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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Anlage eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, wobei mittels eines ersten elektrischen Energiespeichers eines ersten Bordnetzes eine erste elektrische Gleichspannung und mittels eines zweiten elektrischen Energiespeichers eines zweiten Bordnetzes eine zweite elektrische Gleichspannung bereitgestellt wird, wobei die beiden Bordnetze mittels eines DC/DC-Wandlers elektrisch miteinander gekoppelt werden, wobei das Kraftfahrzeug in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb mittels einer an das erste Bordnetz angeschlossenen und mit einer Verbrennungskraftmaschine koppelbaren elektrischen Maschine angetrieben wird, wobei ein Ladungszustand des ersten elektrischen Energiespeichers mittels einer Ladungszustandssteuereinheit entsprechend eines prädiktiven Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs gesteuert wird. Die Erfindung betrifft ferner eine elektrische Anlage eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, mit einem ersten elektrischen Energiespeicher eines ersten Bordnetzes zum Bereitstellen einer ersten elektrischen Gleichspannung, einem zweiten elektrischen Energiespeicher eines zweites Bordnetzes zum Bereitstellen einer zweiten elektrischen Gleichspannung, einem DC/DC-Wandler zum elektrischen Koppeln der beiden Bordnetze miteinander, einer an das erste Bordnetz angeschlossenen und mit einer Verbrennungskraftmaschine koppelbaren elektrischen Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb und einer Ladungszustandssteuereinheit zum Steuern eines Ladungszustands des ersten elektrischen Energiespeichers entsprechend eines prädiktiven Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs. Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine sowie einer elektrischen Anlage, die eine mit der Verbrennungskraftmaschine koppelbare elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb umfasst.
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Elektrische Anlagen der gattungsgemäßen Art, Kraftfahrzeuge hiermit sowie auch entsprechende Verfahren sind im Stand der Technik umfänglich bekannt, sodass es dem Grunde nach eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Die elektrische Anlage dient der Verteilung von elektrischer Energie zwischen von der elektrischen Anlage umfassten elektrischen Einheiten, beispielsweise elektrischen Antriebseinheiten wie der rotierenden elektrischen Maschine, elektrischen Energiespeichern, Fahrzeugleuchten, insbesondere Fahrzeugscheinwerfer und/oder dergleichen. Solche elektrischen Einheiten können darüber hinaus weitere elektrische Energiespeichern, eine elektrische Energiequelle, wie ein Solar-Modul oder dergleichen, auch die elektrische Antriebseinheit sein.
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Die elektrische Antriebseinheit umfasst in der Regel die rotierende elektrische Maschine, die vorzugsweise mittels eines Energiewandlers an das erste Bordnetz angeschlossen ist. Darüber hinaus kann eine Reihe weiterer elektrischer Einheiten, beispielsweise eine Beleuchtungseinheit, ein Scheinwerfer, eine Innenbeleuchtung und/oder dergleichen, aber auch Funktionseinheiten wie ein Autoradio, ein Navigationsgerät, ein elektrisch angetriebener Klimakompressor, elektrische Fensterheber und/oder dergleichen, vorgesehen sein.
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Ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug, welches sowohl mittels der elektrischen Maschine als auch mittels einer Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist und/oder dergleichen. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet.
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Bei heutigen Kraftfahrzeugen, die elektrisch antreibbar sind, umfasst die elektrische Anlage in der Regel zwei Bordnetze, und zwar das erste und das zweite Bordnetz, die mit unterschiedlichen Gleichspannungen betrieben werden. Üblicherweise beträgt eine der Gleichspannungen, die durch eines der beiden Bordnetze bereitgestellt wird, 12 V und wird zum Betreiben von insbesondere Kleinleistungsverbrauchern wie beispielsweise dem Navigationsgerät, der Innenbeleuchtung des Kraftfahrzeugs und/oder dergleichen genutzt. Vorliegend ist hierfür das zweite Bordnetz vorgesehen.
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Die andere der elektrischen Gleichspannungen, vorzugsweise die des ersten Bordnetzes, beträgt üblicherweise 48 V. An diesem zweiten Bordnetz sind elektrische Einheiten mit einem hohen Leistungsumsatz angeschlossen, beispielsweise die Antriebseinheit mit der elektrischen Maschine, die dem Antrieb des Kraftfahrzeugs dient, ein Turbokompressor für die Verbrennungskraftmaschine, der einen elektrischen Antrieb aufweist, und/oder dergleichen.
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Für jedes der beiden Bordnetze ist ein eigener Energiespeicher, nämlich jeweils der erste und der zweite Energiespeicher vorgesehen. In der Regel sind die elektrischen Energiespeicher nach Art eines Akkumulators ausgebildet, wobei der Akkumulator die jeweilige elektrische Gleichspannung des jeweiligen Bordnetzes bestimmt. Die beiden Bordnetze sind darüber hinaus in der Regel mit einem getakteten Energiewandler nach Art eines DC/DC-Wandlers miteinander elektrisch gekoppelt. Mittels des getakteten Energiewandlers ist zumindest ein unidirektionaler Energiefluss vom ersten Bordnetz zum zweiten Bordnetz, vorzugsweise jedoch bidirektional, möglich.
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Das Vorhandensein der Verbrennungskraftmaschine sowie einer elektrischen Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs erlaubt es, den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zu optimieren, sodass die Verbrennungskraftmaschine einerseits nur dann betrieben zu werden braucht, wenn die verfügbare elektrische Energie des ersten elektrischen Energiespeichers einen vorgegebenen Mindestladungszustand des ersten elektrischen Energiespeichers unterschreitet. Dadurch kann der Verbrauch fossiler Brennstoffe durch die Verbrennungskraftmaschine reduziert werden. Zugleich kann ein Ausstoß von schädlichen Abgasen reduziert werden.
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Insbesondere bei Hybridfahrzeugen, die nach Art eines Mild-Hybrides für das erste Bordnetz einen Akkumulator für eine erste Gleichspannung von 48 V und für das zweite Bordnetz einen Akkumulator mit einer Gleichspannung von 12 V aufweisen, ist in der Regel vorgesehen, dass bezüglich einer prädiktiven Ladezustandssteuerung der Akkumulator des ersten Bordnetzes, an dem auch die Antriebseinrichtung angeschlossen ist, mittels einer dafür vorgesehenen Ladezustandssteuereinheit gesteuert werden kann. Die Ladezustandssteuereinheit nutzt zur Steuerung des Ladungszustands des Akkumulators des ersten Bordnetzes unterschiedlichste Informationen wie Umweltdaten, Fahrerverhalten, Navigationsdaten und/oder dergleichen. So ermöglicht es die Ladezustandssteuereinheit, wenn hinreichende Informationen über eine zu befahrende Fahrtroute vorliegen, dies bei der Ladezustandssteuerung zu berücksichtigen.
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Ist beispielsweise eine Fahrtroute geplant, bei der in einem Gebirge ein Pass zu befahren ist, kann mittels der Ladezustandssteuereinheit der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers des ersten Bordnetzes derart gesteuert werden, dass der elektrische Energiespeicher des ersten Bordnetzes bei Erreichen der Passhöhe einen möglichst geringen Ladungszustand aufweist, sodass während einer darauffolgenden Bergabfahrt durch Schub- und/oder Bremsrekuperation mittels der Antriebseinrichtung gewonnene elektrische Energie in den elektrischen Energiespeicher des ersten Bordnetzes eingespeist werden kann. Insofern kann mittels der prädiktiven Ladezustandssteuerung nicht nur ein etwaiger Energierückgewinn erfasst, sondern auch ein prognostizierter Energiebedarf geplant werden. Ist darüber hinaus beispielsweise vorgesehen, dass die Fahrtroute durch eine verkehrsberuhigte Zone mit reduzierter Geschwindigkeit, beispielsweise 30 km/h, verläuft, kann mittels der Ladezustandssteuerung beispielsweise der elektrische Energiespeicher des ersten Bordnetzes derart gesteuert werden, dass eine etwaige Wankstabilisierung oder auch ein elektrischer Antrieb eines Turbokompressors nicht eingeplant zu werden braucht. Aus der
DE 10 2014 009 448 A1 ist ein derartiges Batterie-Managementsystem für eine prädiktive Ladezustandssteuerung bei einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug offenbart, welches durch ein Mild-Hybrid-Kraftfahrzeug gebildet sein kann.
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Weiterhin ist es aus der
DE 10 2010 034 672 A1 bekannt, bei einem Hybridfahrzeug mit Radnabenmotoren, bei denen das ersten Bordnetz für Hochvolt ausgelegt ist, eine Kopplung mit dem zweiten Bordnetz bereitzustellen, sodass bei Überlastzuständen ein Teil der Energie in das zweite Bordnetz übergekoppelt werden kann. Das zweite Bordnetz ist in der Regel ein Niederspannungsbordnetz. Der Vorteil, der hierdurch erreicht werden soll, ist jedoch sehr begrenzt, da Ladungsspeicherkapazitäten der Energiespeicher der beiden Bordnetze sehr unterschiedlich sind. Aufgrund der Antriebskonstruktion ist nämlich die Ladungsspeicherkapazität des ersten Bordnetzes, an dem auch die Radnabenmotoren angeschlossen sind, und welches mit Hochvolt betrieben wird, erheblich größer als die Ladungsspeicherkapazität des Energiespeichers des zweiten Bordnetzes, welches mit 12 V betrieben wird. Dadurch ist die verfügbare Energiereserve ausgesprochen klein, was im Übrigen erklärt, weshalb sich diese Lehre bislang nicht durchsetzen konnte. Der erforderliche Aufwand steht in keinem Verhältnis zu dem erreichbaren Nutzen.
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Schließlich offenbart die
DE 10 2008 036 457 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, der eine Start-Stopp-Steuerung umfasst, mittels der ein Verbrauch von fossilem Brennstoff durch eine Verbrennungskraftmaschine reduziert werden soll. Ein Ladungszustand einer Batterie des Kraftfahrzeugs wird dabei derart gesteuert, dass ein zuverlässiges Starten der Verbrennungskraftmaschine gewährleistet werden kann.
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Auch wenn sich der Stand der Technik bewährt hat, so besteht dennoch Verbesserungsbedarf. Gerade bei einem Mild-Hybrid-Fahrzeug erweist sich die Energiespeicherkapazität des elektrischen Energiespeichers des ersten Bordnetzes, an dem die Antriebseinrichtung angeschlossen ist, als nachteilig, da die durch den elektrischen Energiespeicher bereitgestellte elektrische Spannung in der Regel kleiner als 60 Volt ist. Dadurch sind auch die verfügbare elektrische Leistung und die verfügbare elektrische Energie begrenzt, die für die prädiktive Ladungssteuerung berücksichtigt werden können.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße elektrische Anlage sowie ein Verfahren zu deren Betrieb als auch ein Kraftfahrzeug mit der elektrischen Anlage zu verbessern.
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Als Lösung schlägt die Erfindung ein Verfahren, eine elektrische Anlage sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen vor.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich anhand von Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Bezüglich eines gattungsgemäßen Verfahrens wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass der erste und der zweite elektrische Energiespeicher die gleiche Speicherkapazität für elektrische Ladung bereitstellen, wobei das elektrische Koppeln des DC/DC-Wandlers durch ein Steuersignal der Ladezustandssteuereinheit gesteuert wird und ein Ladungszustand des zweiten elektrischen Energiespeichers mittels der Ladungszustandssteuereinheit entsprechend des prädiktiven Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs gesteuert wird, indem die Ladungszustandssteuereinheit den DC/DC-Wandler mittels des Steuersignals entsprechend steuert.
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Bezüglich der gattungsgemäßen elektrischen Anlage wird mittels der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass der erste und der zweite elektrische Energiespeicher die gleiche Speicherkapazität für elektrische Ladung aufweisen, die Ladungszustandssteuereinheit ausgebildet ist, ein Steuersignal zum Steuern des elektrischen Koppeln des DC/DC-Wandlers für den DC/DC-Wandler bereitzustellen, und die Ladungszustandssteuereinheit ergänzend ausgebildet ist, einen Ladungszustand des zweiten elektrischen Energiespeichers entsprechend des prädiktiven Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs mittels des Steuersignals zu steuern.
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Kraftfahrzeugseitig wird für ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug insbesondere vorgeschlagen, dass die elektrische Anlage gemäß der Erfindung ausgebildet ist.
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Die Erfindung nutzt den Gedanken, dass bei elektrischen Energiespeichern des ersten und des zweiten Bordnetzes, die etwa eine vergleichbare elektrische Speicherkapazität für elektrische Ladung aufweisen, die Verfügbarkeit des Kraftfahrzeugs, insbesondere bei einem Mild-Hybrid-Kraftfahrzeug, verbessert werden kann, indem der zweite elektrische Energiespeicher des zweiten Bordnetzes in die prädiktive Ladezustandssteuerung einbezogen wird. Gerade bei Mild-Hybrid-Kraftfahrzeugen erweist sich dies als vorteilhaft, weil gerade bei diesen Fahrzeugen der erste und der zweite elektrische Energiespeicher mit vergleichbaren Speicherkapazitäten ausgerüstet sein können. Dies ergibt sich unter anderem auch dadurch, dass keiner der elektrischen Energiespeicher beziehungsweise keines der beiden Bordnetze für Hochvoltbetrieb ausgelegt zu sein braucht. Die Verteilung der Ladungsspeicherkapazität auf die beiden elektrischen Energiespeicher kann bei einem Mild-Hybrid-Kraftfahrzeug aufgrund dieser besonderen Randbedingungen entsprechend gewählt sein. Gerade dadurch ergibt sich der Vorteil, dass durch die Berücksichtigung des zweiten elektrischen Energiespeichers des zweiten Bordnetzes die prädiktive Ladungszustandssteuerung mit Blick auf den zuverlässigen Betrieb des Hybridfahrzeugs deutlich verbessert werden kann.
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Für die Erfindung kommt es dabei nicht darauf an, ob der durch den Betrieb der elektrischen Maschine bewirkte elektrische Strom positiv oder negativ ist. In diesem Sinne ist als Antrieb im Sinne der Erfindung zu verstehen, dass damit nicht nur ein Erhöhen oder Halten einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs in bestimmungsgemäßem Fahrbetrieb erreicht werden kann, sondern darüber hinaus auch ein Reduzieren der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.
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Der erste elektrische Energiespeicher ist vorzugsweise ein Akkumulator, insbesondere eine Lithium-Ion-Batterie. Der zweite elektrische Energiespeicher ist ebenfalls vorzugsweise ein Akkumulator, und zwar insbesondere eine Blei-Saure-Batterie.
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Die Ladezustandssteuereinheit kann von der elektrischen Anlage umfasst sein. Sie kann darüber hinaus aber auch von einer übergeordneten Fahrzeugsteuerung des Kraftfahrzeugs umfasst oder als separate Ladezustandssteuereinheit ausgebildet sein. Damit die Ladezustandssteuereinheit den DC/DC-Wandler in gewünschter Weise steuern kann, ist sie in geeigneter Weise an diesen angeschlossen. Die Ladezustandssteuereinheit liefert ein geeignetes Steuersignal an den DC/DC-Wandler, sodass dieser eine entsprechende Energiewandlung vornimmt. Das Steuersignal kann beispielsweise ein analoges, aber auch ein digitales Signal sein. Je nach Betriebszustand kann vorgesehen sein, dass der DC/DC-Wandler einen Energiefluss vom zweiten zum ersten Bordnetz oder vorzugsweise ergänzend auch umgekehrt bewirken kann. Vorzugsweise kann mit dem DC/DC-Wandler auch die Leistung eingestellt werden, die zwischen den beiden Bordnetzen ausgetauscht wird.
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Die Ladezustandssteuereinheit kann ferner an eine übergeordnete Steuerung des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein oder auch mit ihr einstückig ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die Ladezustandssteuereinheit als eine elektronische Schaltung, insbesondere als eine Hardwareschaltung ausgebildet sein. Ferner kann sie auch eine Rechnereinheit umfassen oder durch sie gebildet sein, die einen Prozessor, beispielsweise einen Mikroprozessor oder dergleichen umfasst. Die Rechnereinheit umfasst ferner einen Programmspeicher, in dem ein ablauffähiges Rechnerprogramm für die Rechnereinheit gespeichert ist. Die Rechnereinheit ist dabei derart ausgebildet, dass sie entsprechend des ablauffähigen Programms eine Funktionalität bereitstellt. Die Rechnereinheit kann natürlich auch mit einer Elektronikschaltung kombiniert sein, um die gewünschte Funktion der Ladezustandssteuereinheit bereitstellen zu können.
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Neben bereits bezeichneten elektrischen Einheiten, die an die beiden Bordnetze angeschlossen sein können, kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass an das erste Bordnetz ein elektrischer Turbokompressor, eine elektrische Wandstabilisierung, eine elektrische Heizung und/oder dergleichen angeschlossen sein können. Weiterhin können an das zweite Bordnetz beispielsweise ein Sound-System, diverse Heizeinrichtungen wie Sitzbeheizung, Scheibenbeheizung und/oder dergleichen, eine Klimaanlage und/oder dergleichen angeschlossen sein.
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Die Erfindung eignet sich insbesondere für den Einsatz bei elektrischen Energiespeichern, die etwa eine vergleichbare Energiespeicherkapazität aufweisen, wobei sich die Energiespeicherkapazitäten des ersten und des zweiten elektrischen Energiespeichers beispielsweise um einen Faktor von etwa höchstens 5, vorzugsweise höchstens 2, unterscheiden. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem ersten und dem zweiten elektrischen Energiespeicher um Energiespeicher, die für eine elektrische Bemessungsspannung ausgelegt sind, die eine Kleinspannung im Sinne der Normung ist und vorzugsweise nicht größer als etwa 60 V ist.
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Die Erfindung nutzt den Effekt, dass die beiden elektrischen Energiespeicher eine vergleichbare Ladungskapazität für elektrische Ladung bereitstellen. In diesem Fall kommt der erfindungsgemäße Effekt vorteilhaft zur Geltung. Es ist also mit der Erfindung möglich, zur Verbesserung der Verfügbarkeit des Kraftfahrzeugs den zweiten elektrischen Energiespeicher in die prädiktive Ladezustandssteuerung miteinbeziehen zu können.
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Vorzugsweise wird für den ersten und den zweiten elektrischen Energiespeicher ein gleicher Ladungszustand mittels der Ladungszustandssteuereinheit eingestellt. Natürlich können die Ladungszustände auch abweichend voneinander eingestellt sein, um beispielsweise besondere Randbedingungen, insbesondere beim Betrieb weiterer, angeschlossener elektrischer Einheiten zu berücksichtigen. So kann der Ladungszustand des zweiten elektrischen Energiespeichers vom Ladungszustand des ersten elektrischen Energiespeichers beispielsweise um einen vorgegebenen Prozentsatz abweichen, beispielsweise 20 Prozent, vorzugsweise 10 Prozent oder dergleichen.
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Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass zum Bereitstellen des Steuersignals durch die Ladungszustandssteuereinheit wenigstens ein prädiktiver Betriebszustand von einer an das erste oder das zweite Bordnetz angeschlossenen elektrischen Einheit entsprechend des prädiktiven Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs berücksichtigt wird. Dies erlaubt es, die Ladungszustände des ersten und des zweiten elektrischen Energiespeichers unter Berücksichtigung von jeweils angeschlossenen elektrischen Einheiten einzustellen, wobei die jeweiligen elektrischen Einheiten ebenfalls in der prädiktiven Betrachtung berücksichtigt werden können. So ist es beispielsweise möglich, Klimadaten zu berücksichtigen, und den Ladungszustand unter Berücksichtigung des Betriebs einer elektrisch angetriebenen Klimaanlage einzustellen. Gleiches gilt auch für weitere elektrische Einrichtungen wie die elektrische Wankstabilisierung, eine Fahrzeugbeleuchtung und/oder dergleichen, bei denen Navigationsdaten sowie auch weitere Daten berücksichtigt werden können, um den Ladungszustand entsprechend einstellen zu können. Weitere elektrische Einrichtungen können entsprechend berücksichtigt werden.
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Die Ladungszustandssteuerungseinheit ist vorzugsweise an eine Kommunikationseinrichtung angeschlossen, um auf entsprechende Daten zugreifen zu können. Beispielsweise kann die Ladungszustandssteuereinheit an ein kraftfahrzeuginternes BUS-System angeschlossen sein, wie beispielsweise den CAN-Bus oder dergleichen. Darüber hinaus kann die Ladungszustandssteuereinheit auch eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle aufweisen, um mit anderen Datenspeichern drahtlos in Kommunikationsverbindung treten zu können, beispielsweise eine Nahfunkkommunikationseinheit basierend auf WLAN, Bluetooth, ZigBee oder dergleichen, um mit einer sich im Bereich des Kraftfahrzeugs befindlichen Datenquelle in Kommunikationsverbindung zu treten, oder auch eine Mobilfunkkommunikationseinheit, um über Mobilfunk mit einer entsprechenden Datenquelle in Verbindung treten zu können, beispielsweise über das Internet und/oder dergleichen.
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Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die durch den ersten und den zweiten elektrischen Energiespeicher bereitgestellten elektrischen Gleichspannungen kleiner oder gleich 60 V sind. Gerade hier eignet sich der Einsatz der Erfindung ganz besonders bevorzugt, weil hierdurch die Bereitstellung von zwei elektrischen Energiespeichern mit vergleichbaren Speicherkapazitäten für elektrische Ladung die Wirkung besonders günstig ist. Bei sehr stark abweichenden elektrischen Gleichspannungen, insbesondere bei elektrischen Gleichspannungen im Hochvoltbereich, kann sich die Erfindung aufgrund der in der Regel sehr stark unterschiedlichen Speicherkapazitäten für die elektrischen Energiespeichern nicht oder kaum auswirken.
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Besonders bevorzugt ist die elektrische Gleichspannung des ersten elektrischen Energiespeichers 48 V und die elektrische Gleichspannung des zweiten elektrischen Energiespeichers 12 V. Dies erlaubt es, die Erfindung ohne signifikante Eingriffe in bereits bestehende Konzepte für elektrische Anlagen einbauen, insbesondere nachrüsten, zu können. Die Erfindung eignet sich deshalb insbesondere für den Einsatz bei Mild-Hybrid-Kraftfahrzeugen.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der zweite elektrische Energiespeicher ausgebildet ist, mindestens 50 Prozent der elektrischen Leistung des ersten elektrischen Energiespeichers, vorzugsweise die gleiche elektrische Leistung wie der erste elektrische Energiespeicher, bereitzustellen. Dadurch wird berücksichtigt, dass ergänzend neben einer vergleichbaren Speicherkapazität für elektrische Ladung auch die elektrische Leistung der beiden elektrischen Energiespeicher in einem vergleichbaren Rahmen ist. Dadurch kann erreicht werden, dass auch größere Leistungen auf die elektrischen Energiespeicher prädiktiv verteilt werden können. Insgesamt kann dadurch die prädiktive Ladungszustandssteuerung für das Kraftfahrzeug verbessert werden.
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Gemäß einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Ladezustandssteuereinheit ausgebildet ist, für das Steuern des Ladungszustands des ersten und des zweiten elektrischen Energiespeichers eine maximale Leistung des zweiten elektrischen Energiespeichers und/oder des DC/DC-Wandlers zu berücksichtigen. Diese Ausgestaltung berücksichtigt, dass für die Kopplung der beiden Bordnetze der DC/DC-Wandler ergänzend berücksichtigt werden kann. Es kann nämlich der Fall eintreten, dass die vom zweiten elektrischen Energiespeicher bereitgestellte elektrische Leistung größer ist als die Leistung, die mittels des DC/DC-Wandlers im Rahmen des Energieflusses übertragen werden kann. In diesem Fall würde der DC/DC-Wandler die Kopplung der beiden Bordnetze begrenzen. Dagegen kann auch vorgesehen sein, dass der DC/DC-Wandler eine gleiche Leistung oder eine größere Leistung als die elektrische Leistung, die durch den zweiten elektrischen Energiespeicher bereitgestellt wird, zur Verfügung stellt.
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Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass der DC/DC-Wandler ausgebildet ist, mindestens 50 Prozent der elektrischen Leistung des zweiten elektrischen Energiespeichers zu koppeln. Durch diese Ausgestaltung kann eine vorgegebene Kopplungsleistung bereitgestellt werden, die eine günstige Wirkung der Erfindung ermöglicht. Natürlich kann die Leistung des DC/DC-Wandlers auch größer als 50 Prozent der elektrischen Leistung des zweiten elektrischen Energiespeichers sein, beispielsweise 70 Prozent oder sogar auch 80 Prozent oder 100 Prozent. In der Praxis kann es jedoch zweckmäßig sein, die Leistung des DC/DC-Wandlers nur so groß zu wählen, wie sie im bestimmungsgemäßen Betrieb erforderlich ist. Dabei kann berücksichtigt werden, dass der zweite elektrische Energiespeicher gegebenenfalls auch weitere elektrische Einheiten mit elektrischer Energie zu versorgen hat. Unter Umständen kann es deshalb ausreichend sein, wenn der DC/DC-Wandler lediglich ausgebildet ist, die Differenz der beiden vorgenannten Leistungen bereitstellen zu können. Natürlich kann darüber hinaus auch vorgesehen sein, dass der DC/DC-Wandler für einen vorgegebenen Zeitraum eine erhöhte elektrische Leistung energietechnisch zu koppeln vermag. Dadurch können zum Beispiel Leistungsspitzen abgefangen werden, wobei es vorzugsweise nicht erforderlich ist, den DC/DC-Wandler für einen Dauerbetrieb mit der maximalen Leistung des zweiten elektrischen Energiespeichers auszulegen. Dadurch können Materialkosten, Gewicht und Bauraum eingespart werden.
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Insgesamt nutzt die Erfindung also die Erkenntnis, dass der erste elektrische Energiespeicher, der insbesondere durch eine Traktionsbatterie gebildet sein kann und eine erste elektrische Gleichspannung von etwa 48 V aufweist, und der zweite elektrische Energiespeicher, der durch eine 12 V-Batterie gebildet sein kann, bei einem Mild-Hybrid-Kraftfahrzeug eine ähnliche Energiemenge an elektrischer Energie speichern können. Dadurch kann die im Stand der Technik übliche prädikative Ladezustandssteuerung dahingehend ergänzt werden, dass die prädikative Ladezustandssteuerung beide elektrische Energiespeicher beziehungsweise beide Batterien, gleichzeitig berücksichtigt, und zwar nicht nur den Ladungszustand und den Energiebedarf im Bereich des ersten Bordnetzes, beispielsweise auf der 48 V-Seite, sondern auch den Ladungszustand und den Energiebedarf in Kombination des ersten und des zweiten Bordnetzes, beispielsweise des 48 V- und des 12 V-Bereichs. Die prädikative Ladungszustandssteuerung berücksichtigt deshalb nicht nur die Antriebseinrichtung als Energiequelle beziehungsweise Energiesenke, sondern sie berücksichtigt auch den DC/DC-Wandler als Energiequelle beziehungsweise Energiesenke. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die jeweiligen Leistungen in einer vergleichbaren Größenordnung sind.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich anhand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur.
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Es zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer elektrischen Anlage in einem Kraftfahrzeug gemäß der Erfindung.
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Die einzige Figur zeigt eine elektrische Anlage 12 für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug 10. Die elektrische Anlage 12 weist ein erstes Bordnetz 14 auf, das einen ersten elektrischen Energiespeicher in Form eines Lithium-Ionen-Akkumulators 18 für eine erste elektrische Gleichspannung aufweist, die vorliegend etwa 48 V beträgt. Darüber hinaus umfasst die elektrische Anlage 12 ein zweites Bordnetz 16, das einen zweiten elektrischen Energiespeicher in Form eines gewöhnlichen Blei-Säure-Akkumulators 20 für eine zweite elektrische Gleichspannung aufweist, die vorliegend etwa 12 V beträgt.
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An das erste Bordnetz 14 ist eine elektrische Antriebseinheit 24 zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 10 in einem bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb angeschlossen. Die elektrische Antriebseinheit 24 umfasst eine nicht weiter dargestellte elektrische Maschine, die vorliegend eine Synchronmaschine ist. Darüber hinaus umfasst die Antriebseinheit 24 einen ebenfalls nicht weiter dargestellten Wechselrichter, an dem die Synchronmaschine angeschlossen ist. Gleichspannungsseitig ist der Wechselrichter an das erste Bordnetz 14 angeschlossen, wodurch der Anschluss der elektrischen Antriebseinheit 24 an das erste Bordnetz 14 bereitgestellt wird.
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Ferner weist die elektrische Anlage 12 einen an das erste und das zweite Bordnetz 14, 16 angeschlossenen DC/DC-Wandler 22 zum elektrischen Koppeln der beiden Bordnetze 14, 16 auf. Der DC/DC-Wandler 22 ist vorliegend für einen bidirektionalen Energieaustausch zwischen den Bordnetzen 14, 16 ausgebildet. Der DC/DC-Wandler 22 ist ferner an eine Ladungszustandssteuereinheit 28 angeschlossen, die vorliegend von einer kraftfahrzeugseitigen, nicht weiter dargestellten Fahrzeugsteuerung umfasst ist. Alternativ oder ergänzend kann die Ladungszustandssteuereinheit 28 auch zumindest teilweise von der elektrischen Anlage 12 umfasst sein. Mittels der Ladezustandssteuereinheit 28 ist der Energietransfer zwischen dem ersten und dem zweiten Bordnetz 14, 16 mittels des DC/DC-Wandlers 22 steuerbar, indem letzterer an die Ladungszustandssteuereinheit 28 angeschlossen ist. Die Ladungszustandssteuereinheit 28 stellt ein entsprechendes Steuersignal für den DC/DC-Wandler 22 bereit, der entsprechend dem Steuersignal den Energiefluss einstellt.
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Vorliegend ist vorgesehen, dass der erste und der zweite elektrische Energiespeicher 18, 20 die gleiche Speicherkapazität für elektrische Ladung bereitstellen. Ferner ist die Ladungszustandssteuereinheit 28 ausgebildet, einen Ladungszustand des zweiten elektrischen Energiespeichers 20 entsprechend des prädiktiven Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 10 zu steuern, indem die Ladungszustandssteuereinheit 28 den DC/DC-Wandler 22 mittels des Steuersignals entsprechend steuert. Vorliegend ist ferner ergänzend vorgesehen, dass für den ersten und den zweiten elektrischen Energiespeicher 18, 20 etwa ein gleicher Ladungszustand mittels der Ladungszustandssteuereinheit 28 eingestellt wird. Dabei berücksichtigt die Ladungszustandssteuereinheit 28 eine weitere elektrische Einheit 34, die vorliegend durch einen elektrisch angetriebenen Turbolader für die nichtbezeichnete Verbrennungskraftmaschine gebildet ist. Ferner berücksichtigt die Ladungszustandssteuereinheit 28 Navigationsdaten eines ebenfalls nicht weiter dargestellten Navigationsgerätes, welches ebenfalls über eine Kommunikationsverbindung an die Ladungszustandssteuerungseinheit 28 angeschlossen ist.
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Die durch den ersten und den zweiten elektrischen Energiespeicher 18, 20 bereitgestellten elektrischen Spannungen sind vorliegend kleiner als 60 V, wobei die elektrische Gleichspannung des ersten elektrischen Energiespeichers 18 48 V und die elektrische Gleichspannung des zweiten elektrischen Energiespeichers 20 12 V beträgt.
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Der zweite elektrische Energiespeicher 20 ist ausgebildet, etwa 50 Prozent der elektrischen Leistung des ersten elektrischen Energiespeichers 18 bereitzustellen. Ebenso ist der DC/DC-Wandler 22 ausgebildet, etwa die gleiche Leistung wie der zweite elektrische Energiespeicher 20 bereitzustellen. Dadurch kann der zweite elektrische Energiespeicher 20 optimal genutzt werden, um die prädiktive Ladezustandssteuerung durchführen zu können.
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Die Ladezustandssteuerungseinheit 28 ist vorliegend durch eine nicht dargestellte Rechnereinheit gebildet, die durch eine elektronische Hardwareschaltung ergänzt ist. Dadurch ist es möglich, analoge Signale wie die eines Temperatursensors 26 sowie auch eines Stromsensors 30 zu digitalisieren und der Ladungszustandssteuerungseinheit 28 digital zuzuführen. Entsprechend können digitale Steuersignale vorgesehen sein, um zum Beispiel den DC/DC-Wandler 22 anzusteuern.
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Mittels des Temperatursensors 26 sowie auch des Stromsensors 30 können weitere Daten erfasst werden, die der Ladungszustandssteuereinheit 28 zur Verfügung gestellt werden, um die prädiktive Ladezustandssteuerung zu komplettieren. Mit dem Temperatursensor 26 kann unter anderem eine Temperatur des ersten elektrischen Energiespeichers 18 erfasst werden. Der Stromsensor 30 erlaubt eine Messung des elektrischen Stromes, mit dem der erste elektrische Energiespeicher 18 beaufschlagt wird. Nicht dargestellt in der Figur sind entsprechende Sensoren für den zweiten elektrischen Energiespeicher 20, deren Messwerte ebenfalls der Ladezustandssteuereinheit 28 zur Verfügung gestellt werden. Dadurch kann die Ladezustandssteuerung weiter verbessert werden, weil nämlich aktuelle Zustandsparameter des ersten und des zweiten elektrischen Energiespeichers 18, 20 für die prädiktive Ladezustandssteuerung berücksichtigt werden können.
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In der Figur ist schematisch weiter eine Fahrzeugmasse 32 dargestellt, die vom ersten und vom zweiten Bordnetz 14, 16 gemeinsam als Bezugspotential genutzt werden.
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Das voranstehend beschriebene Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend. So können natürlich für die Gleichspannungen nahezu beliebige Werte realisiert sein, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann das erste Bordnetz mit einer Gleichspannung von 60 V betrieben sein, wohingegen das zweite Bordnetz mit einer Gleichspannung von 24 V betrieben sein kann oder dergleichen. Auch können für die elektrischen Energiespeicher weitere Typen von Akkumulatoren vorgesehen sein, so beispielsweise Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, Lithium-Tantal-basierte Akkumulatoren und/oder dergleichen.
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Die für die erfindungsgemäße elektrische Anlage beschriebenen Vorteile und Ausgestaltungen gelten gleichermaßen für das mit der erfindungsgemäßen elektrischen Anlage ausgerüstete Kraftfahrzeug sowie das erfindungsgemäße Verfahren. Schließlich können für Vorrichtungsmerkmale auch Verfahrensmerkmale und umgekehrt vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014009448 A1 [0010]
- DE 102010034672 A1 [0011]
- DE 102008036457 A1 [0012]
