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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, das eine Solareinrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie als eine erste elektrische Energiequelle, wenigstens eine zweite elektrische Energiequelle, wenigstens eine ein Bordnetz mit wenigstens einem Verbraucher speisende Batterie und eine den Ladebetrieb der Batterie aus den Energiequellen steuernde Steuereinrichtung aufweist. Daneben betrifft die Erfindung auch ein solches Kraftfahrzeug.
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Moderne Kraftfahrzeuge weisen immer grundsätzlich wenigstens ein Bordnetz auf, das von einer wieder aufladbaren Energiequelle, konkret einer Batterie, gespeist wird. Insbesondere bei Elektro- und Hybridkraftfahrzeugen sind sogar Ausgestaltungen bekannt, in denen mehrere Bordnetze vorliegen, meist ein Niedrigspannungsbordnetz, dessen Betriebsspannung niedriger ist als die eines Hochspannungsnetzes und das Hochspannungsnetz. Niedrigspannungsnetze beziehungsweise die Bordnetze, aus denen die meisten Verbraucher innerhalb des Kraftfahrzeugs versorgt werden, können beispielsweise bei einer Spannung von 12 V betrieben werden.
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Um die Batterie wieder aufladen zu können, muss das Bordnetz wenigstens eine (weitere) elektrische Energiequelle aufweisen. Bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen ist dies meist der als „Lichtmaschine” bekannte Generator, wobei auch insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit einem Elektromotor rekuperativ elektrische Energie gewonnen werden kann und/oder ein Energieaustausch zwischen mehreren Bordnetzen, beispielsweise über einen Gleichspannungswandler, erfolgen kann. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Batterie eines Niedrigspannungsnetzes aus dem Hochspannungsnetz, in dem beispielsweise ein Elektromotor als Generator betrieben wird, geladen werden. Es sind auch externe Energiequellen denkbar, die eine einem Bordnetz zugeordnete Batterie eines Kraftfahrzeugs aufladen können, insbesondere bei Elektrokraftfahrzeugen und den sogenannten Plug-in-Hybriden.
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Zur Steuerung des Ladebetriebs der Batterie aus den internen und externen Energiequellen und meist auch zur Steuerung der Energieabgabe der Batterie an das Bordnetz ist in den Kraftfahrzeugen meist eine Steuereinrichtung vorgesehen. Dabei werden bestimmte, der Lebensdauer der Batterie zuträgliche und der Batteriealterung abträgliche Ladezustände und/oder Ladevorgänge besonders bevorzugt, wobei es sich gezeigt hat, dass ein hoher Ladezustand einer Degradation der Eigenschaften der Batterie weniger abträglich ist als ein niedriger Ladezustand.
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Als weitere elektrische Energiequelle wurde in Kraftfahrzeugen inzwischen auch eine Solareinrichtung vorgeschlagen, die üblicherweise wenigstens eine Solarzelle aufweist. Beispielsweise kann die Solareinrichtung dachseitig in dem Kraftfahrzeug realisiert werden, so dass letztlich ein Solardach gebildet wird. Dies ermöglicht es, Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Die von der Solareinrichtung gelieferte elektrische Energie kann im Kraftfahrzeug unmittelbar verbraucht werden, aber auch benutzt werden, um die Batterie, üblicherweise eine Niedrigspannungsbatterie, insbesondere eine 12 V-Batterie, zu laden. Nachdem die von einer Solareinrichtung gelieferten Leistungen meist deutlich geringer als der Bedarf des Bordnetzes sind, wird ein Laden der Batterie aus der Solareinrichtung üblicherweise dann durchgeführt, wenn das Kraftfahrzeug nicht in Betrieb ist, also in einem Nichtbetriebszustand.
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Um eine solche Solareinrichtung, die insbesondere auch den Verbrauch von Verbrennungsmotoren und somit die Schadstoffentwicklung reduzieren kann, maximal ausnutzen zu können, sollte immer dann, wenn in einer Nichtbetriebsphase des Kraftfahrzeugs geladen werden kann, genügend Speicherkapazität für die von der Solareinrichtung gelieferte elektrische Energie zur Verfügung stehen. Um dies zu gewährleisten, wurde vorgeschlagen, eine zusätzliche Batterie im Kraftfahrzeug vorzusehen und/oder eine festgelegte Energiemenge in der ohnehin vorhandenen Batterie des Bordnetzes für die Solarenergie zu reservieren.
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Dabei ist es jedoch schwierig, eine geeignete Energiemenge, also Speicherkapazität, auszuwählen, die für die Solareinrichtung und Ladevorgänge in Nichtbetriebszuständen reserviert sein soll. Insbesondere bestehen große Unterschiede zwischen den Energieumwandlungsmöglichkeiten der Solareinrichtung im Sommer und im Winter, so dass es dazu kommen kann, dass man im Sommer zu wenig und im Winter zu viel Speicherkapazität reserviert. Dies führt nun dazu, dass zum einen nicht immer sämtliche gewinnbare Solarenergie gespeichert werden kann, zum anderen aber dazu, dass bei Reservierung von Speicherkapazität in der Batterie aufgrund des geringen Ladezustands eine zu schnelle Batteriealterung auftritt, nachdem die Batterie häufig über lange Zeiträume auf niedrigeren Ladezuständen gehalten wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Betriebsverfahren anzugeben, bei dem trotz der Möglichkeit zur Einspeicherung großer Mengen an gewinnbarer Solarenergie eine Batteriealterung reduziert ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass aus eine zukünftige Nichtbetriebsphase des Kraftfahrzeugs beschreibenden Eingangsdaten eine während der Nichtbetriebsphase zum Laden der Batterie von der Solareinrichtung erzeugte Energiemenge vorausberechnet wird, woraus ein Sollladezustand der Batterie zu Beginn der Nichtbetriebshase ermittelt und das Kraftfahrzeug so betrieben wird, dass der Sollladezustand zu Beginn der Nichtbetriebsphase vorliegt.
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Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, aufgrund von Eingangsdaten zu prädizieren, welche Energiemenge voraussichtlich während der nächsten Nichtbetriebsphase des Kraftfahrzeugs von der Solareinrichtung zur Verfügung gestellt wird. Darauf basierend kann eine Anpassung der Betriebsstrategie des Kraftfahrzeugs beziehungsweise konkret eine Anpassung des Batteriemanagements vorgenommen werden, um die Batterie des Kraftfahrzeugs nur bis zu einem bestimmten Ladezustand, dem Sollladezustand, zu laden, beziehungsweise den Ladezustand während des Betriebs auf den Sollladezustand fallen zu lassen, so dass die notwendige Batteriekapazität zu Beginn der Nichtbetriebsphase zur Verfügung steht. Während es mithin bisher angedacht war, die Batterie bis auf einen Mindestladezustand zu entladen, um möglichst immer eine maximale Menge an Solarenergie einspeichern zu können, erlaubt es die vorliegende Erfindung, von diesem Mindestladezustand abzuweichen, wenn die Prädiktion der Energiemenge ergibt, dass die Batterie auf viel höheren Ladezuständen gehalten werden kann, so dass mithin eine geringere Batteriealterung auftritt. Die zur Speicherung von Solarenergie notwendige Batteriekapazität wird mithin situationsabhängig für den Solarladevorgang freigehalten. Durch diese situationsbedingte Reservierung von Speicherkapazität wird mithin immer dafür gesorgt, dass die optimale Speicherkapazität vorhanden ist, um die erzeugte Solarenergie zu speichern; ferner können insbesondere dann, wenn geringe erzeugte Energiemengen prädiziert werden, längere Zeit höhere Ladezustände der Batterie gehalten werden.
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Dabei ist es selbstverständlich zweckmäßig, wenn der Sollladezustand innerhalb eines durch einen vorgegebenen Mindestladezustand und einen vorgegebenen Maximalladezustand beschriebenen Intervall bestimmt wird. Der Mindestladezustand ist dabei ein Ladezustand, der sicherstellt, dass die grundlegenden Funktionalitäten im Bordnetz, insbesondere ein problemloses Starten des Kraftfahrzeugs, weiterhin zur Verfügung stehen, mithin dass die Batterie nicht zu sehr entladen wird. Der Maximalladezustand kann sich aus der maximalen Energiespeicherkapazität der Batterie ergeben; er kann gegebenenfalls jedoch auch so bestimmt werden, dass bestimmte zu hohe Ladezustände, die eine schlechte Auswirkung auf Batterieeigenschaften haben könnten, vermieden werden. Dabei ist es im Übrigen durchaus denkbar, dass zumindest der Mindestladezustand auch abhängig von Situationsdaten gewählt wird, beispielsweise im Winter höher als im Sommer und dergleichen. In jedem Fall ist es zweckmäßig, wenn ein Zwischenwert als der Maximalladezustand weniger der Energiemenge ermittelt wird, wobei dann, wenn der Zwischenwert den Mindestladezustand unterschreitet, der Mindestladezustand als Sollladezustand verwendet wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Mindestladezustand nicht unterschritten wird, wobei sich am Maximalladezustand orientiert wird.
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Über die Steuerung des Betriebs des Kraftfahrzeugs in der Betriebsphase hinaus kann sich das Verfahren mit besonderem Vorteil auch auf die Steuerung des Ladevorgangs und/oder Energieverbrauchs der Batterie in der Nichtbetriebsphase erstrecken, wozu auch die Eingangsdaten, wenigstens teilweise und/oder ergänzt, nützlich sein können. Mithin sieht eine bevorzugte Ausgestaltung vor, dass die Eingangsdaten, insbesondere ein während der Nichtbetriebsphase neu ermittelter und/oder aktualisierter Anteil der Eingangsdaten, auch bei der Steuerung des Ladevorgangs und/oder des Energieverbrauchs in der Nichtbetriebsphase berücksichtigt werden.
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Konkret kann hierzu vorgesehen sein, dass bei einem Laden der Batterie in der Nichtbetriebsphase aus mehreren Energiequellen eine Energieaufnahme aus einer zweiten und/oder dritten, kraftfahrzeugexterne Energiequelle hinsichtlich einer noch zu erwartenden Energiemenge seitens der Solareinrichtung reduziert wird. Mit anderen Worten kann bei einem Laden der Batterie aus weiteren Energiequellen in der Nichtbetriebsphase Energie aus anderen Energiequellen als der Solareinrichtung zurückgehalten werden, um die Energiemenge, die ja den Sollladezustand definiert hat, auch unterbringen zu können. Geht aus den Eingangsdaten hervor, dass erst zu einem späteren Zeitpunkt der Nichtbetriebsphase das zur Energieumwandlung benötigte Licht (bzw. die benötigte Photovoltaikleistung) vorhanden ist, können beispielsweise auch Energieverbräuche beispielsweise für trotz des Nichtbetriebs aktive Steuergeräte und Sensoren berücksichtigt werden, was das Laden aus anderen Energiequellen und/oder den Ladezustand der Batterie angeht, so dass idealerweise eine optimale Ausnutzung der Solarenergie gegeben ist. Besonders relevant ist eine derartige Ausgestaltung auch bei Ladevorgängen von Elektro- und Plugin-Hybridkraftfahrzeugen, bei denen häufig die Ladeeinrichtung für die Batterie des Hochspannungsnetzes auch zum Laden der Batterie des Niedrigspannungsnetzes, insbesondere über einen Gleichspannungswandler, mitverwendet wird und dergleichen.
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Nützliche Eingangsdaten zur Ermittlung des Sollladezustands können in verschiedene Gruppen eingeteilt werden, wobei bevorzugt Eingangsdaten aus all diesen Gruppen vorliegen, so dass gegebenenfalls im Folgenden bei der Diskussion von Eingangsdaten einer Gruppe bereits auf Synergieeigenschaften zu Eingangsdaten anderer Gruppen hingewiesen wird, bevor diese ausführlich diskutiert wurden. Hauptsächliche Gruppen von nützlichen Eingangsdaten umfassen den Ort der Nichtbetriebsphase beschreibende Ortsinformationen, die Energiegewinnungsverhältnisse für die Solareinrichtung beschreibende Umstandsinformationen, einen zur Verfügung stehenden Energiegewinnungszeitraum beschreibende Zeitinformationen und selbstverständlich Kenndaten der Solareinrichtung, insbesondere ein Leistungskennfeld.
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Es kann mithin vorgesehen sein, dass wenigstens eine den Ort der Nichtbetriebsphase beschreibende Ortsinformation als Eingangsdatum verwendet wird. Es hat sich gezeigt, dass der Ort, an dem das Kraftfahrzeug in der Nichtbetriebsphase abgestellt wird, wesentliche Einflüsse auf die gewinnbare Solarenergie hat. Dabei betrifft die am präzisesten vorliegende Ortsinformation den Zielort der aktuellen Betriebsphase des Kraftfahrzeugs, nachdem dann der Ort, an dem die Nichtbetriebsphase stattfindet, äußerst genau bekannt ist.
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So kann vorgesehen sein, dass wenigstens eine der wenigstens einen Ortsinformation für einen aus Navigationsinformationen eines Navigationssystems bekannten und/oder, insbesondere unter Berücksichtigung von historischen Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs und/oder Fahrerdaten über den Fahrer des Kraftfahrzeugs, prädizierten Zielort ermittelt werden. Wird das Kraftfahrzeug aktuell mit Hilfe eines Navigationssystems des Kraftfahrzeugs betrieben, ist der Zielort meist bekannt und kann von dem Navigationssystem als Ortsinformation einfach abgefragt werden. Es ist jedoch auch denkbar, den Zielort zu prädizieren. Hierzu können historische, also über die Zeit angesammelte, Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs betrachtet werden, nachdem es bei vielen Fahrern vorkommt, dass regelmäßig bestimmte Fahrten durchgeführt werden, beispielsweise üblicherweise in einem bestimmten Zeitraum von zu Hause zum Arbeitsplatz und in einem anderen Zeitraum vom Arbeitsplatz nach Hause gefahren wird und dergleichen. Für Navigationssysteme wurden derartige Prädiktionen von Zielorten bereits vorgeschlagen, wobei die entsprechenden Prädiktionsvorgänge beziehungsweise Prädiktionsalgorithmen selbstverständlich auch gewinnbringend im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Derartige Prädiktionsalgorithmen nutzen häufig auch Fahrerdaten über den Fahrer des Kraftfahrzeugs, insbesondere Kalenderdaten und/oder sonstige Termindaten, auf die beispielsweise über eine geeignete Internet-Schnittstelle zugegriffen werden kann. Ist beispielsweise bekannt, dass der Fahrer in Kürze einen Termin an einem bestimmten Zielort hat, ist davon auszugehen, dass er auch zu diesem Zielort fahren wird. Eine derartige Prädiktion kann nun nicht nur zur Unterstützung des Fahrers bei der Navigation eingesetzt werden, sondern es ist auch denkbar, derartiges Wissen in eine Bestimmung der während der Nichtbetriebsphase erzeugten Energiemenge einfließen zu lassen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Ortsinformation eine geodätische Positionsangabe, insbesondere ein Breitengrad und/oder ein Längengrad und/oder eine Höhe über dem Meeresspiegel, ermittelt wird. Aus derartigen geodätischen Positionsangaben lässt sich besonders vorteilhaft auf den Sonnenstand, den Sonnenaufgang und den Sonnenuntergang schließen, was wichtige Daten bei der Beurteilung der gewinnbaren Energiemenge für bestimmte Zeiträume beziehungsweise längere Zeiträume mit sich bringt. Auch die Höhe, in der das Kraftfahrzeug abgestellt ist, hat einen, wie sich gezeigt hat, nicht unwesentlichen Einfluss auf die tatsächlich gewinnbare Energiemenge der Solareinrichtung. Entsprechende bekannte Zusammenhänge können genutzt werden, um die Energiemenge noch genauer bestimmen zu können.
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Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass es nicht wesentlich ist, insbesondere im Hinblick auf die geodätischen Positionsangaben, äußerst exakt den Zielort zu kennen. Vielmehr können auch aktuelle Positionsangaben des Kraftfahrzeugs während des Betriebs, beispielsweise erhalten über einen GPS-Sensor, stellvertretend eingesetzt werden, da leichte Variationen im Längengrad beziehungsweise im Breitengrad nur einen eher geringen Einfluss auf die gewinnbare Energiemenge der Solareinrichtung haben werden; nichts destotrotz ist die genaue Kenntnis des Zielorts durchaus zweckmäßig, da aus diesen Eingangsdatum weitere Eingangsdaten abgeleitet werden können, insbesondere Umstandsinformationen, die sich letztlich auf die Bedingungen am Ort der Nichtbetriebsphase, insbesondere also am Zielort, beziehen.
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So kann mithin vorgesehen sein, dass als Eingangsdatum wenigstens eine die Energiegewinnungsverhältnisse für eine Solareinrichtung beschreibende Umstandsinformation verwendet wird. Eine derartige Umstandsinformation kann eine Wetterinformation in einem Ortsbereich der Nichtbetriebsphase sein, insbesondere eine Bewölkungsinformation und/oder eine Temperaturangabe. Die Wirkungsgrade von Solareinrichtungen sind häufig von der Außentemperatur abhängig; hierzu kommt, dass selbstverständlich bei vorliegender Bewölkung die Menge zur Verfügung stehenden Sonnenlichts reduziert wird, mithin auch eine geringere Energiemenge erzeugt werden kann. Mithin stellen Informationen wie beispielsweise ein Bewölkungsgrad und die Temperatur nützliche Größen zu einer genaueren Abschätzung der gewinnbaren Energiemenge dar. Während Wetterinformationen gegebenenfalls für eine aktuelle Position des Kraftfahrzeugs in der Betriebsphase schon bestimmt werden können, ist es besonders zweckmäßig, wenn als Ortsinformationen, wie soeben beschrieben, auch bereits ein Zielort vorliegt, zu dem, beispielsweise über eine Internetschnittstelle, Wetterinformationen abgefragt werden können.
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Eine weitere nützliche Umstandsinformation ist eine Abschattungsinformation für den Ort der Nichtbetriebsphase. Ist beispielsweise bekannt, dass das Kraftfahrzeug in einer Garage abgestellt werden wird, wird keine oder nur sehr wenig Energie mit der Solareinrichtung gewonnen werden können. In diesem Kontext sei nochmals ausdrücklich auf die Vorteile hingewiesen, die Eingangsdaten auch für das Steuern des Ladevorgangs in der Nichtbetriebsphase einzusetzen, denn dann kann auch dann, wenn das Kraftfahrzeug gerade abgestellt wurde und erst dann festgestellt wird, inwieweit eine Abschattung vorliegt, noch eine Anpassung erfolgen. Wird in einer Neuberechnung dann die Energiemenge nach unten korrigiert, mithin der Sollladezustand nach oben, können weitere in der Nichtbetriebsphase nutzbare Energiequellen stärker genutzt werden; im umgekehrten Fall schwächer oder es können Energieverbräuche von auch in der Nichtbetriebsphase aktiven Verbrauchern angepasst werden, um selbst dann noch Sollladezustände und mithin zur Verfügung stehende Energiespeicherkapazitäten anpassen zu können.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass wenigstens eine der wenigstens einen Umstandsinformation, insbesondere als statistische Angabe einer Energiegewinnungsgröße für Solareinrichtungen, eine aus Energiegewinnungsdaten mehrerer anderer Kraftfahrzeuge in einem Ortsbereich der Nichtbetriebsphase ermittelte Fremdfahrzeuginformation ermittelt wird. Es können mithin Informationen anderer Kraftfahrzeuge, die ebenfalls eine Solareinrichtung aufweisen können, es jedoch nicht zwangsläufig müssen, mit berücksichtigt werden, die beispielsweise über eine kraftfahrzeugexterne Recheneinrichtung, insbesondere einen Server, erhalten werden können. Beispielsweise können so als Energiegewinnungsgrößen gemittelte, zeitbezogene Leistungen von Solareinrichtungen betrachtet werden, möglich ist es jedoch auch, Daten von Lichtsensoren von Kraftfahrzeugen zusammenzufassen, um Informationen über die Gesamtausleuchtung und dergleichen zu erhalten. Derartige Energiegewinnungsdaten werden von den Kraftfahrzeugen also insbesondere an einen Server übermittelt, wo durch statistische Auswertung entsprechende Umstandsinformationen ermittelt und bereitgestellt werden können, insbesondere Energiegewinnungsgrößen. Es werden jeweils bestimmte, insbesondere fest vorgegebene Ortsbereich betrachtet.
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Ein weiteres nützliches Eingangsdatum ist eine einen zur Verfügung stehenden Energiegewinnungszeitraum beschreibende Zeitinformation, die mithin ebenso verwendet werden kann. Dabei ist es konkret denkbar, dass eine vorgegebene und/oder prädizierte Dauer der Nichtbetriebsphase als Zeitinformation verwendet wird. Liegen keine weiteren Informationen vor, kann beispielsweise als Dauer der Nichtbetriebsphase ein Tag vorgegeben werden, für den sich auch dann, wenn entsprechende Umstands- und Ortsinformationen vorliegen, ohne weitere Informationen zur Start- und Endzeit der Dauer Energiemengen entsprechend ermitteln lassen. Zweckmäßig kann es jedoch auch sein, eine Dauer der Nichtbetriebsphase zu prädizieren, wobei vorgesehen sein kann, dass die prädizierte Dauer der Nichtbetriebsphase aus historischen Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs und/oder Fahrerdaten über den Fahrer des Kraftfahrzeugs, insbesondere Kalenderdaten und/oder Termindaten, ermittelt wird. Dies sind ersichtlich Daten, die auch der prädizierten Ermittlung eines Zielorts zugrunde liegen können, so dass zweckmäßig beide Eingangsdaten, soweit möglich, ermittelt werden können. Ist beispielsweise bekannt, dass der Fahrer jeden Tag für einen bestimmten Zeitraum arbeitet, ist davon auszugehen, dass er sein Kraftfahrzeug am Arbeitsplatz nicht länger als diesen Zeitraum abstellen wird, woraus sich eine Dauer der Nichtbetriebsphase ergibt. Ähnliches gilt für ein abendliches Abstellen des Kraftfahrzeugs an Werktagen. Kalender- und Termindaten geben Hinweise darauf, wann das Kraftfahrzeug wieder benötigt wird, um zu einem anderen Ort, an dem ein Termin vorliegt, zu gelangen.
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Eine weitere äußerst zweckmäßige Zeitinformation ist gegeben, wenn als Zeitinformation eine Datumsangabe zu der Nichtbetriebsphase verwendet wird. Vom Zeitpunkt innerhalb des Jahres hängt es an vielen Orten auf dem Planeten Erde ab, wie viele Sonnenscheinstunden bei welcher Intensität zur Verfügung stehen, so dass wenigstens die Angabe der Jahreszeit nützlich ist. Nachdem ein aktuelles Datum im Kraftfahrzeug meist ohnehin vorliegt, ist dieses Eingangsdatum besonders leicht zu ermitteln, da geringere Abweichungen hier weniger wesentlich sind.
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Weitere nützliche Zeitinformationen sind Tageszeitangaben zu der Nichtbetriebsphase und/oder Uhrzeitbereiche als Ergänzung der Dauer. Derartiges ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn kürzere Nichtbetriebsphasen in Betracht gezogen werden, deren Lage im Tagesablauf nicht unwesentlich ist.
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Schließlich sind als Eingangsdaten noch Kenndaten der Solareinrichtung, insbesondere ein Leistungskennfeld, zu nennen. Beispielsweise ist es also denkbar, ein Modell zu verwenden, um die gewinnbare Energiemenge in der Nichtbetriebsphase prädizieren zu können. Die Genauigkeit dieses Modells hängt im Wesentlichen von den zur Verfügung stehenden Eingangsdaten ab. Ist der Zeitraum der Nichtbetriebsphase genau wie der Ort der Nichtbetriebsphase genau bekannt, lassen sich Lichtverhältnisse der Sonne auch sehr genau berechnen. Betrachtet man nun auch noch Wetterinformationen und/oder Abschattungsinformationen, lässt sich noch genauer vorausberechnen, welche Sonnenlichtmengen der Solareinrichtung zur Verfügung stehen, woraus aus den Kenndaten die Energiemenge ermittelt werden kann. Selbstverständlich sind neben einem Modell auch andere Ansätze denkbar, beispielsweise Look-up-Tabellen für bestimmte Bereiche der Eingangsdaten und dergleichen. Derartige Kennfelder können auch die Alterung der Solareinrichtung berücksichtigen und/oder sich an tatsächlich gemessene Werte adaptieren.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass zur Steuerung des Betriebs des Kraftfahrzeugs eine Betriebsstrategie unter Berücksichtigung von aktuellen und auf die Zukunft bezogenen Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs ermittelt und durchgeführt wird. Ziel der Betriebsstrategie ist es, zu Beginn der Nichtbetriebsphase einen bestimmten Sollladezustand erreicht zu haben, wobei verschiedenste Betriebsparameter berücksichtigt werden können, um eine derartige Betriebsstrategie zu realisieren, insbesondere durch Regelung des Lade- und Energieabgabebetriebs der Batterie. Nachdem eine Vielzahl möglicher, variierbarer Betriebsparameter im Kraftfahrzeug besteht, ist es zweckmäßig, wenn bei der Ermittlung der Betriebsstrategie wenigstens ein Optimierungskriterium berücksichtigt wird, wobei sich das Optimierungskriterium insbesondere auf die Batterie beziehen kann. So kann beispielsweise längstmöglich ein Betrieb der Batterie bei hohen Ladezuständen angestrebt werden, da dies der Degradation der Batterie durch Alterung entgegenwirkt. Auch kann vorgesehen werden, zu viele und/oder zu schnelle Lade- und Entladevorgänge zu vermeiden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können zur Ermittlung der Betriebsstrategie Konzepte angewandt werden, wie sie beispielsweise für Elektro- und Hybridkraftfahrzeuge schon vorgeschlagen wurden, um beispielsweise an einer Ladestation die elektrische Energie möglichst weitgehend aufgebraucht zu haben und dergleichen.
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Als Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs können dabei ein aktueller Ladezustand der Batterie und/oder Verbrauchsinformation zu Verbrauchern des Kraftfahrzeugs und/oder Energiequelleninformationen zu zweiten Energiequellen verwendet werden. Neben Zustandsdaten der Batterie, insbesondere also dem Ladezustand, kann mithin auch eine Prädiktion des Verbrauchs von Komponenten des Kraftfahrzeugs mit eingehen, genauso eine Prädiktion für zur Verfügung stehende Energie zweiter Energiequellen.
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Im Rahmen der Betriebsstrategie kann wenigstens ein Verbraucher des Kraftfahrzeugs zu- oder abgeschaltet und/oder in seiner Energieaufnahme geregelt werden und/oder es kann der Ladebetrieb der Batterie während des Betriebs durch Auswahl der zweiten Energiequellen und/oder Energiemengen der zweiten Energiequellen gesteuert werden. Beispielsweise können dann, wenn der Sollladezustand der Batterie niedriger ist als der aktuelle Ladezustand, zum Ende der Fahrt hin zweite Energiequellen derart abgeschaltet werden, dass sich die gewünschte Entladung der Batterie auf den Sollladezustand ergibt; umgekehrt können, wenn der Sollladezustand höher ist, zusätzliche Ladevorgänge vorgesehen werden. Ist auch der Verbrauch von Komponenten im Kraftfahrzeug bekannt beziehungsweise vorausberechenbar, kann gezielt elektrische Energie aus der Batterie entnommen werden, um bestimmte Ladezustände zu erreichen und dergleichen. Werden beispielsweise als zweite Lichtquellen ein Generator und ein Gleichspannungswandler deaktiviert, würde die gesamte im Bordnetz benötigte Energie aus der Batterie entnommen werden, was zu einer Entladung bis auf den Sollladezustand, insbesondere mit Erreichen der Abstellposition für die Nichtbetriebsphase, führt. Dabei sei angemerkt, dass sich unter Verwendung von Optimierungskriterien auch komplexere Betriebsstrategien ergeben können.
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Betriebsbedingungen, Betriebszustände und somit Eingangsdaten können sich mit der Zeit selbstverständlich ändern. Daher ist es bevorzugt, wenn die Ermittlung des Sollladezustands zyklisch und/oder bei Vorliegen neuer und/oder aktualisierter Eingangsdaten wiederholt wird, um so den Sollladezustand immer aktuell zu halten und im Zweifel auch die Betriebsstrategie anpassen zu können. Ändert sich beispielsweise ersichtlich der Zielort, werden neue Informationen über die Dauer der Nichtbetriebsphase erhalten und dergleichen, kann sich ein neuer Sollladezustand ergeben, der zu einer angepassten Betriebsstrategie für das Kraftfahrzeug (und gegebenenfalls später die Steuerung des Ladevorgangs) führt.
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Während es grundsätzlich zwar denkbar ist, die Ermittlung der Energiemenge und des Sollladezustands seitens des Kraftfahrzeugs selbst durchzuführen, insbesondere mittels der bereits genannten Steuereinrichtung, kann eine zweckmäßige Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorsehen, dass die Ermittlung des Sollladezustands auf einer kraftfahrzeugexternen Recheneinrichtung erfolgt, die mit einer Kommunikationseinrichtung des Kraftfahrzeugs kommuniziert. Die Recheneinrichtung kann auch als eine Cloud und/oder ein Server realisiert sein. Das Kraftfahrzeug weist hierfür eine entsprechende Kommunikationsmöglichkeit, insbesondere eine Internetschnittstelle auf, und sendet seitens des Kraftfahrzeugs vorliegende Eingangsdaten an die kraftfahrzeugexterne Recheneinrichtung gemeinsam mit der Anfrage nach der Energiemenge oder gar dem Sollladezustand. Während es grundsätzlich denkbar wäre, auch die Betriebsstrategie seitens der kraftfahrzeugexternen Recheneinrichtung zu ermitteln, wird es jedoch erfindungsgemäß bevorzugt, dies seitens des Kraftfahrzeugs zu tun, da die Betriebsdaten, welche sich gegebenenfalls schnell ändern, seitens des Kraftfahrzeugs vorliegen und so eine effizientere Regelung auf den Solarzustand möglich ist.
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Als besonders zweckmäßig erweist sich die Nutzung einer kraftfahrzeugexternen Recheneinrichtung dann, wenn diese zum Zweck der Ermittlung von insbesondere auf Ortsbereiche bezogenen Eingangsdaten mit mehreren Kraftfahrzeugen kommuniziert. Ein derartiges Konzept wurde bereits bezüglich der Ermittlung von Umstandsinformationen als Eingangsgrößen diskutiert. Insbesondere können alle Kraftfahrzeuge, die eine Regelung des Ladezustands der Batterie mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführen möchten, auch für andere Kraftfahrzeuge Informationen, insbesondere also Energiegewinnungsdaten, zur Verfügung stellen, bevorzugt während der Nichtbetriebsphase, so dass sich beispielsweise zeitaufgelöst Energiegewinnungsgrößen für Solareinrichtungen als Eingangsdaten statistisch errechnen lassen, welche auch von anderen Kraftfahrzeugen zur Verbesserung ihrer Vorausberechnungen genutzt werden können.
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Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass selbstverständlich auch vorgesehen werden kann, dass wenigstens ein Teil der Eingangsdaten fahrerseitig vorgegeben wird. Hierzu kann eine geeignete Benutzerschnittstelle verwendet werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Benutzer eine Zeitinformation als eine voraussichtliche Dauer der Nichtbetriebsphase angibt, jedoch ist auch für andere Eingangsdaten eine manuelle Vorgabe möglich.
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Neben dem Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Solareinrichtung zur Erzeugung elektrischer Energie als eine erste elektrische Energiequelle, wenigstens eine zweite elektrische Energiequelle, wenigstens eine ein Bordnetz mit wenigstens einem Verbraucher speisende Batterie und eine den Ladebetrieb der Batterie aus den Energiequellen steuernde, zur Durchführung eines Verfahrens ausgebildete Steuereinrichtung. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens, die sich nicht auf eine kraftfahrzeugexterne Recheneinrichtung, die den Sollladezustand ermittelt, beziehen, lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, mit welchem mithin die bereits genannten Vorteile ebenso erzielt werden können.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
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2 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1, das ein Bordnetz 2 aufweist, welches vorliegend bei einer Spannung von 12 Volt betrieben wird. Das Bordnetz 2 wird von einer Batterie 3 gespeist, hier einer üblichen 12 Volt-Bleibatterie. Jedoch sind auch weitere Energiequellen an das Bordnetz 2 angeschlossen, insbesondere eine Solareinrichtung 4 als erste Energiequelle und ein Generator 5 als zweite Energiequelle. Es können auch weitere zweite Energiequellen vorhanden sein, beispielsweise, wenn noch ein weiteres, bei einer höheren Spannung betriebenes Bordnetz vorhanden ist, ein Gleichspannungswandler 6 als zweite Energiequelle.
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Auch aus dem Bordnetz gespeist wird eine Steuereinrichtung 7, die hier als ein einziges Steuergerät realisiert ist, welches den Betrieb des Bordnetzes 2, insbesondere also auch den Lade- und Entladevorgang der Batterie 3, sowohl während Betriebsphasen als auch während Nichtbetriebsphasen des Kraftfahrzeugs 1 steuert. Die Steuereinrichtung 7 kann also als Energiemanagement-Steuereinrichtung bezeichnet werden.
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Das Kraftfahrzeug 1 weist auch weitere Fahrzeugsysteme und Steuergeräte auf, die der Einfachheit halber zusammenfassend als Verbraucher 8 angedeutet sind. Genauer gezeigt ist lediglich noch eine Kommunikationseinrichtung 9, die eine Internetschnittstelle für das Kraftfahrzeug 1 zur Verfügung stellt.
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Unter den weiteren Verbrauchern 8 sind auch solche, die der Steuereinrichtung 7 Eingangsdaten zur Verfügung stellen, die eine zukünftige Nichtbetriebsphase des Kraftfahrzeugs beschreiben, woraus eine während der Nichtbetriebsphase zum Laden der Batterie 3 von der Solareinrichtung 4 erzeugte Energiemenge vorausberechnet wird. Aus dieser kann die Steuereinrichtung 7 einen Sollladezustand der Batterie 3 zu Beginn der nächsten Betriebsphase ableiten, woraufhin das Kraftfahrzeug 1 so betrieben wird, dass der Sollladezustand zu Beginn der Nichtbetriebsphase auch vorliegt.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens soll nun genauer im Hinblick auf 2 erläutert werden, die einen entsprechenden Ablaufplan zeigt.
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Dabei beginnt das Verfahren im Schritt S1 mit der Ermittlung von Eingangsdaten. Als Eingangsdaten werden vorliegend den Ort der Nichtbetriebsphase beschreibende Ortsinformationen, konkret ein Zielort mit einer geodätischen Positionsangabe, Umstandsinformationen, die die Energiegewinnungsverhältnisse für die Solareinrichtung 4 an dem Zielort beschreiben, konkret eine Wetterinformation und eine Abschattungsinformation sowie statistisch aus Energiegewinnungsdaten mehrerer anderer Kraftfahrzeuge gewonnene Energiegewinnungsgrößen, Zeitinformationen, die einen zur Verfügung stehenden Energiegewinnungszeitraum beschreiben, hier konkret eine Dauer der Nichtbetriebsphase mit Startdatum und -zeit und Enddatum und -zeit, und Kenndaten der Solareinrichtung 4 verwendet.
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Wird das Kraftfahrzeug 1 in der aktuellen Betriebsphase navigiert, kann der Zielort einfach aus dem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs 1 abgerufen werden, welches auch geodätische Positionsangaben, hier einen Breitengrad, einen Längengrad und eine Höhenangabe über NN, zur Verfügung stellen kann. Ein Zielort kann jedoch auch prädiktiv ermittelt werden, wobei bevorzugt im Navigationssystem vorliegende Prädiktionsalgorithmen eingesetzt werden, die historische Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs 1 und Fahrerdaten, insbesondere Kalenderdaten und Termindaten, berücksichtigen. Ist erst der Zielort bekannt, lassen sich zumindest ein Teil der Umstandsinformationen auch ermitteln. Insbesondere lässt sich über die Internetschnittstelle eine Wetterinformation für den Zielort abfragen, die eine Bewölkungsinformation und eine Temperaturangabe umfasst. Ist der Zielort genauer bekannt, beispielsweise als eine Garage oder ein offener Parkplatz, sind auch bereits Abschattungsinformationen aus dem Bekanntsein des Zielorts ableitbar.
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Über die Kommunikationseinrichtung 9 kann das Kraftfahrzeug 1 auch auf eine kraftfahrzeugexterne Recheneinrichtung zugreifen, auf welcher Energiegewinnungsdaten einer Vielzahl anderer Kraftfahrzeuge, die auch über eine Solareinrichtung 4 verfügen, gesammelt werden, und statistisch ausgewertet werden, um Energiegewinnungsgrößen als Umstandsinformation zu ermitteln und ortsbezogen anderen Kraftfahrzeugen, so vorliegend auch dem Kraftfahrzeug 1, zur Verfügung stellen zu können.
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Wird das Kraftfahrzeug navigiert, beziehungsweise ist der Zielort bekannt, lässt sich eine Ankunftszeit an diesem Zielort vorausberechnen, wie dies in Navigationssystemen häufig ohnehin geschieht. Diese Ankunftszeit kann als Beginn der Nichtbetriebsphase aufgefasst werden, auf die nun eine vorgegebene Dauer der Nichtbetriebsphase aufaddiert werden kann, um auch deren Ende zu ermitteln. Bevorzugt ist es jedoch, die Dauer der Nichtbetriebsphase zu prädizieren. Hierfür können dieselben Daten wie zur Prädiktion des Zielorts herangezogen werden, mithin historische Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs, die Fahrten der Vergangenheit beschreiben, und Fahrerdaten über den Fahrer, insbesondere Kalenderdaten und Termindaten. Aus diesen kann sich ergeben, wann der Fahrer voraussichtlich die nächste Fahrt, also die nächste Betriebsphase, des Kraftfahrzeugs 1 beginnen wird. Somit können als Zeitinformationen der Startzeitpunkt, der Endzeitpunkt und die Dauer der Nichtbetriebsphase ermittelt werden, wobei zugeordnete Datumsangaben sich leicht einer im Kraftfahrzeug vorhandenen Uhr entnehmen lassen, mithin den Start- und Endzeitpunkten der Nichtbetriebsphase problemlos zugeordnet werden können.
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Nachdem die Wetterverhältnisse, die Abschattungsbedingungen und die Position des Kraftfahrzeugs auf der Erde bekannt sind, lassen sich die Lichtverhältnisse zeitaufgelöst sehr gut abschätzen, wobei dann die Kenndaten der Solareinrichtung 4 gemeinsam mit weiteren Umgebungsinformationen, insbesondere auch der Temperatur und der Energiegewinnungsgrößen, eingesetzt werden, um im Rahmen einer Modellrechnung die Energiemenge vorherzusagen, die über die Solareinrichtung 4 während der Nichtbetriebsphase zur Verfügung gestellt wird. Diese Ermittlung der Energiemenge erfolgt in einem Schritt S2. Aus der Energiemenge ergibt sich vorliegend nun ein Sollladezustand der Batterie 3, die diese Energiemenge möglichst vollständig aufnehmen können soll. Hierzu kann ein Maximalladezustand der Energie betrachtet werden, von dem die Energiemenge abgezogen wird, um einen Zwischenwert zu bestimmen. Unterschreitet der Zwischenwert einen Mindestladezustand, der vorgehalten werden soll, um die Funktionsfähigkeit des Kraftfahrzeugs 1 sicherzustellen, wird der Mindestladezustand als Sollladezustand angesetzt, ansonsten der Zwischenwert. Selbstverständlich sind auch andere Varianten zur Ermittlung des Sollladezustands grundsätzlich denkbar, insbesondere, wenn bekannt ist, dass beispielsweise aufgrund einer Nacht die Energiegewinnung seitens der Solareinrichtung erst später einsetzen wird und dergleichen.
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In einem Schritt S3 wird eine Betriebsstrategie für das Kraftfahrzeug 1 ermittelt, insbesondere hinsichtlich des Ladens und Entladens der Batterie 3, deren Ergebnis es ist, dass zu Beginn der Nichtbetriebsphase der Sollladezustand erreicht ist. Dabei werden Optimierungskriterien berücksichtigt, die eine Degradation der Batterieeigenschaften durch Benutzung der Batterie 3 möglichst verändern sollen, beispielsweise den Batterieladezustand zunächst möglich hoch halten, um diesen erst gegen Ende der Betriebsphase auf den Sollladezustand abzusenken. Für diese Betriebsstrategie werden Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs, die diesen aktuellen Zustand beschreiben, aber auch prädiktiv sind, berücksichtigt, beispielsweise wiederum Informationen des Navigationssystems, grundlegend aber selbstverständlich auch Verbrauchseigenschaften und Energieabgabeeigenschaften der zweiten Energiequellen. Durch Ansteuern der am Bordnetz 2 angeschlossenen Komponenten gemäß der Betriebsstrategie wird schließlich der Sollladezustand erreicht.
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Während die Betriebsstrategie durchgeführt wird, wird in einem Schritt S4 regelmäßig überprüft, ob Änderungen von Eingangsdaten vorliegen, die eine Neuberechnung des Sollladezustands erfordern. Ist dies der Fall, wird dies ab Schritt S1 getan; ansonsten wird die Betriebsstrategie weiter fortgeführt.
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Dabei wird selbst dann, wenn die Nichtbetriebsphase erreicht wurde, eine weitere Steuerung des Ladens und Entladens der Batterie 3 vorgenommen, um die Energiemenge der Solareinrichtung 4 möglichst optimal nutzen zu können, so dass beispielsweise ein Laden aus anderen Energiequellen, das auch während der Nichtbetriebsphase möglich wäre, unterdrückt oder eingeschränkt wird und dergleichen.
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Auch während dieses Lademanagements wird in einem Schritt S6 überwacht, ob zu berücksichtigende Änderungen vorliegen, um gegebenenfalls den Ladezustand der Batterie 3 anpassen zu können.
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Auch wenn im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Verfahren durch die Steuereinrichtung 7 durchgeführt wurde, ist auch eine alternative Ausführungsform denkbar, in der zumindest die Ermittlung der Energiemenge, insbesondere auch des Sollladezustands, auf eine kraftfahrzeugexterne Recheneinrichtung ausgelagert ist, insbesondere die Recheneinrichtung, die aus den Energiegewinnungsdaten anderer Kraftfahrzeuge auch Eingangsdaten durch statistische Auswertung ermittelt.
