DE102015205740A1

DE102015205740A1 - Verfahren zum Energiemanagement eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102015205740A1
Application number: DE102015205740.2A
Authority: DE
Inventors: Marcin Guzik
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-10-06
Also published as: WO2016156041A1

Abstract

Vorgeschlagen werden ein Verfahren und ein Kraftfahrzeug, welche ein verbessertes Energiemanagement bieten. Dazu weist das Verfahren folgende Schritte auf: – Erfassen (S10) mindestens eines eine Batterie (11) des Kraftfahrzeugs (10) betreffenden Messwerts, – Speichern (S20) des mindestens einen Messwerts, – Übertragen (S40) des mindestens einen Messwerts an eine außerhalb des Kraftfahrzeugs (10) befindliche Auswertevorrichtung (20), – Bestimmen (S50) eines das Energiemanagement des Kraftfahrzeugs (10) betreffenden Betriebsparameters durch die Auswertevorrichtung (20) und – Übertragen (S60) des Betriebsparameters an das Kraftfahrzeug (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Energiemanagement eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug.
Nahezu alle bekannten Arten von Kraftfahrzeugen weisen Batterien auf. In herkömmlichen Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor dienen Batterien der Versorgung der elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs, insbesondere der Versorgung des Startermotors. Man spricht daher auch von Starterbatterien oder Niedervolt-(NV-)Batterien. Die Nennspannung dieser Batterien kann 12 Volt (V) betragen. Es sind jedoch auch Batterien bekannt, deren Nennspannung 14 V, 24 V, 42 V oder 48 V beträgt. In Elektrofahrzeugen, also Kraftfahrzeugen mit einem dem Antrieb dienenden Elektromotor, kommen ebenfalls Batterien als Stromspeicher zum Einsatz. Man spricht auch von Traktionsbatterien oder Hochvolt-(HV-)Batterien. Da die Versorgung eines Antriebs-Elektromotors energieintensiv ist, weisen Traktionsbatterien in der Regel einen wesentlich größeren Energieinhalt als Starterbatterien auf. In der Regel liegt die Nennspannung von Traktionsbatterien in einem Bereich zwischen 60 V und 400 V, beispielsweise bei 280 V. Es sind auch Kraftfahrzeuge bekannt und üblich, die über mehrere Batterien verfügen. Elektrofahrzeuge (einschließlich Hybridfahrzeugen, welche sowohl elektrisch als auch verbrennungsmotorisch antreibbar sind) verfügen in der Regel über eine NV-Batterie und eine HV-Batterie.
Neben einer oder mehreren Batterien können bekannte Kraftfahrzeuge noch über weitere elektrische Quellen verfügen. Insbesondere können Generatoren vorgesehen sein, die mechanische Arbeit in elektrische Energie umwandeln. Sie können durch den Verbrennungsmotor angetrieben werden. Es ist auch bekannt, die Bewegungsenergie des Fahrzeugs mittels eines Generators in elektrische Energie umzuwandeln und das Fahrzeug somit abzubremsen (sogenannte Bremskraftrückgewinnung oder Rekuperation).
Weiterhin verfügen Kraftfahrzeuge über zahlreiche elektrische Verbraucher, beispielsweise elektrische Startermotoren (Anlasser), Steuergeräte, Klimakompressoren, Außenleuchten, Innenraumleuchten und weitere.
Die Gesamtheit der elektrischen Quellen und Verbraucher eines Kraftfahrzeugs wird stets so überwacht und gesteuert, dass eine reibungslose Funktion des Kraftfahrzeugs sowie ein möglichst niedriger Energieverbrauch (z.B. Kraftstoffverbrauch) gewährleistet sind. Dieser Vorgang wird als Energiemanagement bezeichnet. Ein wichtiger Aspekt des Energiemanagements ist die Überwachung des Zustands der Batterie (oder gegebenenfalls der mehreren Batterien). Durch die Überwachung wird sichergestellt, dass die Batterie im Betrieb des Kraftfahrzeugs ordnungsgemäß zur Verfügung steht bzw. rechtzeitig ausgetauscht wird. Hierzu werden die Batterie betreffende Messwerte erfasst und verarbeitet. Das Energiemanagement und die Überwachung des Batteriezustands werden herkömmlicherweise von einem Steuergerät des Fahrzeugs durchgeführt. Dies kann bei einem verbrennungsmotorisch angetriebenen Kraftfahrzeug mit NV-Batterie beispielsweise das Motorsteuergerät sein. Bei einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug mit HV-Bordnetz kann dies beispielsweise ein Leistungselektronik-Steuergerät sein. Es ist auch bekannt, Aufgaben des Energiemanagements mittels mehrerer miteinander verbundener Steuergeräte durchzuführen.
Nachteilig an der im Stand der Technik bekannten Verarbeitung von Messwerten durch ein Fahrzeug-Steuergerät ist es, dass der Datenspeicher und die Rechenleistung eines solchen Steuergeräts in der Regel verglichen mit einem stationären Computer klein sind. Die Möglichkeiten zur Durchführung speicher- und / oder rechenintensiver Operationen sind daher begrenzt. Obgleich im Stand der Technik leistungsfähige Algorithmen zum Energiemanagement und zur Überwachung des Batteriezustands bekannt sind, werden diese aufgrund der hierfür erforderlichen Rechenleistung und des erforderlichen Speicherbedarfs nicht eingesetzt. Stattdessen werden vereinfachte Rechenmodelle eingesetzt. Dies führt dazu, dass das Energiemanagement nicht optimal ist. Unter einem optimalen Energiemanagement kann beispielsweise verstanden werden, dass das Energiemanagement einen Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs minimiert oder eine Lebensdauer der Batterie maximiert. Überdies gehen die im Steuergerät gespeicherten Daten für eine spätere Nutzung verloren, wenn das Steuergerät eine neue Software erhält (sogenanntes Flashen) oder aufgrund eines Defekts ausgetauscht werden muss.
Aus DE 10 2009 022 771 A1 ist ein Verfahren zum Übertragen von Fahrzeug-Diagnosedaten zu einem Internet-Server bekannt. Es wird darin vorgeschlagen, verarbeitete oder unverarbeitete Sensorsignale mittels eines Kommunikationsmoduls an einen Internet-Server zu übertragen. Von dort können die Daten beispielsweise von einem Fahrzeug-Dienstleister (etwa einer Werkstatt) abgerufen und ausgewertet werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist es, dass die Sensorsignale zwar einer Werkstatt zur weiteren Analyse zur Verfügung stehen, das Ergebnis dieser Analyse jedoch an das Fahrzeug übermittelt wird. Das Fahrzeug muss daher weiterhin über ein Steuergerät verfügen, das in herkömmlicher Weise das Energiemanagement durchführt und die Batterie überwacht.
Ausgehend vom Stand der Technik stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche ein verbessertes Energiemanagement bieten.
Die Aufgabe wird gelöst bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, in einem ersten Schritt mindestens einen eine Batterie des Kraftfahrzeugs betreffenden Messwert zu erfassen. Hierzu kann das Kraftfahrzeugs Sensoren aufweisen, die den Messwert direkt erfassen können. Der Messwert kann auch eine aus einer direkt erfassten Größe abgeleitete Größe sein. Beispielsweise kann ein Stromsensor einen elektrischen Strom erfassen. Durch Bestimmung des Integrals des Stroms über der Zeit kann eine elektrische Ladung erfasst werden.
Zur Durchführung dieses ersten Schrittes und weiterer Schritte kann ein Batteriesteuergerät in dem Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Es sei darauf hingewiesen, dass das Batteriesteuergerät nicht notwendigerweise eine Einheit bilden muss, sondern auch durch einen Verbund mehrerer miteinander verbundener Steuergeräte gebildet sein kann. Weiterhin kann das Batteriesteuergerät ein Steuergerät sein, dass zugleich weiteren oder anderen Zwecken dient. Beispielsweise kann das Batteriesteuergerät ein Motorsteuergerät des Kraftfahrzeugs sein.
In einem zweiten erfindungsgemäßen Schritt wird der mindestens eine Messwert gespeichert. Hierzu kann ein flüchtiger oder ein nichtflüchtiger Datenspeicher in dem Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Dieser Datenspeicher kann beispielsweise in dem Batteriesteuergerät angeordnet sein. In einem weiteren Schritt wird der mindestens eine gespeicherte Messwert an eine außerhalb des Kraftfahrzeugs befindliche Auswertevorrichtung übertragen.
Ein weiterer Schritt des Bestimmens eines das Energiemanagement des Kraftfahrzeugs betreffenden Betriebsparameters erfolgt durch die Auswertevorrichtung. Die Erfindung sieht also vor, dass der Betriebsparameter nicht im bzw. durch das Kraftfahrzeug selbst bestimmt wird, sondern durch die außerhalb des Kraftfahrzeugs befindliche Auswertevorrichtung. Bei der Auswertevorrichtung kann es sich um eine Datenverarbeitungsanlage handeln, die aus einem oder mehreren miteinander verbundenen Computern bestehen kann. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung einen Internet-Server umfassen, auf welchem der von dem Kraftfahrzeug übertragene mindestens eine Messwert gespeichert werden kann. Die Auswerteeinrichtung kann weiterhin einen mit dem Internet-Server verbundenen Auswertungsrechner umfassen, der die Bestimmung des Betriebsparameters durchführt. Indem erfindungsgemäß der Betriebsparameter außerhalb des Kraftfahrzeugs bestimmt wird, können zur Bestimmung speicher- und rechenintensive Algorithmen verwendet werden, deren Durchführung mit den in einem Kraftfahrzeug vorhandenen technischen Mitteln nicht möglich wäre. Es wird somit möglich, das Energiemanagement durch eine entsprechend aufwändigere Bestimmung der Betriebsparameter zu optimieren.
Im letzten erfindungsgemäßen Schritt wird der Betriebsparameter an das Kraftfahrzeug übertragen. Im Kraftfahrzeug wird der übertragene Betriebsparameter verarbeitet, wobei die Verarbeitung durch das Batteriesteuergerät erfolgen kann.
Eine erste vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der mindestens eine Messwert eine Messgröße aus der Gruppe abbildet, welche durch

– elektrischen Strom,
– elektrische Spannung,
– Ladezustand der Batterie oder einer Batteriezelle,
– elektrische Ladung und
– Temperatur

Mit weiterem Vorteil werden mindestens zwei eine Messgröße abbildende Messwerte erfasst, gespeichert und übertragen, wobei die mindestens zwei Messwerte zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst werden. Mit anderen Worten ist also vorgesehen, dass der zeitliche Verlauf einer Messgröße erfasst, gespeichert und übertragen wird. Mit besonderem Vorteil wird eine Messgröße periodisch erfasst. Die Abtastrate, also die Frequenz, mit der ein eine Messgröße abbildender Messwert erfasst wird, beträgt bevorzugt zwischen 0,1 Hertz (Hz) und 10 Hz, besonders bevorzugt 1 Hz. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, Strom, Spannung und Temperatur je einmal pro Sekunde zu messen. Somit werden insgesamt drei Messwerte pro Sekunde erfasst. Diese werden gespeichert und sofort oder zu einem späteren Zeitpunkt übertragen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung umfasst der Betriebsparameter einen Steuerungsbefehl. Mit anderen Worten wird dann also nicht nur eine reine Zustandsbestimmung der Batterie an die Auswertevorrichtung ausgelagert, sondern die Auswertevorrichtung bestimmt auch Steuerungsmaßnahmen des Energiemanagements. Dies wird mit Bezug zu der nachfolgend erläuterten Ausführungsform noch genauer dargestellt.
Das Verfahren kann mit Vorteil weitergebildet werden, indem der Betriebsparameter eine Verfügbarkeit der Batterie betrifft. Die Bestimmung der Batterieverfügbarkeit ist eine wesentliche Aufgabe des Energiemanagements eines Kraftfahrzeugs. Der Begriff der Verfügbarkeit kann weit gefasst werden. Er kann den Ladezustand (englisch „state of charge“, SOC), also den Füllstand der Batterie, umfassen. Der SOC wird häufig als Relativwert in Prozent ausgedrückt. Weiter kann Verfügbarkeit den Speicherzustand (englisch „state of health“, SOH) der Batterie umfassen. Zur weiteren Erläuterung des Begriffs werden nachfolgend einige Aufgaben des Energiemanagements kurz umrissen. Ein modernes Energiemanagement kann eine Ladestrategie umfassen. Eine Ladestrategie kann beinhalten, dass die Batterie nicht unbedingt stets so geladen wird, dass sie einen möglichst hohen Ladezustand aufweist. Vielmehr wird die Batterie dann geladen, wenn dies energetisch besonders sinnvoll ist. Beispielsweise wird die Batterie in Bremsphasen durch Rekuperation geladen. Weiterhin kann die Generatorleistung derart geregelt werden, dass die Batterie in Schubphasen (d.h. wenn der Verbrennungsmotor keine oder wenig Antriebsleistung erbringen muss) geladen wird, wohingegen die Batterie in Zugphasen (d.h. wenn die Leistung des Verbrennungsmotors für den Antrieb des Kraftfahrzeugs benötigt wird) nicht geladen bzw. sogar entladen wird. Bei einer solchen Ladestrategie soll stets sichergestellt sein, dass der SOC für alle vorhersehbaren Belastungen ausreichend groß ist. Insbesondere soll sichergestellt werden, dass der SOC ausreichend groß für einen Start oder Wiederstart des Verbrennungsmotors ist (sogenannte Startfähigkeit). Hierzu muss auch berücksichtigt werden, dass elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeugs auch bei Stillstand des Verbrennungsmotors aktiv sein können. Insbesondere in Stopp-Phasen einer sogenannten Start-stopp-Automatik können elektrische Verbraucher (z.B. Klimakompressor, Steuergeräte) elektrische Energie aus der Batterie verbrauchen. Weiterhin können in der Phase nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors elektrische Verbraucher des Fahrzeugs noch für eine bestimmte Zeit aktiv bleiben (sogenannter Nachlauf). Dieser Energieverbrauch, der aufgrund des Stillstands des Verbrennungsmotors und somit des Generators nur von der Batterie gestillt werden kann, muss bei der Ladestrategie berücksichtigt werden, damit die Startfähigkeit gesichert bleibt. Neben der Verfügbarkeit der Energie kann der Begriff der Batterieverfügbarkeit auch eine Betrachtung der Leistung umfassen. Es kann also beispielsweise beim Energiemanagement bzw. bei der Ladestrategie dafür Sorge getragen werden, dass unter Berücksichtigung möglicherweise aktiver elektrischer Verbraucher ausreichend elektrische Leistung durch den Generator zur Verfügung gestellt wird, um die Batterie im Bedarfsfall laden zu können.
Durch die Erfindung können die Batterieverfügbarkeit betreffende Betriebsparameter wie z.B. SOC und SOH durch die Auswertevorrichtung anhand der zuvor übermittelten Messwerte bestimmt und an das Fahrzeug übertragen werden. Der Bestimmung können genaue und rechenaufwändige Batteriemodelle zugrunde liegen, deren Verwendung in dem Batteriesteuergerät aufgrund der begrenzten Speicherkapazität und Rechenleistung nicht möglich oder sinnvoll wäre. Aufgrund der herkömmlicherweise ungenaueren Rechenmodelle und der daraus resultierenden Unsicherheit, mit der ein Betriebsparameter (z.B. SOC) behaftet ist, musste dieser Betriebsparameter sicherheitshalber mit einem Sicherheitsaufschlag versehen werden. Durch die Erfindung wird ermöglicht, auf diesen Sicherheitsaufschlag zu verzichten und somit beispielsweise einen niedrigeren SOC (der aber dafür mit größerer Sicherheit bestimmt wurde) in Kauf zu nehmen. Dadurch kann es möglich werden, die Batterie beispielsweise bis zur nächsten Rekuperationsphase zu entladen, ohne sie zwischendurch mittels des Generators aufladen zu müssen. Es wird in einem solchen beispielhaften Szenario also Kraftstoff eingespart.
Der Betriebsparameter kann eine Ist-Größe umfassen, also einen aktueller Wert. Beispielsweise kann der Betriebsparameter die Information „SOC_Ist = 45 %“ umfassen. Der Betriebsparameter kann ebenso eine Soll-Größe umfassen, also einen unverzüglich oder zu einem gegebenen zukünftigen Zeitpunkt einzustellenden Wert. Beispielsweise kann der Betriebsparameter die Information „SOC_Soll = 55 %“ umfassen.
Neben der Bestimmung der genannten Betriebsparameter, die dem Batteriesteuergerät zur weiteren Verarbeitung im Rahmen des Energiemanagements übermittelt werden, kann auch vorgesehen sein, dass die Auswertevorrichtung einen Steuerungsbefehl bestimmt und übermittelt. Hierbei kann es sich um jeden Steuerungsbefehl des Energiemanagements handeln, wie es vorstehend beschrieben wurde. So kann ein Steuerungsbefehl umfassen, die Generatorleistung zu erhöhen, um die Batterie auf einen Soll-Ladezustand (SOC_Soll) zu laden. Ein Steuerungsbefehl kann umfassen, einzelne elektrische Verbraucher (z.B. eine Sitzheizung) zu deaktivieren oder deren Leistungsaufnahme zu drosseln, um einen ausreichenden SOC oder eine Leistungsreserve sicherzustellen. Ein Steuerungsbefehl kann auch einen Befehl zur Batterieregeneration umfassen. Es ist bekannt, zur Erhöhung der Lebensdauer und Leistungsfähigkeit der Batterie diese auf eine bestimmte Art zu laden und zu entladen. Dieser Vorgang wird als Batterieregeneration bezeichnet. Der Steuerungsbefehl kann umfassen, dass unverzüglich oder zu einem bestimmten zukünftigen Zeitpunkt eine Batterieregeneration durchgeführt werden soll, wobei das Batteriesteuergerät den eigentlichen Vorgang der Batterieregeneration steuert. Der Steuerungsbefehl kann alternativ auch detaillierte Befehle umfassen (z.B. einen zeitlichen Sollspannungsverlauf des Generators), durch die eine Batterieregeneration bewirkt wird.
Das Verfahren kann mit Vorteil weitergebildet werden, indem der Betriebsparameter alternativ oder zusätzlich zu der Verfügbarkeit der Batterie einen Verschleiß oder Alterungszustand der Batterie betrifft. Eine Aufgabe des Energiemanagements besteht darin, den Verschleiß oder Alterungszustand der Batterie zu überwachen. Ist der Verschleiß der Batterie weit fortgeschritten, so wird diese regelmäßig getauscht. Um zu vermeiden, dass das Fahrzeug aufgrund einer gealterten Batterie nicht mehr funktionsfähig ist (z.B. nicht mehr gestartet werden kann), wird eine gealterte Batterie im Rahmen von Werkstattaufenthalten getauscht. Es sind Rechenmodelle bekannt, die eine sehr genaue Bestimmung des Alterungszustands einer Batterie ermöglichen. Diese sind jedoch rechen- und speicheraufwändig, so dass sie wie vorstehend erläutert herkömmlicherweise im Fahrzeug nicht zu Einsatz kommen können. Stattdessen werden im Fahrzeug Rechenmodell mit verringerter Komplexität verwendet, welche allerdings auch eine verringerte Genauigkeit aufweisen. Beispielsweise ist bekannt, die Batteriealterung über die Menge des entladenen und geladenen Stroms (gemessen in sogenannten Vollzyklen) zu schätzen. Es ist weiter bekannt, den Mittelwert eines beim Start des Verbrennungsmotors gemessenen Spannungseinbruchs zur Bestimmung der Batteriealterung heranzuziehen. Demgegenüber ermöglicht es die Erfindung, alle erfassten und übertragenen Messwerte (und ggf. deren zeitliche Verläufe) bei der Bestimmung des Alterungszustand der Batterie in der Auswerteeinrichtung zu berücksichtigen. Es kann somit ein wesentlich genaueres Ergebnis erzielt werden. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass genau festgestellt werden kann, wann eine Batterie getauscht werden sollte. Es kann vorgesehen sein, dass der Nutzer dann, wenn dieser Zeitpunkt gekommen ist oder bevorsteht, einen Hinweis erhält, eine Werkstatt zum Batterietausch aufzusuchen.
In weiterer Ausgestaltung umfasst der Schritt des Bestimmens des das Energiemanagement des Kraftfahrzeugs betreffenden Betriebsparameters durch die Auswertevorrichtung ein Berücksichtigen des mindestens einen Messwerts sowie mindestens eines Umgebungsparameters. Mit anderen Worten berücksichtigt die Auswertevorrichtung also nicht nur den mindestens einen die Batterie betreffenden Messwert, sondern zusätzlich mindestens einen Umgebungsparameter. Bei dem Umgebungsparameter kann es sich um einen für das Energiemanagement relevanten Umgebungsparameter handeln, der aber in dem Fahrzeug nicht zu Verfügung steht. Insbesondere gelingt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, wenn die Auswertevorrichtung über eine Fahrtplanung des Fahrzeugs informiert ist, also z.B. über eine voraussichtlich zukünftig befahrene Strecke, einen Zielort, eine voraussichtliche Ankunftszeit und dergleichen. In diesem Fall können Umgebungsparameter berücksichtigt werden, die in einer von dem Fahrzeug auf seiner geplanten Strecke durchfahrenen Umgebung gelten. Ein solcher Umgebungsparameter kann die (voraussichtliche) Umgebungstemperatur an einem Zielort oder der Temperaturverlauf entlang der geplanten Fahrstrecke sein. Beispielsweise kann auf diese Weise durch die Auswertevorrichtung berücksichtigt werden, dass die vorausgesagte Temperatur an einem geplanten Zielort wesentlich niedriger liegt als die aktuelle Außentemperatur des Fahrzeugs (z.B. wenn eine Fahrt in die Berge geplant ist). Da der SOC der Batterie temperaturabhängig sein kann, kann der SOC aufgrund der niedrigen Außentemperatur sinken. In ungünstigen Fällen könnte dies bei einem herkömmlichen Fahrzeug zu einer Beeinträchtigung z.B. der Startfähigkeit führen. Hingegen ermöglicht die vorliegende Ausführungsform der Erfindung, die Kenntnis über die geringe Außentemperatur am Zielort zu nutzen und den SOC während der Fahrt so zu steigern, dass er auch am Zielort trotz der niedrigen Außentemperatur ausreichend groß bleibt. Ein solcher Umgebungsparameter kann auch den geplanten Streckenverlauf betreffen. Insbesondere kann für das Energiemanagement eine Höheninformation, ein Streckengefälle, eine voraussichtliche Fahrgeschwindigkeit, eine zulässige Höchstgeschwindigkeit, ein Verkehrsaufkommen, und dergleichen von Bedeutung sein. Ein solcher Umgebungsparameter kann auch eine Lichtinformation betreffen. Beispielsweise kann eine geplante Fahrtzeit (Tag / Nacht oder genauere Angabe der Uhrzeit) in eine Information über die Außenlichthelligkeit übersetzt werden. Die Kenntnis dieses Umgebungsparameters kann von der Auswertevorrichtung genutzt werden, indem ein durch die Fahrzeuglichter verursachter Stromverbrauch vorhergesagt und beim Energiemanagement berücksichtigt wird.
In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Übertragung des mindestens einen Messwerts und die Übertragung des Betriebsparameters mittels einer drahtlosen Datenverbindung erfolgen. Moderne Kraftfahrzeuge verfügen immer häufiger über Kommunikationsvorrichtungen zur Datenübertragung über mobile Netze. Hierzu zählen beispielsweise WLAN sowie unterschiedliche digitale Mobilfunknetze bzw. Datenübertragungsverfahren (z.B. LTE, UMTS, HSPA, GPRS, EDGE und dgl.). Der besondere Vorteil, wenn diese oft ohnehin vorhandene Möglichkeit zur Datenübertragung genutzt wird, liegt darin, dass das Verfahren zeitlich und räumlich sehr weitreichend genutzt werden kann. Beispielsweise ist es vorteilhaft, das Verfahren wiederholt in kurzen zeitlichen Abständen oder sogar kontinuierlich ablaufen zu lassen. Es werden dann also fortlaufend Messwerte erfasst, gespeichert und übertragen. Ebenso werden fortlaufend Betriebsparameter bestimmt und an das Fahrzeug übertragen. Aufgrund der somit praktisch ununterbrochen zur Verfügung stehenden Speicher- und Rechenkapazität der Auswertevorrichtung kann das Energiemanagement des Fahrzeugs optimiert werden, also einen maximalen Wirkungsgrad erreichen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Menge der übertragenen Daten selbst relativ gering ist. Werden beispielsweise drei Messwerte (Spannung, Strom, Temperatur) mit einer Abtastrate von 1 Hz und einer Quantisierungstiefe von 16 Bit erfasst, gespeichert und übertragen, so ergibt sich eine benötigte Nutzdatenrate von 48 Bit pro Sekunde. Da die maximal mögliche Datenübertragungsrate eines modernen Mobilfunkstandards im Bereich von MBit/s liegt, fällt die durch die Erfindung verursachte Datenmenge kaum ins Gewicht. Ebenso kann die Datenmenge, die in umgekehrter Richtung, also von der Auswertevorrichtung zum Fahrzeug, übertragen wird, durch geeignete Codierung und Protokolle minimal gehalten werden.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Übertragung des mindestens einen Messwerts und die Übertragung des Betriebsparameters mittels einer drahtgebundenen Datenverbindung erfolgen. Eine solche Datenverbindung kann ein beliebiges Datenkabel sein. Besonders vorteilhaft ist diese Ausführungsform jedoch bei Elektrofahrzeugen einsetzbar. Elektrofahrzeuge verfügen über ein Ladekabel zur Verbindung des Fahrzeugs mit einer Ladesäule. Neben dem eigentlichen Ladekabel, mittels welchem der elektrische Ladestrom von der Ladesäule zum Fahrzeug geleitet wird, kann ein Ladekabel auch ein Datenkabel zur Übertragung von Daten umfassen. Es ist auch bekannt, Daten über das eigentliche Ladekabel zu übertragen („powerline communications“). In diesem Fall bildet also das eigentliche Ladekabel zugleich das Datenkabel. Das Datenkabel des Ladekabels dient dazu, Informationen zwischen Ladesäule und Fahrzeug auszutauschen. So können beispielsweise Daten betreffend eine Nutzeridentifikation, einen Ladeparameter und dergleichen übertragen werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die Übertragung mittels der drahtgebundenen Datenverbindung, also z.B. mittels des Datenkabels des Ladekabels, vorzunehmen. Im Vergleich mit der vorhergehend erläuterten Ausführungsform, bei welchem im Idealfall nahezu durchgängig eine (drahtlose) Datenverbindung bestehen kann, ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Möglichkeit zur Übertragung des Messwerte bzw. des Betriebsparameters auf die Zeiten beschränkt, in denen die drahtgebundene Datenverbindung besteht, in denen also beispielsweise das Ladekabel des Elektrofahrzeug angeschlossen ist. Dies kann je nach Nutzung des Elektrofahrzeugs unterschiedlich häufig sein, aber ausschließlich im Stand. Während der Fahrt ist eine Übertragung über eine drahtgebundene Datenverbindung naturgemäß ausgeschlossen. Die vorliegende Ausführungsform kann daher genutzt werden, um alle zwischen zwei Ladevorgängen erfassten Messwerte zu speichern und dann – bei Bestehen der drahtgebundenen Datenverbindung – gesammelt zu übertragen. Die vorliegende Ausführungsform eignet sich somit nicht zur Bestimmung von Betriebsparametern, die während einer Fahrt bestimmt und verarbeitet werden müssen. Hingegen eignet sich die Ausführungsform zur Bestimmung von Betriebsparametern, die im Hinblick auf eine bevorstehende Fahrt oder generell relevant sind. So können beispielsweise die einen Batterieverschleiß betreffenden Betriebsparameter bestimmt werden. Es kann also beispielsweise vorgesehen sein, bei jedem Ladevorgang alle seit dem letzten Ladevorgang erfassten und gespeicherten Messwerte zu übertragen. Die Auswertevorrichtung kann dann aus diesen (und ggf. aus den von ihr noch gespeicherten früheren) Messwerten einen Alterungszustand der Batterie bzw. einen voraussichtlichen zukünftigen Tauschzeitpunkt der Batterie bestimmen und an das Fahrzeug übertragen.
Die beiden vorgenannten Ausführungsformen schließen einander nicht aus, sondern lassen sich mit besonderem Vorteil kombinieren. Beispielsweise kann (möglichst fortwährend) die drahtlose Datenverbindung genutzt werden, um eine Batterieverfügbarkeit zu bestimmen. Zusätzlich kann die bei jedem Ladevorgang bestehende drahtgebundene Datenverbindung genutzt werden, um eine Batteriealterung zu bestimmen.
In weiter Ausgestaltung umfasst das Verfahren den zusätzlichen Schritt eines Feststellens eines Bestehens der Datenverbindung. Es ist dabei vorgesehen, dass der Schritt des Übertragens des mindestens einen Messwerts an die Auswertevorrichtung in Abhängigkeit des Bestehens der Datenverbindung durchgeführt wird. Es kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug fortlaufend oder in periodischen zeitlichen Abständen prüft, ob eine (drahtlose und / oder drahtgebundene) Datenverbindung vorliegt. Sobald dies der Fall ist, sobald also das Bestehen der Datenverbindung festgestellt wird, beginnt das Fahrzeug mit der Übertragung des mindestens einen Messwerts an die Auswertevorrichtung.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine Batterie, ein Batteriesteuergerät, mindestens einen Sensor zur Erfassung mindestens eines die Batterie betreffenden Messwerts, einen Datenspeicher zur Speicherung des mindestens einen Messwerts sowie eine Kommunikationsvorrichtung zur Datenkommunikation mit einer außerhalb des Kraftfahrzeugs befindlichen Auswertevorrichtung. Die Batterie kann eine NV- oder eine HV-Batterie sein. Die Batterie kann auch aus mehreren einzelnen NV- und / oder HV-Batterien bestehen. Das Batteriesteuergerät kann ein dediziertes Batteriesteuergerät sein. Das Batteriesteuergerät kann alternativ auch ein Fahrzeugsteuergerät sein, das zusätzlich weiteren Zwecken dienen kann. Das Batteriesteuergerät kann beispielsweise ein Motorsteuergerät (insbesondere bei NV-Batterien) oder Teil der Leistungselektronik (insbesondere bei HV-Batterien) sein. Der Sensor kann ein Stromsensor zur Erfassung der Stromstärke von der Batterie abfließender oder zu der Batterie hinfließender elektrischer Ströme sein. Der Sensor kann ein Spannungssensor zur Erfassung einer Klemmenspannung der Batterie sein.
Der Sensor kann ein Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur sein. Der Sensor kann Sensoren zur Erfassung von Strom-, Spannungs- und / oder Temperaturwerten einer einzelnen Batteriezelle der Batterie umfassen. Die Kommunikationsvorrichtung zur Datenkommunikation kann eingerichtet sein zur drahtlosen Datenübertragung, insbesondere über WLAN und / oder über ein Mobilfunknetz (z.B. LTE, UMTS, HSPA, GPRS, EDGE und dgl.). Die Kommunikationsvorrichtung kann eingerichtet sein zur Datenübertragung über eine drahtgebundene Datenverbindung, insbesondere über ein Ladekabel zum Laden eines Elektrofahrzeugs. Der Datenspeicher kann dauerhaft in dem Fahrzeug angeordnet sein. Der Datenspeicher kann insbesondere Teil des Batteriesteuergeräts sein. Der Datenspeicher kann auch über eine lösbare Verbindung mit dem Fahrzeug verbunden sein. Insbesondere kann das Fahrzeug, z.B. das Batteriesteuergerät des Fahrzeugs, eine Datenverbindungsschnittstelle (z.B. USB) zum Anschließen des Datenspeichers umfassen. Das Batteriesteuergerät ist eingerichtet, den mindestens einen die Batterie betreffenden Messwert mittels des mindestens einen Sensors zu erfassen und den mindestens einen Messwert in dem Datenspeicher zu speichern, wobei die Kommunikationsvorrichtung eingerichtet ist, den mindestens einen gespeicherten Messwert an eine außerhalb des Kraftfahrzeugs befindliche Auswertevorrichtung zu übertragen sowie einen durch die Auswertevorrichtung bestimmten ein Energiemanagement des Kraftfahrzeugs betreffenden Betriebsparameter zu empfangen, wobei das Batteriesteuergerät weiter eingerichtet ist, den Betriebsparameter zu verarbeiten.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand beispielhafter Darstellungen erläutert. Es zeigen
1 eine Anordnung umfassend ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug in einer Ausführungsform,
2 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es wird darauf hingewiesen, dass es sich bei den dargestellten Figuren sowie der zugehörigen Beschreibung lediglich um Ausführungsbeispiele der Erfindung handelt.
Insbesondere sind Darstellungen von Merkmalskombinationen in den Figuren und / oder der Figurenbeschreibung nicht dahingehend auszulegen, dass die Erfindung zwingend die Verwirklichung aller genannten Merkmale erfordert. Andere Ausführungsformen der Erfindung können weniger, mehr und / oder andere Merkmale enthalten. Der Schutzbereich und die Offenbarung der Erfindung ergeben sich aus den beiliegenden Patentansprüchen und der vollständigen Beschreibung. Es wird zudem darauf hingewiesen, dass es sich bei den Darstellungen um Prinzipdarstellungen von Ausführungsformen der Erfindung handelt. Die Anordnung der einzelnen dargestellten Elemente zueinander ist nur beispielhaft gewählt und kann bei anderen Ausführungsformen der Erfindung anders gewählt werden.
Ein beispielhafter Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Ausführungsformen soll nun anhand des in 2 gezeigten Diagramms erläutert werden, wobei zugleich auf die in 1 gezeigte Anordnung Bezug genommen wird. Diese umfasst ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 10 in einer Ausführungsform und eine Auswerteeinrichtung 20.
In Schritt S10 werden die Batterie 11 betreffende Messwerte erfasst. Hierzu werden die Messwerte mittels (in 1 nicht dargestellter) Batteriesensoren erfasst. Beispielhaft können je ein Strom-, Spannungs- und Temperatursensor vorgesehen sein. Die von den Sensoren erfassten Messwerte können über eine Datenverbindung 15 einem Batteriesteuergerät 12 übermittelt werden.
Die erfassten Messwerte werden im anschließenden Schritt S20 in einem Speicher 13 gespeichert. Der Speicher 13 ist in dem Batteriesteuergerät 12 angeordnet. Es kann vorgesehen sein, dass als Messgrößen Strom (I), Spannung (U) und Temperatur (T) mit einer Abtastrate von je 1 Hz erfasst werden. Somit wird also je ein Messwert pro Messgröße pro Sekunde erzeugt. Mit anderen Worten werden die von der Zeit t abhängigen Funktionen U(t), I(t) und T(t) abgetastet. In dem Speicher 13 werden alle Messwerte abgelegt. In dem Speicher 13 werden somit abgetastete Versionen der Funktionen U(t), I(t) und T(t) abgelegt. Es kann vorgesehen sein, dass die Abtastrate so gewählt wird, dass das Abtasttheorem erfüllt ist. In diesem Fall ist mit anderen Worten eine vollständige Rekonstruktion der Funktionen U(t), I(t) und T(t) aufgrund der Abtastwerte möglich. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Batteriesteuergerät 12 aus den Messwerten der primären Messgrößen (U, I, T) Messwerte der sekundären Messgrößen bildet oder berechnet. Bei den sekundären Messgrößen kann es sich beispielsweise um eine Batterieleistung P(t), eine kumulierte Ladungsmenge Q oder einen Ladezustand SOC(t) handeln. Es kann auch vorgesehen sein, dass die sekundären Messgrößen später durch die Auswertevorrichtung 20 bestimmt werden. Dies kann vorteilhaft sein, da die Auswertevorrichtung 20 manche sekundäre Messgrößen (z.B. den SOC) genauer bestimmen kann als das Batteriesteuergerät 12. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Batteriesteuergerät 12 einen Messwert zu einer sekundären Messgröße (z.B. SOC) bestimmt und die Auswertevorrichtung 20 diesen ggf. später korrigiert, falls sie zu aufgrund ihres präziseren Rechenmodells einen abweichenden Messwert bestimmt.
In Schritt S30 erfolgt eine Prüfung, ob eine funktionsfähige Datenverbindung 30 besteht. Ist dies nicht der Fall, werden die ersten beiden Verfahrensschritte weiter durchgeführt. Es werden also weiter Messwerte erfasst und gespeichert. Besteht eine Datenverbindung 30, so wird das Verfahren mit Schritt S40 fortgesetzt. Bei der Datenverbindung 30 kann es sich im vorliegenden Beispiel um eine Mobilfunkverbindung 30 handeln. Diese erlaubt eine bidirektionale Datenkommunikation, was in 1 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist.
In Schritt S40 werden die im Speicher 13 gespeicherten Messwerte über die Datenverbindung an die Auswertevorrichtung 20 übertragen. Es wird also mit anderen Worten der Inhalt des Speichers 13 oder ein Teil des Inhalts des Speichers 13 (beispielsweise alle seit der letzten Übertragung neu gespeicherten Messwerte) übertragen. Die Datenübertragung erfolgt mittels einer Kommunikationsvorrichtung 14 des Fahrzeugs 10, die beispielsweise zur Datenübertragung über ein Mobilfunknetz eingerichtet sein kann. Die zu übertragenden Daten können der Kommunikationsvorrichtung 14 von dem Batteriesteuergerät 12 über einen Datenbus 16 des Fahrzeugs 10 bereitgestellt werden.
Die Auswertevorrichtung 20 kann einen Datenbank-Server 21 umfassen, der beispielsweise ein Internet-Server 21 sein kann, der zur Speicherung aller von dem Fahrzeug 10 übertragenen Daten eingerichtet ist. Die Auswertevorrichtung 20 kann weiter eine Berechnungseinheit 22 umfassen, welche die in der Datenbank 21 gespeicherten Daten verarbeitet. Es kann vorgesehen sein, dass der Berechnungseinheit 22 von dem Server 21 oder von anderen Quellen weitere Umgebungsparameter zur Verfügung stehen, die nicht im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens von dem Fahrzeug übertragen wurden. Insbesondere kann es sich bei dem Server 21 um einen Internet-Server 21 des Fahrzeugherstellers handeln, der eingerichtet ist, dem Nutzer diverse Dienste anzubieten. Solche Dienste können eine Fernabfrage unterschiedlicher Fahrzeugparameter, eine Fahrtplanung und eine entsprechende Programmierung eines Fahrzeug-Navigationssystems und dergleichen umfassen.
In Schritt S50 wird durch die Berechnungseinheit 22 ein das Energiemanagement des Kraftfahrzeugs betreffender Betriebsparameter bestimmt. Im vorliegenden Beispiel könnten der Berechnungseinheit folgende Daten zur Verfügung stehen:

– die übermittelten Messwerte;
– die Information, dass der Nutzer des Kraftfahrzeugs derzeit zu einem in den Bergen gelegenen Ort fährt;
– Informationen über den weiteren Streckenverlauf bis zum Zielort;
– die Temperatur am Zielort.

Aufgrund der vorliegenden Informationen kann die Berechnungseinheit 22 bestimmen, dass die Generatorspannung auf einen bestimmten Wert zu erhöhen ist. Hierzu handelt es sich um einen Steuerbefehl. Ein technischer Grund für diesen Steuerbefehl kann sein, dass die Temperatur am Zielort wesentlich geringer ist als die derzeitige Umgebungstemperatur des Kraftfahrzeugs. Daher soll der SOC erhöht werden, um die Startfähigkeit des Fahrzeugs auch nach einem längeren Aufenthalt am Zielort zu gewährleisten. Ein weiterer Grund kann sein, dass die verbleibende Fahrstrecke Steigungen enthält, in denen der Verbrennungsmotor nicht zusätzlich durch den Generator belastet werden soll. Die Ladephase (in der der Generator den Verbrennungsmotor belastet) soll daher abgeschlossen sein, bevor das Fahrzeug die Steigungen befährt.
Im letzten Schritt S60 überträgt die Auswertevorrichtung 20 den oder die bestimmten Betriebsparameter an die Kommunikationsvorrichtung 14 des Kraftfahrzeugs 10, von wo dieser oder diese über den Fahrzeugbus 16 an das Batteriesteuergerät 12 zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet wird oder werden.
Aufgrund der vorliegenden Informationen kann die Berechnungseinheit 22 zusätzlich bestimmen, dass die Batterie demnächst, z.B. nach weiteren 1000 km Fahrleistung, ausgetauscht werden sollte. Dieser Betriebsparameter kann ebenfalls über die Datenverbindung 30 an das Kraftfahrzeug 10 übertragen werden. Es kann zusätzlich vorgesehen sein, dass die Auswertevorrichtung 20 diese Information über eine Datenverbindung 41 an ein Mobilgerät 40 (z.B. ein Smartphone) des Fahrzeugbesitzers oder Fahrzeugnutzers übermittelt. Somit ist dieser frühzeitig und auf der Grundlage verlässlicher Informationen darüber informiert, dass er demnächst eine Werkstatt aufsuchen muss.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
11: Batterie
12: Batteriesteuergerät
13: Datenspeicher
14: Kommunikationsvorrichtung
15, 16: Datenbus
20: Auswertevorrichtung
21: Datenbank
22: Berechnungseinheit
30: Datenverbindung
40: Mobilgerät
41: Datenverbindung
S10–S60: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009022771 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Energiemanagement eines Kraftfahrzeugs (10) mit den Schritten – Erfassen (S10) mindestens eines eine Batterie (11) des Kraftfahrzeugs (10) betreffenden Messwerts, – Speichern (S20) des mindestens einen Messwerts, – Übertragen (S40) des mindestens einen Messwerts an eine außerhalb des Kraftfahrzeugs (10) befindliche Auswertevorrichtung (20), – Bestimmen (S50) eines das Energiemanagement des Kraftfahrzeugs (10) betreffenden Betriebsparameters durch die Auswertevorrichtung (20) und – Übertragen (S60) des Betriebsparameters an das Kraftfahrzeug (10).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Messwert eine Messgröße aus der durch – elektrischen Strom, – elektrische Spannung, – Ladezustand der Batterie oder einer Batteriezelle, – elektrische Ladung und – Temperatur gebildeten Gruppe abbildet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei mindestens zwei eine Messgröße abbildende Messwerte erfasst, gespeichert und übertragen werden, wobei die mindestens zwei Messwerte zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Betriebsparameter einen Steuerungsbefehl umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Betriebsparameter eine Verfügbarkeit und / oder einen Verschleiß der Batterie (11) betrifft.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Bestimmens (S50) des das Energiemanagement des Kraftfahrzeugs (10) betreffenden Betriebsparameters durch die Auswertevorrichtung (20) ein Berücksichtigen des mindestens einen Messwerts sowie mindestens eines Umgebungsparameters umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Übertragung (S40) des mindestens einen Messwerts und die Übertragung (S60) des Betriebsparameters mittels einer drahtlosen Datenverbindung (30) erfolgen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Übertragung (S40) des mindestens einen Messwerts und die Übertragung (S60) des Betriebsparameters mittels einer drahtgebundenen Datenverbindung (30) erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, mit dem Schritt – Feststellen (S30) eines Bestehens der Datenverbindung (30), wobei der Schritt des Übertragens (S40) des mindestens einen Messwerts an die Auswertevorrichtung (20) in Abhängigkeit des Bestehens der Datenverbindung (30) durchgeführt wird.
Kraftfahrzeug (10) umfassend eine Batterie (11), ein Batteriesteuergerät (12), mindestens einen Sensor zur Erfassung mindestens eines die Batterie (11) betreffenden Messwerts, einen Datenspeicher (13) zur Speicherung des mindestens einen Messwerts sowie eine Kommunikationsvorrichtung (14) zur Datenkommunikation mit einer außerhalb des Kraftfahrzeugs (11) befindlichen Auswertevorrichtung (20), wobei das Batteriesteuergerät (12) eingerichtet ist, den mindestens einen die Batterie (11) betreffenden Messwert mittels des mindestens einen Sensors zu erfassen und den mindestens einen Messwert in dem Datenspeicher (13) zu speichern, wobei die Kommunikationsvorrichtung (14) eingerichtet ist, den mindestens einen gespeicherten Messwert an die außerhalb des Kraftfahrzeugs (10) befindliche Auswertevorrichtung (20) zu übertragen sowie einen durch die Auswertevorrichtung (20) bestimmten ein Energiemanagement des Kraftfahrzeugs (10) betreffenden Betriebsparameter zu empfangen, wobei das Batteriesteuergerät (12) weiter eingerichtet ist, den Betriebsparameter zu verarbeiten.