Bordnetz oder 48-V-Bordnetz.
Die Steuerung eines Energiebordnetzes erfolgt typischerweise mit einer funktional implementierten Betriebsstrategie.
Die Betriebsstrategie eines elektrischen Energiebordnetzes umfasst spezifische Bewertungen von elektrischen Systemgrößen wie dem Ladezustand (SoC – state of charge). Die Bewertung der elektrischen Systemgrößen erfolgt hierbei innerhalb der betriebsstrategischen Regeln, die die Betriebsstrategie ausmachen. Die Implementierung einer derartigen Betriebsstrategie erfordert einen hohen Aufwand bei der Entwicklung der betriebsstrategischen Regeln und der Absicherung der Betriebsstrategie.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine hierzu verbesserte Betriebsstrategie anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Betriebsstrategie-Verfahren für ein Energiebordnetz eines Kraftfahrzeugs, welches eine elektrische Batterie, einen elektrischen Generator und mehrere elektrische Verbraucher umfasst.
Das Verfahren geht von einer Mehrzahl von gemessenen oder sonst wie ermittelten systembeschreibenden Systemgrößen des Bordnetzes aus. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um elektrische Systemgrößen; es sind aber auch eine oder mehrere nicht elektrische Systemgrößen denkbar, beispielsweise eine Kennzahl als Funktion der Spannung und der Temperatur. Diese Systemgrößen stellen die Eingangsgrößen des Verfahrens dar. Bei den Systemgrößen kann es sich beispielsweise um die Batteriespannung der Batterie des Bordnetzes, den Batteriestrom der Batterie des Bordnetzes, den Ladezustand der Batterie und/oder die Auslastung des elektrischen Generators (beispielsweise der aktuell ausgeschöpfte Anteil am maximal zulässigen Strom des Generators) handeln. Bei einer derartigen Systemgröße kann es sich auch um eine berechnete Kennzahl handeln, beispielsweise ein berechnetes Verhältnis zwischen einer gemessenen Größe (beispielsweise Batteriespannung) und einer zweiten gemessenen Größe (beispielsweise Batteriestrom). Die Systemgrößen sind typischerweise wertkontinuierlichen Größen (da die Größen typischerweise als digitale Werte vorliegen ist die Auflösung der jeweiligen Systemgröße natürlich beschränkt).
Für jede dieser vorzugsweise elektrischen Systemgrößen wird ein Zustand der vorzugsweise elektrischen Systemgröße in Abhängigkeit des Werts der jeweiligen Systemgröße bestimmt. Hierbei kann der Zustand einen von mehreren möglichen diskreten Werten (vorzugsweise weniger als 10 diskrete Werte, beispielsweise 5 diskrete Werte) aufweisen, wobei die mehreren diskreten Werte vorzugsweise in einer bestimmten Reihenfolge stehen. Bei den diskreten Werten handelt es sich zum Beispiel um ganze Zahlen; beispielsweise wird einer vorzugsweise elektrischen Systemgröße als Zustand der Systemgröße ein Wert aus der Menge der ganzen Zahlen {–2; –1; 0; 1; 2} zugewiesen. Der Wertebereich für die Zustände der einzelnen Systemgrößen ist vorzugsweise für die einzelnen Systemgrößen identisch; dies ist aber nicht zwingend notwendig.
Aus den Zuständen der einzelnen Systemgrößen wird dann in einem weiteren Schritt ein übergeordneter Zustand des Bordnetzes bestimmt. Hierbei kann der übergeordnete Zustand des Bordnetzes einen von mehreren möglichen diskreten Werten (vorzugsweise weniger als 10 diskrete Werte, beispielsweise 5 diskrete Werte) aufweisen, wobei die mehreren diskreten Werte vorzugsweise in einer bestimmten Reihenfolge stehen. Bei den diskreten Werten handelt es sich beispielsweise um ganze Zahlen. Beispielsweise wird als Zustand des Bordnetzes ein Wert aus der Menge der ganzen Zahlen {–2; –1; 0; +1; +2} bestimmt. Hierbei beschreibt „+2” einen positiv erschöpften Zustand, „+1” einen positiv angespannten Zustand, „0” einen entspannten Zustand, „–1” einen negativ angespannten Zustand und „–2” einen negativ erschöpften Zustand.
Der Wertebereich für den übergeordneten Zustand des Bordnetzes ist vorzugsweise identisch zu dem Wertebereich der Zustände der einzelnen Systemgrößen; dies ist aber nicht zwingend notwendig.
In einem weiteren Schritt werden Werte für Stellgrößen des Bordnetzes in Abhängigkeit des übergeordneten Zustands des Bordnetzes bestimmt. Über diese Stellgrößen kann das Bordnetz gesteuert werden. Bei den Stellgrößen handelt es sich beispielsweise um die Soll-Generatorspannung als Führungsgröße für einen Regler zur Regelung der Generatorspannung des elektrischen Generators. Als Wert einer Stellgröße kann auch der Wert einer Steuergröße zur Steuerung der Leistungsaufnahme mindestens eines elektrischen Verbrauchers in Abhängigkeit des übergeordneten Zustands des Bordnetzes bestimmt werden. Beispielsweise kann als Steuergröße zur Steuerung der Leistungsaufnahme der zentrale Systemparameter Energieverfügbarkeit verwendet werden, den jeweils eine Vielzahl von Verbrauchern entgegennehmen. Dieser Systemparameter der Energieverfügbarkeit wird von dem jeweiligen Verbraucher individuell ausgewertet, wobei der jeweilige Verbraucher seine eigene Stromaufnahme an den Systemparameter der Energieverfügbarkeit anpasst. Die Energieverfügbarkeit initiiert also in den jeweiligen Verbrauchern eine Begrenzung der Leistungsaufnahme.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Gedanken, die Zustände der einzelnen Systemgrößen und hierauf basierend den übergeordneten Zustand des Bordnetzes zu ermitteln und basierend auf dem übergeordneten Zustand eine Betriebsstrategie abzuleiten, um die Stellgrößen des Bordnetzes an den übergeordneten Zustand des Bordnetzes anzupassen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Implementierung der Betriebsstrategie deutlich gegenüber einer konventionellen Betriebsstrategie vereinfacht, die auf der Auswertung der einzelnen Systemgrößen als Eingangsgrößen der Betriebsstrategie basiert. Durch die Verwendung der Zustandsbeschreibung erfolgt eine Trennung der Datenaufbereitung und der Betriebsstrategie zum Zwecke der Komplexitätsminimierung durch eine Beschränkung auf den betriebsstrategischen Kern des zu lösenden Problems. Wird dabei – wie beschrieben – ein zentraler Zustand bestimmt, so ist die hierauf bezogene Betriebsstrategie im Umfang begrenzt und eindeutig.
Sie muss nicht mit mehreren Strategien nachträglich in funktionalen Einklang gebracht werden. Hierdurch werden beispielsweise gegenläufige Strategien ausgeschlossen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Zustände der jeweiligen Systemgrößen durch Schwellwertvergleich der jeweiligen Systemgröße mit jeweils einem (der Systemgröße zugeordneten) Schwellwert bestimmt. Jeder Schwellwert beschreibt dabei einen Übergang zwischen zwei benachbarten Zustandswerten. Hierbei ist von Vorteil, wenn der jeweilige Übergang zwischen zwei Zustandswerten eine Hysterese aufweist. Die Hysterese verhindert bei kleinen Änderungen der Systemgröße ein Toggeln zwischen den benachbarten Zustandswerten.
Vorzugsweise sind die Schwellwerte und/oder die Hysteresebreiten (d. h. der jeweilige Abstand der beiden Schwellwerte einer Hysterese) für einen Übergang variabel: Beispielsweise hängen die Schwellwerte und/oder Hysteresebreiten von den Umweltbedingungen ab, beispielsweise von der Umgebungstemperatur. Außerdem können die Schwellwerte und/oder Hysteresebreiten auch von dem jeweiligen Betriebsmodus des Bordnetzes abhängig sein.
Vorzugsweise ist eine Priorisierung der Zustände der Systemgrößen untereinander vorhanden. Beispielsweise ist der Zustand der Batteriespannung höher priorisiert als der Zustand des Batteriestromes, welcher wiederum höher priorisiert ist als der Zustand des SoC. Der übergeordnete Zustand des Bordnetzes wird dann aus den Zuständen der Systemgrößen unter Berücksichtigung dieser Priorisierung bestimmt.
Für die Bestimmung der Stellgrößen kann lediglich der übergeordnete Zustand des Bordnetzes verwendet werden. Bei einer alternativen Implementierung des Betriebsstrategie-Verfahrens können die Stellgrößen des Bordnetzes in Abhängigkeit sowohl des übergeordneten Zustands des Bordnetzes als auch in Abhängigkeit eines oder mehrerer Zustände der vorzugsweise elektrischen Systemgrößen bestimmt werden.
Vorzugsweise wird zum Bestimmen der Werte der Stellgrößen des Bordnetzes eine betriebsstrategische Handlung in Abhängigkeit des übergeordneten Zustands des Bordnetzes festgelegt. Beispielsweise wird bei einem übergeordneten Zustand des Bordnetzes von +2 ein starkes Absenken der Bordnetzspannung als betriebsstrategische Handlung festgelegt. Die Bordnetzspannung wird beispielsweise an der Batterie gemessen und entspricht daher beispielsweise der Batteriespannung.
Die Werte der Stellgrößen des Bordnetzes werden dann in Abhängigkeit der betriebsstrategischen Handlung bestimmt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Festlegen einer betriebsstrategischen Handlung in Abhängigkeit sowohl des übergeordneten Zustands des Bordnetzes als auch in Abhängigkeit der Zustände einer oder mehrerer Systemgrößen erfolgt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. In diesen zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel für ein Energie- und Leistungs-Management für ein Bordnetz;
2 eine beispielhafte Zuordnung der Systemgröße Batteriestrom I_Batt zu einem Zustand x_I_Batt;
3 eine beispielhafte Zuordnung der Systemgröße Batteriespannung U_Batt zu einem Zustand x_U_Batt; und
4 eine beispielhafte Zuordnung der Systemgröße SoC zu einem Zustand x_SoC.
Bei dem erfindungsgemäßen Betriebsstrategie-Verfahren werden die systembeschreibenden vorzugsweise elektrischen Systemgrößen (d. h. die Eingangsgrößen der Betriebsstrategie), insbesondere in Verbindung mit zu steuernden Reglern im Bordnetz, einer vorgelagerten Bewertung unterzogen, wobei Zustände dieser Systemgrößen bestimmt werden. Basierend auf diesen Zuständen der Systemgrößen wird ein übergeordneter Zustand des Bordnetzes bestimmt. In Abhängigkeit des übergeordneten Zustands und optional auch der Zustände von Systemgrößen wird anschließend die Betriebsstrategie zu einem Eingriff in die Stellgrößen des Bordnetzes veranlasst.
1 skizziert ein beispielhaftes Betriebsstrategie-Verfahren in Form einer Software mit mehreren Software-Funktionsblöcken. Diese umfasst konventionelle Software-Funktionsblöcke Generatorsteuerung 1 zur Steuerung des elektrischen Generators 2, Ladebilanz 3 zur Berechnung des Ladezustands der elektrischen Batterie 4, Spannungsregelung 5 zur Regelung der Bordnetzspannung (welche vorzugsweise der Spannung des Pluspols der Batterie entspricht) und Verbrauchersteuerung 6 zur Steuerung der elektrischen Leistungsaufnahme der elektrischen Verbraucher 7.1–7.n. Ferner sind die Software-Funktionsblöcke Beobachtung 8, Zustandsbewertung 9, Betriebsstrategie-Kern 10 und Modifikation 11 vorgesehen.
Die Eingangsgrößen der Betriebsstrategie bilden Systemgrößen des Bordnetzes, wie beispielsweise die Batteriespannung U_Batt, der Batteriestrom I_Batt durch die Batterie 4 und der Ladezustand SoC. Optional kann auch die Auslastung DF des Generators 2 (hier: das Verhältnis zwischen dem aktuellen Generatorstrom I_Gen zum maximal zulässigen Generatorstrom) als Systemgröße berücksichtigt werden. Die gemessenen oder berechneten Systemgrößen beziehen sich typischerweise auf systeminterne oder umweltbedingte physikalische Zusammenhänge.
In dem optionalen Software-Funktionsblock Beobachtung 8 werden basierend auf den Systemgrößen Kennzahlen ermittelt, beispielsweise das Verhältnis zwischen der Batteriespannung U_Batt zum Batteriestrom I_Batt. Die Kennzahlen werden im Sinne der Anmeldung auch als Systemgrößen verstanden.
Im Software-Funktionsblock Zustandsbewertung 9 werden die vorzugsweise elektrischen Systemgrößen (die auch elektrische Kennzahlen umfassen können) in Form von Zuständen bewertet; die Systemgrößen werden also in Zustände transformiert, typischerweise mittels Schwellwerten.
Hierbei wird für die einzelnen Systemgrößen jeweils der Zustand der jeweiligen Systemgröße in Abhängigkeit des Werts der jeweiligen Systemgröße bestimmt. Ferner wird in dem Software-Funktionsblock Zustandsbewertung 9 aus den Zuständen der Systemgrößen ein übergeordneter Zustand des Bordnetzes bestimmt.
Ziel ist die Erkennung instabiler Zustände (z. B. Spannungslage zu gering, Gefahr eines Funktionsausfalls).
In 1 ist der Software-Funktionsblock 9 der Zustandsbewertung etwas detaillierter dargestellt. Im Software-Teilfunktionsblock 12 wird für jede der Systemgrößen U_Batt, I_Batt und SoC jeweils ein Zustandswert x_U_Batt, x_I_Batt und x_SoC bestimmt. Mit anderen Worten: Die gemessenen oder berechneten Systemgrößen U_Batt, I_Batt und SoC (inklusive etwaiger Kennzahlen) werden zu Zuständen x_U_Batt, x_I_Batt und x_SoC transformiert; dies geschieht typischerweise mittels Schwellwerten, wie dies später noch beschrieben wird.
Im Software-Teilfunktionsblock 13 wird der Zustand x_G des Bordnetzes aus den Zuständen der Systemgrößen bestimmt.
Im Software-Funktionsblock Betriebsstrategie-Kern 10 wird basierend auf dem übergeordneten Zustand x_G des Bordnetzes eine betriebsstrategische Handlung BSH festgelegt. Zur Festlegung einer betriebsstrategischen Handlung BSH werden ferner optional noch eine, mehrere oder sämtliche Zustände x_U_Batt, x_I_Batt und x_SoC der Systemgrößen U_Batt, I_Batt und SoC berücksichtigt (dies wird durch die gepunkteten Pfeile angedeutet). Im Betriebsstrategie-Kern 10 wird also eine betriebsstrategische Handlung aufgrund eines Zustands oder mehrerer Zustände festgelegt (beispielsweise ein angespannter oder ein erschöpfter Zustand).
In dem Software-Funktionsblock Modifikation 11 werden basierend auf der festgelegten betriebsstrategischen Handlung BSH Werte für Stellgrößen des Bordnetzes bestimmt. Wird ein instabiler Zustand x_G des Bordnetzes erkannt, so erfolgt ein Eingriff (hier Modifikation genannt) auf eine oder mehrere Stellgrößen des Bordnetzes, wodurch der Zustand x_G des Bordnetzes in gewünschter Weise geändert wird. Hierbei wird versucht, das Bordnetz in einen entspannten Bereich zu bringen oder dort zu halten, d. h. es wird beispielsweise versucht, durch Modifikation der Stellgrößen den Zustand x_G des Bordnetzes auf den Wert 0 (= entspannter Zustand) zu bringen oder auf diesem Wert zu halten.
Eine Stellgröße kann beispielsweise eine Sollwertvorgabe für einen Regler sein. Im Fall von 1 handelt es sich bei den Stellgrößen beispielsweise um die Soll-Generatorspannung U_Gen,Soll als Führungsgröße für einen Regler zur Regelung der Generatorspannung U_Gen des elektrischen Generators 2 und um die Energieverfügbarkeit EV. Die Energieverfügbarkeit EV dient der Vorgabe der Leistungsaufnahme der Verbraucher 7.1–7.n und wird von Verbrauchern 7.1–7.n jeweils entgegengenommen. Die Energieverfügbarkeit EV wird von dem jeweiligen Verbraucher 7.i individuell ausgewertet, wobei der jeweilige Verbraucher 7.i seine eigene Stromaufnahme I_V,i an den Systemparameter der Energieverfügbarkeit EV anpasst.
Die Sollwertvorgaben der Soll-Generatorspannung U_Gen,Soll und der Energieverfügbarkeit EV entsprechen quasi einer Arbeitspunktvorgabe im Gesamtsystem passend zu dem aktuellen Zustand x_G des Bordnetzes.
Nachfolgend wird die im Teilfunktionsblock 12 durchgeführte Bestimmung der Zustände x_U_Batt, X_I_Batt und x_SoC der Systemgrößen U_Batt, I_Batt und SoC erläutert.
In 2 ist die Zuordnung der Systemgröße Batteriestrom I_Batt zu einem Zustand x_I_Batt dargestellt. Der Wertebereich des Zustands X_I_Batt umfasst hier fünf diskrete Werte {–2; –1; 0; +1; +2}. Hierbei beschreibt ein Zustandswert x_I_Batt = +2 einen positiv erschöpften Zustand, x_I_Batt = +1 einen positiv angespannten Zustand, x_I_Batt = +0 einen entspannten Zustand, x_I_Batt = –1 einen negativ angespannten Zustand und x_I_Batt = –2 einen negativ erschöpften Zustand. Diese Beschreibung der verschiedenen Zustandswerte gilt in gleicher Weise auch für die Zustände X_U_Batt und x_SoC in 3 bzw. 4.
Die Zuordnung eines Wert der Systemgröße Batteriestrom I_Batt zu einem Zustandswert x_I_Batt erfolgt durch einen Schwellwertvergleich mit den in 2 dargestellten Schwellwerten.
Ein Schwellwert beschreibt dabei einen Übergang zwischen zwei benachbarten Zustandswerten. Der Übergang zwischen zwei Zustandswerten weist vorzugsweise eine Hysterese auf. Vorzugsweise sind die Schwellwerte und/oder die Hysteresebreiten variabel: Beispielsweise hängen die Schwellwerte und/oder Hysteresebreiten von den Umweltbedingungen ab, beispielsweise von der Umgebungstemperatur. Außerdem können die Schwellwerte und/oder Hysteresebreiten auch von dem jeweiligen Betriebsmodus des Bordnetzes abhängig sein (die Betriebsmodi werden im Folgenden noch genauerer diskutiert).
3 zeigt die Zuordnung der Systemgröße Batteriespannung U_Batt zu einem Zustand x_U_Batt. Die vorstehenden Aussagen zu 2 gelten hier entsprechend.
4 zeigt die Zuordnung der Systemgröße SoC zu einem Zustand x_SoC. Die vorstehenden Aussagen zu 2 gelten hier entsprechend.
Nachfolgend wird die im Teilfunktionsblock 13 durchgeführte Bestimmung des Zustands x_G des Bordnetzes erläutert.
Der Wertebereich des Zustands x_G umfasst hier fünf diskrete Werte {–2; –1; 0; +1; +2}. Hierbei beschreibt ein Zustandswert x_G = +2 einen positiv erschöpften Zustand des Bordnetzes, x_G = +1 einen positiv angespannten Zustand des Bordnetzes, x_G = +0 einen entspannten Zustand des Bordnetzes, x_G = –1 einen negativ angespannten Zustand des Bordnetzes und x_G = –2 einen negativ erschöpften Zustand des Bordnetzes.
Die Bestimmung des Zustands x_G (insbesondere die dafür verwendete Priorisierung der Zustände x_U_Batt, x_I_Batt und x_SoC) hängt vorzugsweise neben den Zuständen x_U_Batt, x_I_Batt und x_SoC der Systemgrößen U_Batt, I_Batt und SoC auch von dem jeweiligen Betriebsmodus des Bordnetzes ab.
Ein erster Betriebsmodus ist beispielsweise ein Betriebsmodus mit möglichst optimaler Leistungsbereitstellung, bei dem eine hohe Bordnetzspannung (beispielsweise für Fahrwerks-Regelsysteme), bereitgestellt wird und daher eine entsprechend hohe Batteriespannung eingestellt werden muss. Ein zweiter Betriebsmodus ist beispielsweise ein Betriebsmodus für einen effizienten Betrieb (möglichst ohne Laden und Entladen der Batterie), bei dem die Batteriespannung nicht sehr hoch gewählt wird. Ein dritter Betriebsmodus ist ein Betriebsmodus zum Komponentenschutz mit geringer Belastung der Batterie.
Im Folgenden wird beispielsweise ein Betriebsmodus mit optimaler Leistungsbereitstellung mit hoher Bordnetzspannung (beispielsweise zur Versorgung von Fahrwerks-Regelsystemen) angenommen. Der Bedarf an optimaler Leistungsbereitstellung kann beispielsweise aufgrund von Navigationsinformation über einen vorausliegenden Streckenabschnitt mit hohem Spannungsbedarf prädiziert werden.
Der Zustand x_G des Bordnetzes ergibt sich beispielsweise als Funktion der Zustände x_U_Batt, x_I_Batt und x_SoC und einer Priorisierung P der Zustände x_U_Batt, x_I_Batt und x_SoC zueinander: x_G = f(x_SoC; x_I_Batt; x_U_Batt; P)
Die Priorisierung P der Zustände x_U_Batt, x_I_Batt und x_SoC zueinander ist vorzugsweise eine Funktion des Betriebsmodus: P = f(Betriebsmodus)
Daher ist der Zustand x_G des Bordnetzes auch von dem Betriebsmodus abhängig.
Beispielsweise ergibt sich bei dem angenommenen Betriebsmodus mit optimaler Leistungsbereitstellung folgende Priorisierung P: P: x_SoC < X_I_Batt < x_U_Batt
In diesem Fall hat der Zustand x_I_Batt des Batteriestroms I_Batt eine höhere Priorität als der Zustand x_SoC des SoC, während der Zustand x_U_Batt der Batteriespannung U_Batt eine höhere Priorität als der Zustand x_I_Batt des Batteriestroms I_Batt aufweist.
Der Zustand x_G des Bordnetzes entspricht beispielsweise dem Zustand derjenigen Systemgröße, die die höchste Priorität bei einer gegebenen Priorisierung P aufweist. Im Fall der oben dargestellten beispielhaften Priorisierung P, bei der x_U_Batt die höchste Priorität aufweist, gilt also x_G = x_U_Batt. Im Fall von x_SoC = 2, x_I_Batt = 1 und x_U_Batt = –1 und der vorstehend beschriebenen Priorisierung P ergibt sich also x_G = –1.
Wenn beispielsweise im Betriebsmodus für einen effizienten Betrieb eine Priorisierung P mit x_SoC < x_U_Batt < x_I_Batt angenommen wird (d. h. x_I_Batt weist die höchste Priorität auf), gilt x_G = x_I_Batt.
Alternativ wäre es auch möglich, den Zustand x_G des Bordnetzes durch Mittelwertbildung (mit oder ohne Gewichtung) der Zustände x_U_Batt, x_I_Batt und x_SoC zu bestimmen.
Nach Bestimmung des Zustands x_G des Bordnetzes wird im Betriebsstrategie-Kern 10 eine betriebsstrategische Handlung BSH in Abhängigkeit des Zustands x_G des Bordnetzes festgelegt (s. Funktionsblock 10 in 1), beispielsweise in der in Tabelle 1 dargestellten Weise.

x_G BSH

2 Bordnetzspannung stark absenken

1 Bordnetzspannung absenken

0 keine Änderung

–1 Bordnetzspannung erhöhen

–2 Bordnetzspannung stark erhöhen

Tabelle 1: Festlegung der betriebsstrategischen Handlung BSH in Abhängigkeit des Zustands x_G des Bordnetzes
Im Fall von x_G = 2, d. h. im Fall eines positiv erschöpften Zustands des Bordnetzes, wird beispielsweise als betriebsstrategische Handlung BSH die Bordnetzspannung stark abgesenkt. Im Fall von x_G = –2, d. h. im Fall eines negativ erschöpften Zustands des Bordnetzes, wird beispielsweise als betriebsstrategische Handlung BSH die Bordnetzspannung stark erhöht. Im Fall von x_G = 0, d. h. im Fall eines entspannten Zustands des Bordnetzes, erfolgt beispielsweise keine Änderung.

Basierend auf der festgelegten betriebsstrategischen Handlung BSH werden Werte für die Stellgrößen U_Gen,soll und EV bestimmt (s. Software-Funktionsblock Modifikation 11 in 1). Tabelle 2 zeigt beispielhafte Werte für U_Gen,soll und EV in Abhängigkeit der festgelegten betriebsstrategische Handlung BSH.

BSH	U_Gen,soll	EV
Bordnetzspannung stark absenken	11 V	100%
Bordnetzspannung absenken	12 V	100%
keine Änderung	keine Änderung	keine Änderung
Bordnetzspannung erhöhen	13,5 V	90%
Bordnetzspannung stark erhöhen	14,3 V	80%

Tabelle 2: Werte der Stellgrößen U_Gen,soll und EV in Abhängigkeit der betriebsstrategischen Handlung BSH

Für den Fall, dass die Bordnetzspannung stark abgesenkt werden soll, wird beispielsweise die Soll-Generatorspannung U_Gen,soll auf einen geringen Wert von 11 V gesetzt und die Energieverfügbarkeit EV auf ihren maximalen Wert gesetzt. Wenn seitens der Betriebsstrategie keine Änderung vorgesehen ist, werden die Werte für U_Gen,soll und EV unverändert belassen. Für den Fall, dass die Bordnetzspannung stark erhöht werden soll, wird beispielsweise die Soll-Generatorspannung U_Gen,soll auf einen hohen Wert von 14,3 V gesetzt und die Energieverfügbarkeit EV auf einen geringen Wert von 80% gesetzt, so dass die Verbraucher 7.1–7.n die Batterie 4 wenig belasten und die Batteriespannung U_Batt damit steigt.
Es kann optional vorgesehen sein, dass die Werte der Stellgrößen U_Gen,soll und EV nicht nur in Abhängigkeit des Zustands x_G bestimmt werden, sondern auch direkt von dem Zustand x_U_Batt, x_I_Batt und/oder x_SoC abhängig sind (zusätzlich zu dem Zustand von x_G). Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass für den Fall x_SoC = 2 und x_G = –2 eine alternative Betriebsstrategie BSH für x_G = –2 festgelegt wird, bei der die Bordnetzspannung zwar stark erhöht wird, jedoch ohne dass die Verbraucher eine reduzierte Leistungsaufnahme (durch einen reduzierten Verbraucherstrom I_v,1–I_v,n) aufweisen. In diesem Fall der alternativen Betriebsstrategie für x_G = –2 wird beispielsweise die Soll-Generatorspannung U_Gen,soll auf einen hohen Wert von 14,3 V gesetzt, während die Energieverfügbarkeit EV auf einen hoher Wert von 100% gesetzt wird. Der Hintergrund hierfür ist, dass im Fall von x_SoC = 2 die Leistungsfähigkeit der Batterie 4 hoch ist und somit die Verbraucher 7.1–7.n nicht in ihrer Leistungsaufnahme gedrosselt werden müssen.

Claims

Betriebsstrategie-Verfahren für ein eine elektrische Batterie (4), einen elektrischen Generator (2) und mehrere elektrische Verbraucher (7.1–7.n) umfassendes elektrisches Energiebordnetz eines Kraftfahrzeugs, umfassend die Schritte: – für eine Mehrzahl von gemessenen oder sonst wie ermittelten systembeschreibenden Systemgrößen (U_Batt, I_Batt, SoC) des Bordnetzes, Bestimmen eines Zustands (x_U_Batt, x_I_Batt, x_SoC) der Systemgröße in Abhängigkeit des Werts der jeweiligen Systemgröße, wobei der so bestimmte jeweilige Zustand einen von mehreren möglichen diskreten Werten aufweist; – Bestimmen eines übergeordneter Zustands (x_G) des Bordnetzes aus den Zuständen (x_U_Batt, x_I_Batt, x_SoC) der Systemgrößen, wobei der so bestimmte übergeordnete Zustand des Bordnetzes einen von mehreren möglichen diskreten Werten aufweist; und – Bestimmen von Werten für Stellgrößen (U_Gen,Soll, EV) des Bordnetzes in Abhängigkeit des übergeordneten Zustands des Bordnetzes.
Betriebsstrategie-Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Systemgrößen eine, mehrere oder sämtliche der folgenden Größen umfassen: – die Batteriespannung (U_Batt) der Batterie des Bordnetzes, – den Batteriestrom (I_Batt) der Batterie des Bordnetzes, – den Ladezustand (SoC) der Batterie und – die Auslastung des elektrischen Generators.
Betriebsstrategie-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stellgrößen eine oder mehrere der folgenden Größen umfassen: – die Soll-Generatorspannung (U_Gen,Soll) als Führungsgröße für einen Regler zur Regelung der Generatorspannung des elektrischen Generators, – eine Steuergröße (EV) zur Steuerung der elektrischen Leistungsaufnahme mindestens eines elektrischen Verbrauchers.
Betriebsstrategie-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zustände (x_U_Batt, x_I_Batt, x_SoC) der jeweiligen Systemgrößen durch Schwellwertvergleich der jeweiligen Systemgröße mit jeweils einem Schwellwert bestimmt werden, wobei jeder Schwellwert einen Übergang zwischen zwei benachbarten Zustandswerten beschreibt und vorzugsweise der jeweilige Übergang zwischen zwei Zustandswerten eine Hysterese aufweist.
Betriebsstrategie-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Priorisierung der Zustände der Systemgrößen untereinander vorhanden ist und der übergeordnete Zustand (x_G) des Bordnetzes aus den Zuständen (x_U_Batt, x_I_Batt, x_SoC) der Systemgrößen unter Berücksichtigung der Priorisierung bestimmt wird.
Betriebsstrategie-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Werte für Stellgrößen (U_Gen,Soll, EV) des Bordnetzes in Abhängigkeit – des übergeordneten Zustands (x_G) des Bordnetzes und – eines oder mehrerer Zustände (x_U_Batt, x_I_Batt, x_SoC) der Systemgrößen bestimmt werden.
Betriebsstrategie-Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Bestimmens von Werten für Stellgrößen des Bordnetzes umfasst: – Festlegen einer betriebsstrategischen Handlung (BSH) in Abhängigkeit des übergeordneten Zustands (x_G) des Bordnetzes; und – Bestimmten der Werte für Stellgrößen (U_Gen,Soll, EV) des Bordnetzes in Abhängigkeit der betriebsstrategischen Handlung (BSH).