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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Steuerung eines elektrischen Verbrauchers eines Elektrofahrzeugs während eines Ladevorgangs einer Batterie.
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Hintergrund
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Mit der zunehmenden Nutzung von Elektrofahrzeugen und dem Wunsch, die Verbreitung von Elektrofahrzeugen weiter zu erhöhen, steigen auch der Bedarf an Ladestationen und damit der zum Laden der Elektrofahrzeuge benötigte Strombedarf.
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Ferner steigt der elektrische Energieverbrauch der Elektrofahrzeuge durch eine zunehmende Anzahl von elektrischen Verbrauchern in den Fahrzeugen, wobei die elektrischen Verbraucher Komfort- und Multimediafunktionen sowie zahlreiche andere Funktionen übernehmen, die mit der veränderten Antriebstechnologie und zunehmenden Kundenwünschen einhergehen.
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Das Laden der Batterien kann zu einer erheblichen Belastung des elektrischen Netzes führen, besonders während Stoßzeiten, und die damit einhergehende Unsicherheit der zu Verfügung stehenden Leistungsabgabe macht es notwendig, angepasste Ladevorgänge zu entwickeln.
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Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher den Ladevorgang eines Elektrofahrzeugs zu optimieren.
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Die Erfindung betrifft die Steuerung eines elektrischen Verbrauchers eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs während eines Ladevorgangs der Batterie gemäß einem Verfahren und einer Vorrichtung nach den unabhängigen Ansprüchen. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Die unterschiedlichen Merkmale dieser Ausführungsformen sind kombinierbar und können zusammenwirken, um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen.
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Abhängig von der zur Verfügung stehenden Netzleistung und dem Ladezustand der Batterie, kann ein elektrischer Verbraucher während des Ladevorgangs mit geregelter Leistungsaufnahme betrieben oder gesperrt werden. Dadurch kann eine effektive Leistungsabgabe des elektrischen Netzes für das Laden der Batterie erhöht werden, so dass eine vorgegebene Fahrleistung des Elektrofahrzeugs gewährleistet werden kann, und der Ladevorgang auf diese Weise optimiert wird.
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In einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers eines Elektrofahrzeugs, das eine Batterie aufweist, während eines Ladevorgangs der Batterie, welche umfasst: ein Lademodul zum Bestimmen eines aktuellen Ladezustands des Elektrofahrzeugs und zum Erhalten einer momentanen und/oder prognostizierten Netzleistung eines elektrischen Netzes; eine Logikeinheit zum Bestimmen eines ersten Batterieleistungs-Schwellwertes entsprechend einer vorgegebenen Fahrleistung des Elektrofahrzeugs; und eine Steuereinheit zum Steuern des elektrischen Verbrauchers abhängig von dem aktuellen Ladezustand, dem ersten Batterieleistungs-Schwellwert und der momentanen und/oder prognostizierten Netzleistung.
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Die Vorrichtung kann den elektrischen Verbraucher während des Ladevorgangs sperren, in Betrieb nehmen oder seine Leistungsaufnahme steuern und so eine Leistungsabgabe des elektrischen Netzes zum Betrieb des elektrischen Verbrauchers während des Ladens der Batterie steuern. Über einen Vergleich des Ladezustands der Batterie mit einem Batterieleistungs-Schwellwert kann die Vorrichtung unter Berücksichtigung der momentanen und/oder prognostizierten Netzleistung den Verbraucher derart steuern, dass eine vorgegebene Fahrleistung bzw. Reichweite des Elektrofahrzeugs, auch bei vorzeitigem Abbruch des Ladevorgangs, gewährleistet werden kann. Dabei hat das Laden der Batterie Vorrang gegenüber dem Betrieb des elektrischen Verbrauchers.
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In einigen Ausführungsformen ist der elektrische Verbraucher eine Heizung, einschließlich Standheizung, Motorheizung, Batterieheizung oder Passagierraumheizung, eine Beleuchtungsvorrichtung, ein Navigationssystem oder ein Bordcomputer, oder ein Stellmotor, insbesondere ein (Klima-) Klappensteller, ein Lüfter, ein Spiegelstellmotor oder ein Sitzpositionsmotor.
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Der elektrische Verbraucher ist im Kontext dieser Anmeldung nicht der Antriebsmotor des Elektrofahrzeugs.
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Der Ladezustand kann der Batteriespannung der Batterie bzw. einem zur Verfügung stehenden Energieinhalt der Batterie oder einem davon abgeleiteten Wert entsprechen. Zum Bestimmen des Ladezustandes kann das Lademodul Sensoren umfassen, welche den aktuellen Ladezustand messen.
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In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung aus dem Ladezustand eine potentielle Fahrleistung des Elektrofahrzeugs und/oder eine zur Verfügung stehende Leistungsabgabe für den elektrischen Verbraucher bestimmen.
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Die Steuereinheit kann elektrische Verbraucher des Elektrofahrzeugs abhängig von dem Ladezustand ansteuern und somit die elektrischen Verbraucher mit geregelter Leistungsaufnahme in Betrieb nehmen oder sperren.
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Um die Leistungsabgabe an den elektrischen Verbraucher entsprechend einer Priorisierung der Funktion des elektrischen Verbrauchers zu steuern, kann die Vorrichtung den Ladezustand der Batterie mit Batterieleistungs-Schwellwerten für den elektrischen Verbraucher vergleichen.
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In einigen Ausführungsformen sperrt die Steuereinheit den elektrischen Verbraucher, wenn der aktuelle Ladezustand der Batterie einem Wert entspricht, der kleiner als der erste Batterieleistungs-Schwellwert ist.
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Auf diese Weise kann eine minimale Fahrleistung des Elektrofahrzeugs gewährleistet werden und der elektrische Verbrauchers erst freigegeben werden, wenn die minimale Fahrleistung des Elektrofahrzeugs gewährleistet ist.
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Der erste Batterieleistungs-Schwellwert, welcher der vorgegebenen Fahrleistung des Elektrofahrzeugs entspricht, kann durch den Nutzer oder durch Werkseinstellungen vorgegeben sein oder anhand von vorhergegangenen Verbrauchsprofilen prognostiziert werden. Der erste Batterieleistungs-Schwellwert kann weiter anhand einer von einem Nutzer vorgegebenen Reichweite bzw. vorgegebenen Routenplanung bestimmt werden. Hierzu kann z.B. ein Interface oder eine Netzwerkverbindung genutzt werden.
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Zur Bestimmung des ersten Batterieleistungs-Schwellwerts kann die Vorrichtung Zugriff auf Fahrzeuginformationen haben, wie auf einen spezifischen Energieverbrauch des Elektrofahrzeugs zum Bestimmen einer benötigten Energiemenge für eine vorgegebene oder gewünschte Fahrleistung.
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In einigen Ausführungsformen kann die vorgegebene Fahrleistung auf Informationen eines Navigationssystems beruhen.
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In einigen Ausführungsformen umfasst die Logikeinheit daher eine Navigationseinheit oder kann über ein Interface auf Informationen einer Navigationseinheit des Elektrofahrzeugs zugreifen, um die vorgegebene Fahrleistung aus einer Route zu bestimmen.
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Über das Navigationssystem kann der für eine Route benötigte Fahrleistungsschwellwert bestimmt werden, und ein entsprechender Batterieleistungs-Schwellwert kann unter Berücksichtigung des spezifischen Energieverbrauchs des Elektrofahrzeugs ermittelt werden. Die Route kann durch den Nutzer vorgegeben sein oder aus vorhergegangenen Routenverläufen bestimmt werden.
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Hierzu können aus einem vorhergegangenen Routenverlauf des Navigationssystems Verbrauchsprofile erstellt werden, um eine erwartete Route und einen entsprechenden erwarteten Energieverbrauch zu prognostizieren. Die Verbrauchsprofile können verwendet werden, um einen Batterieleistungs-Schwellwert zum Bereitstellen eines erwarteten Energiebedarfs zu bestimmen. Die Verbrauchsprofile können gespeichert werden.
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Außerdem können vorgegebene und prognostizierte Batterieleistungs-Schwellwerte kombiniert werden, um den ersten Batterieleistungs-Schwellwert zu bestimmen. Beispielsweise kann in Ausführungsformen ein minimaler Wert des Batterieleistungs-Schwellwerts durch einen vorgegebenen Batterieleistungs-Schwellwert, entsprechend einer werkseitig vorgegebenen minimalen Fahrleistung, begrenzt sein. Zusätzlich kann der Batterieleistungs-Schwellwert durch einen prognostizierten Batterieleistungs-Schwellwert modifiziert werden, welcher anhand von vorhergegangenen Verbrauchsprofilen bestimmt wird und den vorgegebenen Batterieleistungs-Schwellwert erhöht oder verringert.
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In einigen Ausführungsformen ist der erste Batterieleistungs-Schwellwert der größere Wert aus einem vorgegebenen Batterieleistungs-Schwellwert und einem prognostizierten Batterieleistungs-Schwellwert.
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Um die Leistungsabgabe des elektrischen Netzes an das Elektrofahrzeug für die Steuerung der elektrischen Verbraucher zu berücksichtigen, kann die Vorrichtung die momentane und/oder prognostizierte Netzleistung erhalten oder bestimmen.
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Die momentane Netzleistung des elektrischen Netzes kann eine Leistungsabgabe einer Ladestation für das Elektrofahrzeug sein und kann durch Messen einer Spannung, wie einer Ladestationsspannung, oder eines Ladestroms bestimmt werden. Weiterhin kann die momentane Netzleistung aus einem Verlauf des Ladezustandes durch Bestimmen eines Gradienten des Ladezustandes oder durch Extrapolation des Verlaufs des Ladezustandes bestimmt werden.
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Die prognostizierte Netzleistung des elektrischen Netzes kann eine zukünftige Leistungsabgabe einer Ladestation für das Elektrofahrzeug in einem Zeitintervall oder zu einem Zeitpunkt sein. Die prognostizierte Netzleistung kann aus dem Verlauf des Ladezustandes, der Ladestationsspannung oder des Ladestroms durch Bestimmen eines Gradienten oder durch Extrapolation des Verlaufs bestimmt werden. Ebenso kann die prognostizierte Netzleistung in Abhängigkeit vergangener Netzleistungsverläufe bestimmt werden. Beispielsweise kann die Prognose anhand von Tagesverläufen der Netzleistung erstellt werden, insbesondere anhand der durchschnittlichen Netzleistung eines oder mehrerer Kalendertage, beziehungsweise der für den Ladevorgang relevanten Tageszeit.
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In einigen Ausführungsformen kann das Lademodul zum Bestimmen der momentanen und/oder prognostizierten Netzleistung eine Spannung oder einen Strom der Batterie oder einer stromführenden Verbindung der Batterie mit dem elektrischen Netz erhalten oder bestimmen.
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Hierzu kann das Lademodul Sensoren umfassen, welche eine Spannung oder einen Strom an der Batterie oder an der stromführenden Verbindung zu einer Ladestation des elektrischen Netzes messen.
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Alternativ oder zusätzlich kann die momentane und/oder prognostizierte Netzleistung des elektrischen Netzes von der Ladestation oder von einem Element des elektrischen Netzes erhalten werden. Dazu kann das Lademodul mit der Ladestation oder einem Element des elektrischen Netzes gekoppelt sein bzw. kommunizieren, um die momentane und/oder prognostizierte Netzleistung des elektrischen Netzes zu erhalten. Dabei kann das Lademodul auch einen prognostizierten Verlauf der Leistungsabgabe der Ladestation erhalten oder aus den erhaltenen Daten bestimmen.
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In einigen Ausführungsformen kann die momentane und/oder prognostizierte Netzleistung auf einer Differenz der maximalen Leistungsabgabe des elektrischen Netzes und einer angefragten Leistungsabgabe von weiteren Elektrofahrzeugen basieren bzw. einen prognostizierten Verlauf dieser Differenz wiedergeben. Dabei können insbesondere auch Tages- oder Uhrzeitspezifische Netzschwankungen, beispielsweise zu Tagesbeginn oder zur Mittagszeit berücksichtigt werden.
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Aus der momentanen und/oder der prognostizierten Netzleistung kann die Vorrichtung einen Ladeplan bestimmen, um elektrische Verbraucher des Elektrofahrzeugs abhängig von der erwarteten Leistungsabgabe des elektrischen Netzes zu steuern. Bei einer Veränderung der momentanen und/oder der prognostizierten Netzleistung kann die Vorrichtung den Ladeplan oder die Steuerung der elektrischen Verbraucher anpassen.
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In einigen Ausführungsformen kann die Logikeinheit abhängig von der momentanen und/oder prognostizierten Netzleistung einen ersten oder einen zweiten Ladeplan aktivieren, wobei dann, wenn die momentane oder die prognostizierte Netzleistung einen Schwellwert überschreitet, der erste Ladeplan aktiviert wird, und wenn die momentane oder die prognostizierte Netzleistung den Schwellwert nicht überschreitet, der zweite Ladeplan aktiviert wird, wobei die Steuereinheit den elektrischen Verbraucher abhängig von dem aktivierten Ladeplan steuert.
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Der Schwellwert kann abhängig von einem prognostizierten Abbruchszeitpunkt oder einer durchschnittlichen Dauer des Ladevorgangs sein oder kann vorgegeben sein.
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Der Ladeplan kann Instruktionen zur Ansteuerung von elektrischen Verbrauchern umfassen. Beispielsweise kann der Ladeplan einen geplanten zeitlichen Verlauf der Ansteuerung oder der Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers des Elektrofahrzeugs umfassen. Ferner kann der Ladeplan eine Verteilung oder einen entsprechenden zeitlichen Verlauf der Verteilung der Leistungsaufnahme zwischen mehreren elektrischen Verbrauchern umfassen.
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Der erste und/oder der zweite Ladeplan können von dem Nutzer oder werkseitig vorgegeben werden oder entsprechend einer vorgegebenen Priorisierung der Verbraucher erstellt werden.
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Die Priorisierung der Verbraucher kann durch Nutzer- oder Werkseinstellungen vorgegeben sein und kann durch einen Nutzer dynamisch modifiziert werden.
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In einigen Ausführungsformen wird gemäß dem ersten und dem zweiten Ladeplan dann, wenn der aktuelle Ladezustand der Batterie den ersten Batterieleistungs-Schwellwert unterschreitet, der elektrische Verbraucher gesperrt.
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Der Ladeplan kann weiterhin Instruktionen zur Ansteuerung eines elektrischen Verbrauchers in Abhängigkeit von einem zweiten Batterieleistungs-Schwellwert umfassen.
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In einigen Ausführungsformen kann die Logikeinheit den zweiten Batterieleistungs-Schwellwert, der größer ist als der erste Batterieleistungs-Schwellwert, bestimmen, und die Steuereinheit kann den elektrischen Verbraucher auch abhängig von dem zweiten Batterieleistungs-Schwellwert steuern.
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Der zweite Batterieleistungs-Schwellwert kann wie der erste Batterieleistungs-Schwellwert vorgegeben werden. In einigen Ausführungsformen ist der Wert des zweiten Batterieleistungs-Schwellwertes ferner von dem Wert des ersten Batterieleistungs-Schwellwertes abhängig. Beispielweise kann der erste Batterieleistungs-Schwellwert eine minimale Fahrleistung gewährleisten, und der zweite Batterieleistungs-Schwellwert kann eine zweite größere Fahrleistung gewährleisten. Die zweite größere Fahrleistung kann auf Werkseinstellungen oder vorhergegangen Routenprofilen beruhen.
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In einigen Ausführungsformen ist der zweite Batterieleistungs-Schwellwert die Summe des ersten Batterieleistungs-Schwellwerts und eines Leistungspuffers.
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Der Leistungspuffer kann eine zusätzliche Fahrleistung und/oder eine zusätzliche Verbrauchsleistung von elektrischen Verbrauchern des Elektrofahrzeugs gewährleisten. Wenn der erste Batterieleistungs-Schwellwert so gewählt ist, dass er eine „Hinfahrt“ über eine bestimmte Strecke sicherstellt, dann kann z.B. der Leistungspuffer so gewählt sein, dass er auch die Rückfahrt oder Weiterfahrt nach Erreichen der nächsten geplanten Ladestation sicherstellt.
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In einigen Ausführungsformen kann die Steuereinheit eine Leistungsaufnahme des elektrischen Verbrauchers verringern bzw. den elektrischen Verbraucher mit verringerter Leistungsaufnahme einschalten, wenn der aktuelle Ladezustand kleiner als der zweite Batterieleistungs-Schwellwert und/oder größer als der erste Batterieleistungs-Schwellwert ist.
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Die Leistungsaufnahme des elektrischen Verbrauchers kann weiterhin abhängig von dem aktivierten Ladeplan sein.
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In einigen Ausführungsformen sieht der erste Ladeplan vor, dass dann, wenn der aktuelle Ladezustand den ersten Batterieleistungs-Schwellwert überschreitet und einen zweiten höheren Batterieleistungs-Schwellwert unterschreitet, die Leistungsaufnahme des elektrischen Verbrauchers auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird, und dass dann, wenn der aktuelle Ladezustand den zweiten Batterieleistungs-Schwellwert überschreitet, der elektrische Verbraucher ohne Begrenzung der Leistungsaufnahme eingeschaltet oder die Leistungsaufnahme des elektrischen Verbrauchers auf einen zweiten höheren Wert begrenzt wird.
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In einigen Ausführungsformen sieht der zweite Ladeplan vor, dass dann, wenn der aktuelle Ladezustand den zweiten Batterieleistungs-Schwellwert überschreitet, der elektrische Verbraucher eingeschaltet wird und die Leistungsaufnahme des elektrischen Verbrauchers auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird.
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In einigen Ausführungsformen wird ein dritter Ladeplan erstellt, der aktiviert wird, wenn die momentane und/oder die prognostizierte Netzleistung nicht bestimmt werden kann.
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Beispielsweise kann das Lademodul erkennen, dass das Elektrofahrzeug an eine Ladestation angeschlossen ist, während ein Sensor des Lademoduls einen unregelmäßigen oder keinen Stromfluss über eine stromführende Verbindung mit der Ladestation misst. Dies bedeutet, dass die prognostizierte Netzleistung nicht oder nur mit einer unzureichenden Genauigkeit bestimmt werden kann. Außerdem kann die momentane und/oder die prognostizierte Netzleistung eventuell nicht bestimmt werden, wenn keine oder nur eine schlechte Verbindung zu der Ladestation hergestellt werden kann. In solchen Fällen kann der dritte Ladeplan verwendet werden, welcher eine entsprechend angepasste Steuerung der Leistungsaufnahme des elektrischen Verbrauchers vorsieht. Der dritte Ladeplan kann hierzu eine geringere Leistungsaufnahme der elektrischen Verbraucher oder höhere erste oder zweite Batterieleistungs-Schwellwerte als der zweite Ladeplan vorsehen.
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In einigen Ausführungsformen entspricht der dritte Ladeplan dem zweiten Ladeplan.
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In einigen Ausführungsformen kann ein Ladeplan eine gestaffelte Ansteuerung von mehreren elektrischen Verbrauchern vorsehen, und der Ladeplan kann einen ersten und einen zweiten Batterieleistungs-Schwellwert für einen ersten elektrischen Verbraucher des Elektrofahrzeugs und weitere erste und zweite Batterieleistungs-Schwellwerte für einen zweiten elektrischen Verbraucher des Elektrofahrzeugs umfassen, wobei der erste bzw. zweite Batterieleistungs-Schwellwert des ersten elektrischen Verbrauchers andere Werte haben können, als der erste bzw. zweite Batterieleistungs-Schwellwert des zweiten elektrischen Verbrauchers.
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Auf diese Weise kann die Leistungsaufnahme verschiedener elektrischer Verbrauchern entsprechend der vorgegebenen Priorisierung der Verbraucher durch den Ladeplan gesteuert werden.
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In einigen Ausführungsformen kann die Logikeinheit einen voraussichtlichen Zeitpunkt der Beendigung des Ladevorgangs und eine prognostizierte Batterieleistung zu dem voraussichtlichen Zeitpunkt bestimmen, und die Steuereinheit kann den elektrischen Verbraucher auch abhängig von der prognostizierten Batterieleistung steuern.
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Der voraussichtliche Zeitpunkt der Beendigung des Ladevorgangs kann anhand von vorhergegangenen Ladevorgängen oder Nutzerangaben bestimmt werden. Anhand der momentanen, prognostizierten oder durchschnittlichen Netzleistung des elektrischen Netzes und des voraussichtlichen Zeitpunktes des Lade-Endes kann die Logikeinheit die prognostizierte Batterieleistung zu dem voraussichtlichen Zeitpunkt bestimmen.
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In einigen Ausführungsformen kann die prognostizierte Batterieleistung für die Erstellung eines Ladeplans verwendet werden.
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Beispielsweise kann die Vorrichtung eine Energiedifferenz aus der prognostizierten Batterieleistung und einer voraussichtlich zu erbringenden Fahrleistung bestimmen. Die Energiedifferenz kann entsprechend einer werkseitigen oder nutzereinstellungsabhängigen Priorisierung auf elektrische Verbraucher verteilt werden. Hierzu kann der Ladeplan unterschiedliche Batterieleistungs-Schwellwerte für die jeweiligen elektrischen Verbraucher vorgeben oder unterschiedliche Leistungsaufnahmen für die jeweiligen elektrischen Verbraucher festlegen.
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In einem zweiten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Verbrauchers eines Elektrofahrzeugs, das eine Batterie aufweist, während eines Ladevorgangs der Batterie, welches das Messen eines aktuellen Ladezustands der Batterie des Elektrofahrzeugs, das Erhalten einer momentanen oder einer prognostizierten Netzleistung eines elektrischen Netzes, das Bestimmen eines ersten Batterieleistungs-Schwellwertes entsprechend einer vorgegebenen Fahrleistung des Elektrofahrzeugs und das Steuern des elektrischen Verbrauchers abhängig von dem aktuellen Ladezustand und dem ersten Batterieleistungs-Schwellwert und der momentanen und/oder prognostizierten Netzleistung umfasst.
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In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren zusätzlich das Prognostizieren eines voraussichtlichen Zeitpunkts der Beendigung oder des Abbruchs des Ladevorgangs und das Bestimmen einer prognostizierten Batterieleistung zu dem voraussichtlichen Zeitpunkt, wobei das Steuern des elektrischen Verbrauchers auch abhängig von der prognostizierten Batterieleistung ist.
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In einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren zusätzlich das Bestimmen eines zweiten Batterieleistungs-Schwellwertes größer als der erste Batterieleistungs-Schwellwert und das Verringern der elektrischen Leistungsaufnahme des elektrischen Verbrauchers gegenüber einer vollen Leistungsaufnahme, wenn der aktuelle Ladezustand zwischen dem ersten Batterieleistungs-Schwellwert und dem zweiten Batterieleistungs-Schwellwert liegt.
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In einigen Ausführungsformen aktiviert das Verfahren zusätzlich abhängig von der momentanen und/oder der prognostizierten Netzleistung einen ersten oder einen zweiten Ladeplan, wobei gemäß dem ersten und dem zweiten Ladeplan dann, wenn der aktuelle Ladezustand der Batterie einen ersten Batterieleistungs-Schwellwert unterschreitet, der elektrische Verbraucher gesperrt wird, wobei dann, wenn die momentane oder die prognostizierte Netzleistung einen Schwellwert überschreitet, der erste Ladeplan aktiviert wird, und wenn die momentane oder die prognostizierte Netzleistung den Schwellwert nicht überschreitet, der zweite Ladeplan aktiviert wird.
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In einigen Ausführungsformen sieht der erste Ladeplan vor, dass dann, wenn der aktuelle Ladezustand den ersten Batterieleistungs-Schwellwert überschreitet und einen zweiten höheren Batterieleistungs-Schwellwert unterschreitet, die Leistungsaufnahme des elektrischen Verbrauchers auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird, und dass dann, wenn der aktuelle Ladezustand den zweiten Batterieleistungs-Schwellwert überschreitet, der elektrische Verbraucher ohne Begrenzung der Leistungsaufnahme eingeschaltet oder die Leistungsaufnahme des elektrischen Verbrauchers auf einen zweiten höheren Wert begrenzt wird.
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In einigen Ausführungsformen sieht der zweite Ladeplan vor, dass dann, wenn der aktuelle Ladezustand den zweiten Batterieleistungs-Schwellwert überschreitet, der elektrische Verbraucher eingeschaltet und die Leistungsaufnahme des elektrischen Verbrauchers auf einen vorgegebenen Wert begrenzt wird.
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In einigen Ausführungsformen wird ein dritter Ladeplan erstellt, der aktiviert wird, wenn die momentane und/oder die prognostizierte Netzleistung nicht bestimmt werden kann.
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In einigen Ausführungsformen entspricht der dritte Ladeplan dem zweiten Ladeplan.
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In einigen Ausführungsformen ist der elektrische Verbraucher eine Heizung, einschließlich Standheizung, Motorheizung, Batterieheizung oder Passagierraumheizung, eine Beleuchtungsvorrichtung, ein integrierter Schaltkreis, wie ein Navigationssystem oder ein Bordcomputer, oder ein Stellmotor, insbesondere ein (Klima-)Klappensteller, ein Lüfter oder ein Sitzpositionsmotor.
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Der elektrische Verbraucher ist nicht der Antriebsmotor des Elektrofahrzeugs.
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Figurenliste
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Die Erfindung ist im Folgenden anhand verschiedener Beispiele mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei:
- 1 einen schematischen Ausschnitt eines elektrischen Netzes zum Laden von Elektrofahrzeugen zeigt;
- 2 ein beispielhaftes Schema eines Elektrofahrzeugs mit einer Vorrichtung zum Steuern von elektrischen Verbrauchern darstellt;
- 3 ein beispielhaftes Diagramm eines Verfahrens zum Steuern von elektrischen Verbrauchern eines Elektrofahrzeugs während eines Ladevorgangs zeigt;
- 4 ein weiteres beispielhaftes Schema eines Elektrofahrzeugs mit einer Vorrichtung zum Steuern von elektrischen Verbrauchern darstellt;
- 5 eine beispielhafte Entscheidungsmatrix einer Vorrichtung für die Wahl eines Ladeplans und eine entsprechende Steuerung eines elektrischen Verbrauchers zeigt;
- 6 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Ladevorgangs veranschaulicht;
- 7 einen Verlauf einer Netzauslastung mit Start- und Endzeitpunkten eines beispielhaften Ladevorgangs darstellt; und
- 8 einen weiteren Verlauf einer Netzauslastung mit Start- und Endzeitpunkten eines beispielhaften Ladevorgangs darstellt.
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1 zeigt eine exemplarische Konfiguration eines Teils eines elektrischen Netzes G in Verbindung mit Tankstellen T1, T2, wobei das elektrische Netz eine elektrische Leistung für eine Mehrzahl von Tankstellen T1, T2 bereitstellt. Die Tankstellen weisen Ladestationen L1, L2 auf, welche an eine Batterie B1, B2 eines Elektrofahrzeugs F1, F2 gekoppelt werden können und das Elektrofahrzeug F1, F2 auf diese Weise laden. Die Tankstellen T1, T2 können gewerbliche Tankstellen sein, oder Wohnungs- bzw. Bürokomplexe darstellen, welche Ladestationen L1, L2 (bzw. elektrische Stecker) aufweisen, um ein Elektrofahrzeug F1, F2 zu laden.
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Das elektrische Netz G kann eine elektrische Leistung für die Tankstellen T1, T2 bzw. Ladestationen L1, L2 bereitstellen, welche über die verschiedenen Tankstellen T1, T2 und Ladestationen L1, L2 verteilt werden kann. Das Netz kann die elektrische Leistung auch für weitere elektrische Verbraucher, wie z.B. Wohn- oder Industriekomplexe, bereitstellen, wobei die elektrische Leistung zwischen den Tankstellen und den weiteren elektrischen Verbrauchern aufgeteilt werden kann.
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Der Bedarf an elektrischer Leistung zum Laden von Batterien B1, B2 von Elektrofahrzeugen F1, F2 kann Schwankungen unterworfen sein. Beispielsweise kann der Bedarf morgens und abends hoch sein, wenn eine große Anzahl von Nutzern den Ladezustand ihres Elektrofahrzeugs F1, F2 durch die Fahrt zur Arbeit verringern und anschließend ihr Elektrofahrzeug F1, F2 an einer Ladestation L1, L2 laden.
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Dabei kann die Leistungsnachfrage an das elektrische Netz G durch zahlreiche Elektrofahrzeuge F1, F2 das zur Verfügung stehende Leistungsangebot des elektrischen Netzes G zu bestimmten Zeiten übersteigen. Dadurch kann die Leistungsabgabe einer Ladestation L1, welche elektrische Leistung zum Laden der Batterie B1 eines Elektrofahrzeugs F1 bereitstellt, unzureichend oder unzuverlässig sein. Möglicherweise ist die Leistungsabgabe auch nicht vorhersagbar. Folglich kann die Ladezeit zum Laden der Batterie B1 mit einer Unsicherheit behaftet sein.
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Die Batterie B1 des Elektrofahrzeugs F1 kann eine Fahrleistung bzw. eine Reichweite für das Elektrofahrzeug F1 bereitstellen. Gleichzeitig kann die Batterie B1 elektrische Leistung für elektrische Verbraucher in dem Elektrofahrzeug F1 bereitstellen. Wenn eine Verbindung des Elektrofahrzeugs F1 mit dem elektrischen Netz G mit ausreichender Leistungsabgabe besteht und währenddessen elektrische Verbraucher betrieben werden, dann beeinträchtigt der Betrieb der elektrischen Verbraucher in der Regel nicht die Reichweite des Elektrofahrzeugs F1 nach dem Laden. Dies gilt, wenn die Batterie B1 vollständig geladen werden kann und die Leistungsaufnahme der elektrischen Verbraucher durch das elektrische Netz gedeckt werden kann. Der Betrieb der elektrischen Verbraucher während des Ladevorgangs des Elektrofahrzeugs F1 kann vorteilhaft sein, z.B. um die Batterietemperatur für eine effiziente Energieaufnahme einzustellen oder um eine zeitliche Variation der Leistungsabgabe des elektrischen Netzes optimal auszunutzen. Es ist z.B. bekannt, dass eine richtig temperierte Batterie, d.h. je nach Außentemperatur gekühlte oder erwärmte Batterie besser Ladung aufnimmt. Wenn also das Netz ausreichend Energie zur Verfügung stellt, ist es vorteilig, diese Energie zum Temperieren der Batterie zu nutzen. Wenn aber nicht ausreichend Netzleistung zur Verfügung steht, kann es vorteilhaft sein, die begrenzte Energie ausschließlich für das Laden der Batterie zu nutzen.
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Bei dem Betrieb der elektrischen Verbraucher sollte daher die Unsicherheit des Zeitpunkts des Ladebeginns oder der Ladedauer bzw. der während der Ladedauer zur Verfügung stehenden Leistungsabgabe beachtet werden. Erfindungsgemäß wird daher eine Leistungsaufnahme der elektrischen Verbraucher des Elektrofahrzeugs F1 während des Ladevorgangs so gesteuert, dass eine zukünftige Fahrleistung des Elektrofahrzeugs F1 gewährleistet werden kann.
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2 zeigt ein Schema eines beispielhaften Elektrofahrzeugs F1 mit einer Batterie B1 und einer Vorrichtung 10 zum Steuern von elektrischen Verbrauchern V1-Vn des Elektrofahrzeugs F1. Die gestrichelten Linien zeigen dabei elektrische Pfade zur Stromversorgung der Komponenten des Elektrofahrzeugs F1. Die festen Linien zeigen Steuerungspfade, welche die Komponenten des Elektrofahrzeugs F1 verbinden.
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Die Batterie B1 kann an einen Antriebsmotor 12 gekoppelt sein und elektrische Energie für eine Fahrleistung des Elektrofahrzeugs F1 bereitstellen. Die Batterie B1 kann weiter an die elektrischen Verbraucher V1-Vn des Elektrofahrzeugs F1 gekoppelt sein und die Energieversorgung der elektrischen Verbraucher V1-Vn bereitstellen. Ein Ladeanschluss 14 dient zum Verbinden des Elektrofahrzeugs F1 mit einer Ladestation L1, wobei der Ladeanschluss 14 mit der Batterie B1 gekoppelt ist und das Laden der Batterie B1 ermöglicht.
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In 2 sind drei elektrische Verbraucher V1-Vn und eine Batterie B1 gezeigt. Jedoch ist selbstverständlich jede beliebige Anzahl an elektrischen Verbrauchern und eine Mehrzahl von Batterien in einem Elektrofahrzeug F1 vorhanden sein können. Entsprechend kann die Vorrichtung 10 zum Steuern einer beliebigen Anzahl an elektrischen Verbrauchern verwendet werden und die Leistungsabgabe einer beliebigen Anzahl von Batterien steuern.
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Die Vorrichtung 10 kann einen integrierten Schaltkreis, wie einen Mikroprozessor, einen ASIC oder einen FPGA umfassen, einschließlich Firmware oder Software, um die Funktionen der Vorrichtung 10 zu implementieren. Die Vorrichtung 10 kann externe Anschlüsse zum Empfangen und Senden von elektrischen oder optischen Signalen umfassen. An weiteren Anschlüssen kann die Vorrichtung 10 elektrische Leistung empfangen, bereitstellen oder steuern.
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Wie in 2 gezeigt, kann die Vorrichtung 10 mit den Verbrauchern V1-Vn oder der Batterie B1 über die Steuerpfade kommunizieren. Die Batterie B1 oder die Vorrichtung 10 können Sensoren umfassen, welche den Ladezustand der Batterie B1 messen können. Beispielsweise umfasst die Batterie B1 eine Spanungsmessungseinheit, welche eine Batteriespannung der Batterie B1 messen und diese an die Vorrichtung 10 übermitteln kann. Aus der Batteriespannung kann die Vorrichtung 10 den Ladezustand der Batterie B1 bestimmen. Ebenso kann es auch vorgesehen sein, dass eine Ladesteuerung der Batterie den Ladezustand der Batterie misst und den Ladezustand an die Vorrichtung 10 übermittelt.
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Die Vorrichtung 10 kann einen Speicher umfassen, welcher den Wert des Ladezustands zu einem bestimmten Zeitpunkt speichern kann. Aus einer Reihe von Werten des Ladezustands kann die Vorrichtung 10 einen Verlauf des Ladezustands ableiten.
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Die Vorrichtung 10 kann den Verlauf des Ladezustands verwenden, um einen zukünftigen Verlauf des Ladezustands zu prognostizieren. Beispielsweise kann die Vorrichtung 10 eine Wertereihe des Ladezustands zum Berechnen einer statistisch wahrscheinlichsten Funktion verwenden, um einen zukünftigen Verlauf des Ladezustands mithilfe der berechneten Funktion zu prognostizieren.
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Die Vorrichtung 10 kann während eines Ladevorgangs aus dem Verlauf oder dem Gradienten des Ladezustands eine momentane Netzleistung bestimmen, welche von der Ladestation L1 für das Elektrofahrzeug F1 aus dem elektrischen Netz G bereitgestellt wird.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung 10 eine Spannung oder einen Strom entlang des Strompfads zwischen der Batterie B1 und der Ladestation L1 ermitteln, um die momentane Netzleistung direkt zu bestimmen. Aus dem zeitlichen Verlauf der momentanen Netzleistung kann ebenfalls ein prognostizierter Ladezustand berechnet werden.
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In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 10 mit der Ladestation L1, der Tankstelle T1 oder dem elektrischen Netz G kommunizieren, um die momentane Netzleistung zu erhalten.
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Zusätzlich kann die Ladestation L1 eine prognostizierte Netzleistung an das Elektrofahrzeug F1 bzw. die Vorrichtung 10 in dem Fahrzeug F1 senden. Beispielsweise können die Ladestation L1, die Tankstelle T1 oder das elektrische Netz G einen Versorgungsplan für mehrere Elektrofahrzeugen F1, F2 aufstellen. Der Versorgungsplan kann eine Leistungsabgabe und einen Zeitpunkt umfassen, einschließlich Beginn und Abbruch der Leistungsversorgung an die Elektrofahrzeuge F1, F2. Der Versorgungsplan kann an die Vorrichtung 10 des Elektrofahrzeugs F1 gesendet werden, woraus sich die prognostizierte Netzleistung für das Elektrofahrzeug F1 ergibt.
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Abhängig von den Werten des aktuellen Ladezustands und der momentanen und/oder der prognostizierten Netzleistung kann die Vorrichtung 10 die Leistungsaufnahme der elektrischen Verbraucher V1-Vn während des Ladevorgangs steuern.
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Ein entsprechendes Verfahren zum Steuern der elektrischen Verbraucher V1-Vn, welches in 3 schematisch aufgezeigt ist, kann von der Vorrichtung 10 implementiert werden. Das Verfahren umfasst das Messen des aktuellen Ladezustands der Batterie des Elektrofahrzeugs (Schritt S10), das Erhalten der momentanen oder einer prognostizierten Netzleistung eines elektrischen Netzes (Schritt S12), das Bestimmen des ersten Batterieleistungs-Schwellwertes entsprechend einer vorgegebenen Fahrleistung des Elektrofahrzeugs (Schritt S14) und das Steuern des elektrischen Verbrauchers abhängig von dem aktuellen Ladezustand und dem ersten Batterieleistungs-Schwellwert und der momentanen und/oder prognostizierten Netzleistung (Schritt S16).
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Der erste Batterieleistungs-Schwellwert kann eine minimale Fahrleistung des Elektrofahrzeugs F1 sicherstellen. Der erste Batterieleistungs-Schwellwert kann vorgegeben sein oder aus einer Prognose der zukünftigen Fahrleistung bestimmt werden.
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Beispielsweise kann der erste Batterieleistungs-Schwellwert zwischen 40% und 70%, wie zum Beispiel 50%, der Batteriekapazität der Batterie B1 sein und werksseitig oder von einem Nutzer des Elektrofahrzeugs F1 vorgegeben sein.
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Alternativ kann der erste Batterieleistungs-Schwellwert einem werkseitig vorgegebenen Fahrleistungsschwellwert der Batterie B1 für das des Elektrofahrzeugs F1 entsprechen. Beispielsweise kann der Fahrleistungsschwellwert einer Reichweite des Elektrofahrzeugs F1 von zwischen 30 und 200km, z.B. 50 km oder 100 km, entsprechen. Der Fahrleistungsschwellwert kann jedoch auch verwendet werden, um eine untere Grenze für den ersten Batterieleistungs-Schwellwert zu bestimmen.
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Der erste Batterieleistungs-Schwellwert kann auch anhand einer vorgegebenen und/oder prognostizierten Fahrleistung bestimmt werden.
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Beispielsweise kann der Nutzer über ein Interface der Vorrichtung 10 eine Fahrleistung vorgeben, wie ein zu erreichendes Ziel oder eine Reichweite zu einem zukünftigen Ziel. Das Interface kann in dem Fahrzeug F1 angebracht sein oder über eine Netzwerkverbindung an die Vorrichtung 10 implementiert werden.
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Die prognostizierte Fahrleistung kann anhand von vorhergegangenen Routenprofilen des Nutzers bestimmt werden. Beispielsweise fährt ein Nutzer mit dem Elektrofahrzeug F1 von Montag bis Freitag täglich 70 km zwischen seinem Wohnsitz und seiner Arbeitsstelle. Aus dieser Information kann die Vorrichtung 10 eine prognostizierte Fahrleistung von 70 km bzw. 140 km, wenn der Nutzer die Batterie B1 des Elektrofahrzeugs F1 nicht an seiner Arbeitsstelle auflädt, ermitteln. Zum Bestimmen der prognostizierten Fahrleistung kann die Vorrichtung 10 mit einem Navigationssystem, welches mit dem Elektrofahrzeug F1 gekoppelt ist, kommunizieren.
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Zum Bestimmen des ersten Batterieleistungs-Schwellwertes kann die vorgegebene und/oder prognostizierte Fahrleistung mit einem fahrzeugspezifischen Verbrauch des Elektrofahrzeugs F1 multipliziert werden. Der fahrzeugspezifische Verbrauch kann ein durchschnittlicher oder durch Werkseinstellung vorgegebener Energieverbrauch des Elektrofahrzeugs F1 sein oder kann aus vorhergegangenen Verbrauchsprofilen des Nutzers bestimmt werden. Dazu können Routenprofile der Navigationseinrichtung mit einem Verlauf des Ladezustands kombiniert werden.
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Analog kann auch ein zweiter Batterieleistungs-Schwellwert größer als der erste Batterieleistungs-Schwellwert bestimmt werden, der zum Beispiel einem Wert zwischen 70% und 90% der Batteriekapazität der Batterie B1 entsprechen kann. Der zweite Batterieleistungs-Schwellwert kann wie der erste Batterieleistungs-Schwellwert durch eine Werks- oder Nutzereinstellung vorgegeben sein oder anhand von einer prognostizierten Fahrleistung bestimmt werden.
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Der zweite Batterieleistungs-Schwellwert kann abhängig von dem ersten Batterieleistungs-Schwellwert sein und kann beispielsweise ein um einen Leistungspuffer erhöhter Batterieleistungs-Schwellwert sein. Beispielsweise kann der erste Batterieleistungs-Schwellwert einer durchschnittlichen täglichen Fahrleistung zu einem sich wiederholenden Ziel entsprechen und der zweite Batterieleistungs-Schwellwert kann der doppelten durchschnittlichen täglichen Fahrleistung zu dem sich wiederholenden Ziel entsprechen, um eine Rückfahrt von dem Ziel zu ermöglichen, für den Fall, dass an dem Ziel die Batterie B1 nicht geladen werden kann.
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Abhängig davon, ob der Ladezustand den ersten Batterieleistungs-Schwellwert oder den zweiten Batterieleistungs-Schwellwert überschreitet, kann eine Leistungsaufnahme der elektrischen Verbraucher V1-Vn von der Vorrichtung 10 unterschiedlich eingestellt werden.
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Wie in 2 gezeigt, kann die Vorrichtung 10 die elektrischen Verbraucher V1-Vn über Steuerpfade zwischen der Vorrichtung 10 und den elektrischen Verbrauchern V1-Vn ansteuern. Hierzu kann die Vorrichtung 10 Steuersignale an jeden der Verbraucher V1-Vn senden, um dessen Betrieb zu steuern, beispielsweise um seine Leistungsaufnahme zu begrenzen. Die Steuersignale können beispielsweise direkt oder über eine Feldbus-Steuereinheit an einen Feldbus, beispielsweise einen LIN (Local Interconnect Network)-Bus, gesendet werden und über den Feldbus schließlich an die Verbraucher V1-Vn gesendet werden. Der Verbraucher V1 kann zum Beispiel eine Standheizung sein, und die Vorrichtung 10 kann an die Standheizung ein Steuersignal schicken, sodass diese mit voller Leistung betrieben wird, um den Passagierraum bei geringer Außentemperatur auf eine voreingestellte Temperatur zu heizen. In einem anderen Beispiel kann einer der Verbraucher V1-Vn eine Batterieheizung sein, die Vorrichtung 10 kann die Batterieheizung vor oder während des Ladens der Batterie B1 ansteuern, um die Batterie B1 für den Ladevorgang auf eine optimale Temperatur zu bringen. Nach einem weiteren Beispiel kann einer der Verbraucher eine Klimaanlage zur Kühlung des Passagierraums oder eine Klimaanlage zur Kühlung der Batterie B1 sein. In jedem Fall kann die Vorrichtung 10 jeden der Verbraucher V1-Vn wenigstens indirekt so ansteuern, dass dieser mit voller Leistungsaufnahme, nach Bedarf betrieben werden kann oder dass seine Leistungsaufnahme begrenzt wird, insbesondere wenn eine momentane und/oder prognostizierte Netzleistung niedrig ist.
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Wie in 4 veranschaulicht, kann die Vorrichtung 10 die Leistungsaufnahme der elektrischen Verbraucher V1-Vn auch direkt einstellen; d.h., sie sendet nicht ein Steuersignal an die Verbraucher V1-Vn, um deren Betrieb zu steuern, sondern sie steuert die Leistungszufuhr zu den Verbrauchern V1-Vn. Hierzu kann die Vorrichtung 10 die Stromwege zu den Verbrauchern V1-Vn ansteuern, um die Leistungsabgabe von der Batterie B1 bis zu den Verbrauchern V1-Vn zu steuern, z.B. zu begrenzen oder zu sperren. Die Vorrichtung 10 kann beispielsweise die Stromversorgung von der Batterie B1 zu jedem der elektrischen Verbraucher V1-Vn unterbrechen, wenn der Ladezustand der Batterie B1 unterhalb des ersten Batterieleistung-Schwellwertes ist. Auch in dieser Ausgestaltung kann die Steuerung über einen Feldbus erfolgen, so dass die Vorrichtung zum Einstellen der Leistungsaufnahme entsprechende Signale an einen Feldbus sendet, der seinerseits die Vorrichtung entsprechend ansteuert.
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Die Funktionen die mit Bezug auf 2 und 4 beschrieben sind, können beliebig kombiniert werden, und die Vorrichtung 10 kann daher sowohl Schalter umfassen, um die Leistungsaufnahme von elektrischen Verbrauchern V1-Vn extern zu regeln, als auch die elektrischen Verbraucher V1-Vn über Steuerbefehle steuern.
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Zum Steuern der elektrischen Verbraucher V1-Vn kann die Vorrichtung 10 einen Ladeplan erstellen oder aktivieren. Der Ladeplan kann die Leistungsaufnahme der elektrischen Verbraucher V1-Vn abhängig von dem Ladezustand der Batterie B1 und der momentanen und/oder prognostizierten Netzleistung steuern.
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5 zeigt eine beispielhafte Entscheidungsmatrix von drei verschiedenen Ladeplänen, welche abhängig von der momentanen und/oder prognostizierten Netzleistung aktiviert werden und welche abhängig von dem Ladezustand VB der Batterie B1 und dem ersten Batterieleistungs-Schwellwert VS1 sowie dem zweiten Batterieleistungs-Schwellwert VS2 die Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers V1 steuern.
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Entsprechend dem Beispiel nach 5 wird, wenn die momentane Netzleistung hoch ist oder die prognostizierte Netzleistung eine vollständige Ladung zu einem prognostizierten Zeitpunkt der Beendigung des Ladevorgangs des Elektrofahrzeugs F1 erlaubt, der erste Ladeplan gewählt. Der erste Ladeplan sieht vor, dass der Verbraucher V1 gesperrt wird, wenn der Ladezustand VB der Batterie kleiner als der erste Batterieleistungs-Schwellwert VS1 ist. Wenn der Ladezustand VB größer als der erste Batterieleistungs-Schwellwert VS1 und kleiner als der zweite Batterieleistungs-Schwellwert VS1 ist, dann kann der Verbraucher V1 mit verringerter Leistung eingeschaltet werden, z.B. mit 50% seiner Nennleistung. Wenn der Ladezustand VB größer als der zweite Batterieleistungs-Schwellwert VS2 ist, dann wird der Verbraucher mit voller Leistung freigegeben.
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Der freigegebene elektrische Verbraucher V1-Vn kann anschließend eingeschaltet werden, wenn dessen Funktion im Moment benötigt wird. Zum Beispiel kann der Nutzer eine gewünschte Passagierraumtemperatur vorgegeben haben, weshalb, sobald der Ladezustand den zweiten Batterieleistungs-Schwellwert überschreitet, die Passagierraumheizung freigegeben wird. Die Passagierraumheizung muss jedoch nicht sofort mit der Leistungsaufnahme beginnen, sondern kann beispielsweise erst eine Stunde vor erwartetem Fahrtbeginn mit der Heizung des Passagierraumes beginnen. Wenn der Nutzer kein Temperieren des Passagierraumes vorgesehen hat, dann kann die Passagierraumheizung auch nach Überschreiten des zweiten Batterieleistungs-Schwellwertes ausgeschaltet bleiben. In einem weiteren Beispiel wird nach dem Überschreiten des zweiten Batterieleistungs-Schwellwertes der Bordcomputer und das Navigationssystem freigegeben, sodass je nach Bedarf Updates, Routenberechnungen oder Analysen durchgeführt werden können. Wenn kein Bedarf an Updates oder Berechnungen besteht, dann können der Bordcomputer und das Navigationssystem ausgeschaltet bleiben. Wenn der Ladezustand unterhalb des zweiten Batterieleistungs-Schwellwertes VS1 ist, können beispielsweise ausschließlich systemkritische Updates freigegeben sein, welche bei Bedarf durchgeführt werden können.
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Wenn die momentane Netzleistung niedrig ist oder die prognostizierte Netzleistung eine vollständige Ladung zu einem prognostizierten Zeitpunkt des Abbruchs des Ladens nicht erlaubt, dann kann der zweite Ladeplan gewählt werden. Der zweite Ladeplan sieht vor, dass der Verbraucher V1 gesperrt wird, wenn der Ladezustand VB der Batterie kleiner als der zweite Batterieleistungs-Schwellwert VS2 ist, und dass der Verbraucher V1 mit verringerter Leistung eingeschaltet werden kann, wenn der Ladezustand VB größer als der zweite Batterieleistungs-Schwellwert VS2 ist.
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In dem Fall, dass die momentane oder prognostizierte Netzleistung nicht bestimmt werden kann, beispielsweise wenn der gemessene Ladestrom der Batterie B1 niedrig oder unregelmäßig ist, kann der dritte Ladeplan gewählt werden. In dem Beispiel nach 5 sieht der dritte Ladeplan die gleiche Ansteuerung des Verbrauchers V1 vor wie der zweite Ladeplan. Jedoch kann in dem dritten Ladeplan auch eine andere Ansteuerung des Verbrauchers V1 vorgesehen sein als in dem zweiten Ladeplan. Beispielsweise kann der Wert des ersten oder zweiten Batterieschwellwertes VS1, VS2 in dem dritten Ladeplan anders sein, oder ein Teil der Verbraucher V1-Vn, wie eine Heizung, kann nach dem dritten Ladeplan selbst dann gesperrt werden, wenn der Ladezustand VB den zweiten Batterieleistungs-Schwellwert VS2 überschreitet.
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Der erste, zweite oder dritte Ladeplan können jeweils unterschiedliche Batterieleistungs-Schwellwerte VS1, VS2 für unterschiedliche Verbraucher V1-Vn umfassen und eine entsprechende Ansteuerung der Verbraucher V1-Vn vorsehen.
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Ein beispielhafter Ladevorgang ist in 6 schematisch aufgezeichnet. Das Elektrofahrzeug F1 (bzw. die Vorrichtung 10) kann eine Anfrage an die Ladestation L1 stellen (Schritt S20). Die Ladestation L1 kann anschließend die Energieverfügbarkeit von dem elektrischen Netz G erfragen (Schritt S22) und daraus die momentane oder prognostizierte Netzleistung bestimmen (Schritt S24). Die Netzleistung kann beispielsweise eine Information über einen Zeitabschnitt umfassen, während dem von der Ladestation L1 eine bestimmte Leistungsabgabe für das Elektrofahrzeug F1 zur Verfügung stehen wird.
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Das Elektrofahrzeug F1 (bzw. die Vorrichtung 10) kann die momentane oder prognostizierte Netzleistung von der Ladestation L1 empfangen und bestimmt anhand der momentanen oder prognostizierten Netzleistung den Ladeplan und steuert dementsprechend die Verbraucher V1-Vn des Elektrofahrzeugs F1 an (Schritt S26).
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Die Vorrichtung 10 kann regelmäßig oder in Abhängigkeit von veränderten Messungen von Sensoren des Elektrofahrzeugs F1 die momentane oder prognostizierte Netzleistung von der Ladestation L1 abfragen bzw. empfangen (Schritt S28). Abhängig von der aktualisierten momentanen oder prognostizierten Netzleistung kann die Vorrichtung 10 den Ladeplan aktualisieren (Schritt S26) und die Verbraucher V1-Vn des Elektrofahrzeugs F1 steuern. Die Vorrichtung 10 kann die momentane oder prognostizierte Netzleistung bis zum Ende des Ladevorgangs regelmäßig ermitteln.
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In 7 ist ein Beispiel eines Ladevorgangs anhand eines Verlaufs der Auslastung eines elektrischen Netzes G (Grid) veranschaulicht. Die Auslastung ist relativ zu einem maximalen Auslastungswert (Grid Max) des elektrischen Netzes G dargestellt. Wenn die Auslastung oberhalb des maximalen Auslastungswertes ist, dann kann die momentane Netzleistung, die für das Elektrofahrzeug F1 bereitgestellt wird, verringert oder null sein.
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In dem Beispiel stellt das Elektrofahrzeug F1 eine Ladeanfrage an eine Ladestation zu dem Zeitpunkt t1 . Da das elektrische Netz G ausgelastet ist, kann nur eine verringerte bzw. keine Netzleistung zum Laden der Batterie des Elektrofahrzeugs F1 bereitgestellt werden. Das Fahrzeug kann daher einen konservativen Ladeplan wählen, welcher eine minimale Leistungsaufnahme der elektrischen Verbraucher V1-Vn des Elektrofahrzeugs F1 vorsieht.
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Beispielsweise steuert die Vorrichtung 10 Klima-Klappensteller des Elektrofahrzeugs F1 an, um abhängig von der Jahreszeit oder Außentemperatur eine Temperatur in einem Batterieraum des Elektrofahrzeugs F1 zu senken bzw. zu halten, so dass eine optimale Temperatur der Batterie B1 für den Ladevorgang vorgesehen wird. Dabei werden keine aktiven Lüftungselemente oder Heizelemente, wie z.B. Lüfter oder eine Batterieheizung, verwendet, um Energie der Batterie B1 zu sparen.
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Zu dem Zeitpunkt t2 ist die Auslastung des elektrischen Netzes G gesunken und liegt unterhalb eines maximalen Auslastungswertes. Die Vorrichtung 10 aktualisiert darauf den Ladeplan. Der neue Ladeplan kann eine aktive Kühlung des Batterieraums zum Abführen von Batteriewärme aufgrund des Ladens vorsehen. Zur Kühlung kann die Vorrichtung 10 elektrische Verbraucher, wie Lüfter oder Klappensteller, steuern.
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Zu dem Zeitpunkt t3 kann der Ladezustand VB der Batterie B1 oberhalb eines Batterieleistungs-Schwellwertes VS2 sein. Darauf kann der Ladeplan vorsehen, dass entsprechend von Nutzereinstellungen zusätzliche elektrische Verbraucher V1-Vn angeschaltet werden.
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Beispielsweise kann die Vorrichtung 10 die Leistungsaufnahme einer Standheizung oder einer Klimaanlage freigeben, um eine optimale Innentemperatur des Elektrofahrzeugs F1 für eine folgende Fahrt vorzubereiten. Dazu kann die Vorrichtung 10 einen prognostizierten Zeitpunkt einer Weiterfahrt bestimmen, um abhängig von dem prognostizierten Zeitpunkt die Leistungsaufnahme der Standheizung oder der Klimaanlage gestaffelt zu steuern. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, die Temperatur eine halbe Stunde vor dem voraussichtlichen Fahrtbeginn zu erhöhen/senken und die Leistungsaufnahme der Standheizung oder der Klimaanlage kann innerhalb der halben Stunde kontinuierlich gesteigert werden.
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Weiterhin können zusätzliche elektrische Verbraucher V1-Vn, wie Windschutzscheibenenteiser, eine Sitz- oder Lenkradheizung, ein Bordcomputer, ein Sitzstellmotor usw. eingeschaltet bzw. freigegeben werden. Beispielsweise können der Bordcomputer und das Navigationssystem Updates, Analysen vorhergegangener Verbrauchsprofile oder Routenberechnungen durchführen. Außerdem kann die Vorrichtung 10 über einen Spiegelstellungs- oder Sitzstellmotor abhängig von vorhergegangenen Einstellungsprofilen Nutzereinstellungen, wie die Sitzstellung oder Spiegeleinstellung, auf einen erwarteten Nutzerwechsel vorbereiten.
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Zu dem Zeitpunkt t4 wird der Ladevorgang beendet, wobei die Batterie B1 vollständig geladen sein kann. Die elektrischen Verbraucher V1-Vn können weiterhin angeschaltet bzw. freigegeben sein. Wenn der Ladevorgang durch den Nutzer abgebrochen wurde, dann kann der Ladeplan das Abschalten bzw. Sperren der elektrischen Verbraucher V1-Vn vorsehen, um die Fahrleistung des Elektrofahrzeugs F1 zu erhöhen.
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Ein weiteres Beispiel eines Ladevorgangs ist in 8 veranschaulicht. Das Elektrofahrzeug F1 stellt zu einem Zeitpunkt t1 eine Ladeanfrage an die Ladestation L1. Die Vorrichtung 10 kann von der Ladestation eine Information über die momentane und/oder prognostizierte Netzleistung empfangen. Alternativ kann die Vorrichtung 10 die momentane Netzleistung anhand von Messungen von Sensoren des Elektrofahrzeugs F1 berechnen und die prognostizierte Netzleistung entsprechend des Verlaufs der momentanen Netzleistung prognostizieren.
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In dem Beispiel aus 8 zeigt die momentane Netzleistung, dass das elektrische Netz nahezu ausgelastet ist und die prognostizierte Netzleistung ist niedrig. Dementsprechend kann die Vorrichtung 10 einen konservativen Ladeplan für eine Schnellladung wählen. Dabei kann eine aktive Kühlung des Batterieraumes eingeschaltet werden, um eine optimale Leistungsaufnahme der Batterie B1 zu begünstigen, während zusätzliche Verbraucher V1-Vn gesperrt werden.
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Zu dem Zeitpunkt t2 ist das elektrisches Netz G ausgelastet, und die momentane Netzleistung ist verringert. Die prognostizierte Netzleistung ist ebenfalls niedrig. Dementsprechend wird ein konservativer Ladeplan gewählt, wobei eine aktive Kühlung des Batterieraumes reduziert wird und/oder andere elektrische Verbraucher V1-Vn gesperrt bleiben.
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Zu dem Zeitpunkt t4 wird der Ladevorgang durch den Nutzer beendet und eine weitere Fahrt aufgenommen. Durch den konservativen Ladeplan kann eine vorgegebene Fahrleistung des Elektrofahrzeugs gewährleistet sein.
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Die vorhergehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen, Beispiele und Zeichnungen soll nur dazu dienen, die Erfindung und die damit verbundenen Vorteile zu veranschaulichen, und soll nicht so verstanden werden, dass sie den Schutzbereich einschränkt. Der Schutzbereich der Erfindung soll vielmehr ausschließlich anhand der beigefügten Ansprüche ermittelt werden.
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Bezugszeichenliste
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- B1, B2
- Batterie
- F1, F2
- Elektrofahrzeug
- G
- Stromnetz
- L1, L2
- Ladestation
- T1, T2
- Tankstelle
- V1 bis Vn
- Verbraucher
- 10
- Vorrichtung
- 12
- Antriebsmotor
- 14
- Ladeanschluss
- VB
- Ladezustand
- VS1
- erster Batterieleistungs-Schwellwert
- VS2
- zweiter Batterieleistungs-Schwellwert
