-
Es ist bekannt, Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb zu betreiben, welcher der einzige Antrieb sein kann (etwa bei einem Elektrofahrzeug), oder der einer von mehreren Antrieben sein kann (etwa bei einem Hybridfahrzeug). Hierzu ist ein elektrischer Speicher im Antrieb erforderlich, der zum Betreiben eines Elektromotors dient, welcher zum Bewegen des Fahrzeugs in der Lage ist. Dieser Speicher wird an Ladestationen aufgeladen, wobei bevorzugt ein Ladezustand (SOC = state of charge) von 100% angestrebt wird, insbesondere um die maximale Reichweite direkt nach dem Laden zur Verfügung zu haben. Zudem ist bekannt, etwa bei begrenzten Ladezeiten das Fahrzeug nicht vollständig aufzuladen, etwa nur bis zu 80%, um so zu einem früheren Zeitpunkt die Weiterfahrt antreten zu können. Grundsätzlich wird jedoch davon ausgegangen, dass bevorzugt ein Ladezustand von 100% besteht, wenn die Ladestation verlassen wird. Insbesondere wird grundsätzlich angestrebt, eine maximale Reichweite direkt nach dem Laden zur Verfügung zu haben.
-
Es wurde erkannt, dass diese Vorgehensweise mit einer zu verbessernden Energieeffizienz verknüpft ist, sodass sich die Aufgabe ergibt, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich die Effizienz des Betriebs eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb verbessern lässt.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1, sowie durch die Ladesteuerung und die Ladestation gemäß den weiteren unabhängigen Ansprüchen. Weitere Merkmale, Ausführungsformen, Eigenschaften und Vorteile ergeben sich mit der folgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
-
Es wird vorgeschlagen, anstatt einer 100%-igen Aufladung eine nach dem Aufladen auftretende Rekuperation bei der Aufladung mittels einer Ladestation zu berücksichtigen, da ansonsten bei einem Ladezustand von 100% (erwirkt durch die Ladestation) eine Speicherung der rekuperierten Energie im vollen Speicher des Fahrzeugs nicht möglich ist. Aus diesem Grund wird vorgeschlagen, anhand der vorausliegenden Route des Fahrzeugs zu ermitteln, welche Energiemenge durch Rekuperation zu erwarten ist, um einen Anteil der gesamten Kapazität des Speichers als Leerkapazität (d.h. als Kapazität, die zur Speicherung genutzt werden kann) vorzuhalten.
-
Als Leerkapazität wird hier nicht die insgesamt von Speicher zur Verfügung gestellte Ladekapazität bezeichnet, sondern ein Anteil der gesamten Kapazität, die direkt nach dem Ladevorgang unbefüllt bleibt bzw. zur Aufnahme von Energie bereitsteht. Die Leerkapazität wird von der Ladestation eingestellt (d.h. die Energieübertragung endet bei einem Füllstand des Speichers, der der Maximalkapazität des Speichers abzüglich der Leerkapazität entspricht). Ferner hängt die Leerkapazität direkt von dem Soll-Ladezustand ab. Die Leerkapazität ist größer null, um Energie speichern zu können, die bei Rekuperation nach dem Ende des Ladens (d.h. bei Soll-Ladezustand) auf einer vorausliegenden Strecke entsteht. Der Begriff „vorausliegend“ des Begriffs „vorausliegende Strecke“ bezieht sich auf den Ladevorgang, insbesondere auf dessen Ende bzw. auf den Ort der Ladestation (nämlich am Anfang der vorausliegenden Strecke).
-
Diese Leerkapazität bzw. unvollständige Aufladung ermöglicht es, Rekuperationsvorgänge, die nach dem Ladevorgang durchgeführt werden, effizient durchzuführen, indem die dort gewonnene Energie im Speicher (nämlich in der Leerkapazität) zu speichern. Mit einfachen Worten ausgedrückt wird beim Laden des Fahrzeugs im Speicher für Energie „Platz gelassen“, die in einem darauffolgenden Rekuperationsvorgang entsteht.
-
Der Soll-Ladezustand, der für den Ladevorgang maßgeblich ist, ist daher geringer als ein vorgegebener Maximalladezustand (entsprechend einer maximalen Reichweite, beispielsweise SOC = 100%) des Speichers. Es ergibt sich ein Differenz-Ladezustand (entsprechend dem Begriff „Leerkapazität“), der dazu dienen soll, Energie zwischenspeichern zu können, die nach dem Ladevorgang rekuperiert wird. Dies ist insbesondere der Fall, wenn sich die Ladestation an einer Stelle befindet, von der aus eine abschüssige Route wegführt. Es wurde erkannt, dass in diesem Fall von dem Grundprinzip der 100%-igen Ladung (bzw. möglichst vollständigen Ladung) abgewichen werden sollte, abhängig von der rekuperierten Energie und somit abhängig von der vorausliegenden Route.
-
Anhand der Route lässt sich etwa anhand des Höhenverlaufs ein Rekuperationsvorgang abschätzen und insbesondere die Energie, die bei diesem Rekuperationsvorgang entsteht. Je höher diese Energie, desto größer ist die Differenz zwischen dem Soll-Ladezustand und dem Maximalladezustand, das heißt desto größer ist die Leerkapazität, die für den Rekuperationsvorgang vorgehalten wird. Als Leerkapazität wird hierbei die Differenz zwischen dem Maximalladezustand und dem Soll-Ladezustand bezeichnet. Der Soll-Ladezustand ist daher zielgerichtet geringer als der Maximalladezustand; die Differenz entspricht vorzugsweise der bei der Rekuperation entstehenden Energie. Mit anderen Worten wird der Soll-Ladezustand so gewählt, dass das Maximum eines Ladezustandsverlaufs den vorgegebenen Maximalladezustands des Speichers entspricht. Dadurch wird die Kapazität des Speichers vollkommen ausgenutzt, während es gleichzeitig möglich ist, dass rekuperierte Energie in den Speicher eingespeist werden kann. Der Ladezustandsverlauf entlang der vorgegebenen Route wird ermittelt, insbesondere durch Abschätzen etwa anhand eines Höhenverlaufs der vorgeschrieben Route, wobei gegebenenfalls auch die Entladung entlang der Route miteinfließt (bzw. der Verbrauch von Energie, insbesondere rekuperierter Energie, durch Lasten im Fahrzeug während dem Fahren entlang der Route).
-
Da bekannt ist, in welchem Maße sich der Ladezustand ändert, wenn rekuperiert wird und die Rekuperation von der Route abhängt, insbesondere von dem Höhenverlauf und den dort gefahrenen Geschwindigkeiten bzw. den Bremsaktivitäten, und da ferner bekannt ist, in welchem Maße Lasten elektrische Energie aus dem Speicher (allgemein: dem Bordnetz) entnehmen bzw. das Aufladen durch Rekuperation belasten, kann der Ladezustandsverlauf ermittelt werden im Sinne eines Abschätzens. Hierzu können beispielsweise historische bzw. empirisch erfasste Daten, vom Hersteller vorgegebene Daten, vereinfachte Konstanten, Näherungsformeln, oder Ähnliches herangezogen werden, die insbesondere auch das Gewicht des Fahrzeugs berücksichtigen. Zudem kann das individuelle Fahrverhalten des Fahrers herangezogen werden, um insbesondere den Verlauf der Bremsbetätigung und somit der Rekuperation heranzuziehen. Es können daher auch fahrerindividuelle Daten herangezogen werden bei der Berechnung des Soll-Ladezustands. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass unterschiedliche Fahrer auch unterschiedliche Geschwindigkeiten bevorzugen und somit auch die Bremse unterschiedlich bedienen, sodass sich unterschiedliche Rekuperationsverläufe ergeben.
-
Das hier beschriebene Verfahren dient zum Laden eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb, insbesondere eines Speichers des elektrischen Fahrzeugs. Dieser Speicher ist ein Traktionsspeicher, das heißt dient zum Antreiben des Fahrzeugs (und zum Speichern von rekuperierter Energie), die vom Antrieb kommt. Der Speicher ist ein elektrischer Speicher, insbesondere ein wiederaufladbarer Speicher in Form eines Akkumulators, beispielsweise eines Lithium-Ionen-Akkumulators, eines Bleiakkumulators, oder in Form einer Kondensatorbank, insbesondere einer Superkondensatorbank. Zum Laden (oder auch zum Rückspeisen) wird der Speicher des elektrischen Antriebs mit der Ladestation verbunden. Ferner wird ein Ist-Ladezustand des Speichers erfasst, bevor Energie zwischen der Ladestation und dem Speicher ausgetauscht wird, insbesondere bevor ein Soll-Ladezustand des Speichers (durch den Energieaustausch) erreicht wird. Zur Erfassung des Ist-Ladezustands des Speichers kann dessen Spannung, der zum oder vom Speicher fließenden Strom oder beides erfasst werden, wobei dies in üblicher Weise ausgebildet sein kann.
-
Es wird ein Ladezustandsverlauf ermittelt, der sich eine Rekuperation entlang einer vorausliegenden Route des Fahrzeugs berücksichtigt oder diese Rekuperation umfasst. Als Ausgangspunkt kann der Ist-Ladezustand verwendet werde. Es wird beispielsweise ein relativer Verlauf ermittelt, etwa ein Anstieg des Ladezustands bei einem Gefälle. Alternativ kann ein absoluter Verlauf ermittelt werden, der jedoch gemäß dem später zu ermittelndem Soll-Ladezustand korrigiert wird, um ein Maximum aufzuweisen, das dem Maximalladezustand entspricht. In einer einfachen Ausführungsform wird zur Ermittlung des Ladezustandsverlaufs nur die Rekuperation betrachtet. Der Ladezustandsverlauf wird ermittelt wie vorangehend erwähnt als eine Schätzung bzw. prädiktive Ermittlung, insbesondere anhand von bekannten Rekuperationsdaten (beispielsweise der Koeffizient von rekuperierter Energie zu Höhendifferenz der Route). Der Ladezustandsverlauf muss nicht als kontinuierlicher oder quasi-kontinuierlicher Verlauf erfasst werden; es genügt zumindest ein Parameter, der diesen Ladezustandsverlauf wiedergibt, insbesondere ein Maximum des Ladezustandsverlaufs.
-
Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass nicht nur die Rekuperation sondern auch der Abfluss von Energie an zumindest einen (elektrischen) Verbraucher des Fahrzeugs berücksichtigt wird. Der zumindest eine Verbraucher kann die Beleuchtung, sicherheitsrelevante Komponenten wie ABS oder Signalleuchten, sein, kann durch Komfortlasten wie Heizung, Klimaanlage und gegebenenfalls ein Infotainmentsystem gegeben sein, kann der Traktionsmotor des Antriebs sein, oder eine Kombination hiervon. Es kann ein vorgegebener Koeffizient der Belastung (entsprechend dem Abfluss von Energie) vorgegeben sein, etwa in Form des Verhältnisses von Energiebedarf oder Leistungsbedarf bezogen auf die Strecke oder bezogen auf die Zeit. Es können auch mehrere derartige Koeffizienten oder Parameter verwendet werden, die unterschiedliche Wetter- oder Verkehrssituationen berücksichtigen, beispielsweise eine höhere Belastung durch Scheinwerfer-Energieverbrauch im Dunkeln gegenüber Fahren bei Tag ohne Scheinwerferlicht. Ferner können unterschiedliche Verbrauchsparameter angenommen werden für unterschiedliche Temperaturen, das heißt unterschiedliche Innen- oder Außentemperaturen, wobei auch auf der Route vorausliegende Wetterereignisse wie Schneefall oder Nebel, die eine zusätzliche Energiebelastung mit sich bringen (etwa durch eine elektrische Heizung), berücksichtigt sein können.
-
Es wird elektrische Energie zwischen der Ladestation und dem Speicher übertragen, bis sich ein Soll-Ladezustand ergibt. Das Übertragen kann vorgesehen werden durch Übertragen von Energie von der Ladestation an den Speicher im Sinne eines üblichen Ladevorgangs, oder durch Übertragen von elektrischer Energie von dem Speicher an die Ladestation im Sinne einer Rückspeisung von Energie in ein stationäres Versorgungsnetz. Das Übertragen der Energie ist gesteuert oder geregelt, mit dem Steuerungs- bzw. Regelungsziel, dass der Ist-Ladezustand (gegebenenfalls bis auf eine vorgegebene Marge) dem Soll-Ladezustand entspricht. Um wie erwähnt noch eine Teil-Leerkapazität im Speicher nach dem Ladevorgang vorzusehen, sodass rekuperierte Energie auf der vorausliegenden Route dort gespeichert werden kann, ist der Soll-Ladezustand (um den Differenz-Ladezustand bzw. um die Leerkapazität) geringer als ein vorgegebener Maximalladezustand. Der Maximalladezustand ist die physikalische Obergrenze der Kapazität bzw. des Ladezustands des Speichers.
-
Der Maximalladezustand ist beispielsweise vom Nutzer vorgegeben oder kann vom Fahrzeughersteller vorgegeben sein. Der Maximalladezustand kann insbesondere 100% betragen. Gegebenenfalls kann von einem Batteriemanagementsystem ein geringerer Maximalladezustand vorgesehen sein, um die Batterie zu schützen, beispielsweise ein Maximalladezustand von 80%, 90% oder 95%. Dabei kann bei einer geeigneten Batterie die weitere Alterung verringert werden, indem nur ein Teil der theoretisch möglichen Kapazität des Speichers verwendet wird, wobei dieser Teil dem Maximalladezustand entspricht.
-
Der Soll-Ladezustand ist derart gewählt, dass das Maximum des (absoluten) Ladezustandsverlaufs dem vorgegebenen Maximalladezustand des Speichers entspricht. Hierbei wird insbesondre der Soll-Ladezustand gewählt bzw. ermittelt, indem vom Maximalladezustand die durch Rekuperation zu erwartende Energie der vorausliegenden Route abgezogen wird. Der bei der Wahl des Soll-Ladezustands relevante Ladezustandsverlauf ist ein absoluter Verlauf und wird mit dem zu ermittelndem Ladezustandsverlauf abgeglichen in der Weise, dass der ermittelte Ladezustandsverlauf die Auswirkungen der Rekuperation einbringt, während der bei der Wahl des Soll-Ladezustands relevante Ladezustandsverlauf das Maximum des Ladezustandsverlaufs vorsieht, das mit dem Maximalladezustand abzugleichen ist. Da es sich um ein- und denselben Ladezustandsverlauf handelt, wenn das Maximum mit dem Maximalladezustand abgeglichen ist, wird derselbe Begriff verwendet. Der Ladezustandsverlauf kann auch iterativ ermittelt werden, indem zunächst ein bestimmter Soll-Ladezustand angenommen wird, und dieser in dem Schritt des Auswählens verändert wird, bis das Maximum des sich dann ergebenden Ladezustandsverlaufs dem Maximalladezustand entspricht. Der Maximalladezustand kann auch als (physikalische) Ladezustandsobergrenze bezeichnet werden.
-
Zudem kann eine entlang der Route auftretende Entladung des Speichers berücksichtigt werden, wobei diese Entladung insbesondere den Verbraucher von elektrischen Verbrauchern bzw. Lasten des Fahrzeugs entspricht. Diese Lasten sind bereits vorangehend angeführt und können der der Traktion (falls dies die Route erfordert), Beleuchtung, der Klimaanlage, der Heizung und/oder anderen, etwa sicherheitsrelevanten, Komponenten entsprechen.
-
Ferner kann berücksichtigt werden, dass sich der Ladezustand verändert, bis eine Rekuperation entlang der Route auftritt. So kann beispielsweise das Fahrzeug zunächst eine nicht-abschüssige Strecke (das heißt eine Strecke ohne Rekuperation) befahren, während der sich der Ladezustand auch weiter verringert, wobei der Soll-Ladezustand derart gewählt ist, dass in einer darauffolgenden Rekuperation der Maximalladezustand erreicht wird bzw. keine Energie durch Rekuperation mehr erzeugt wird, wenn der Maximalladezustand erreicht ist. Der Soll-Ladezustand wird somit derart gewählt, dass beim Erreichen des Maximalladezustands keine Rekuperation mehr folgt, sondern Rekuperationsvorgänge ausgeführt werden, wenn sich der Ladezustand unterhalb des Maximalladezustands befindet. Dadurch kann bei jedem Rekuperationsvorgang Energie im Speicher aufgenommen werden; die Batterie als Energiesenke für die rekuperierte Energie wird somit für die gesamte vorausliegende Route verwendet. Mit anderen Worten ist der Soll-Ladezustand derart gewählt, dass der Speicher als Energiesenke bei Rekuperationsvorgängen nicht abgeworfen werden muss (und durch andere Senken ersetzt werden soll), während gleichzeitig entlang der Strecke zumindest einmal der Maximalladezustand (durch Rekuperation) erreicht wird.
-
Der Soll-Ladezustand kann um eine Differenz geringer als der vorgegebene Maximalladezustand sein, die von der Rekuperation abhängt. Insbesondere ist die Differenz umso größer, je größer eine Energiemenge ist, die bei der Rekuperation im Speicher zugeführt wird. Dadurch wird der vorgehaltene Anteil der Gesamtkapazität, der einer Leerkapazität entspricht, an die Energiemenge angepasst, die durch Rekuperation entsteht. Es wird somit eine aufnahmefähige Teilkapazität des Speichers gebildet, die verbleibt und die mit rekuperierter Energie gefüllt werden kann, insbesondere bis der maximale Zustand erreicht ist. Die Energiemenge, die bei der Rekuperation im Speicher zugeführt wird, hängt insbesondere von dem Gefälle, dem Höhenverlauf, der Höhendifferenz und/oder von zu erwartenden Bremsmanövern ab, die als Rekuperation zur Erzeugung von Energie führen. Bremsmanöver können etwa anhand von empirischen Daten abgeschätzt werden, oder können ermittelt werden anhand von Geschwindigkeitsbegrenzungen oder zur erwartenden Maximalgeschwindigkeiten (etwa in engen Kurven) im Vergleich zu einem Geschwindigkeitsverlauf des Fahrzeugs, den dieses ohne Bremsmanöver ausführen würde. Dies lässt sich berechnen anhand der Masse des Fahrzeugs, und insbesondere anhand des Höhenverlaufs der Route, etwa vereinfacht anhand der Höhendifferenz.
-
Der Soll-Ladezustand kann aus dem vorgegebenen Maximalladezustand abzüglich einer Ladezustandserhöhung berechnet werden, die der Energiemenge entspricht, welche bei der Rekuperation dem Speicher zugeführt wird. Diese Ladezustandserhöhung entspricht der vorangehend genannten Differenz bzw. dem Anteil der Gesamtkapazität des Speichers, der freigehalten wird für Energie, die bei Rekuperation entsteht, und die nicht beim Übertragen von Energie zwischen Ladestation und Speicher übertragen wird. Diese Ladezustandserhöhung (entsprechend dem Differenz-Ladezustand) wird beim Übertragen von Energie zwischen der Ladestation und dem Speicher „freigelassen“ und bildet eine Leerkapazität, die gefüllt werden kann mit der durch die Energiemenge, die bei der Rekuperation (auf der vorausliegenden Strecke) entsteht.
-
Der Soll-Ladezustand ist um eine Differenz geringer als der vorgegebene Maximalladezustand. Diese Differenz ist umso kleiner, je größer eine insbesondere geschätzte Energiemenge ist, die durch eine entlang der Route auftretende Entladung dem Speicher oder dem Bordnetz (des Antriebs), indem sich der Speicher befindet, entnommen wird. Diese Entladung entspricht einer Energie, die von Verbrauchern des Fahrzeugs entnommen wird, etwa Beleuchtung, Klimaanlage, elektrische Heizung sowie andere Komponenten, die als Komfortkomponenten oder als sicherheitsrelevante Komponenten des Fahrzeugs dienen, wobei als Verbraucher auch der Antrieb gelten kann. Die Energiemenge umfasst somit insbesondere Energie, die vom Antrieb entnommen wird, etwa wenn der Routenverlauf nicht ausschließlich ein Gefälle aufweist oder das Gefälle derart ist, dass zum Erreichen einer vorgegebenen oder zu erwartenden Minimalgeschwindigkeit Traktionsenergie erforderlich ist. Dies ist beispielsweise bei Streckenabschnitten mit schwachem Gefälle der Fall oder bei Routen, die einen nicht abschüssigen Streckenabschnitt umfassen, für den es Traktionsleistung erfordert. Die Minimalgeschwindigkeit kann empirisch erfasst werden, kann anhand des Straßentyps abgeschätzt werden oder kann aus historischen Daten des Fahrers entnommen werden.
-
Der Ladezustandsverlauf kann in dem Fahrzeug ermittelt werden, insbesondere anhand einem Höhenverlauf der vorausgehenden Route (oder anhand einer Höhendifferenz der vorausliegenden Route). Ein Wert, der den Sollladezustand wiedergibt, kann von dem Fahrzeug an die Ladestation übertragen werden. Dadurch kann die Ladestation verfahrensgemäß auf den Soll-Ladezustand aufladen oder die Rückspeisung entsprechend gestalten. Die Energie zwischen der Ladestation und dem Speicher wird übertragen, bis der Speicher den Soll-Ladezustand aufweist bzw. bis der Speicher den Ladezustand bis auf eine vorgegebene Marge aufweist. Die Marge entspricht einer Fehlertoleranz und beträgt beispielsweise 5%, 2%, 1%, 0,5% oder 0,2%. Wenn der Ladezustand in dem Fahrzeug ermittelt wird, so kann etwa ein Navigationsgerät die vorausliegende Route aufweisen, etwa gespeichert in einem entsprechenden Datenspeicher des Navigationsgeräts. Eine Ladesteuerung oder das Navigationsgerät selbst kann dann die Energie ermitteln, welche bei der Rekuperation entlang der Route entstehen wird, kann den Ladezustandsverlauf der vorausliegenden Route ermitteln bzw. abschätzen. In gleicher Weise kann das Navigationsgerät oder die Ladesteuerung den Soll-Ladezustand ermitteln. Die Ladesteuerung setzt dann den Soll-Ladezustand um, indem die Energieübertragung entsprechend von der Ladesteuerung gesteuert bzw. geregelt wird, mit dem Regelungs- bzw. Steuerungsziel, den Speicher auf den Soll-Ladezustand zu bringen.
-
Eine weitere Möglichkeit ist es, die entsprechenden Berechnungen bzw. Ermittlungen oder Abschätzungen in der Ladestation durchzuführen. Es kann die vorausliegende Route, ein Ziel auf der Route, eine Höhendifferenz der Route oder ein Energiebetrag, der die Höhendifferenz wiedergibt, von dem Fahrzeug an die Ladestation übertragen werden. Die Datenübertragung kann kabelgebunden oder drahtlos sein und kann insbesondere bei der Abstimmung zwischen Ladestation und Fahrzeug betreffend die Ladeleistung und/oder den Ladezeitpunkt mit übertragen werden. Ein Wert, der den Soll-Ladezustand wiedergibt wird in der Ladestation ermittelt. Alternativ oder in Kombination hiermit kann der Ladezustandsverlauf in der Ladestation ermittelt werden. Insbesondere kann vom Fahrzeug an die Ladestation eine Energiemenge in Form eines Werts übermittelt werden, der den Verbrauch des Fahrzeugs an elektrischer Energie entlang des Routenverlaufs wiedergibt.
-
In diesem Fall ermittelt die Ladestation den Soll-Ladezustand bzw. den Ladeverlauf, sodass in dem Fahrzeug selbst hierzu keine Vorrichtungen vorliegen müssen. Die Berechnung des freizuhaltenden Kapazitätsanteils, der für die Rekuperation zur Verfügung stehen soll („Leerkapazität“), wird in diesem Fall von der Ladestation ermittelt. Dadurch kann beispielsweise allein aufgrund der Richtung oder des Zielorts der vorausliegenden Route des Fahrzeugs die Höhendifferenz bzw. der entsprechende Soll-Ladezustand ermittelt werden, da in der Ladestation hinterlegt sein kann, welche von der Ladestation wegführenden Straßen ein Gefälle aufweisen bzw. welchen Höhenverlauf die von der Ladestation wegführenden Straßen haben.
-
Falls von der Ladestation ausgehend eine Route gewählt wird, die zunächst nicht ein Gefälle aufweist, so kann der Soll-Ladezustand dem Maximalladezustand entsprechen. Liegt eine vorausliegenden Route vor, bei der Energiemengen durch Rekuperation erzeugt werden, die wesentlich sind (d.h die etwa über einem Schwellenwert liegen), dann wird ein Soll-Ladezustand gewählt, der unter dem Maximalladezustand liegt. Hierbei wird diese Entscheidung, ob ein Sollwert unter dem Maximalladezustand liegen soll, oder nicht, beispielsweise in der Ladestation getroffen, kann jedoch wie oben bemerkt auch im Fahrzeug getroffen werden. Ferner kann ermittelt werden, ob eine vorausliegende Route vorliegt, bei der ein Mindestmaß an rekuperierter Energie in einer Distanz zur Ladestation auftritt, die kleiner als eine Distanzgrenze ist. Ist dies der Fall, so kann wie erwähnt der Soll-Ladezustand geringer als der Maximalladezustand gewählt werden. Falls dies nicht der Fall ist, etwa wenn ein Gefälle mehr als X Kilometer (d.h. eine vorgegebene Streckenlänge) von der Ladestation aus gesehen auftritt, dann kann der Soll-Ladezustand gleich dem Maximalladezustand gewählt werden. Auch diese Entscheidung kann im Fahrzeug oder in der Ladestation getroffen werden. X kann beispielsweise 1 km, 5 km, 10 km oder 20 km sein, und kann insbesondere von der Energiemenge abhängen, die bei der Rekuperation auftritt. Je größer diese Energiemenge ist, desto größer ist auch die Distanzgrenze. Es besteht zwischen diesen Größen ein monoton steigender Zusammenhang. Dadurch können lange und stärkere Gefälle berücksichtigt werden, auch wenn diese weit vorausliegen, während bei schwachen, nahe bei der Ladestation liegende Gefälle unberücksichtigt bleiben können, da deren Auswirkung auf den Ladezustandsverlauf und insbesondere auf die verfahrensgemäß verbesserte Energieeffizienz zu gering ist.
-
Wie erwähnt kann die übertragene Energie einem Laden oder einem Rückspeisen entsprechen. Somit kann Energie zwischen der Ladestation und dem Speicher ausgetauscht werden durch Übertragen der Energie von der Ladestation in den Speicher oder durch Übertragen der Energie von dem Speicher in die Ladestation. Erreicht daher ein Fahrzeug der Ladestation mit hohem Ladezustand, etwa 100%, kann Energie rückgespeist werden, um so einen geringeren Soll-Ladezustand zu erreichen, sodass in dem Speicher ein auffüllbarer Kapazitätsanteil („Leerkapazität“) erzeugt wird, der von einer Rekuperation auf der vorausliegenden Strecke aufgefüllt werden kann. Fährt andernfalls das Fahrzeug mit einem Ladezustand entsprechend dem Maximalladezustand von der Ladestation weg, so kann eine darauffolgende Rekuperation nicht zum Aufladen des Speichers benutzt werden; es ergibt sich eine geringere Energieeffizienz.
-
Im Weiteren wird eine Ladesteuerung beschrieben, die zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist. Es wird somit eine Ladesteuerung für einen (elektrischen) Speicher eines Fahrzeugs beschrieben, wobei die Ladesteuerung einen Eingang aufweist, der zum Empfangen von Daten eingerichtet ist. Dieser Eingang kann drahtlos sein oder aber auch kabelgebunden. Der Eingang ist eingerichtet zum Empfang von Daten, die eine vorausliegende Route des Fahrzeugs, eine Höhendifferenz der vorausliegenden Route des Fahrzeugs, einen Zielort der vorausliegenden Route des Fahrzeugs und/oder einen Energiebetrag darstellen, der die Höhendifferenz wiedergibt. Die Ladesteuerung erhält dadurch Daten, aus denen ein Energiebetrag berechnet werden kann, der beim Rekuperieren auf der vorausliegenden Route entsteht.
-
Die Ladesteuerung ist eingerichtet, einen Ladezustandsverlauf zu ermitteln, der sich aus Rekuperation entlang der vorausliegenden Route des Fahrzeugs ergibt, insbesondere aus Rekuperation entlang der vorausliegenden Route sowie aus der Versorgung von Verbrauchern des Fahrzeugs (ggf. Antrieb, Licht, Heizung, Klimaanlage, ...) ergibt. Zudem ist die Ladesteuerung eingerichtet, einen Soll-Ladezustand zu ermitteln, der geringer ist als ein vorgegebener Maximalladezustand. Hierbei ist die Ladesteuerung eingerichtet, diesen Soll-Ladezustand derart zu wählen, dass das Maximum des Ladezustandsverlaufs einem vorgegebenen Maximalladezustand des Speichers entspricht. Die Ladesteuerung ist ferner eingerichtet, eine Übertragung von Energie zwischen der Ladestation und dem Speicher zu steuern, die zu einem Ladezustand des Speichers führt, der dem Soll-Ladezustand entspricht. Hierzu kann die Ladestation die Energieübertragung derart steuern oder regeln, dass sich der Soll-Ladezustand ergibt. Die Ladesteuerung umfasst daher eine Regelung oder Steuerung, die diese Funktion aufweist.
-
Die Ladesteuerung kann ferner einen Eingang aufweisen, an dem Parameter eingegeben werden können, von denen die Rekuperation abhängt, insbesondere der durch die Rekuperation entstehenden Energiebetrag, wobei dies beispielsweise ein Koeffizient ist, der im Verhältnis von rekuperierter Energie bezogen auf einen Höhenmeter entspricht. Zudem kann die Ladesteuerung einen Eingang oder einen Datenspeicher für Verbrauchs- und Rekuperations-Parameter aufweisen, die für das Fahrzeug kennzeichnend sind. Ferner kann die Ladesteuerung einen Eingang aufweisen, an dem Informationen empfangen werden, welche sich auf den Verbrauch ausüben, oder die sich auf die Informationsleistung oder auch den Rekuperationsverlauf auswirken, insbesondere fahrerspezifische Daten, die das Brems- und/oder Fahrverhalten wiedergeben, Wetterdaten, welche den Verbrauch elektrischer Energie des Fahrzeugs beeinflussen (etwa Helligkeit, Temperatur oder Ähnliches).
-
Die dargestellte Ladesteuerung ist derart eingerichtet, dass das Verfahren ausgeführt werden kann, wobei insbesondere die Ladesteuerung selbst die Berechnung des Soll-Ladezustands vornimmt, hierzu erforderliche Daten erfasst und/oder Zwischenergebnisse wie den Ladezustandsverlauf ermitteln kann. Die dargestellte Ladesteuerung ist Teil des Antriebs des Fahrzeugs oder zumindest Teil des Fahrzeugs und kann mit einer Benutzerschnittstelle innerhalb des Fahrzeugs verbunden sein, um insbesondere einen der genannten Eingänge aufzuweisen.
-
Im Folgenden ist eine Ladestation dargestellt, bei der zumindest einer der verfahrensrelevanten Schritte in der Ladestation ausgeführt wird, insbesondere die Ermittlung des Soll-Ladezustands, die Ermittlung von hierzu erforderlichen Zwischenergebnissen wie den Ladezustandsverlauf, uns insbesondere Eingänge aufweist, um Daten zu empfangen, welche zur Berechnung des Ladezustandsverlaufs und/oder des Soll-Ladezustands erforderlich ist. Es wird daher eine Ladestation eingerichtet zum Anschluss an einen Speicher eines Fahrzeugs beschrieben. Der Anschluss kann kabelgebunden sein, insbesondere über ein Ladekabel, oder kann induktiv erfolgen.
-
Die Ladestation weist einen Eingang zum Empfangen von Daten auf, die eine vorausliegende Route eines Fahrzeugs oder einer Höhendifferenz der Route des Fahrzeugs oder einen Zielort der vorausliegenden Route des Fahrzeugs oder einen Energiebetrag darstellen, der die Höhendifferenz wiedergibt. Dieser Eingang ist insbesondere eingerichtet, mit einem entsprechenden Kommunikationsmodul eines Fahrzeugs zu kommunizieren, mit einem Smartphone oder einem anderen portablen Kommunikationsgerät zu kommunizieren, oder über ein Internetprotokoll mit einem stationären Server zu kommunizieren. Die Ladestation ist eingerichtet, einen Ladezustandsverlauf zu ermitteln, der sich aus Rekuperation (und ggf. auch aus der Entladung durch Verbraucher des Fahrzeugs) ergibt. Die Ladestation ist ferner eingerichtet, einen Soll-Ladezustand zu ermitteln, der geringer als ein vorgegebener Maximalladezustand ist. Der Soll-Ladezustand ist derart gewählt, dass das Maximum des Ladezustandsverlaufs einem vorgegebenen Maximalladezustand des Speichers entspricht. Die Ladestation ist ferner eingerichtet, eine Übertragung von Energie zwischen der Ladestation und dem Speicher zu steuern, welche zu einem Ladezustand des Speichers führt, der dem Soll-Ladezustand entspricht. Hierzu kann die Ladestation eine entsprechende Steuerung oder Regelung aufweisen, die das Regelungsziel oder Steuerungsziel hat, den Soll-Ladezustand einzustellen.
-
Die 1 zeigt einen beispielhaften Ladezustandsverlauf LV und einen zugehörigen Ladezustandsverlauf zur näheren Erläuterung der Erfindung.
-
Die 2 zeigt eine beispielhafte Systemübersicht zur näheren Erläuterung der Erfindung.
-
Die 1 zeigt wie erwähnt ein Diagramm, das zum einen den Höhenverlauf HV über eine Strecke s angibt, sowie den zugehörigen Ladezustandsverlauf LV. Hierbei ist die Höhe H über die Strecke s sowie mit gestrichelter Linie der Ladezustand L über die Strecke s dargestellt. Der Höhenverlauf HV überwindet eine Höhendifferenz HD in Form eines Gefälles, das zwischen dem Ladeort SL und dem Ort SRE vorliegt, der das Ende der Rekuperation R und somit des Gefälles kennzeichnet.
-
Die Ladestation befindet sich an dem Ort SL, das heißt in dem vereinfachten, beispielhaften Fall direkt am Beginn des Gefälles des Höhenverlaufs HV. Vor Erreichen dieses Orts SL besteht kein Gefälle, sodass sich der entsprechende Ladeverlauf LF vor den Punkt SL gemäß den elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs verringert, insbesondere der Antrieb zum Konstanthalten der Geschwindigkeit, Verbraucher wie Heizung, Licht und Ähnliches. Am Ort SL der Ladestation hat der Speicher SP des Fahrzeugs einen Ist-Ladezustand unterhalb des Maximalladezustands LM. Daher soll Energie an den Speicher SP übertragen werden.
-
Verfahrensgemäß wird berücksichtigt, dass die weitere Route über ein abschüssiges Gefälle führt, sodass sich durch Rekuperation R eine Ladezustandserhöhung LE ergibt. Aus diesem Grund wird Energie übertragen, wobei dies mit der Erhöhung des Ladezustands UE gekennzeichnet ist, jedoch nicht auf den Maximalladezustand LM, sondern auf den Soll-Ladezustand LS, der (um eine Ladezustandsdifferenz) geringer ist als der Maximalladezustand LM. Hierzu wird das Gefälle, das auf die Ladestation am Ort SL folgt, berücksichtigt, die daraus folgende Rekuperation R und die Ladezustandserhöhung LE, die die Differenz zwischen dem Maximalladezustand LM und dem (geringeren) Soll-Ladezustand LS darstellt. Es ist ersichtlich, dass dann zum Ende der Rekuperation am Ort SRE der Ladezustand L ein Maximum aufweist, das dem Maximalladezustand LM entspricht, sodass ab diesem Punkt das Fahrzeug mit einem maximal gefüllten Speicher betrieben werden kann (das heißt ab dem Punkt SRE mit voller Reichweite). Die Ladezustandserhöhung entspricht der Leerkapazität (und umgekehrt) .
-
Der Soll-Ladezustand LS ist daher derart gewählt, dass das Maximum Max des Ladezustandsverlaufs nicht über den Maximalladezustand LM liegt, und insbesondere diesen nur an einem Punkt berührt. Insbesondere ist der Soll-Ladezustand LS derart vorgesehen, dass nach dem Punkt, an dem der Ladezustand L das Maximum MAX erreicht, keine Rekuperation mehr auftritt. In der 1 entspricht dieser Punkt der Menge der Rekuperation SRE, ab dem der Ladezustand wieder abnimmt, sodass an keiner Stelle der vorausliegenden Route VR Rekuperationsenergie erzeugt wird, wenn der Ladezustand dem Maximalladezustand entspricht (und somit der Speicher nicht mehr aufnahmefähig ist).
-
Die 2 zeigt ein Fahrzeug F mit einem Antrieb AN und einem elektrischen Speicher SP. Eine Ladestation ST umfasst eine Ladesteuerung TC und eine Berechnungseinheit BE. Das Fahrzeug F umfasst ein Navigationsgerät N, das über eine Kommunikationsschnittstelle KS des Fahrzeugs F den Höhenverlauf HV wie symbolhaft dargestellt an die Ladestation ST überträgt. Hierzu umfasst die Ladestation ST einen Eingang mit dem die Daten zur Berechnungseinheit BE übertragen werden können. In dieser Berechnungseinheit BE wird der Soll-Ladezustand LS ermittelt, insbesondere über Ermittlung des Ladezustandsverlaufs LV. Die Berechnungseinheit BE gibt den Soll-Ladezustand an eine Ladestation - Ladesteuerung PC weiter, die Teil der Ladestation ST ist. Über diese wird Energie E an den Speicher SP übertragen mit der Maßgabe, dass zum Ende des Ladens der Speicher SP den Soll-Ladezustand LS hat.
-
Das Fahrzeug F weist einen Antrieb auf, der über Rekuperation R Energie an den Speicher SP übertragen kann. Eine entlang der Route auftretende Entlang EL, die allgemeinen der Gesamtheit aller elektrischen Lasten des Fahrzeugs entspricht, wird Energie aus dem Speicher SP bzw. aus dem Bordnetz entnommen und anderen Komponenten AK sowie dem Antrieb AN zugeführt. Diese anderen Komponenten sind etwa sicherheitsrelevante Komponenten wie Beleuchtung, können jedoch auch Komfortkomponenten wie Heizung, Klimaanlage und Ähnliches umfassen.
-
In der 2 ist mit durchgezogener Linie ein Beispiel dargestellt, bei dem die Ladestation ST die Ermittlungen bzw. Berechnungen durchführt (mittels der Berechnungseinheit BE) . Ein Fahrzeug, das Schritte des Verfahrens durchführt, würde wie mit gestrichelter Linie dargestellt eine Ladesteuerung CC aufweisen, die mit dem Navigationsgerät N verbunden ist (insbesondere über eine Kommunikationsschnittstelle), sodass die Ladesteuerung CC für den Speicher SP des Fahrzeugs F ermitteln kann, welchen Soll-Ladezustand der Speicher SP nach dem Ende des Ladens aufweisen sollte. Hierbei weist das Navigationsgerät N die vorausliegende Route VR auf, aus der der Ladezustandsverlauf ermittelt bzw. abgeschätzt werden kann, um wiederum den Soll-Ladezustand geeignet auszuwählen. Falls die Ladesteuerung CC diese Funktionen erfüllt, so führt das Fahrzeug F relevante Schritte des Verfahrens aus, während die Ladestation ST im Wesentlichen nur zur Übertragung von Energie E erforderlich ist und nicht wie dargestellt einen Höhenverlauf oder Ähnliches erhält und auch keine Berechnungseinheit BE für einen Soll-Ladezustand oder für einen Ladezustandsverlauf aufweist.
