DE102014221430A1

DE102014221430A1 - Ladevorrichtung für ein elektrisches Fahrzeug und Ladeverfahren

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Publication number: DE102014221430A1
Application number: DE201410221430
Authority: DE
Inventors: Michael Edward Loftus; John Proietty; Oleg Yurievitch Gusikhin; Perry Robinson MacNeille
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-10-24
Filing date: 2014-10-22
Publication date: 2015-04-30
Also published as: CN104578245B; US20150115886A1; US10406937B2; CN104578245A

Abstract

Ein beispielhaftes Ladeverfahren für ein elektrisches Fahrzeug umfasst das Laden einer Batterie eines Fahrzeugs unter Verwendung einer externen Energiequelle und das Einstellen der Ladung basierend auf einer vorhergesagten Menge an Ladung, die beim Fahren des Fahrzeugs vom Standort der externen Energiequelle an zumindest einen Zielort erzeugt wird. Die externe Energiequelle befindet sich auf einer größeren Höhe als ein beliebiger Punkt entlang der Strecke an den zumindest einen Zielort.

Description

Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen ein elektrisches Fahrzeug und im Besonderen das effiziente Laden einer Batterie des elektrischen Fahrzeugs.
Im Allgemeinen unterscheiden sich elektrische Fahrzeuge von herkömmlichen Motorfahrzeugen, da elektrische Fahrzeuge wahlweise unter Verwendung einer oder mehrerer batteriebetriebener elektrischer Maschinen angetrieben werden. Herkömmliche Motorfahrzeuge hingegen stützen sich für den Antrieb des Fahrzeugs ausschließlich auf einen Verbrennungsmotor. Elektrische Fahrzeuge können anstelle des Verbrennungsmotors oder zusätzlich zu diesem elektrische Maschinen verwenden.
Beispielhafte elektrische Fahrzeuge umfassen Hybridelektrokraftfahrzeuge (HEV), Steckdosenhybridelektrokraftfahrzeuge (PHEV) und batterieelektrische Fahrzeuge (BEV). Elektrische Fahrzeuge sind typischerweise mit einer Batterie ausgestattet, die mehrere Batteriezellen enthält, die elektrische Energie speichern, um die elektrische Maschine anzutreiben. Die Batterie kann vor der Verwendung aufgeladen und während einer Fahrt durch Nutzbremsen oder einen Verbrennungsmotor wiederaufgeladen werden.
Beim Bergabfahren ist häufig entweder mechanisches Bremsen oder Nutzbremsen erforderlich, um das elektrische Fahrzeug auf einer sicheren Geschwindigkeit zu halten. Nutzbremsen kann Ladung für die Batterie erzeugen. Ist die Batterie vollständig aufgeladen, kann es sein, dass die Batterie nicht in der Lage ist, die durch das Nutzbremsen erzeugte Ladung aufzunehmen.
Ein Ladeverfahren für ein elektrisches Fahrzeug gemäß einem Beispielaspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem das Laden einer Batterie eines Fahrzeugs unter Verwendung einer externen Energiequelle und das Einstellen des Ladevorgangs basierend teilweise auf einer vorhergesagten Menge an Ladung, die beim Fahren des Fahrzeugs von der externen Energiequelle an einen Zielort erzeugt wird. Die externe Ladungsquelle befindet sich auf einer größeren Höhe als ein beliebiger Punkt entlang der Strecke an den zumindest einen Zielort.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform des vorangegangenen Ladeverfahrens für ein elektrisches Fahrzeug umfasst das Einstellen das Beenden des Ladevorgangs.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorangegangenen Verfahren umfasst das Laden der Batterie des Fahrzeugs an der externen Energiequelle das Übertragen von Energie von einer Energiequelle außerhalb des Fahrzeugs an die Batterie.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorangegangenen Verfahren umfasst die Ladung, die aufgrund des Fahrens des Fahrzeugs von der externen Energiequelle bergab an den Zielort erzeugt wird, einen Energierückgewinnungsladevorgang.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorangegangenen Verfahren umfasst das Verfahren das Einstellen des Ladens so, dass die Batterie an der externen Energiequelle bis zu einem Zustand aufgeladen wird, der zur Folge hat, dass die Batterie nominell vollständig aufgeladen ist, wenn das Fahrzeug einen Punkt der maximalen kumulativen Energierückgewinnungsladung erreicht, und so, dass das Fahrzeug nominell die gesamte beim Fahren des Fahrzeugs von der externen Energiequelle an den Zielort erzeugte Ladung speichern oder nutzen wird.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorangegangenen Verfahren erfasst das Verfahren von dem Fahrzeug beim Fahren des Fahrzeugs von der externen Energiequelle an den Zielort während des Einstellens verbrauchte Ladung.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorangegangenen Verfahren umfasst das Einstellen das Laden der Batterie des Fahrzeugs an der externen Energiequelle, bis die Batterie einen Sollladezustand erreicht, der geringer ist als eine Ladekapazität der Batterie.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorangegangenen Verfahren umfasst das Laden der Batterie an der externen Energiequelle das Übertragen von Ladungsenergie von außerhalb des Fahrzeugs an das Fahrzeug.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorangegangenen Verfahren umfasst das Einstellen das Begrenzen der Ladung der Batterie an der externen Energiequelle, um eine Menge an verfügbarem Ladungsspeicher in der Batterie zu belassen, wobei die Menge an verfügbarem Ladungsspeicher im Allgemeinen einer Menge an beim Fahren des Fahrzeugs von der externen Energiequelle an den Zielort erzeugten Ladung entspricht.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorangegangenen Verfahren umfasst das Verfahren das Aufheben der Begrenzung zur nominell vollständigen Ladung der Batterie des Fahrzeugs an der externen Energiequelle.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorangegangenen Verfahren umfasst das Verfahren das Empfangen des Zielortes als Eingabe.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorangegangenen Verfahren umfasst der zumindest eine Zielort einen ersten Zielort und einen zweiten Zielort, wobei das Einstellen ferner basierend auf einer Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug am ersten Zielort anhält, verglichen mit einer Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug am zweiten Zielort anhält, erfolgt.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorangegangenen Verfahren basieren die Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug am ersten Zielort anhält, und die Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug am zweiten Zielort anhält, auf dem bisherigen Fahrverlauf.
Eine Ladevorrichtung für ein elektrisches Fahrzeug gemäß einem Beispielaspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem einen Sensor zum Detektieren eines in einer Batterie eines Fahrzeugs gehaltenen Ladezustands und eine Steuerung, die operabel mit dem Sensor gekoppelt ist. Die Steuerung ist konfiguriert, ein Laden der Batterie aus einer externen Energiequelle basierend auf einer vorhergesagten Menge an Ladung, die beim Fahren des Fahrzeugs vom Standort der externen Energiequelle an einen Zielort erzeugt wird, zu begrenzen. Die externe Energiequelle befindet sich auf einer größeren Höhe als ein beliebiger Punkt entlang der Strecke an den Zielort.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform der vorangegangenen Ladevorrichtung basiert die vorhergesagte Menge an Ladung, die beim Fahren des Fahrzeugs vom Standort der externen Energiequelle an den Zielort erzeugt wird, auf einer Differenz zwischen einer Höhe des Standortes der externen Energiequelle und einer Höhe eines Punktes entlang einer Strecke an einen Zielort.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorangegangenen Ladevorrichtungen befindet sich der Standort der externen Energiequelle auf einer ersten Höhe und ein Punkt entlang der Strecke an den Zielort auf einer zweiten Höhe, die geringer ist als die erste Höhe.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorangegangenen Ladevorrichtungen stellt das Fahrzeug eine Eingriffsmöglichkeit bereit, um ein vollständiges Laden der Batterie aus der externen Energiequelle zuzulassen.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorangegangenen Ladevorrichtungen, worin die externe Energiequelle von dem Fahrzeug getrennt und eigenständig ist.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorangegangenen Ladevorrichtungen ist die Steuerung konfiguriert, das Laden der Batterie an der externen Energiequelle so einzustellen, dass der Ladezustand der Batterie beim Abfahren des Fahrzeugs vom Standort der externen Energiequelle zur Folge hat, dass die Batterie vollständig aufgeladen ist, wenn ein Punkt der maximalen kumulativen Energierückgewinnungsladung erreicht ist, und das Fahrzeug nominell die gesamte beim Fahren von der externen Energiequelle an den Zielort erzeugte Energierückgewinnungsladung nutzen wird.
In einer weiteren, nicht einschränkenden Ausführungsform einer der vorangegangenen Ladevorrichtungen ist ein Navigationssystem zum Bereitstellen von Höheninformationen über den Standort und den Zielort umfasst.
Die diversen Merkmale und Vorteile der offenbarten Beispiele erschließen sich einschlägigen Fachleuten anhand der ausführlichen Beschreibung. Die Figuren, die der ausführlichen Beschreibung beigefügt sind, lassen sich wie folgt kurz beschreiben:
1 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften Antriebsstrangarchitektur für ein elektrisches Fahrzeug.
2 zeigt eine stark schematische Ansicht einer Ladevorrichtung für ein elektrisches Fahrzeug, die in Verbindung mit dem Antriebsstrang aus 1 verwendet wird.
3 zeigt eine beispielhafte Ladestrategie, die von der Ladevorrichtung für ein elektrisches Fahrzeug aus 2 angewandt wird.
4 zeigt eine externe Energiequelle auf einer ersten Höhe und einen Zielort auf einer zweiten Höhe, die geringer ist als die erste Höhe.
5 ist eine topographische Darstellung der ersten Höhe und der zweiten Höhe in 4.
6 zeigt graphisch eine Wahrscheinlichkeit, dass ein Fahrzeug innerhalb einer bestimmten Zone von Figuren angehalten wird.
7 zeigt einen Ladezustand in einer Batterie des Antriebsstrangs aus 1 nach Vollendung einer Ladung auf einer ersten Höhe.
8 zeigt den Ladezustand in der Batterie des Antriebsstrangs aus 1 nach der Abfahrt von der ersten Höhe auf eine zweite Höhe, die geringer ist als die erste Höhe.
1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrisches Fahrzeug. Obwohl es als Hybridelektrokraftfahrzeug (HEV) dargestellt ist, versteht sich, dass die hierin beschriebenen Konzepte nicht auf HEV beschränkt sind und sich auch auf andere elektrisch betriebene Fahrzeuge erstrecken können, z.B., ohne auf diese beschränkt zu sein, Steckdosenhybridelektrokraftfahrzeuge (PHEV) und batterieelektrische Fahrzeuge (BEV).
In einer Ausführungsform ist der Antriebsstrang 10 ein Energieaufteilungsantriebsstrangsystem, das mit einem ersten Antriebssystem und einem zweiten Antriebssystem arbeitet. Das erste Antriebssystem umfasst eine Kombination aus einem Motor 14 und einem Generator 18 (d.h. eine erste elektrische Maschine). Das zweite Antriebssystem umfasst zumindest einen Motor 22 (d.h. eine zweite elektrische Maschine), den Generator 18 und eine Batterie 24. In diesem Beispiel gilt das zweite Antriebssystem als elektrisches Antriebssystem des Antriebsstrangs 10. Das erste und das zweite Antriebssystem erzeugen ein Drehmoment, um eine oder mehrere Gruppen von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrischen Fahrzeugs anzutreiben.
Der Motor 14, der in diesem Beispiel ein Verbrennungsmotor ist, und der Generator 18 können durch eine Energieübertragungseinheit 30, z.B. einen Planetenzahnradsatz, miteinander verbunden sein. Natürlich können auch andere Arten von Energieübertragungseinheiten, darunter andere Zahnradsätze und Zahnräder, dazu verwendet werden, den Motor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform ist die Energieübertragungseinheit 30 ein Planetenzahnradsatz, der ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägeranordnung 36 umfasst.
Der Generator 18 kann vom Motor 14 durch die Energieübertragungseinheit 30 dazu angetrieben werden, kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ dazu als Motor fungieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch ein Drehmoment auf eine mit der Energieübertragungseinheit 30 verbundene Welle 38 abgegeben wird. Da der Generator 18 wirksam mit dem Motor 14 verbunden ist, kann die Drehzahl des Motors 14 durch den Generator 18 gesteuert werden.
Das Hohlrad 32 der Energieübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die durch eine zweite Energieübertragungseinheit 44 mit den Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Energieübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz mit einer Vielzahl von Zahnrädern 46 umfassen. Auch andere Energieübertragungseinheiten können geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen Drehmoment von dem Motor 14 auf ein Differenzial 48, um letztendlich den Fahrzeugantriebsrädern 28 Traktion bereitzustellen. Das Differenzial 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern umfassen, die die Übertragung des Drehmoments auf die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglichen. In diesem Beispiel ist die zweite Energieübertragungseinheit 44 durch das Differenzial 48 mechanisch mit einer Achse 50 gekoppelt, um Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 zu verteilen.
Der Motor 22 (d.h. die zweite elektrische Maschine) kann auch dazu eingesetzt werden, die Fahrzeugantriebsräder 28 anzutreiben, indem Drehmoment an eine Welle 52 abgegeben wird, die auch mit der zweiten Energieübertragungseinheit 44 verbunden ist. In einer Ausführungsform wirken der Motor 22 und der Generator 18 als Teil eines Nutzbremssystems zusammen, bei dem sowohl der Motor 22 als auch der Generator 18 als Motoren zur Abgabe von Drehmoment eingesetzt werden können. Beispielsweise können der Motor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische Energie an die Batterie 24 abgeben.
Die Batterie 24 ist eine beispielhafte Art einer Batterieanordnung für ein elektrisches Fahrzeug. Die Batterie 24 kann eine Hochspannungsbatterie sein, die in der Lage ist, elektrische Energie zum Betreiben des Motors 22 und des Generators 18 abzugeben. Weitere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder Abgabevorrichtungen können mit dem elektrischen Fahrzeug mit dem Antriebsstrang 10 ebenfalls verwendet werden.
Nutzbremsen kann eingesetzt werden, um die Batterie 24 aufzuladen, wenn das Fahrzeug in Betrieb ist. Wenn das Fahrzeug parkt und nicht in Betrieb ist, kann eine externe Energiequelle 56, z.B. eine Ladestation für ein elektrisches Fahrzeug, zum Laden des Fahrzeugs verwendet werden. Die externe Energiequelle ist Teil einer Infrastruktur elektrischer Energie, die elektrische Energie zum Laden der Batterien elektrischer Fahrzeuge liefert.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2 bei anhaltender Bezugnahme auf 1 wird eine beispielhafte Ladevorrichtung für ein elektrisches Fahrzeug 60 in Verbindung mit der Batterie 24 zum Überwachen und Steuern des Ladens der Batterie 24 verwendet. Die beispielhafte Ladevorrichtung für ein elektrisches Fahrzeug 60 wird dazu verwendet, das Laden der Batterie 24 zu steuern, sodass Energierückgewinnungsladen effizient genutzt wird und ein Fahrzeug mit der Ladevorrichtung für ein elektrisches Fahrzeug 60 nominell vollständig aufgeladen abfährt und an einem Zielort ankommt.
Nominell vollständig aufgeladen bezeichnet im Kontext dieser Offenbarung, dass die Batterie 24 bis zu ihrer Gesamtkapazität vollständig aufgeladen ist und die Batterie 24 Ladezustände in unwesentlichen Abständen vom Zustand der vollständigen Ladung aufweist, z.B. also zu 99,5 Prozent ihrer Ladekapazität geladen ist. Bei einem solchen Ladezustand würden einschlägige Fachleute anerkennen, dass die Batterie 24 de facto vollständig geladen ist.
Die Ladevorrichtung für das elektrische Fahrzeug 60 umfasst einen Steuerungsteil 64 und einen Sensor 68. Die Steuerung 64 öffnet und schließt einen Schalter 88, um die Batterie 24 wahlweise mit einer externen Energiequelle 56 zu koppeln. Die Ladevorrichtung 60 für ein elektrisches Fahrzeug kann zumindest teilweise an dem Fahrzeug angebracht, zumindest teilweise an der externen Energiequelle 56 angebracht oder beides sein. Die Steuerung 64 ist eine Bordfahrzeugsteuerung, wobei in manchen Beispielen die Ladevorrichtung 60 eine untergeordnete Vorrichtung des Fahrzeugs ist. Der Sensor 68 kann an Bord des Fahrzeugs errechnet und an die Ladevorrichtung übermittelt werden.
Die Steuerung 64 kann mit einem Navigationssystem 70, das sich an Bord des Fahrzeugs befindet, und einem Navigationssystem 72, das sich nicht an Bord des Fahrzeugs befindet, kommunizieren. Die Navigationssysteme 70 und 72 versorgen die Steuerung mit Informationen, z.B. zu Höhe und Entfernungen, zwischen dem Standort der externen Energiequelle und diversen Zielorten.
Die externe Energiequelle 56 ist von dem Antriebsstrang 10 und anderen Teilen des Fahrzeugs getrennt. Die externe Energiequelle 56 ist z.B. eine Ladestation an einem Wohnort oder Arbeitsplatz eines Fahrers des Fahrzeugs. Die externe Energiequelle 56 versorgt die Batterie 24 mit Energie. Die Energie aus der externen Energiequelle wird nicht von einem Teil des Antriebsstrangs 10 erzeugt.
Wenn der Schalter 88 der elektrischen Ladevorrichtung 60 geschlossen ist, ist die Batterie 24 mit der externen Energiequelle 56 gekoppelt und die externe Energiequelle 56 lädt die Batterie 24 auf. Wenn der Schalter 88 offen ist, ist die Batterie 24 von der externen Energiequelle 56 entkoppelt, und die externe Energiequelle 56 lädt die Batterie 24 nicht auf.
Die Steuerung 64 bewegt in diesem Beispiel den Schalter 88 zwischen der offenen und der geschlossenen Position basierend auf Informationen von dem Sensor 68 über den Ladezustand der Batterie 24 und basierend auf vorhergesagten Ladungsdaten 92. Die vorhergesagten Ladungsdaten 92 umfassen zumindest eine vorhergesagte Menge an Ladung, die von dem Fahrzeug beim Fahren des Fahrzeugs vom Standort der externen Energiequelle 56 weg an einen Zielort oder einen Punkt der maximalen kumulativen Energierückgewinnungsladung.
Insbesondere sollten einschlägige Fachleute auf dem Fachgebiet in Kenntnis des Nutzens dieser Offenbarung verstehen, wie die Energie vorherzusagen ist, die ein elektrisches Fahrzeug beim Fahren an einen Zielort auf einer anderen Höhe verbraucht. Der vorhergesagte Energieverbrauch kann vom Wetter, von den Verkehrsbedingungen etc. abhängen. Zum Vorhersagen des Energieverbrauchs kann ein Vorhersagealgorithmus eingesetzt werden. Der vorhergesagte Energieverbrauch berücksichtigt die von dem Fahrzeug beim Fahren an den Zielort verbrauchte Energie ebenso wie die durch das Energierückgewinnungsladen erzeugte Energie.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 3 und 4 bei anhaltender Bezugnahme auf 2 bedarf ein Fahrzeug 100 an einer Ladestation 104 des Ladens. An der Ladestation 104 befindet sich die externe Energiequelle 56. In diesem Beispiel kommt das Fahrzeug 100 an der Ladestation 104 mit einem Ladezustand W an. Unter Verwendung von Streckeninformationen aus den Navigationssystemen 70 und 72 berechnet die Steuerung 64, dass entlang der Strecke an einen Zielort 108 in erster Linie aufgrund von Höhenunterschieden signifikante Nutzbremsphasen eintreten werden, um die Batterie 24 aufzuladen.
Die Beispielsteuerung 64 berechnet, dass das Nutzbremsen die Batterie 24 an einem Standort auf halber Strecke 112 zu 100 % laden kann. Durch das Vorhersagen der entlang der Strecke zu dem Standort auf halber Strecke 112 verbrauchten und erzeugten Energie identifiziert die Ladestrategie, dass das Fahrzeug 24 am Ladestandort 104 nur bis zum Ladezustand X und nicht zu 100 % aufgeladen werden muss.
In diesem Beispiel lässt sich ein von der Steuerung 64 eingesetzter Algorithmus als für jeden Punkt entlang der Strecke die geschätzte künftige kumulative Ladung bis zu diesem Punkt abzüglich der kumulativen Entladung bis zu diesem Punkt berechnend charakterisieren. Der Punkt, an dem die Differenz am höchsten ist, ist jener, an dem der SOC (Ladezustand) 100 % betragen sollte. Dann bestimmt der Algorithmus, welcher Ausgangs-SOC erforderlich ist, damit dieser maximale SOC-Wert gleich 100 % ist. Liegt der dabei erzielte Ausgangs-SOC unter 100 %, werden Einsparungen erzielt.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 5 bis 8 bei anhaltender Bezugnahme auf 2 befindet sich die externe Energiequelle 56 auf einer ersten Höhe E₁. Ein Zielort 96 für ein Beispielfahrzeug 100 mit dem Antriebsstrang 10 befindet sich auf einer zweiten Höhe E₂. Die erste Höhe E₁ ist höher als die zweite Höhe E₂.
Während das Fahrzeug 100 von der ersten Höhe E₁ auf die zweite Höhe E₂ hinunterfährt, wird mechanisches Bremsen oder Nutzbremsen eingesetzt, um das Fahrzeug 100 auf einer sicheren Geschwindigkeit zu halten. Nutzbremsen unter Verwendung des Motors 22 stellt Energierückgewinnungsladung bereit. Ist die Batterie 24 vollständig aufgeladen, kann die Energierückgewinnungsladung verschwendet sein. Alternativ dazu können die mechanischen Bremsen zum Einsatz kommen, anstatt dass der Motor 22 verwendet wird, was die mechanischen Bremsen abnützt und durch das Erzeugen von Wärme Energie verschwendet. Die mechanischen Bremsen erzeugen keine Ladung. Die Steuerung 64 stellt sicher, dass die Energierückgewinnungsladung genutzt und nicht gänzlich verschwendet wird.
In diesem Beispiel öffnet die Steuerung 64 den Schalter 88, um die externe Energiequelle 56 daran zu hindern, die Batterie 24 auf einen Sollladezustand aufzuladen, oberhalb von dem die während einer Abfahrt von der Höhe E_C zur Höhe E_D erzeugte Energierückgewinnungsladung nicht vollständig in der Batterie 24 gespeichert oder vom Fahrzeug 100 genutzt werden kann, oder weder noch. Wenngleich er als physisch betätigter Schalter 88 beschrieben ist, werden einschlägige Fachleute in Kenntnis des Vorteils dieser Offenbarung verstehen, dass der Schalter 88 mehrere Formen annehmen kann, darunter jene digitaler Elektronikschaltungen, die sich zwischen Zuständen bewegen.
Die vorhergesagten Ladungsdaten 92 können eine Schätzung einer Gesamtenergierückgewinnungsladung umfassen, die erzeugt wird, während das Fahrzeug 100 von der ersten Höhe E₁ zur zweiten Höhe E₂ hinunterfährt. Basierend auf dieser Schätzung der Gesamtenergierückgewinnungsladung, die während der Abfahrt erzeugt wird, beendet die Steuerung 64 das Laden der Batterie 24 durch die externe Energiequelle 56, indem sie den Schalter 88 öffnet.
Die vorhergesagten Ladungsdaten 92 können ferner eine Schätzung einer Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug 100 innerhalb einer bestimmten Höhenzone (z.B. Zone A, Zone B, Zone C, Zone D oder weiter als Zone D) anhält, umfassen. Die Wahrscheinlichkeit kann zumindest teilweise auf dem bisherigen Fahrverlauf beruhen. Der Steuerungsteil 64 kann den Fahrverlauf nachverfolgen und die Wahrscheinlichkeit vorhersagen, mit der das Fahrzeug 100 in eine bestimmte Höhenzone fahren wird. Die Batterie 24 wird von der externen Energiequelle 56 basierend teilweise auf diesen Informationen aufgeladen.
In einem Beispiel entspricht die Menge der während der Abfahrt von der ersten Höhe E₁ auf die zweite Höhe E₂ erzeugten Energierückgewinnungsladung 5 % der Gesamtspeicherkapazität der Batterie 24. Die Steuerung 64 erkennt, dass die 5 % Kapazität benötigt werden, um die Batterie 24 während der Abfahrt von der Höhe E_C auf die Höhe E_D zu lagern aufzuladen, und öffnet den Schalter 88, nachdem die externe Energiequelle 56 die Batterie 24 auf 95 % ihrer Gesamtkapazität aufgeladen hat (siehe 7). Das Fahrzeug fährt dann von der Höhe E_C auf die Höhe E_D hinunter. Nachdem es die Höhe E_D erreicht hat, ist die Batterie 24 vollständig oder nominell vollständig aufgeladen (siehe 8).
Wo die externe Energiequelle 56 stattdessen die Batterie 24 auf mehr als 95 % der Gesamtspeicherkapazität der Batterie 24 laden, gilt zu beachten, dass die 5 % Energierückgewinnungsladung, die während der Abfahrt von der Höhe E₁ auf die Höhe E₂ bereitgestellt werden, dann nicht vollständig in der Batterie 24 gespeichert würden. In manchen Beispielen werden, wenn die Batterie 24 nicht in der Lage ist, Ladung zu speichern, mechanische Bremsen auf dem Fahrzeug 100 eingesetzt und wird das Laden durch das Nutzbremsen nicht angewandt.
Der Zielort 108 kann durch einen Nutzer des Fahrzeugs beim Koppeln des elektrischen Fahrzeugantriebsstrangs 10 mit der externen Energiequelle 56 in die Steuerung 64 einprogrammiert werden. Die Steuerung 64 kann Informationen über den Zielort 108 aus einer Heimapplikation auf dem PC eines Lenkers des Fahrzeugs, einer Smartphone-Applikation etc. erhalten werden. Der Zielort 108 kann der Steuerung 64 vor dem Beginn des Ladens der Batterie 24 mit der externen Energiequelle 56, nach dem Beginn des Ladens der Batterie 24 mit der externen Energiequelle 56 oder sowohl als auch bereitgestellt werden.
In manchen Beispielen ist kein Eingeben des Zielortes 108 in die Steuerung 64 erforderlich. Wenn z.B. die externe Energiequelle 56 sich in einem Haushalt auf einem Berg befindet und das Fahrzeug 100 typischerweise von dem Haushalt 2.000 Fuß bergab fährt, bevor es eine Hauptstraße erreicht, kann die Steuerung 64 so programmiert werden, dass sie eine Energierückgewinnungsladung im Zusammenhang mit einer Nutzbremsung während eines Höhenabfalls von 2.000 Fuß berücksichtigt. Das Eingeben eines neuen Zielorts wäre dann nicht mehr jedes Mal erforderlich, wenn das Fahrzeug 100 zum Laden mit der externen Energiequelle 55 gekoppelt wird.
Die Steuerung 64 kann Höhenänderungen in allen Richtungen ab der externen Energiequelle 56 oder nur Höhenänderungen entlang von Straßen 114 ab der externen Energiequelle 56 berücksichtigen.
In manchen Beispielen stellt die Steuerung 64 oder das Fahrzeug eine Eingriffsmöglichkeit, z.B. einen Schalter 118, bereit. Die Eingriffsmöglichkeit lässt das vollständige Laden der Batterie aus der externen Energiequelle zu. Ist die Batterie 24 mit der externen Energiequelle 56 gekoppelt, kann der Eingriffsschalter 118 aktiviert werden, um die Steuerung 64 außer Kraft zu setzen und als Antwort auf die vorhergesagten Ladungsdaten 92 oder auf das Erreichen des Sollladezustands die Batterie 24 von der externen Energiequelle 56 zu entkoppeln.
Ist der Sollladezustand geringer als eine Ladekapazität der Batterie 24, lässt der Eingriffsschalter 118 zu, dass die Batterie 24 aus der externen Energiequelle 56 nominell vollständig aufgeladen wird. Ein Anwender kann sich z.B. dann dafür entscheiden, den Eingriffsschalter zu betätigen, wenn während einer Abfahrt kein Energierückgewinnungsladen erwünscht ist.
Merkmale der offenbarten Beispiele umfassen das Bereitstellen eines Ladeverfahrens und einer Fahrzeugladevorrichtung, die eine Batterie eines elektrischen Fahrzeugs unter Einsatz verfügbaren Energierückgewinnungsladens aufgrund von Höhenänderungen beim Fahren effizient auflädt, anstatt sie mit elektrischer Energie aus einer elektrischen Energiequelle aufzuladen. Die Treibstoffersparnis und die Zufriedenheit des Besitzers werden damit gesteigert. Das Verfahren und die Ladevorrichtung senken die Kosten für den Besitzer oder Lenker. Das Verfahren und die Ladevorrichtung verringern auch die Ladezeiten der Traktionsbatterie, die Abnützung der Bremsen, die Kohlenstoffemissionen und die Verschmutzung aufgrund der Abnützung mechanischer Bremsen. Das Verfahren kann auch Energiekosten für das Laden des Fahrzeugs sparen, Zeit zum Laden des Fahrzeugs sparen und die Abnützung mechanischer Bremsen einsparen.
Die vorangegangene Beschreibung ist in ihrem Wesen beispielhaft und nicht einschränkend. Es können sich einschlägigen Fachleuten Variationen und Modifikationen der offenbarten Beispiele erschließen, die nicht zwangsläufig von der Essenz dieser Offenbarung abweichen. Daher lässt sich der dieser Offenbarung verliehene rechtliche Schutzumfang ausschließlich durch die Lektüre der nachstehenden Patentansprüche bestimmen.

Claims

Verfahren zum Laden eines elektrischen Fahrzeugs, das Folgendes umfasst: das Laden einer Batterie eines Fahrzeugs unter Verwendung einer externen Energiequelle; und das Einstellen der Ladung basierend teilweise auf einer vorhergesagten Menge an Ladung, die beim Fahren des Fahrzeugs von der externen Energiequelle an zumindest einen Zielort erzeugt wird, wobei die externe Energiequelle sich auf einer größeren Höhe befindet als ein beliebiger Punkt entlang der Strecke an den zumindest einen Zielort.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Einstellen das Beenden des Ladens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Laden der Batterie des Fahrzeugs an der externen Energiequelle das Übertragen von Energie aus einer Energiequelle außerhalb des Fahrzeugs an die Batterie umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Ladung, die aufgrund des Fahrens des Fahrzeugs von der externen Energiequelle bergab an den Zielort erzeugt wird, ein Energierückgewinnungsladen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Ladung so eingestellt wird, dass die Batterie an der externen Energiequelle bis zu einem Zustand aufgeladen wird, der zur Folge hat, dass die Batterie nominell vollständig aufgeladen ist, wenn das Fahrzeug einen Punkt der maximalen kumulativen Energierückgewinnungsladung erreicht, und so, dass das Fahrzeug nominell die gesamte beim Fahren des Fahrzeugs von der externen Energiequelle an den Zielort erzeugte Ladung speichern oder nutzen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Berücksichtigen von dem Fahrzeug beim Fahren des Fahrzeugs von der externen Energiequelle an den Zielort verbrauchter Ladung während des Einstellens umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen das Laden der Batterie des Fahrzeugs an der externen Energiequelle, bis die Batterie einen Sollladezustand erreicht, der geringer ist als eine Ladekapazität der Batterie, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Laden der Batterie an der externen Energiequelle das Übertragen von Ladungsenergie von außerhalb des Fahrzeugs an das Fahrzeug umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einstellen das Begrenzen der Ladung der Batterie an der externen Energiequelle umfasst, um eine Menge an verfügbarem Ladungsspeicher in der Batterie zu belassen, wobei die Menge an verfügbarem Ladungsspeicher im Allgemeinen einer Menge an beim Fahren des Fahrzeugs von der externen Energiequelle an den Zielort erzeugten Ladung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 9, das das Aufheben der Begrenzung zur nominell vollständigen Ladung der Batterie des Fahrzeugs an der externen Energiequelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das das Empfangen des Zielortes als Eingabe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zumindest eine Zielort einen ersten Zielort und einen zweiten Zielort umfasst, wobei das Einstellen ferner basierend auf einer Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug am ersten Zielort anhält, verglichen mit einer Wahrscheinlichkeit, dass das Fahrzeug am zweiten Zielort anhält, erfolgt.