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Die Erfindung betrifft ein Standheizungssystem für von Elektromotoren angetriebene Kraftfahrzeuge und ein Verfahren zur Steuerung einer Standheizungsfunktion in einem Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang.
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Es sind bereits verschiedene Standheizungssysteme vorgeschlagen worden, die in Elektro- oder Hybridfahrzeugen eingesetzt werden können, um das Fahrzeug vor Betreten durch den Nutzer zu konditionieren. Um den Komfort oder die Sicherheit des Nutzers zu erhöhen, wird eine Heizeinrichtung (beispielsweise eine Standheizung oder eine Scheibenheizung) oder eine Klimaanlage des Fahrzeugs vor Eintreffen des Nutzers über eine gewisse Zeitdauer betrieben. Es steht dann beispielsweise eine gewünschte Innenraumtemperatur zur Verfügung, die Scheiben und/oder Außenspiegel des Kraftfahrzeugs sind abgetaut und/oder ein Fahrzeugmotor oder eine Fahrzeugbatterie sind auf Betriebstemperatur vorgewärmt.
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Bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird für die Standheizungsfunktion beispielsweise Kraftstoff in eigens dafür verbauter Hardware verbrannt und mit der erzeugten Wärme werden der Innenraum und die Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs beheizt. Bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen kommen elektrische Heizelemente zum Einsatz, beispielsweise Widerstandsheizungen, insbesondere solche mit Kaltleitern (PTC-Thermistoren). Werden diese aus der Traktionsbatterie des Fahrzeugs gespeist, verringert dies die Reichweite des Fahrzeugs.
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Aus der
DE 10 2009 028 330 A1 gehen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Temperieren eines Fahrzeuginnenraums eines Elektro- oder Plug-in-Hybridfahrzeugs hervor, bei dem der Fahrzeuginnenraum während eines Stillstands mittels der Abwärme eines Ladegeräts oder einer Batterie erwärmt wird.
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Es ist auch bekannt, bestimmte Funktionseinrichtungen (beispielsweise die Standheizung) zur Vorkonditionierung eines Kraftfahrzeugs per Fernbedienung oder via Smartphone zu starten. Dazu ist in der Regel eine Interaktion des Nutzers mit der Fernbedienung bzw. dem Smartphone nötig.
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Aus der
DE 100 06 395 A1 ist eine Standheizung für ein Kraftfahrzeug bekannt mit einem abnehmbaren Bedienteil, welches als Fernbedienung fungiert. In die Fernbedienung kann eine Zeitschaltuhr für die Standheizung integriert sein.
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Die
DE 10 2009 035 654 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Zugangsauthentifizierung in einem Kraftfahrzeug, bei der das Fahrzeug und ein Mobiltelefon über ein Funkmodul miteinander verbunden sind, wodurch das Fahrzeug von dem Mobiltelefon diverse Daten erhält, welche unter anderem das Ein- und Ausschalten von Funktionen, beispielsweise einer Standheizungsfunktion, umfassen.
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DE 10 2013 220 208 A1 offenbart ein Verfahren zum Konditionieren eines Kraftfahrzeugs, bevor ein sich vom Kraftfahrzeug entfernt befindlicher Nutzer des Kraftfahrzeugs das Kraftfahrzeug erreicht. Das Kraftfahrzeug steht in Kommunikation mit einem mobilen Kommunikationsgerät, das der Nutzer mit sich führt, errechnet über dessen Positionsdaten und das Nutzerverhalten, in welcher Zeit der Nutzer am Kraftfahrzeug ankommt, und konditioniert dieses entsprechend vor.
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Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, ein Standheizungssystem für Kraftfahrzeuge mit einem elektrischen Antriebsstrang, insbesondere für batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) und Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEV), zur Verfügung zu stellen, welches den Ladezustand einer Traktionsbatterie des Fahrzeugs nicht negativ beeinflusst bzw. die mit der Batterieladung erzielbare Restreichweite des Fahrzeugs nicht verringert, und welches ermöglicht, dass das Fahrzeug bei Eintreffen eines Nutzers vorkonditioniert ist.
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Die Aufgabe wurde dadurch gelöst, dass das Vorkonditionieren des Fahrzeugs während eines Ladevorgangs der Traktionsbatterie an einer externen Stromquelle erfolgt und mehrere Informationsflüsse kombiniert werden, um ein optimales Fahrzeug-Thermomanagement zu erhalten. Dabei wird die Abwärme des Ladegeräts und/oder der Batterie zum Erwärmen von Fahrzeuginnenraum und Antriebskomponenten genutzt.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Standheizungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV) oder ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV).
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Das Standheizungssystem umfasst eine über ein Ladegerät mit einer Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs verbundene stationäre Ladeeinrichtung und eine Steuerungseinrichtung, welche dafür eingerichtet ist, einen Ladevorgang der Traktionsbatterie zu starten, zu regeln, und zu beenden.
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Das Ladegerät befindet sich im Kraftfahrzeug und ist an eine stationäre Ladeeinrichtung, also eine externe Stromquelle, beispielsweise ein externes Stromnetz oder eine Ladesäule, angeschlossen. Das Ladegerät wandelt die von der externen Stromquelle bereitgestellte Spannung in eine Gleichspannung mit dem für das Aufladen der Traktionsbatterie erforderlichen Spannungsniveau um. Beim Aufladen der Traktionsbatterie des Fahrzeugs entsteht im Ladegerät und der Traktionsbatterie Abwärme. Diese Abwärme wird üblicherweise über Kühlmittel und z. B. beim Schnellladen mit laufendem Kühlerlüfter über Wasserwärmetauscher oder über einen NT (Niedertemperatur-) Kühler bei laufendem Kühlergebläse an die Umgebung des Fahrzeugs abgeführt. Die an die Umgebung abgeführte Abwärme trägt nicht zur Reichweite des Fahrzeugs bei. Zudem verbraucht der Betrieb des Kühlerlüfters zusätzliche elektrische Energie.
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Erfindungsgemäß wird die Abwärme zur Vorkonditionierung des Fahrzeugs genutzt, d. h. zum Vorwärmen von Fahrzeuginnenraum und Antriebskom ponenten.
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Die Vorkonditionierung bietet den Vorteil, dass der Fahrzeuginnenraum bei Fahrtantritt bereits erwärmt ist und die Scheiben abgetaut sind, so dass während der Fahrt oder zumindest während der Anfangsphase der Fahrt die elektrische Energie der Traktionsbatterie ausschließlich zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden kann. Damit muss die elektrische Energie der Traktionsbatterie nicht zu Fahrtbeginn zum Erwärmen des Fahrzeuginnenraumes, was insbesondere im Winter bei niedrigen Außentemperaturen erforderlich ist, genutzt werden. Dadurch kann die Reichweite des BEV oder PHEV erhöht werden.
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Ein weiterer Punkt ist, dass bei niedrigen Temperaturen der HV-Batterie (Traktionsbatterie) kaum Leistung zugeführt und entnommen werden kann. Die volle Leistung der Batterie steht nicht zur Verfügung (was sehr kritisch ist bei extrem kalten Temperaturen). In der Regel ist bei Temperaturen < 0°C keine Rekuperation möglich. Die Vorkonditionierung, bei der die HV-Batterie auf Betriebstemperatur aufgewärmt wird, beseitigt diese Probleme.
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Außerdem wird in vorteilhafter Weise dadurch elektrische Energie eingespart, dass die Abwärme des Ladegerätes und/oder der Traktionsbatterie nicht aktiv an die Umgebung abgeführt werden muss, sondern zum Erwärmen von Fahrzeuginnenraum und/oder Antriebskomponenten genutzt werden kann.
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In einer Ausführungsform wird die Abwärme mittels Wärmekonvektion und/oder Wärmeleitung und/oder Wärmestrahlung in den Fahrzeuginnenraum geleitet. In einer Variante ist das Ladegerät im Bereich des Fahrzeuginnenraumes angeordnet und es sind an dem Ladegerät Lamellen zum Ableiten der Wärme von dem Ladegerät mittels Wärmeleitung und Wärmestrahlung in den Fahrzeuginnenraum vorgesehen. Die Abwärme des Ladegerätes wird somit ohne Fluidkreislauf in den Fahrzeuginnenraum eingeleitet. Hierzu ist das Ladegerät beispielsweise unterhalb eines Fahrzeugsitzes oder im Bereich einer Sitzfläche eines Fahrzeugsitzes angeordnet.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst das Standheizungssystem einen Kühlmittelkreislauf, an welchen das Ladegerät und/oder die Traktionsbatterie und die Fahrzeuginnenraumheizung des Kraftfahrzeugs angeschlossen sind. Der Kühlmittelkreislauf (Fluidkreislauf) ist mit dem Ladegerät und/oder der Traktionsbatterie thermisch gekoppelt. Mittels des Fluidkreislaufes kann die Wärme gut kontrolliert von dem Ladegerät und/oder der Traktionsbatterie abgeführt werden. Der Fluidkreislauf ist mit dem Heizsystem bzw. der Klimaanlage des Fahrzeugs verbunden. In einer Ausführungsform, bei der das Fahrzeug ein PHEV ist, ist der Fluidkreislauf auch mit dem Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine (VKM) verbunden bzw. die VKM des Kraftfahrzeugs ist an den Kühlmittelkreislauf angeschlossen. So lassen sich sowohl der Fahrzeuginnenraum als auch Antriebskomponenten, z. B. eine Verbrennungskraftmaschine, auf eine gewünschte Betriebstemperatur vorwärmen.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Standheizungssystem mindestens ein in dem Kraftfahrzeug angeordnetes elektrisches Heizelement, welches an das Ladegerät angeschlossen ist. In einer Ausführungsform ist das elektrische Heizelement an einen Kühlmittelkreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen.
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Diese Ausführungsformen ermöglichen ein Verfahren, bei dem die Vorkonditionierung beim Laden nicht nur durch die Ladeabwärme erfolgt, sondern auch aktiv durch mindestens ein im Fahrzeug verbautes elektrisches Heizelement, zum Beispiel eine Widerstandsheizung, insbesondere einen PTC-Thermistor, während das Fahrzeug noch an der Ladestation angeschlossen ist. Dies kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn die verfügbare Abwärme von Ladegerät und Batterie nicht ausreicht, die Vorkonditionierung durchzuführen, bzw. in der verfügbaren Zeit abzuschließen. In einer Ausführungsform wird das Heizelement erst kurz vor Fahrtantritt aktiviert, z. B. 20 min vor Fahrtbeginn. Das Heizelement wird mit der Energie aus dem Energienetz betrieben, nicht aus der Traktionsbatterie des Fahrzeugs. Daher wirkt sich die zusätzliche Heizung nicht negativ auf den Ladezustand der Traktionsbatterie bzw. die Fahrzeugreichweite aus.
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Zum Vergleich: durch Heizen mit Batterieleistung wird bei einem BEV dessen Reichweite im Winter in einer Größenordnung von etwa 50% gegenüber der Reichweite im Sommer reduziert. Elektrisches Heizen ist das ganze Jahr über notwendig, auch im Sommer z. B. frühmorgens.
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Das Standheizungssystem umfasst eine Steuerungseinrichtung, welche dafür eingerichtet ist, einen Ladevorgang der Traktionsbatterie zu starten, zu regeln, und zu beenden. Die Steuerungseinrichtung kann Teil des Ladegerätes oder einer Steuerung der Batterie oder einer Klimaanlagensteuerung sein oder ein separates Steuerungsgerät sein.
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In einer Ausführungsform ist die Steuerungseinheit dafür eingerichtet, mit mindestens einer externen Datenquelle zu kommunizieren. In einer Ausführungsform ist die externe Datenquelle ein Mobiltelefon (Handy) oder eine Applikation (App) auf einem Mobiltelefon oder einem Computer (z. B. einem Backend, Laptop, Tablet, oder Desktop). In einer weiteren Ausführungsform ist der Computer mit einer Homebase verbunden. In einer anderen Ausführungsform ist die externe Datenquelle ein (Funk)Wecker, insbesondere des Fahrzeugführers. In einer weiteren Ausführungsform ist die externe Datenquelle ein Terminkalender, insbesondere des Fahrzeugführers. In wieder einer anderen Ausführungsform ist die externe Datenquelle ein interaktiver Fahrzeug-Schlüssel oder eine interaktive Schlüsselkarte (Keycard). In einer weiteren Ausführungsform ist die externe Datenquelle ein Außentemperatursensor. In einer anderen Ausführungsform ist die externe Datenquelle eine Cloud, beispielsweise des Fahrzeugherstellers. In wieder einer anderen Ausführungsform ist die externe Datenquelle ein Heimnetzwerk eines Hauses, welches eine Energieinfrastruktur des Hauses steuert, die gegebenenfalls auch einen (Heim-)Energiespeicher aufweist. Die Energieinfrastruktur des Hauses umfasst auch die stationäre Ladeeinrichtung.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Standheizungssystems. Das Verfahren umfasst eine zeitgesteuerte Durchführung eines Ladevorgangs der Traktionsbatterie und die Nutzung der dabei entstehenden Abwärme des Ladegeräts und/oder der Traktionsbatterie. Gegebenenfalls wird zusätzlich Wärmeenergie genutzt, die von einem elektrischen Heizelement erzeugt wird. Die Abwärme und gegebenenfalls zusätzliche elektrisch erzeugte Wärmeenergie wird zum Erwärmen des Fahrgastraums des Kraftfahrzeugs genutzt. In einer weiteren Ausführungsform werden zusätzlich Komponenten des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs erwärmt, insbesondere eine in einem PHEV vorhandene Verbrennungskraftmaschine. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird, falls die Abwärme von Ladegerät und Traktionsbatterie nicht ausreicht, kurz vor Fahrtantritt zusätzliche Wärmeenergie in das Fahrzeug eingetragen durch ein elektrisches Heizelement, welches an das externe Energienetz angeschlossen ist, beispielsweise einen im Fahrzeug eingebauten PTC-Thermistor (HV-PTC).
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Ladevorgang so gesteuert, dass der Fahrzeuginnenraum und/oder Komponenten des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs zu einem vorgegebenen Zeitpunkt auf eine vorgegebene Betriebstemperatur vorgewärmt sind. In einer Ausführungsform erfolgt die Steuerung des Ladevorgangs anhand vom Fahrzeugführer fest programmierter Zeiten.
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Ein Aspekt der Erfindung ist, Abwärme, die beim Laden entsteht, dem System wieder zuzuführen. Und zwar zeitlich gesteuert, so dass die Abwärme erst kurz vor Fahrtantritt in das System „Fahrzeug“ eingespeist und somit nutzbar gemacht wird, also eine zeitlich gezielte Vorkonditionierung des Systems. Die Vorkonditionierung erfolgt möglichst kurz vor der Nutzung des Fahrzeugs. Wird das System zeitlich gezielt vorkonditioniert, dient die Heizleistung während der Fahrt nur noch der Temperaturerhaltung, es muss kein extremes Aufheizen (von z. B. -10°C kalten Komponenten bzw. Innenraum) mehr erfolgen. Auch bei unvollständiger Vorkonditionierung des Innenraums ist ein schnelleres Konditionieren bei Fahrtantritt möglich, für das keine große Heizleistung während der Fahrt mehr erforderlich ist, die zu hohen Reichweiteneinbußen führen würde.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens werden zur Steuerung des Ladevorgangs von mindestens einer externen Datenquelle erhaltene Daten herangezogen. In einer weiteren Ausführungsform werden mehrere Informationsflüsse kombiniert, um ein optimales Fahrzeug-Thermomanagement zu erhalten. In einer Ausführungsform erfolgt ein gezieltes Nutzen der entstehenden Abwärme durch eine intelligente Zyklenerkennung, z. B. einer regelmäßigen Fahrt zur oder von der Arbeitsstelle des Fahrzeugführers wochentags oder in einem Schichtmodell, und/oder eine zeitliche Steuerung anhand diverser Erkennungsmerkmale. Beispiele für Erkennungsmerkmale umfassen eine Weckzeit des Fahrzeugführers, Daten eines Terminkalenders des Fahrzeugführers, die Erkennung einer Annäherung eines interaktiven Fahrzeugschlüssels oder eines Mobiltelefons des Fahrzeugführers etc.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens wird mittels der Position eines Mobiltelefons des Fahrzeugführers eine mit der Wahrscheinlichkeit, dass der Fahrzeugführer sich gerade auf dem Weg zu dem Kraftfahrzeug zwecks Nutzung des Kraftfahrzeugs befindet, zusammenhängende Wahrscheinlichkeitsgröße bestimmt. Die Bestimmung der Wahrscheinlichkeitsgröße erfolgt in Abhängigkeit von der über die Positionsbestimmungs-Sensorik bestimmten Positionsinformation des Fahrzeugführers und einer bekannten örtlichen Position des Kraftfahrzeugs. In Abhängigkeit der Wahrscheinlichkeitsgröße wird die Vorkonditionierung des Kraftfahrzeugs ausgelöst, insbesondere wenn die Wahrscheinlichkeitsgröße eine bestimmte Bedingung erfüllt, beispielsweise wenn die Wahrscheinlichkeit, dass der Fahrzeugführer sich gerade auf dem Weg zu dem Kraftfahrzeug zwecks Nutzung des Kraftfahrzeugs befindet, größer ist als ein bestimmter Schwellenwert. Andererseits kann eine Heizeinrichtung später gestartet werden und/oder mit geringerer Leistung betrieben werden, wenn die voraussichtliche Zeit, bis der Fahrzeugführer bei dem Fahrzeug eintrifft, größer ist als ursprünglich vorgesehen.
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In einer Ausführungsform erfolgt die Vorkonditionierung zudem wetter- oder jahreszeitabhängig. Dabei können Wettervorhersagedaten verwendet werden, die über eine Cloud oder das Internet abrufbar sind. Auch können Informationen z. B. eines Außentemperatursensors herangezogen werden, wobei nicht nur ein aktueller Wert des parkenden Fahrzeugs, welches in einer Garage stehen könnte, sondern auch Daten aus der letzter Fahrt verwendet werden können. Dies erlaubt eine Erkennung der Jahreszeiten, gegebenenfalls durch intelligente Kombination mit dem aktuellen Datum und dem ungefähren Standort des Fahrzeugs.
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Zu den Vorteilen der Erfindung gehört, dass Komponenten, die im Fahrzeug bereits vorhanden sind, genutzt werden können. Die Vorkonditionierung bietet die Sicherheitsvorteile einer Standheizung wie freie Sicht durch abgetaute Scheiben etc. Durch Abwärme kann auch der Antriebsstrang vorkonditioniert werden, z. B. eine VKM bei PHEV, was durch die Vermeidung von Kaltstarts zu einer Verbesserung der Abgasemissionen führt. Es ergibt sich ein Komfortgewinn für die Fahrzeuginsassen; eine Erhöhung der Reichweite des Fahrzeugs sowie höhere Rekuperation und mehr elektrische Leistungsfähigkeit bei niedrigen Temperaturen. Zusätzlich wird der Verschleiß der Antriebskomponenten vermindert und die Lebensdauer der Batterie erhöht. Außerdem wird Energie sinnvoll genutzt, die sonst an die Umgebung abgegeben wird und damit verloren ist.
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Ein weiterer Vorteil ist ein geringerer Energieverbrauch beim Laden, da nur noch die Kühlmittelpumpe laufen muss, um das Kühlmittel umzuwälzen, während bislang Kühlerlüfter und Kühlmittelpumpe beim Laden oft laufen müssen, um die erzeugte Abwärme abzuführen. Die Vorkonditionierung stellt eine thermische Senke des Antriebstrangs dar, inklusive des Elektromotors bei BEV und PHEV, wodurch ein Kühlerlüfter außentemperaturabhängig nicht mehr mitlaufen muss oder erst später dazu geschaltet werden muss.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand beispielhafter Ausführungsformen weiter beschrieben und erläutert.
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Vergleichsbeispiel 1
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Ein Fahrzeug (BEV oder PHEV) wird abends um 20 Uhr an die Ladestation angeschlossen; der Ladevorgang startet direkt; entstehende Abwärme wird abgeführt, Komponenten wie Ladegerät und Batterie erwärmen sich. Um 2 Uhr nachts ist der Ladevorgang abgeschlossen. Das Fahrzeug kühlt nach Abschluss des Ladevorgangs aus, die Abwärme wird an die Umgebung abgegeben. Morgens bei Fahrtantritt sind Innenraum und Antriebskomponenten des Fahrzeugs wieder kalt.
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Beispiel 2 Zyklenerkennung
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Ein Fahrzeug (BEV oder PHEV) wird abends um 20 Uhr an die Ladestation angeschlossen. Wochentags wird das Fahrzeug etwa um 6 Uhr morgens wieder in Betrieb genommen, z. B. um zur Arbeit zu fahren. Der Ladevorgang startet direkt, wird aber nur bis zu einem vorgegebenen Ladezustand (SoC) durchgeführt, z. B. bis 75% der Nominalkapazität, so dass bei einer unvorhergesehenen Nutzung das Fahrzeug fahrbereit ist. Entstehende Abwärme wird abgeführt, Komponenten erwärmen sich. Ein SoC von 75% ist um 0 Uhr erreicht. Die Ladephase wird beendet; das Fahrzeug kühlt aus; die Abwärme wird an die Umgebung abgegeben.
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Die Restladedauer bis 100% SoC beträgt 2 h. Eine zweite Ladephase beginnt um 4 Uhr morgens, 2 h vor der geplanten Inbetriebnahme des Fahrzeugs um 6 Uhr morgens. Komponenten wie Ladegerät und Batterie erwärmen sich, Abwärme wird (wenn notwendig) in die Fahrgastzelle abgeführt. Um 6 Uhr kann das Fahrzeug genutzt werden, Fahrgastraum und Antriebskomponenten sind vorgewärmt. Der Fahrer hat den Nutzen von mehr Reichweite und höherer Rekuperations- und Leistungsfähigkeit der vorkonditionierten Batterie, sowie einen Komfortzugewinn. Durch das zeitgesteuerte Vorkonditionieren wird verhindert, dass das Fahrzeug bis zur Benutzung wieder auskühlt.
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Beispiel 3 Zusätzliches Heizen mit HV-PTC
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Die in Beispiel 2 beschriebene Vorkonditionierung durch Ladeabwärme bringt bereits einen Vorteil, allerdings wäre in manchen Situationen von Vorteil, mehr Wärmeenergie vor Fahrtantritt zur Verfügung zu haben. In solchen Fällen wird zusätzlich mit einem elektrischen Heizelement geheizt, beispielsweise einem PTC-Thermistor.
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Ein solcher Fall ist beispielsweise, wenn das Fahrzeug noch an die Ladestation angeschlossen ist und eine Schlüsselannährung erkennt. Das Fahrzeug schließt daraus auf eine unmittelbar bevorstehende Nutzung und schaltet das elektrische Heizelement (HV-PTC) ein, das von der Ladesäule gespeist wird, nicht von der Batterie. Dadurch ist eine zusätzliche Zufuhr von Wärmeenergie möglich, ohne dass dies zu Lasten der Batteriekapazität und damit der Reichweite geht.
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Beispiel 4 Nutzung zusätzlicher Daten zur gezielten Vorkonditionierung Das Fahrzeug hat Zugriff auf die Daten des Weckers des Fahrzeugführers und erkennt anhand von in einem Fahrtenlogbuch gespeicherten Daten, dass der Fahrer im Schnitt 45 min nach der Weckzeit losfährt.
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Beispielsweise sei die Weckzeit an Wochentagen 06:00 Uhr. Die Wetterlage der letzten und folgenden Tage ist dem Fahrzeug aus Cloud oder Internet bekannt. Ein zeitabhängiger Strompreis ist aus Cloud oder Internet bekannt.
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Das Fahrzeug wurde am Vortag in der Garage abgestellt und an eine Steckdose angeschlossen. Das Fahrzeug wird wochentags am selben Tag nicht mehr benötigt, wenn es so abgestellt wird. Es wird erst wieder benötigt, um am nächsten Tag zur Arbeitsstätte zu fahren. Das Fahrzeug erkennt den Zyklus anhand der Daten des Fahrtenlogbuchs.
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Das Fahrzeug beginnt nach dem Anschließen an die Steckdose mit einem Ladevorgang bis auf z. B. einen SoC von 35%, um für eine spontane Nutzung genügend Reichweite zu haben, und bricht bei Erreichen eines SoC von 35% den Ladevorgang ab. Das Fahrzeug weiß, dass es noch 3 h Ladezeit benötigt, um einen SoC von 100% zu erreichen. Das Fahrzeug nimmt den Ladevorgang um 03:45 Uhr wieder auf, so dass es um 6:45 Uhr voll geladen und vorkonditioniert ist. Falls erforderlich, wird die Vorkonditionierung durch zusätzliches Heizen mit einem elektrischen Heizelement unterstützt (z. B. in den letzten 20 min). Durch die zeitgesteuerte Vorkonditionierung wird verhindert, dass der HV-PTC über die gesamte Ladezeit Energie verbraucht.
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Beispiel 5 Sommerbetrieb
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Im Sommer müssen die elektrischen Komponenten in der Regel nicht vorgeheizt werden. Wenn möglich, wird die Abwärme in den Fahrzeuginnenraum abgeführt, um diesen vorzuheizen, da die Solltemperatur der Klimaanlage in der Regel höher als die nächtliche Außentemperatur ist und im Fahrgastraum z. B. 21 °C während der Fahrt herrschen sollen. Als thermische Senken für die Abwärme kann auch eine gegebenenfalls vorhandene VKM (bei PHEV) genutzt werden, es kann ein EM vorgeheizt und das gesamte Kühlsystem erwärmt werden. Nur wenn die thermische Energie nicht vollständig genutzt werden kann, wird die Abwärme wie bei aktuellen Konzepten über NT-Kühler an die Umgebung abgegeben.
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Im Sommerbetrieb kann die Ladeleistung reduziert und die Ladezeit verlängert werden, um weniger Abwärme zu produzieren. So kann ggf. der Ladevorgang direkt nach Anschließen an die Ladestation beginnen und mit geringer Ladeleistung durchgeführt werden, so dass der Ladevorgang bis zur Wiederinbetriebnahme des Fahrzeugs abgeschlossen ist.
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Die Steuerung des Ladevorgangs kann auch unter Berücksichtigung zeitabhängiger Strompreise erfolgen, so dass höhere Ladeleistung bevorzugt in Zeiten niedriger Strompreise, z. B. bei Verfügbarkeit von Nachtstrom, abgerufen wird. In einer anderen Variante kann die Steuerung des Ladevorgangs auch unter Berücksichtigung der Verfügbarkeit von Solarstrom erfolgen, der z. B. durch ein Solardach des Hauses erzeugt wird. In einer Variante erkennt das Fahrzeug, ob ein Fotovoltaik-Dach am Haus vorhanden ist oder erfährt dies durch Abfrage des Kunden. Es lassen sich durch Laden mit Solarstrom Einsparungen erzielen. Ist ein hausinterner Energiespeicher (zum Beispiel eine Batterie zum Speichern des Solarstroms) vorhanden, kann das Fahrzeug durch Kommunikation mit diesem Daten erhalten, um den Ladevorgang zu optimieren.
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Beispiel 6 Betrieb im Winter / Herbst / Frühjahr
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Hier besteht in der Regel Heizbedarf für Fahrzeuginnenraum und Antriebskomponenten. Die beim Ladevorgang erzeugte Abwärme wird zum Aufheizen der HV-Batterie, des Fahrzeuginnenraums und einer ggf. vorhandenen VKM (bei PHEV) genutzt. Reicht die erzeugte Abwärme nicht aus, wird zusätzlich elektrisch geheizt (z. B. in den letzten 20 min vor Fahrtantritt). Das elektrische Heizelement wird mit Strom aus der Ladestation betrieben und verringert daher nicht die Batterieladung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009028330 A1 [0004]
- DE 10006395 A1 [0006]
- DE 102009035654 A1 [0007]
- DE 102013220208 A1 [0008]