DE102013214814B4 - Verfahren zum Steuern der Energieversorgung mindestens einer Komponente eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Steuern der Energieversorgung mindestens einer Komponente (1) eines Fahrzeugs, wobei die mindestens eine Komponente (1) zumindest in manchen Betriebszuständen des Fahrzeugs zumindest teilweise mit elektrischer Energie versorgt wird, die rekuperativ mittels einer elektrischen Maschine erzeugt wird,wobei mittels eines Energiemanagementsystems (4) vorausschauend abgeschätzt wird, wann voraussichtlich elektrische Energie rekuperativ erzeugt wird und die Energieversorgung der mindestens einen Komponente (1) erst dann gestartet oder gesteigert wird, wenn tatsächlich elektrische Energie rekuperativ erzeugt wird,dadurch gekennzeichnet, dassder mindestens einen Komponente rekuperativ erzeugte elektrische Energie unter Umgehung eines elektrischen Energiespeichers zugeführt wird und die Energieversorgung der mindestens einen Komponente (1) unter Umgehung des elektrischen Energiespeichers erst dann gestartet oder gesteigert wird, wenn die elektrische Maschine tatsächlich elektrische Energie rekuperativ erzeugt, wobei auf Basis einer vorgegebenen Entscheidungslogik entschieden wird, ob mit einer Zufuhr von Energie oder mit einer gesteigerten Zufuhr von Energie zu der mindestens einen Komponente (1) noch so lange gewartet werden kann, bis erneut rekuperativ Energie erzeugt werden kann.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Energieversorgung mindestens einer Komponente eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 10 2011 006 433 A1 bekannt. Zum technischen Hintergrund der vorliegenden Erfindung zählen die DE 10 2009 053 690 A1 , DE 10 2009 000 115 A1 , DE 10 2011 075 284 A1 , DE 10 2008 021 045 A1 , DE 10 2008 025 852 A1 sowie die DE 10 2004 007 985 A1 .
  • Ein Charakteristikum von Hybridfahrzeugen und reinen Elektrofahrzeugen besteht darin, dass im Schubbetrieb des Fahrzeugs mittels einer oder mehrerer im Fahrzeug vorgesehener elektrischer Maschinen Energie rekuperiert wird. Bei der Rekuperation wird kinetische Energie des Fahrzeugs bzw. einzelner Fahrzeugkomponenten mittels einer als Generator arbeitenden elektrischen Maschine in elektrische Energie umgewandelt und in einem elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs, z.B. in einer Batterie- oder einer Kondensatoranordnung, zwischengespeichert. Die im Energiespeicher zwischengespeicherte Energie kann dann bei Bedarf einzelnen elektrischen Komponenten bzw. Verbrauchern des Fahrzeugs zugeführt werden.
    Die Alterungsgeschwindigkeit einer Batterie hängt von einer Vielzahl von Parametern und sehr komplexen elektrochemischen Mechanismen ab. Es ist bekannt, dass die Alterung u.a. durch die Häufigkeit von Lade- und Entladezyklen beeinflusst wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Steuern der Energieversorgung mindestens einer Komponente (insbesondere mehrerer Komponenten) eines Fahrzeugs anzugeben, das sich günstig auf den Wirkungsgrad des Fahrzeugs und, sofern Energie elektrisch rekuperiert wird, sich günstig auf die Alterungsgeschwindigkeit eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs auswirkt.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, rekuperierte Energie „Verbrauchern“ im Fahrzeug möglichst direkt, d.h. unter Vermeidung einer Zwischenspeicherung bzw. unter Umgehung eines Energiespeichers zuzuführen.
  • Dadurch lässt sich die Anzahl von „Zyklisierungen“ (Speicher-/Entspeichervorgänge) minimieren, was sich naturgemäß günstig auf den Wirkungsgrad des Fahrzeugs und, im Falle, dass es sich bei dem Energiespeicher um einen elektrischen Energiespeicher, wie z.B. eine Batterie handelt, günstig auf die Lebensdauer des Energiespeichers auswirkt.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern der Energieversorgung mindestens einer Komponente eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei die mindestens eine Komponente zumindest in manchen Betriebszuständen des Fahrzeugs zumindest teilweise „direkt“ mit Energie versorgt wird, die aktuell rekuperativ erzeugt wird. „Direkt“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass rekuperierte Energie nicht in einem Speicher zwischengespeichert oder der mindestens einen Komponente über den Speicher zugeführt wird, sondern unter Umgehung des Speichers.
  • Gemäß der Erfindung wird mittels eines elektronischen Energiemanagementsystems vorausschauend abgeschätzt, wann im Fahrzeug voraussichtlich Energie rekuperativ erzeugt wird, d.h. wann voraussichtlich damit zu rechnen ist, dass das Fahrzeug in einen Schub- oder Bremsbetrieb übergeht. „Wann“ ist nicht zwingend zeitlich zu verstehen. Denkbar ist auch, dass das Energiemanagementsystem abschätzt, in welcher Entfernung vom aktuellen Standort voraussichtlich (wieder) Energie rekuperativ erzeugt werden kann.
  • Gemäß der Erfindung wird die Energieversorgung der mindestens einen Komponente erst dann gestartet oder - ausgehend von einer momentan zugeführten Leistung - erst dann gesteigert, wenn tatsächlich Energie rekuperativ erzeugt wird. Anders ausgedrückt wird mittels eines „prädiktiven Energiemanagementsystems“ - sofern dies mit einer übergeordneten Betriebsstrategie des Fahrzeugs und unter Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten zulässig erscheint - einem oder mehreren „Verbrauchern“ des Fahrzeugs Energie erst dann zugeführt oder erst dann mehr Energie zugeführt, wenn aktuell rekuperierte Energie zur Verfügung steht. Energieverbräuche im Fahrzeug werden also, soweit möglich, auf Rekuperationsphasen „verschoben“.
  • Die Erfindung ist insbesondere (aber nicht nur) im Zusammenhang mit Elektro- oder Hybridfahrzeugen anwendbar, bei denen im Schubbetrieb bzw. in Bremsphasen des Fahrzeugs kinetische Energie mittels einer generatorisch arbeitenden elektrischen Maschine in elektrische Energie umgewandelt wird. Gemäß der Erfindung wird rekuperativ mittels einer elektrischen Maschine erzeugte elektrische Energie mindestens einer Komponente oder mehreren Komponenten des Fahrzeugs unter Umgehung eines elektrischen Energiespeichers (z.B. Batterie) zugeführt, wobei die Versorgung der mindestens einen Komponente mit elektrischer Energie unter Umgehung des elektrischen Energiespeichers erst dann gestartet oder gesteigert wird, wenn die elektrische Maschine tatsächlich elektrische Energie rekuperativ erzeugt.
  • Voraussetzung hierfür ist ein leistungsfähiges Energiemanagementsystem, mittels dem prädiktiv abgeschätzt werden kann, wann das Fahrzeug voraussichtlich rekuperativ Energie erzeugt, d.h. wann das Fahrzeug voraussichtlich rekuperativ gebremst wird.
  • Sofern das Fahrzeug mit einem Navigationssystem ausgestattet ist und eine bestimmte Fahrstrecke einprogrammiert ist, kann auf Basis von Daten, die von dem Navigationssystem bereitgestellt werden, ermittelt werden, wann das Fahrzeug voraussichtlich rekuperativ Energie erzeugen wird. Mittels des Navigationssystems kann z.B. ermittelt werden, wann
    • • eine Gefällestrecke bevorsteht, und/oder
    • • eine Kurve bevorsteht, für deren Durchfahren das Fahrzeug ausgehend von der momentanen Geschwindigkeit voraussichtlich abgebremst werden muss, und/oder
    • • ein Tempolimit bevorsteht, bei dem das Fahrzeug ausgehend von der momentanen Geschwindigkeit voraussichtlich abgebremst werden muss, und/oder
    • • eine Ampel bevorsteht, wobei mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit davon auszugehen ist, dass das Fahrzeug abgebremst werden muss,
    • • etc.
  • Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Energiemanagementsystem eine vorgegebene Logik auf, auf deren Basis entschieden wird, ob unter Berücksichtigung der übergeordneten Betriebsstrategie des Fahrzeugs und verschiedener zu berücksichtigender Sicherheitsaspekte mit der Versorgung der mindestens einen Komponente des Fahrzeugs mit Energie noch so lange gewartet werden kann bzw. darf, bis voraussichtlich rekuperativ erzeugte Energie zur Verfügung steht und diese der mindestens einen betreffenden Komponente unmittelbar, d.h. unter Umgehung des Energiespeichers zugeführt werden kann.
  • Wird auf Basis der Entscheidungslogik entschieden, dass mit einer Zufuhr von Energie oder mit einer gesteigerten Zufuhr von Energie zu der mindestens einen Komponente unter Berücksichtigung der übergeordneten Betriebsstrategie des Fahrzeugs und/oder unter Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten nicht gewartet werden kann bzw. sollte, so kann die entsprechende Komponente mit Energie, die im Energiespeicher des Fahrzeugs gespeichert ist, versorgt werden.
  • Wie bereits erwähnt, kann durch Auswerten von Daten eines Navigationssystems abgeschätzt wird, wann das Fahrzeug voraussichtlich rekuperativ gebremst wird. Beispielsweise kann mit Daten aus einem Navigationssystem vorausschauend überprüft werden, ob eine Gefällestrecke bevorsteht oder Kurven, vor denen das Fahrzeug voraussichtlich abgebremst werden muss.
  • Sofern Gefälleabschnitte bevorstehen, kann vorgesehen sein, dass diese nur dann im Sinne der Erfindung „berücksichtigt“ werden, wenn sie ein vorgegebenes Mindestgefälle aufweisen bzw. überschreiten. Anders ausgedrückt, werden nur solche Gefälleabschnitte als Streckenabschnitte interpretiert, auf denen voraussichtlich Energie rekuperativ erzeugt wird, die ein gewisses Mindestgefälle aufweisen.
  • Alternativ oder ergänzend zu Daten, die von einem Navigationssystem bereitgestellt werden, kann vorgesehen sein, dass das Energiemanagementsystem auf Basis von Daten, die dem Fahrzeug (von außen) drahtlos zugeführt werden, abschätzt, wann voraussichtlich erneut Energie rekuperativ erzeugt wird. Derartige Daten (z.B. Stauinformationen, aktuelle Wetterinformationen, etc.) können dem Fahrzeug z.B. über Rundfunksignale, SMS (Short Message System), ein Mobilfunknetz o.ä. zugeführt werden.
  • Bei der mindestens einen Komponente handelt es sich vorzugsweise um eine Komponente, die nicht unmittelbar sicherheitsrelevant für den aktuellen Betrieb des Fahrzeugs ist. Es versteht sich von selbst, dass sicherheitsrelevante Fahrzeugsysteme, wie etwa eine Lenkunterstützung, ein Bremskraftverstärker o.ä. stets hinreichend mit Energie versorgt werden müssen und man nicht „warten“ kann, bis hierfür rekuperativ erzeugte Energie zur Verfügung steht.
  • Weniger sicherheitsrelevante Systeme, wie etwa eine Heckscheibenheizung, ein Verdichter einer Klimaanlage, eine Sitzheizung, eine Lenkradheizung, eine Spiegelheizung, o.ä. können hingegen durchaus zwischenzeitlich abgeschaltet oder vorübergehend mit verringerter Leistung betrieben werden, wenn gerade keine rekuperativ erzeugte Energie zur Verfügung steht. In einem Fahrzeug sind nämlich verschiedene „Energieverbraucher“ vorzufinden, die für sich genommen zwar wichtig für den Betrieb des Fahrzeugs sind, bei denen es aber nur eine untergeordnete Rolle spielt, ob ihnen sofort bzw. zu einem etwas späteren Zeitpunkt Energie zugeführt wird bzw. ob mit einer (gesteigerten) Energiezufuhr „gewartet“ wird, bis erneut rekuperativ erzeugte Energie zur Verfügung steht.
  • Zusammenfassend werden mit der Erfindung insbesondere folgende Vorteile erreicht:
    • • Verringerung der Speicheralterung, ohne Verzicht auf Rekuperationspotenzial;
    • • Maximierung der rekuperierten Energiemenge und Verbesserung des „Rekuperationswirkungsgrads“;
    • • rein softwaremäßig und daher mit geringen Kosten umsetzbar;
    • • Verringerung des Kraftstoffverbrauchs und somit des CO2-Ausstoßes des Fahrzeugs;
    • • Nutzung der Energiespeicherkapazitäten verschiedener Komponenten des Fahrzeugs.
  • Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
  • Die einzige 1 beschreibt das Grundprinzip der Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels.
    • 1 zeigt einen elektrischen Lüfter 1, der, wenn er in Betrieb ist, einen Luftstrom erzeugt, welcher einem hier nur schematisch angedeuteten Kühler eines Kühlkreislaufs eines Verbrennungsmotors Wärme entzieht.
  • Der Lüfter 1 kann mittels eines elektrischen Schalters 3 zu- bzw. abgeschaltet werden.
  • Sofern unter Berücksichtigung einer übergeordneten Betriebsstrategie des Fahrzeugs und unter Berücksichtigung verschiedener Sicherheitsaspekte zulässig, wird mit einem (erneuten) Zuschalten des Lüfters 1 so lange gewartet, bis im Fahrzeug rekuperativ erzeugte Energie zur Verfügung steht. Das Einschalten des Schalters 3 erfolgt durch ein elektronisches Energiemanagementsystem 4, das mit einer Verbrennungsmotorsteuerung 5 gekoppelt ist.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Steuern der Energieversorgung mindestens einer Komponente (1) eines Fahrzeugs, wobei die mindestens eine Komponente (1) zumindest in manchen Betriebszuständen des Fahrzeugs zumindest teilweise mit elektrischer Energie versorgt wird, die rekuperativ mittels einer elektrischen Maschine erzeugt wird, wobei mittels eines Energiemanagementsystems (4) vorausschauend abgeschätzt wird, wann voraussichtlich elektrische Energie rekuperativ erzeugt wird und die Energieversorgung der mindestens einen Komponente (1) erst dann gestartet oder gesteigert wird, wenn tatsächlich elektrische Energie rekuperativ erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens einen Komponente rekuperativ erzeugte elektrische Energie unter Umgehung eines elektrischen Energiespeichers zugeführt wird und die Energieversorgung der mindestens einen Komponente (1) unter Umgehung des elektrischen Energiespeichers erst dann gestartet oder gesteigert wird, wenn die elektrische Maschine tatsächlich elektrische Energie rekuperativ erzeugt, wobei auf Basis einer vorgegebenen Entscheidungslogik entschieden wird, ob mit einer Zufuhr von Energie oder mit einer gesteigerten Zufuhr von Energie zu der mindestens einen Komponente (1) noch so lange gewartet werden kann, bis erneut rekuperativ Energie erzeugt werden kann.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Komponente (1) mit Energie, die in dem Energiespeicher gespeichert ist, versorgt wird, wenn unter Berücksichtigung einer Betriebsstrategie des Fahrzeugs und/oder Sicherheitsaspekten mit der Zufuhr von Energie oder mit einer gesteigerten Zufuhr von Energie zu der mindestens einen Komponente (1) nicht gewartet werden kann, bis erneut rekuperativ Energie erzeugt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch Auswerten von Daten eines Navigationssystems abgeschätzt wird, wann das Fahrzeug voraussichtlich rekuperativ gebremst wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis einer in das Navigationssystem einprogrammierten Strecke Gefälleabschnitte, die ein vorgegebenes Mindestgefälle aufweisen, als Streckenabschnitte interpretiert werden, auf denen voraussichtlich Energie rekuperativ erzeugt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiemanagementsystem (4) auf Basis von Daten, die dem Fahrzeug drahtlos zugeführt werden, abgeschätzt wird, wann voraussichtlich Energie rekuperativ erzeugt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der mindestens einen Komponente (1) um eine elektrische Heizeinrichtung handelt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der mindestens einen Komponente um eine Komponente handelt, in der Energie speicherbar ist.
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