DE102017222197B4 - Method for controlling an electrical system of an electrically driven motor vehicle and charge state control device for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Steuern einer elektrischen Anlage (10) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, wobei die elektrische Anlage ein Bordnetz mit mindestens einer Lithium-Batterie (12) sowie mindestens einer elektrischen Maschine (14) umfasst, wobei mindestens ein elektrischer Verbraucher (16; 18) mit dem Bordnetz gekoppelt ist; folgende Schritte umfassend:a) Vorgeben eines unteren (USW) und eines oberen Schwellenwerts (OSWnorm) für einen Ziel-Ladezustandsbereich der Lithium-Batterie (12) (Schritt 100);b) Ermitteln einer elektrischen Grundlast (GL) des Bordnetzes (Schritt 120);c) Modifizieren des oberen Schwellenwerts (OSW) für den Ziel-Ladezustandsbereich der mindestens einen Lithium-Batterie (12) in Abhängigkeit der in Schritt b) ermittelten elektrischen Grundlast (GL) des Bordnetzes (Schritt 180); undd) im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs: Einstellen eines Ladezustands der Lithium-Batterie (12) zwischen dem unteren (USW) und dem modifizierten oberen Schwellenwert (OSW) für den Ziel-Ladezustandsbereich der Lithium-Batterie (12) (Schritt 200); dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) der obere Schwellenwert (OSW) umso größer gewählt wird, je größer die in Schritt b) ermittelte elektrische Grundlast (GL) des Bordnetzes ist.Method for controlling an electrical system (10) of an electrically driven motor vehicle, wherein the electrical system comprises an on-board network with at least one lithium battery (12) and at least one electrical machine (14), wherein at least one electrical consumer (16; 18) is coupled to the on-board network; comprising the following steps:a) specifying a lower (USW) and an upper threshold value (OSWnorm) for a target state of charge range of the lithium battery (12) (step 100);b) determining an electrical base load (GL) of the on-board network (step 120);c) modifying the upper threshold value (OSW) for the target state of charge range of the at least one lithium battery (12) depending on the electrical base load (GL) of the on-board network determined in step b) (step 180); andd) when the motor vehicle is being driven: setting a state of charge of the lithium battery (12) between the lower (USW) and the modified upper threshold value (OSW) for the target state of charge range of the lithium battery (12) (step 200); characterized in that in step c) the upper threshold value (OSW) is selected to be greater the greater the electrical base load (GL) of the vehicle electrical system determined in step b).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Anlage eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, wobei die elektrische Anlage ein Bordnetz mit mindestens einer Lithium-Batterie sowie mindestens einer elektrischen Maschine umfasst, wobei mindestens ein elektrischer Verbraucher mit dem Bordnetz gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: a) Vorgeben eines unteren und eines oberen Schwellenwerts für einen Ziel-Ladezustandsbereich der Lithium-Batterie; b) Ermitteln einer elektrischen Grundlast des Bordnetzes; c) Modifizieren des oberen Schwellenwerts für den Zielladezustandsbereich der mindestens einen Lithium-Batterie in Abhängigkeit der in Schritt b) ermittelten elektrischen Grundlast des Bordnetzes; und d) Im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs: Einstellen eines Ladezustands der Lithium-Batterie zwischen dem unteren und dem modifizierten oberen Schwellenwert für den Zielladezustandsbereich der Lithium-Batterie. Sie betrifft überdies eine Ladezustandssteuereinrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Steuern eines Ladens mindestens einer Lithium-Batterie des Kraftfahrzeugs, wobei die Ladezustandssteuereinrichtung ausgelegt ist, in einem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs den Ladezustand der mindestens einen Lithium-Batterie zwischen einem unteren und einem oberen Schwellenwert für einen Ziel-Ladezustandsbereich der Lithium-Batterie einzustellen, wobei die Ladezustandssteuereinrichtung weiterhin ausgelegt ist, den oberen Schwellenwert für den Zielladezustandsbereich der mindestens einen Lithium-Batterie in Abhängigkeit einer elektrischen Grundlast des Bordnetzes zu modifizieren.The present invention relates to a method for controlling an electrical system of an electrically driven motor vehicle, wherein the electrical system comprises an on-board network with at least one lithium battery and at least one electrical machine, wherein at least one electrical consumer is coupled to the on-board network. The method comprises the following steps: a) specifying a lower and an upper threshold value for a target state of charge range of the lithium battery; b) determining a basic electrical load of the on-board network; c) modifying the upper threshold value for the target state of charge range of the at least one lithium battery depending on the basic electrical load of the on-board network determined in step b); and d) When the motor vehicle is driving: setting a state of charge of the lithium battery between the lower and the modified upper threshold value for the target state of charge range of the lithium battery. It further relates to a charge state control device for a motor vehicle for controlling a charging of at least one lithium battery of the motor vehicle, wherein the charge state control device is designed to set the charge state of the at least one lithium battery between a lower and an upper threshold value for a target charge state range of the lithium battery when the motor vehicle is being driven, wherein the charge state control device is further designed to modify the upper threshold value for the target charge state range of the at least one lithium battery depending on a basic electrical load of the on-board network.
Im Rahmen des Klimaschutzes werden die CO2-Vorgaben für Kraftfahrzeuge zunehmend verschärft. Um diesen Rechnung zu tragen, gibt es Bordnetzkonzepte mit leistungsfähigeren Energiespeichern im Vergleich zu Blei-Batterien oder Bordnetzkonzepte mit mehr als einem Energiespeicher. Durch die Verwendung von Rekuperationsvorrichtungen, beispielsweise Riemen-Starter-Generatoren, besteht die Möglichkeit, mehr Energie beispielsweise in den Bremsphasen zu rekuperieren und auch in Zugphasen eine Lastpunktabsenkung durchzuführen, um den Antrieb des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, zu entlasten. Durch eine Lastpunktabsenkung liefert die Verbrennungsmaschine ein Moment, das nicht ausreicht, um einem Fahrerwunschmoment zu entsprechen. Die Differenz kann, wie erwähnt, beispielsweise von einem Riemen-Starter-Generator geliefert werden, der dazu elektrische Energie aus einem Energiespeicher entnimmt. Dadurch kann erreicht werden, dass die Verbrennungskraftmaschine in einem hinsichtlich des Wirkungsgrads optimalen Bereich betrieben wird. Auf diese Weise lässt sich Kraftstoff sparen.As part of climate protection, the CO2 requirements for motor vehicles are becoming increasingly stricter. To take this into account, there are on-board network concepts with more powerful energy storage devices than lead batteries or on-board network concepts with more than one energy storage device. By using recuperation devices, such as belt starter generators, it is possible to recuperate more energy, for example during braking phases, and also to carry out a load point reduction during traction phases in order to relieve the load on the motor vehicle's drive, for example an internal combustion engine. By reducing the load point, the internal combustion engine delivers a torque that is not sufficient to meet the driver's desired torque. The difference can, as mentioned, be provided, for example, by a belt starter generator, which draws electrical energy from an energy storage device. This means that the internal combustion engine can be operated in an optimal range in terms of efficiency. In this way, fuel can be saved.
Der optimale Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine kann auch größer als das Fahrerwunschmoment sein. In diesem Fall kann der Riemen-Starter-Generator entsprechend angesteuert werden und die Energie zur Erzeugung des Differenzmoments kann in elektrische Energie umgewandelt werden. Da die Verbrennungskraftmaschine in diesem Fall in einem optimalen Betriebspunkt arbeitet, wird die elektrische Energie effizient erzeugt. Dabei handelt es sich um eine gesteuerte Lastpunktanhebung.The optimum operating range of the internal combustion engine can also be greater than the driver's desired torque. In this case, the belt starter generator can be controlled accordingly and the energy for generating the differential torque can be converted into electrical energy. Since the internal combustion engine is working at an optimum operating point in this case, the electrical energy is generated efficiently. This is a controlled load point increase.
In derartigen Bordnetzen werden Energiespeicher benötigt, die mehr Energie und Leistung aufnehmen und abnehmen können als in einem konventionellen Bordnetz mit einer 12V-Blei-Batterie. Dabei hat es sich herausgestellt, dass die Verwendung einer Lithium-Batterie besonders vorteilhaft ist. Eine Lithium-Batterie stellt einen zyklenfesten Energiespeicher dar, der besonders zur Rekuperation geeignet ist.Such on-board networks require energy storage devices that can absorb and absorb more energy and power than a conventional on-board network with a 12V lead battery. It has been found that the use of a lithium battery is particularly advantageous. A lithium battery is a cycle-resistant energy storage device that is particularly suitable for recuperation.
Aufgrund technologischer Randbedingungen, insbesondere der Lebensdauerauslegung, liegt der nutzbare SOC (State of Charge - Ladezustand)-Bereich einer Lithium-Batterie typischerweise zwischen einem unteren Schwellenwert von etwa 20% und einem oberen Schwellenwert von etwa 80%.Due to technological constraints, particularly the lifetime design, the usable SOC (State of Charge) range of a lithium battery is typically between between a lower threshold of about 20% and an upper threshold of about 80%.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene neue Bordnetzkonzepte bekannt:
- Aus der
DE 10 2016 005 125 A1
- From the
EN 10 2016 005 125 A1
Aus der
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Die
Schließlich ist aus der
In der
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes Verfahren sowie eine gattungsgemäße Ladezustandssteuereinrichtung derart weiterzubilden, dass damit ein möglichst ressourcenschonender Betrieb eines Kraftfahrzeugs ermöglicht wird.The object of the present invention is to further develop a generic method and a generic charge state control device in such a way that it enables the operation of a motor vehicle to be as resource-efficient as possible.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie durch eine Ladezustandssteuereinrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 10.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and by a charge state control device having the features of
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Kraftstoff gespart werden kann und damit ein besonders ressourcenschonender Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglicht wird, wenn ein Ziel-Ladezustandsbereich der Lithium-Batterie, der durch einen unteren und einen oberen Schwellenwert definiert ist, an die Grundlast des Bordnetzes angepasst wird und zwar durch entsprechende Modifikation des oberen Schwellenwerts des ZielLadezustandsbereichs. Dadurch wird, wie im Nachfolgenden erläutert, eine besonders energieeffiziente Verteilung und Nutzung rekuperierter Energie ermöglicht.The present invention is based on the finding that fuel can be saved and thus a particularly resource-saving operation of the motor vehicle is made possible if a target charge level range of the lithium battery, which is defined by a lower and an upper threshold value, is adapted to the base load of the vehicle electrical system by appropriately modifying the upper threshold value of the target charge level range. As explained below, this enables a particularly energy-efficient distribution and use of recuperated energy.
Zum einen besteht nämlich das Ziel, die in der Lithium-Batterie gespeicherte Energie möglichst schnell wieder abzugeben, damit in einer Rekuperationsphase wieder Energie aufgenommen werden kann. Wenn aber bei einer langen Phase ohne Rekuperation keine entnehmbare Energie mehr in der Lithium-Batterie vorhanden ist, muss für die Versorgung der Grundlast wieder Energie über den Generator, d.h. die elektrische Maschine, erzeugt werden, was zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führen kann. Betrachtet man nämlich die Wirkungsgrade zum Erzeugen von Energie einerseits und zum Boosten von Energie andererseits, entstehen dadurch hohe Verluste. Eine besonders effiziente Nutzung von Energie wird dadurch erzielt, dass die Energie in dem Zustand genutzt wird, in dem sie vorliegt. Es ist deshalb weniger effizient, elektrische Energie wieder in mechanische Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs umzuwandeln. Deutlich effizienter ist es, elektrische Energie den elektrischen Grundlastverbrauchern des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Eine Anpassung der Ladestrategie für die Lithium-Batterie in Abhängigkeit einer für die Grundlastverbraucher des Kraftfahrzeugs ermittelten Grundlast führt daher zu einem optimierten Wirkungsgrad des Kraftfahrzeugs. Der Kraftstoffverbrauch kann deutlich gesenkt werden.On the one hand, the aim is to release the energy stored in the lithium battery as quickly as possible so that energy can be absorbed again in a recuperation phase. However, if there is no more energy available in the lithium battery during a long phase without recuperation, energy must be generated again via the generator, i.e. the electric machine, to supply the base load, which can lead to higher fuel consumption. If one looks at the efficiency of generating energy on the one hand and boosting energy on the other, this results in high losses. A particularly efficient use of energy is achieved by using the energy in the state in which it is available. It is therefore less efficient to convert electrical energy back into mechanical energy to drive the vehicle. It is much more efficient to provide electrical energy to the electrical base load consumers of the vehicle. Adapting the charging strategy for the lithium battery depending on a base load determined for the vehicle's base load consumers therefore leads to an optimized efficiency of the vehicle. Fuel consumption can be significantly reduced.
Erfindungsgemäß wird deshalb in einem Schritt b) eine elektrische Grundlast des Bordnetzes ermittelt. Anschließend wird der obere Schwellenwert für den Ziel-Ladezustandsbereich der mindestens einen Lithium-Batterie in Abhängigkeit der in Schritt b) ermittelten elektrischen Grundlast des Bordnetzes modifiziert bzw. gewählt. Im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs wird dann der Ladezustand der Lithium-Batterie zwischen dem unteren und dem modifizierten oberen Schwellenwert für einen Ziel-Ladezustandsbereich der Lithium-Batterie eingestellt.According to the invention, an electrical base load of the vehicle electrical system is therefore determined in a step b). The upper threshold value for the target charge level range of the at least one lithium battery is then modified or selected depending on the electrical base load of the vehicle electrical system determined in step b). When the motor vehicle is being driven, the charge level of the lithium battery is then set between the lower and the modified upper threshold value for a target charge level range of the lithium battery.
Wird demnach zum Beispiel eine hohe Grundlast festgestellt, weil im Winterbetrieb des Kraftfahrzeugs bei niedrigen Außentemperaturen die Sitzheizung, die Innenraumheizung, die Heckscheibenheizung sowie eine Außenspiegelheizung in Betrieb sind, so wird der obere Schwellenwert entsprechend angehoben. Damit wird mehr durch Rekuperation gewonnene Energie in der Lithium-Batterie gespeichert gehalten, um sie dem Bordnetz zum Speisen der genannten elektrischen Verbraucher bereitzustellen, anstatt diese Energie beispielsweise zum Boosten zu verwenden. Wird im Gegenzug eine geringe Grundlast des Bordnetzes festgestellt, kann der obere Schwellenwert entsprechend abgesenkt werden. Damit kann öfter und mehr Energie der Lithium-Batterie entnommen werden.If, for example, a high base load is detected because the seat heating, interior heating, rear window heating and exterior mirror heating are in operation during winter operation of the vehicle at low outside temperatures, the upper threshold is raised accordingly. This means that more energy gained through recuperation is stored in the lithium battery in order to make it available to the vehicle electrical system to feed the electrical consumers mentioned, instead of using this energy for boosting, for example. Conversely, if a low base load of the vehicle electrical system is detected, the upper threshold can be lowered accordingly. This means that more energy can be drawn from the lithium battery more often and more often.
Wie erwähnt, wird in Schritt d) im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs ein Ladezustand der Lithium-Batterie zwischen dem unteren und dem oberen Schwellenwert für einen Ziel-Ladezustandsbereich eingestellt. Dies bedeutet, dass der Ziel-Ladezustandsbereich zwischen dem unteren und dem oberen Schwellenwert liegt. Wie weiter unten mit Bezug auf
Dadurch, dass beispielsweise der obere Schwellenwert in Anbetracht der Grundlast des Kraftfahrzeugs abgesenkt wird, kann häufiger eine Lastpunktabsenkung des Verbrennungsmotors erfolgen.For example, by lowering the upper threshold value in view of the base load of the vehicle, the load point of the combustion engine can be reduced more frequently.
Die Grundlast kann sich insbesondere abhängig von Sommer und Winter ändern. Je höher also die Grundlast ist, desto höher ist die in der Lithium-Batterie vorzuhaltende Energie. Entsprechend hoch ist der obere Schwellenwert für den Ziel-Ladezustandsbereich der Lithium-Batterie zu wählen.The base load can change depending on summer and winter. The higher the base load, the more energy must be stored in the lithium battery. The upper threshold value for the target charge level range of the lithium battery must be set accordingly.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich durch folgende weiteren Schritte aus: e) Ermitteln eines typischen Werts für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen des Kraftfahrzeugs; und f) wobei in Schritt c) der obere Schwellenwert für den Ziel-Ladezustandsbereich der mindestens einen Lithium-Batterie in Abhängigkeit einer Kombination der in Schritt b) ermittelten Grundlast und des in Schritt e) ermittelten typischen Werts für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen des Kraftfahrzeugs modifiziert wird. Insbesondere in Schubphasen des Kraftfahrzeugs kann durch Rekuperation Energie zum Laden der Lithium-Batterie gewonnen werden. Wie im Nachfolgenden noch ausführlicher erörtert werden wird, können typische, verlässliche Werte für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen des Fahrzeugs ermittelt werden. Auf diese Weise lässt sich näherungsweise abschätzen, mit welcher Regelmäßigkeit mit welcher durch Rekuperation zu gewinnenden Energie gerechnet werden kann. Je länger die typische Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen ist, desto höher ist die in der Lithium-Batterie vorzuhaltende Energie. Ist hingegen der typische Wert für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen kurz, kann mit einer entsprechend höheren Häufigkeit mit einem Zufluss von durch Rekuperation gewonnener Energie in die Lithium-Batterie gerechnet werden. Entsprechend kann dann der obere Schwellenwert niedriger gewählt werden.A particularly preferred embodiment is characterized by the following additional steps: e) determining a typical value for a period of time between two consecutive overrun phases of the motor vehicle; and f) wherein in step c) the upper threshold value for the target state of charge range of the at least one lithium battery is modified depending on a combination of the base load determined in step b) and the typical value determined in step e) for a period of time between two consecutive overrun phases of the motor vehicle. In particular, during overrun phases of the motor vehicle, energy can be obtained by recuperation to charge the lithium battery. As will be discussed in more detail below, typical, reliable values can be determined for a period of time between two consecutive overrun phases of the vehicle. In this way, it is possible to approximately estimate the regularity with which energy can be expected to be obtained through recuperation. The longer the typical period of time between two consecutive overrun phases, the higher the energy to be kept in the lithium battery. If, however, the typical value for a period between two consecutive overrun phases is short, an inflow of energy gained through recuperation into the lithium battery can be expected with a correspondingly higher frequency. The upper threshold value can then be set lower accordingly.
Erfindungsgemäß können demnach die elektrische Grundlast des Bordnetzes und der typische Wert für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen zum Einstellen eines optimalen oberen Schwellenwerts für einen Ziel-Ladezustandsbereich der Lithium-Batterie kombiniert werden.According to the invention, the electrical base load of the vehicle electrical system and the typical value for a time period between two consecutive overrun phases can therefore be combined to set an optimal upper threshold value for a target state of charge range of the lithium battery.
Bevorzugt wird der typische Wert für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen ermittelt durch Auswerten eines Betriebsparameters der Ladezustandssteuereinrichtung, die der mindestens einen Lithium-Batterie zugeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich ohne umfangreiche Aufzeichnungen und Messungen mit für viele Anwendungsfälle ausreichender Genauigkeit ein typischer Wert für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen ermitteln. Der Betriebsparameter der Ladezustandssteuereinrichtung kann in diesem Zusammenhang aus einem normierten Betriebszyklus des Kraftfahrzeugs abgeleitet werden, insbesondere einem typischen Kundenprofil oder NEFZ (Neuer Europäischer Fahrzyklus) oder WLTP (Worldwide Harmonized Light Duty Test Procedure). Bei NEFZ beträgt die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen 3 min 40 s und bei WLTP 3 min 20 s. Wenn dieselbe Ladezustandssteuereinrichtung in unterschiedliche Fahrzeugtypen eines Herstellers eingebaut wird, kann je nach Einbau eine andere typischer Wert für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen zugewiesen werden. Wird die Ladezustandssteuereinrichtung in einem Coupe eingebaut, wird eine kleinerer typischer Wert für die Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen zugewiesen als wenn die Ladezustandssteuereinrichtung in einen SUV eingebaut worden wäre. Damit wird dem unterschiedlichen Kundenprofil von Coupe-Fahrern und SUV-Fahrern Rechnung getragen. Eine feinere Abstufung kann dadurch erfolgen, dass die Motorisierung des jeweiligen Kraftfahrzeugs berücksichtigt wird, wobei eine höhere Motorisierung mit einem kleineren typischen Wert für die Zeitdauer zwischen zwei aufeinander folgenden Schubphasen einhergeht und umgekehrt.Preferably, the typical value for a period of time between two consecutive overrun phases is determined by evaluating an operating parameter of the charge state control device that is assigned to the at least one lithium battery. In this way, without extensive recordings and measurements, with sufficient accuracy for many applications, ity, a typical value for a time period between two consecutive overrun phases can be determined. The operating parameter of the charge state control device can in this context be derived from a standardized operating cycle of the motor vehicle, in particular a typical customer profile or NEDC (New European Driving Cycle) or WLTP (Worldwide Harmonized Light Duty Test Procedure). For NEDC, the time period between two consecutive overrun phases is 3 min 40 s and for WLTP it is 3 min 20 s. If the same charge state control device is installed in different vehicle types from one manufacturer, a different typical value for a time period between two consecutive overrun phases can be assigned depending on the installation. If the charge state control device is installed in a coupe, a smaller typical value for the time period between two consecutive overrun phases is assigned than if the charge state control device had been installed in an SUV. This takes into account the different customer profiles of coupe drivers and SUV drivers. A finer gradation can be achieved by taking into account the engine size of the respective motor vehicle, whereby a higher engine size is associated with a smaller typical value for the time period between two consecutive overrun phases and vice versa.
Alternativ oder zusätzlich kann gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern einer elektrischen Anlage eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs weiterhin ein Schritt g) vorgesehen sein: Einstellen eines Fahrmodus aus einer Vielzahl von Fahrmodi durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs oder durch eine Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs, wobei jedem Fahrmodus ein typischer Wert für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen des Kraftfahrzeugs zugeordnet ist. Gemäß einem darauffolgenden Schritt h) wird in Schritt f) der dem jeweiligen Fahrmodus zugeordnete Wert für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen des Kraftfahrzeugs verwendet. Wählt beispielsweise der Fahrer einen Fahrmodus „Sportlich“ oder „Dynamisch“, so ist der damit einhergehende typische Wert für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen deutlich kürzer, als wenn der Fahrer einen Fahrmodus „Komfort“ oder „Eco“ wählt. Unterschiedliche Fahrmodi gehen daher mit unterschiedlichen typischen Werten für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen einher. Auf diese Weise lässt sich eine besonders präzise Einstellung des oberen Schwellenwerts für den Ladezustand der Lithium-Batterie erzielen.Alternatively or additionally, according to an embodiment of the method according to the invention for controlling an electrical system of an electrically driven motor vehicle, a step g) can also be provided: setting a driving mode from a plurality of driving modes by the driver of the motor vehicle or by a control device of the motor vehicle, each driving mode being assigned a typical value for a period of time between two consecutive overrun phases of the motor vehicle. According to a subsequent step h), in step f), the value assigned to the respective driving mode is used for a period of time between two consecutive overrun phases of the motor vehicle. If, for example, the driver selects a "sporty" or "dynamic" driving mode, the associated typical value for a period of time between two consecutive overrun phases is significantly shorter than if the driver selects a "comfort" or "eco" driving mode. Different driving modes are therefore associated with different typical values for a period of time between two consecutive overrun phases. In this way, a particularly precise setting of the upper threshold value for the charge state of the lithium battery can be achieved.
Alternativ oder zusätzlich können zum Ermitteln eines typischen Werts für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen folgende Schritte ausgeführt werden: i) Überwachen der Fahreraktivitäten während einer vorgebbaren Zeitdauer; j) Ermitteln eines typischen Werts für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen des Kraftfahrzeugs aus den in Schritt i) überwachten Fahreraktivitäten; und k) in Schritt f): Verwenden des in Schritt j) ermittelten typischen Werts für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise können für eine Zeitdauer die zeitlichen Abstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen ermittelt werden und daraus ein Mittelwert abgeleitet werden, der als typischer Wert für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen des Kraftfahrzeugs verwendet wird. Damit lässt sich der obere Schwellenwert für den Ladezustand der mindestens einen Lithium-Batterie besonders präzise an einen jeweiligen Fahrer eines Kraftfahrzeugs anpassen. Die damit erzielbare Kraftstoffersparnis ist damit noch höher als bei den vorgenannten Varianten.Alternatively or additionally, the following steps can be carried out to determine a typical value for a period of time between two consecutive overrun phases: i) monitoring the driver activities during a predeterminable period of time; j) determining a typical value for a period of time between two consecutive overrun phases of the motor vehicle from the driver activities monitored in step i); and k) in step f): using the typical value determined in step j) for a period of time between two consecutive overrun phases of the motor vehicle. For example, the time intervals between two consecutive overrun phases can be determined for a period of time and an average value derived from this, which is used as a typical value for a period of time between two consecutive overrun phases of the motor vehicle. This allows the upper threshold value for the state of charge of the at least one lithium battery to be adapted particularly precisely to a respective driver of a motor vehicle. The fuel savings that can be achieved in this way are therefore even higher than with the aforementioned variants.
Bevorzugt wird in Schritt b) die elektrische Grundlast des Bordnetzes ermittelt durch Auswerten der Spannung des Bordnetzes und des Stroms, der in dem Bordnetz fließt, während einer vorgebbaren Zeitdauer. Bevorzugt werden als Strom, der in dem Bordnetz fließt, die Ströme, die in und aus einer jeweiligen Batterie des Bordnetzes fließen, sowie die Ströme, die in und aus einer jeweiligen elektrischen Maschine, insbesondere einem Riemen-Starter-Generator, des Bordnetzes fließen, ausgewertet. Aus den erwähnten Strömen kann auf den Grundlaststrom der mit dem Bordnetz verbundenen elektrischen Verbraucher geschlossen werden. In einem typischen Anwendungsfall werden die Ströme alle 1 ms gemessen und gefiltert zur Berechnung der Grundlast des Bordnetzes herangezogen. Sofern in dem Bordnetz ein DC/DC-Wandler enthalten ist, wird der über den DC/DC-Wandler fließende Strom über einen Mess-Shunt gemessen und ebenfalls berücksichtigt.Preferably, in step b), the electrical base load of the vehicle electrical system is determined by evaluating the voltage of the vehicle electrical system and the current flowing in the vehicle electrical system over a predeterminable period of time. Preferably, the current flowing in the vehicle electrical system is the currents flowing in and out of a respective battery of the vehicle electrical system, as well as the currents flowing in and out of a respective electrical machine, in particular a belt starter generator, of the vehicle electrical system. The base load current of the electrical consumers connected to the vehicle electrical system can be determined from the currents mentioned. In a typical application, the currents are measured every 1 ms and filtered to calculate the base load of the vehicle electrical system. If the vehicle electrical system contains a DC/DC converter, the current flowing through the DC/DC converter is measured via a measuring shunt and also taken into account.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird in einem Schritt I) die Temperatur der mindestens einen Lithium-Batterie gemessen, wobei in einem darauffolgenden Schritt m) die Modifikation des oberen Schwellenwerts für den Ziel-Ladezustandsbereich der Lithium-Batterie gemäß Schritt c) weiterhin in Abhängigkeit der in Schritt I) gemessenen Temperatur der mindestens einen Lithium-Batterie erfolgt. Je niedriger die Temperatur der Lithium-Batterie ist, desto höher ist der obere Schwellenwert für den Ladezustand der Lithium-Batterie zu wählen. Auf diese Weise wird berücksichtigt, dass eine Batterie auf einem niedrigen Temperaturniveau weniger Energie speichern kann als bei höherer Temperatur.In a further preferred embodiment, the temperature of the at least one lithium battery is measured in a step I), wherein in a subsequent step m) the modification of the upper threshold value for the target state of charge range of the lithium battery according to step c) continues to take place depending on the temperature of the at least one lithium battery measured in step I). The lower the temperature of the lithium battery, the higher the upper threshold value for the state of charge of the lithium battery should be selected. In this way, it is taken into account that a battery can store less energy at a low temperature level than at a higher temperature.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further preferred embodiments emerge from the subclaims.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend, soweit anwendbar, für eine erfindungsgemäße Ladezustandssteuereinrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Steuern eines Ladens mindestens einer Lithium-Batterie des Kraftfahrzeugs.The preferred embodiments presented with reference to the method according to the invention and their advantages apply accordingly, as far as applicable, to a charge state control device according to the invention for a motor vehicle for controlling a charging of at least one lithium battery of the motor vehicle.
Im Nachfolgenden werden nunmehr Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Diese zeigen in:
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1 eine schematische Darstellung einer aus dem Stand der Technik bekannten elektrischen Anlage eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs; -
2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern einer elektrischen Anlage eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs; -
3 ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm (3a) zur Ableitung eines typischen Werts für den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen des Kraftfahrzeugs (3b) ; -
4 die in der Lithium-Batterie vorzuhaltende Energie in Abhängigkeit der elektrischen Grundlast des Bordnetzes sowie unterschiedlicher typischer Werte Tm1, Tm2, Tm3 der Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen des Kraftfahrzeugs; und -
5 in schematischer Darstellung einen Signalflussgraphen zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic representation of an electrical system of an electrically driven motor vehicle known from the prior art; -
2 a schematic representation to explain an embodiment of a method according to the invention for controlling an electrical system of an electrically driven motor vehicle; -
3 a speed-time diagram (3a) for deriving a typical value for the distance between two consecutive overrun phases of the motor vehicle (3b) ; -
4 the energy to be stored in the lithium battery depending on the electrical base load of the vehicle electrical system and different typical values T m1 , T m2 , T m3 of the time between two consecutive overrun phases of the motor vehicle; and -
5 in schematic representation a signal flow graph for explaining an embodiment of the method according to the invention.
Die mit Bezug auf
Dargestellt ist weiterhin eine Ladezustandssteuereinrichtung 32 für die Lithium-Batterie 12, welche mit dem Batterieüberwachungsmodul 20 für die Lithium-Batterie 12 und dem Überwachungsmodul 26 für die elektrische Maschine 14 gekoppelt ist. Die Ladezustandssteuereinrichtung 32 ist ausgelegt, die Ladung und Entladung der Lithium-Batterie 12 zu steuern.Also shown is a charge
Der üblicherweise erlaubte Bereich von Ladezuständen ist mit 34 bezeichnet. Über diesem Bereich befindet sich ein Bereich 35, der aufgrund technologischer Randbedingungen nicht genutzt werden darf. Ein unterer Bereich 37 darf nicht genutzt werden, weil eine Energiereserve vorzuhalten ist, falls das Kraftfahrzeug für eine lange Dauer abgestellt wird. Innerhalb des Bereichs 34 ist ein Ziel-Ladezustandsbereich mit 39 bezeichnet. Der zwischen den Bereichen 39 und 35 gelegene Bereich 42 dient als Reserve für Energierückgewinnungssysteme, beispielsweise Schub- und Bremsrekuperationssysteme. Wie durch den Pfeil 44 gekennzeichnet, kann ausgehend vom Ziel-Ladezustandsbereich 39 ein Laden in den Bereich 42 hinein erfolgen durch Energierückgewinnung, wobei als Energiequelle insbesondere kinetische Energie des Kraftfahrzeugs in Betracht kommt. Ein Entladen dieses Energiebereichs 42 erfolgt, wie durch den Pfeil 46 gekennzeichnet, durch Lastpunktabsenkung insbesondere mit dem Ziel, Kraftstoff zu sparen.The normally permitted range of charge states is designated 34. Above this range there is a
Der zwischen den Bereichen 37 und 39 liegende Energiebereich 48 stellt die nötige Energie für verschiedene weitere Kraftstoffsparmaßnahmen, beispielsweise erweiterten StartStopp und Freilauf Motor Aus, zur Verfügung. Wie durch den Pfeil 50 dargestellt, wird dieser Bereich entladen durch die genannten weiteren Kraftstoffsparmaßnahmen mit dem Ziel, Kraftstoff zu sparen. Der Pfeil 52 gibt an, dass dieser Bereich durch Lastpunkterhöhung geladen werden muss, wobei als Energiequelle Kraftstoff zu verwenden ist. Wenn also die untere Grenze erreicht ist, muss die Lithium-Batterie 12 - möglichst effizient durch optimale Lastpunktanhebung - geladen werden, um die Verfügbarkeit der weiteren Kraftstoffsparmaßnahmen zu gewährleisten.The
Die Grenze zwischen den Bereichen 39 und 48 wird durch einen unteren Schwellwert USW definiert, die zwischen den Bereichen 39 und 42 durch einen oberen Schwellwert OSW. Üblicherweise beträgt der untere Schwellenwert USW etwa 20% der Gesamtkapazität der Lithium-Batterie 12, der obere Schwellenwert OSW etwa 80%.The boundary between the
Erfindungsgemäß wird aus den vom Batterieüberwachungsmodul 20 und dem Überwachungsmodul 26 bereitgestellten Strom- und Spannungswerten eine elektrische Grundlast der elektrischen Verbraucher des Bordnetzes der elektrischen Anlage 10 ermittelt und der obere Schwellenwert OSW in Abhängigkeit davon, wie durch den Pfeil 36 angedeutet, innerhalb eines durch einen minimalen oberen Schwellenwert OSWmin und einen maximalen oberen Schwellenwert OSWmax begrenzten Bereichs ausgehend von einem Standardwert OSWnorm modifiziert. Die Modifikation kann beispielsweise gemäß einer linearen Abhängigkeit zwischen dem minimalen Wert OSWmin entsprechend einer minimalen ermittelten Grundlast und dem maximalen Wert OSWmax entsprechend einer maximalen ermittelten Grundlast verändert werden. Es kann jedoch auch in der Ladezustandssteuervorrichtung 32 eine Speichervorrichtung vorgesehen sein, in der bestimmten ermittelten Werten der Grundlast entsprechende Werte für den oberen Schwellenwert OSW zugewiesen sind. Anstelle eines linearen Zusammenhangs können, wenn sich dies als vorteilhaft herausgestellt hat, auch andere Zusammenhänge zwischen Grundlast und oberem Schwellenwert OSW verwendet werden.According to the invention, an electrical base load of the electrical consumers of the on-board network of the
Die Ladezustandssteuereinrichtung 32 ist weiterhin mit einer Vorrichtung 38 zum Ermitteln eines typischen Werts für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen des Kraftfahrzeugs sowie mit einer Vorrichtung 40 zur Bestimmung der Temperatur der Lithium-Batterie gekoppelt. Die von den Vorrichtungen 38 und 40 ermittelten Größen können ebenfalls, d.h. in Kombination mit der ermittelten elektrischen Grundlast des Bordnetzes, zur Bestimmung eines optimalen Werts für den oberen Schwellenwert OSW herangezogen werden.The charge
Zunächst soll in diesem Zusammenhang jedoch auf
Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 wird die Geschwindigkeit reduziert und anschließend während des Zeitraums t2 bis t3 wieder erhöht. Zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 wird das Fahrzeug bis in den Stillstand abgebremst und anschließend wird zwischen t4 und t5 dessen Geschwindigkeit wieder erhöht. Zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 wird das Fahrzeug wieder bis in den Stillstand abgebremst.Between times t 1 and t 2 the speed is reduced and then increased again during the period t 2 to t 3. Between times t 3 and t 4 the vehicle is braked to a standstill and then between t 4 and t 5 its speed is increased again. Between times t 5 and t 6 the vehicle is braked again to a standstill.
In der Darstellung von
Δt1 bezeichnet die Zeitdauer zwischen einer ersten Schubphase, welche zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 auftritt, und einer darauffolgenden Schubphase, welche zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 auftritt. Δt2 bezeichnet die Zeitdauer zwischen der Schubphase, welche zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 auftritt, und der nachfolgenden Schubphase, welche zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 auftritt. Ein typischer Wert für eine Zeitdauer TM zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen des Kraftfahrzeugs kann demnach beispielsweise als Durchschnitt wie folgt ermittelt werden:
Dieser typische Wert für eine Zeitdauer TM zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen des Kraftfahrzeugs kann über die Vorrichtung 38 zusätzlich zur ermittelten elektrischen Grundlast beim Modifizieren des oberen Schwellenwerts OSW für den Ziel-Ladezustandsbereich der Lithium-Batterie 12 berücksichtigt werden. Je größer der ermittelte typische Wert für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen ist, desto höher ist der obere Schwellenwert OSW zu wählen, da dann weniger häufig Energie zur Versorgung der elektrischen Grundlast des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs gewonnen werden kann. Je kleiner der typische Wert für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen ist, umso öfter kann Energie durch Rekuperation eingesammelt werden und desto niedriger kann deshalb der obere Schwellenwert OSW gewählt werden.This typical value for a time period T M between two consecutive overrun phases of the motor vehicle can be taken into account via the
Zurückkommend auf
Wie sich aus der Graphik ergibt, ist der obere Schwellenwert OSW umso größer zu wählen, je größer die festgestellte Grundlast und je größer der festgestellte typische Wert für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen ist. Die Temperatur kann durch Erweitern der Darstellung von
Zunächst wird in Schritt 100 ein unterer Schwellenwert USW und ein Standardwert OSWnorm für den oberen Schwellenwert OSW für einen Ziel-Ladezustandsbereich der Lithium-Batterie 12 vorgegeben. In Schritt 120 wird eine elektrische Grundlast des Bordnetzes ermittelt. In Schritt 140 wird ein typischer Wert für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen des Kraftfahrzeugs ermittelt. In Schritt 160 wird eine Temperatur der Lithium-Batterie 12 ermittelt. In Schritt 180 wird der obere Schwellenwert OSW für den Ladezustand der Lithium-Batterie 12 in Abhängigkeit der in Schritt 120 ermittelten Grundlast, des in Schritt 140 ermittelten typischen Werts für eine Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Schubphasen sowie der in Schritt 160 ermittelten Temperatur modifiziert.First, in
In Schritt 200 wird im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs ein Ladezustand der Lithium-Batterie 12 zwischen dem unteren und dem modifizierten oberen Schwellenwert USW, OSW für den Ziel-Ladezustandsbereich eingestellt. In Schritt 220 wird das Klemme15-Signal des Kraftfahrzeugs ausgewertet, d.h. es wird überprüft, ob das Kraftfahrzeug abgestellt wurde. Ist das Klemme15-Signal aus, wird das Verfahren in Schritt 240 beendet, ist hingegen der Verbrennungsmotor noch an, d.h. das Klemme15-Signal auf „ein“, zweigt das Verfahren zurück zu Schritt 120, um fortwährend - insbesondere kontinuierlich oder in vorgebbaren zeitlichen Abständen - einen optimalen oberen Schwellenwert OSW für den Ziel-Ladezustandsbereich der Lithium-Batterie 12 einzustellen.In
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