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Die Erfindung betrifft ein Ladeverfahren für einen thermischen Speicher eines Kraftfahrzeugs, eine Steuereinrichtung zum Ansteuern einer Energiebereitstellungsvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Steuereinrichtung.
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Aus der
DE 10 2009 038 431 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs bekannt, wobei das Fahrzeug zumindest einen Elektroantrieb zum Antreiben des Fahrzeugs und ein Speichermittel zum Speichern elektrischer Energie für den Elektroantrieb umfasst. Ein Ladevorgang des Speichermittels ist in Abhängigkeit von einer durch einen Benutzer des Fahrzeugs eingestellten voraussichtlichen Abfahrtszeit automatisch steuerbar. Bei dem Verfahren ist des Weiteren ein automatisches Ansteuern einer Klimatisierungsanlage des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von der eingestellten voraussichtlichen Abfahrtszeit vorgesehen. Hierdurch kann eine Heizung oder eine Klimaanlage des Fahrzeugs einen Innenraum des Fahrzeugs bereits vor der Abfahrt auf eine gewünschte Innenraumtemperatur aufheizen beziehungsweise abkühlen.
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Überdies ist aus der
DE 10 2011 109 422 A1 ein Verfahren zum Aufladen einer Batterie eines Fahrzeugs bekannt, wobei fahrzeugseitig ein zeitlich segmentiertes Basisladeprofil in Abhängigkeit von einem ausgewählten Lademodus sowie einer maximalen Leistung einer Aufladestation zum Aufladen der Batterie berechnet wird. Hierbei kann das Basisladeprofil in Abhängigkeit von einem Energiebedarf einer Klimaanlage und einer Dauer eines Energiebedarfs dieser Klimaanlage ermittelt werden. Ist eine Vollklimatisierung aktiv, wird bevorzugt bei der Berechnung des Basisprofils die benötigte Leistung zum konfigurierten Zeitpunkt einkalkuliert, falls die Klimaanlage durch das Ladegerät mit Strom versorgt werden soll.
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Überdies ist aus der
DE 10 2013 216 726 A1 ein Fahrzeug mit einem Batteriesatz bekannt, der von einer externen Stromquelle geladen werden kann. Dieses Fahrzeug weist eine Ladedienst-Reservierungseinstelleinrichtung und eine Klimatisierungsdienst-Reservierungseinstelleinrichtung auf. Mittels der Ladedienst-Reservierungseinstelleinrichtung kann eine Ladedienst-Startuhrzeit eingestellt werden, zu welcher das Laden des Batteriesatzes gestartet werden soll. Die Klimatisierungsdienst-Reservierungseinstelleinrichtung kann eine Klimatisierungsdienst-Startuhrzeit festlegen, zu welcher ein Klimatisierungsdienst ausgeführt werden soll. Hierfür umfasst das Fahrzeug eine Klimaanlage, die dafür ausgebildet ist, Klimatisierungsdienste auszuführen, wenn die externe Stromquelle in einen Zustand versetzt ist, der es ermöglicht, den Batteriesatz mit elektrischer Energie zu versorgen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ladeverfahren für einen thermischen Speicher eines Kraftfahrzeugs und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern einer Energiebereitstellungsvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer Steuereinrichtung zu schaffen, welche ein energieeffizientes Einstellen eines Soll-Speicherzustands des thermischen Speichers ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Ladeverfahren für einen thermischen Speicher eines Kraftfahrzeugs sowie durch eine Steuereinrichtung zum Ansteuern einer Energiebereitstellungsvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen sowie in der folgenden Beschreibung angegeben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Ladeverfahren für einen thermischen Speicher eines Kraftfahrzeugs, bei welchem ein Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers vorgegeben wird, ein Abfahrtszeitpunkt für das Kraftfahrzeug ermittelt wird, und eine fahrzeugexterne Energiebereitstellungsvorrichtung derart angesteuert wird, dass der vorgegebene Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers zum Abfahrtszeitpunkt eingestellt wird. Mit anderen Worten wird ein Einspeichern von Energie im thermischen Speicher mittels beispielsweise einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von dem Abfahrtszeitpunkt des Kraftfahrzeugs gesteuert. Hierbei beschreibt der Soll-Speicherzustand einen Speicherzustand, welchen der thermische Speicher idealerweise aufweisen soll, das bedeutet, dass dieser Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers eingestellt werden soll. Unter einem Laden des thermischen Speichers ist das Einspeichern von Energie in den thermischen Speicher zu verstehen. Der thermische Speicher dient einer Bereitstellung von thermischer Energie zum Betreiben des Kraftfahrzeugs. Das Einstellen des Soll-Speicherzustands des thermischen Speichers wird beispielsweise mittels der Steuereinrichtung gesteuert, wobei die Steuereinrichtung die fahrzeugexterne Energiebereitstellungsvorrichtung ansteuert. Zum Einstellen des Soll-Speicherzustands kann die Steuereinrichtung einen Ist-Speicherzustand des thermischen Speichers, welcher eine zu einem jeweiligen Erfassungszeitpunkt in dem thermischen Speicher vorhandene gespeicherte Energiemenge charakterisiert, mit dem vorgegebenen Soll-Speicherzustand vergleichen. In Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen dem Ist-Speicherzustand und dem Soll-Speicherzustand, insbesondere in Abhängigkeit von einer Abweichung des Ist-Speicherzustands von dem Soll-Speicherzustand, wird mittels der Steuereinrichtung eine von der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung bereitgestellte Ladeleistung eingestellt. Insbesondere stellt hierbei die Steuereinrichtung die von der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung bereitgestellte Ladeleistung in Abhängigkeit von einer für das Einstellen des Soll-Speicherzustands zur Verfügung stehenden Zeitspanne zwischen einem jeweiligen Ist-Zeitpunkt und dem Abfahrtszeitpunkt ein. Unter der Ladeleistung ist eine Energiebereitstellungsleistung der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung zu verstehen. Hierbei kann die Ladeleistung in Form von elektrischer, thermischer oder thermochemischer Energie bereitgestellt werden. Ist das Einstellen des Soll-Speicherzustands bei maximaler Ladeleistung der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung innerhalb der Zeitspanne nicht möglich, so stellt die Steuereinrichtung die maximale Ladeleistung bei der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung bis zu einem Trennen des Kraftfahrzeugs von der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung ein. Hierdurch kann ein Speicherzustand in dem thermischen Speicher eingestellt werden, der möglichst nah an dem Soll-Speicherzustand liegt. Zum Abfahrtszeitpunkt und/oder nach dem Trennen des Kraftfahrzeugs von der fahrzeugexternen Energiebereitstellungseinrichtung wird die von der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung bereitgestellte Ladeleistung mittels der Steuereinrichtung auf Null reduziert. Die von dem thermischen Speicher bereitgestellte thermische Energie kann beispielsweise für eine Klimatisierung eines Innenraums des Kraftfahrzeugs, für eine Vorkonditionierung einzelner Komponenten des Kraftfahrzeugs, zum Abtauen einer Scheibe des Kraftfahrzeugs oder zum Anwärmen eines Getriebes des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Bei dem thermischen Speicher kann es sich um einen sensiblen Wärmespeicher, um einen Latentwärmespeicher oder um einen thermochemischen Wärmespeicher handeln. Bei dem Ladeverfahren für den thermischen Speicher wird das Laden des thermischen Speichers mittels der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung derart gesteuert, dass zum Abfahrtszeitpunkt der vorgegebene Soll-Speicherzustand erreicht ist. Hierdurch kann ein besonders effizientes Einstellen des Soll-Speicherzustands im thermischen Speicher erreicht werden, da während des Einstellens des Soll-Speicherzustands besonders wenige Wärmeverluste auftreten. Der Soll-Speicherzustand wird zum Abfahrtszeitpunkt eingestellt, sodass der thermische Speicher insbesondere erst zum Abfahrtszeitpunkt den Soll-Speicherzustand aufweist. Folglich treten maximale Wärmeverluste lediglich zu dem Abfahrtszeitpunkt und nicht für einen Zeitintervall von einem ersten, vor dem Abfahrtszeitpunkt liegenden Zeitpunkt bis zu dem Abfahrtszeitpunkt auf. Das bedeutet, dass der maximale Wärmeverlust erst ab dem Abfahrtszeitpunkt und nicht davor auftritt, da der Wärmespeicher erst zum Abfahrtszeitpunkt seinen den Soll-Speicherzustand und somit seinen temporär maximalen Speicherzustand aufweist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers mittels der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung mit elektrischer Energie und/oder thermischen Energie eingestellt wird. Mit anderen Worten wird dem thermischen Speicher zum Einstellen des Soll-Speicherzustands elektrische Energie und/oder thermische Energie mittels der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung zugeführt. Das Einstellen des Soll-Speicherzustands des thermischen Speichers mittels elektrischer Energie ist aufgrund einer hohen Verfügbarkeit von elektrischer Energie besonders einfach, wohingegen ein Einstellen des Soll-Speicherzustands im thermischen Speicher mittels thermischer Energie besonders energieeffizient ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der thermische Speicher gleichzeitig mit einer Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs mittels der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung mit Energie zum Einstellen des Soll-Speicherzustands versorgt wird. Das bedeutet, dass sowohl die Fahrzeugbatterie als auch der thermische Speicher mit Energie von der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung versorgt werden. Insbesondere kann das Kraftfahrzeug mit der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung verbunden werden und über diese Verbindung elektrische Energie sowohl für die Fahrzeugbatterie als auch den thermischen Speicher empfangen. Der Soll-Speicherzustands des thermischen Speichers kann somit vorteilhafterweise gleichzeitig mit einem Beladen der Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs eingestellt werden. Ein Nutzer kann hierbei das Kraftfahrzeug mit der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung verbinden, um die Fahrzeugbatterie aufzuladen. Gleichzeitig wird mittels der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung der Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers zum Abfahrtszeitpunkt eingestellt. Somit kann zum Abfahrtszeitpunkt vorteilhafterweise sowohl die Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs voll aufgeladen sein als auch der thermische Speicher den Soll-Speicherzustand aufweisen, wodurch ein besonders hoher Komfort für den Nutzer geschaffen wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Fahrtdauer einer nächsten Fahrt des Kraftfahrzeugs ermittelt und der Soll-Speicherzustand in Abhängigkeit von der ermittelten Fahrtdauer vorgegeben wird. Insbesondere wird der Soll-Speicherzustand derart vorgegeben, dass für die ermittelte Fahrtdauer mittels des thermischen Speichers eine definierte Energiemenge zum Betreiben des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden kann. Die Fahrtdauer kann beispielsweise mittels einer Navigationseinrichtung des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von einem Zielort der nächsten Fahrt des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Dieser Zielort wiederum kann in Abhängigkeit von einer Benutzereingabe eines Benutzers am Kraftfahrzeug oder an einem mit dem Kraftfahrzeug kommunizierenden Smart Device und/oder in Abhängigkeit von einem in einem mit dem Kraftfahrzeug kommunizierenden Smart Device hinterlegten Kalenderinhalt des Benutzers und/oder in Abhängigkeit von einem erfassten und im Kraftfahrzeug oder in dem Smart Device gespeicherten Verhaltensmuster des Benutzers ermittelt werden. Anschließend ermittelt die Steuereinrichtung, wie viel thermische Energie für die nächsten Fahrt in Abhängigkeit von deren Fahrtdauer benötigt wird und gibt den Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers in Abhängigkeit von der ermittelten benötigten thermischen Energie ein. Somit wird mittels der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung der vorgegebene Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers zum Abfahrtszeitpunkt eingestellt, sodass mittels des thermischen Speichers bei der nächsten Fahrt des Kraftfahrzeugs die ermittelte benötigte Menge thermischer Energie bereitstellbar ist. Vorteilhafterweise wird somit der Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers in Abhängigkeit von der tatsächlich für die nächste Fahrt benötigten Menge an thermischer Energie eingestellt. Hierdurch können Energieverluste des thermischen Speichers besonders gering gehalten werden, da dieser zumindest im Wesentlichen lediglich eine jeweilige für die nächste Fahrt benötigte Energiemenge beinhaltet und somit Energieverluste über längere Standzeiten des Kraftfahrzeugs zumindest im Wesentlichen vermieden werden können.
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Es hat sich des Weiteren als vorteilhaft gezeigt, wenn eine Wetterprognose für einen Standort des Kraftfahrzeugs und/oder für den Zielort des Kraftfahrzeugs ermittelt wird, und der Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers in Abhängigkeit von der Wetterprognose vorgegeben wird. Hierbei wird die Wetterprognose für den Standort des Kraftfahrzeugs, insbesondere dessen Standort beim Einstellens des Soll-Speicherzustands, für den Abfahrtszeitpunkt ermittelt, und die Wetterprognose für den Zielort des Kraftfahrzeugs wird für einen voraussichtlichen Ankunftszeitpunkt ermittelt. Insbesondere kann eine Wetterprognose für eine Fahrtstrecke des Kraftfahrzeugs von dem Standort zu dem Zielort des Kraftfahrzeugs zu einem voraussichtlichen jeweiligen Fahrtzeitpunkt ermittelt werden und in Abhängigkeit von der Wetterprognose der Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers vorgegeben werden. Anhand der Wetterprognose kann mittels der Steuereinrichtung ein voraussichtlicher thermischer Energiebedarf zum Betreiben des Kraftfahrzeugs ermittelt werden, sodass der vorgegebene Soll-Speicherzustand durch das Hinzuziehen der Wetterprognose besonders wenig von der tatsächlich benötigten Menge an thermischer Energie zum Betreiben des Kraftfahrzeugs abweicht. Da der Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers derart eingestellt wird, dass der thermische Speicher zum Abfahrtszeitpunkt zumindest im Wesentlichen lediglich die mittels der Steuereinrichtung ermittelte voraussichtlich benötigte Energiemenge bereitstellt, können Energieverluste des thermischen Speichers besonders gering gehalten werden und somit die thermische Energie für das Kraftfahrzeug besonders energieeffizient bereitgestellt werden.
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Es hat sich überdies in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, wenn der Abfahrtszeitpunkt in Abhängigkeit von einer Benutzereingabe des Benutzers und/oder in Abhängigkeit von einem Kalenderinhalt des Benutzers und/oder in Abhängigkeit von einem erfassten und gespeicherten Verhaltensmuster des Benutzers des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. Das bedeutet, dass die Benutzereingabe des Benutzers mittels der Steuereinrichtung beispielsweise über das Kraftfahrzeug oder über das mit dem Kraftfahrzeug verbundene Smart Device empfangen wird. Alternativ oder zusätzlich wird der Kalenderinhalt des Benutzers über das mit dem Kraftfahrzeug kommunizierende Smart Device oder das Kraftfahrzeug mittels der Steuereinrichtung empfangen. Weiter alternativ oder zusätzlich wird mittels der Steuereinrichtung das erfasste und gespeicherte Verhaltensmuster des Benutzers empfangen. Dieses Verhaltensmuster charakterisiert ein mehrmaliges Durchführen einer bestimmten Handlung zu einem Bestimmten Zeitfenster. Beispielsweise fährt der Benutzer regelmäßig Sonntag morgens zu einem bestimmten Bäcker. Somit kann für den Benutzer der Sonntagmorgen als Abfahrtszeitpunkt ermittelt werden, wobei als Zielort der Bäcker ermittelt werden kann. Folglich kann als der Soll-Speicherzustand eine für die Fahrt zum Becker benötigte thermische Energie vorgegeben werden, wobei der Soll-Speicherzustand in Abhängigkeit von der Wetterprognose vorgegeben werden kann. Anhand der Benutzereingabe und/oder des Kalenderinhalts und/oder des Verhaltensmusters kann der Abfahrtszeitpunkt ermittelt werden. Somit kann mittels der Steuereinrichtung der Soll-Speicherzustand besonders vorteilhaft zum Abfahrtszeitpunkt, an welchem voraussichtlich das Kraftfahrzeug von der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung getrennt ist oder getrennt wird, eingestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers in Abhängigkeit von einer Einstellung einer mittels thermischer Energie aus dem thermischen Speicher versorgbaren Temperierungseinrichtung für einen Innenraum des Kraftfahrzeugs vorgegeben wird. Das bedeutet, dass die Einstellung der Temperierungseinrichtung für den Innenraum des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und von der Steuereinrichtung empfangen wird. Bei der Einstellung kann es sich beispielsweise um eine Temperaturvorgabe für den Innenraum des Kraftfahrzeugs handeln. Anhand der Einstellung der Temperierungseinrichtung kann die Steuereinrichtung eine voraussichtlich benötigte Energiemenge zum Einstellen der Temperatur in dem Innenraum des Kraftfahrzeugs und zum Halten der Temperatur in dem Innenraum des Kraftfahrzeugs beispielsweise für die ermittelte Fahrtdauer ermitteln. Damit wird der Soll-Speicherzustand mittels der Speichereinrichtung in Abhängigkeit von dem durch die Einstellung der Temperierungseinrichtung charakterisierten Temperaturvorgabe für den Innenraum des Kraftfahrzeugs eingestellt. Vorteilhafterweise ist somit während der Fahrt des Kraftfahrzeugs mittels Energie aus dem thermischen Speicher die an der Temperierungseinrichtung eingestellte Temperatur für den Innenraum des Kraftfahrzeugs einstellbar und insbesondere haltbar.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers fahrerspezifisch vorgegeben wird und/oder der Abfahrtszeitpunkt für das Kraftfahrzeug fahrerspezifisch ermittelt wird.
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Das bedeutet, dass die Einstellung der Temperierungseinrichtung und/oder der Zielort fahrerspezifisch ermittelt wird und in Abhängigkeit von der Einstellung der Temperierungseinrichtung und/oder des Zielorts der Soll-Speicherzustand vorgegeben wird. Alternativ oder zusätzlich wird der Abfahrtszeitpunkt fahrerspezifisch in Abhängigkeit von der Benutzereingabe des Benutzers und/oder in Abhängigkeit von dem Kalenderinhalt des Benutzers und/oder in Abhängigkeit von dem erfassten und gespeicherten Verhaltensmuster des Benutzers des Kraftfahrzeugs ermittelt. Es wird somit mittels der Steuereinrichtung ermittelt, welcher Benutzer das Kraftfahrzeug bei der nächsten Fahrt nutzt und der Abfahrtszeitpunkt und/oder die Einstellung der Temperierungseinrichtung und/oder der Zielort für diesen Benutzer fahrerspezifisch ermittelt. Der Benutzer ist mittels der Steuereinrichtung beispielsweise in Abhängigkeit von der mittels der Steuereinrichtung empfangenen Benutzereingabe ermittelbar. Alternativ oder zusätzlich ist der Benutzer mittels der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von dem empfangenen Kalenderinhalt ermittelbar, sodass die Steuereinrichtung beispielsweise in Abhängigkeit von dem Kalenderinhalt ermitteln kann, dass zu dem ermittelten Abfahrtszeitpunkt ein definierter Benutzer laut Kalenderinformation einen Termin hat und somit voraussichtlich als Benutzer die nächste Fahrt des Kraftwagens durchführen wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung den Benutzer anhand von erfassten und gespeicherten Verhaltensmustern unterschiedlicher Benutzer ermitteln. Beispielsweise ermittelt die Steuereinrichtung, dass der definierte Benutzer üblicherweise zu dem Abfahrtszeitpunkt mit dem Kraftfahrzeug insbesondere zu einem definierten Zielort fährt. Folglich kann die Steuereinrichtung anhand des Abfahrtszeitpunkts den definierten Benutzer ermitteln. Hierdurch kann ein besonders hoher Komfort für den jeweiligen Benutzer geschaffen werden, da der Soll-Speicherzustand in Abhängigkeit von für den definierten Benutzer benötigter thermischer Energie vorgegeben wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Einstellen des Soll-Speicherzustands des thermischen Speichers in Abhängigkeit von einem Strompreis gesteuert wird. Das bedeutet, dass die Steuereinrichtung den Strompreis empfängt und beispielsweise in Abhängigkeit von dem empfangenen Strompreis die Ladeleistung der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung einstellt. Dies ermöglicht ein besonders kosteneffizientes Einstellen des Soll-Speicherzustands im thermischen Speicher.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung zum Ansteuern einer Energiebereitstellungsvorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, einen Soll-Speicherzustand eines thermischen Speichers einzustellen. Hierbei ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, den Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers vorzugeben, einen Abfahrtszeitpunkt für das Kraftfahrzeug zu ermitteln, und die fahrzeugexterne Energiebereitstellungsvorrichtung derart anzusteuern, dass der vorgegebene Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers zum Abfahrtszeitpunkt eingestellt wird. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Hiermit ermöglicht die Steuereinrichtung ein besonders energieeffizientes Einstellen des Soll-Speicherzustands in dem thermischen Speicher.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung. Alternativ hierzu kann die Steuereinrichtung Teil der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung sein und mit dem Kraftfahrzeug und/oder dem Smart Device kommunizieren.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung sowie des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung sowie des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Figur ein Verfahrensschema für ein Ladeverfahren zum Einstellen eines Soll-Speicherzustands in einem thermischen Speicher eines Kraftfahrzeugs.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In der einzigen Figur ist ein Verfahrensschema für eine bedarfsgerechte Beladung eines thermischen Speichers dargestellt. Im Rahmen eines Ladeverfahrens für den thermischen Speicher eines Kraftfahrzeugs wird ein Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers in einem Soll-Speicherzustandsbestimmungsschritt 1 vorgegeben, ein Abfahrtszeitpunkt für das Kraftfahrzeug in einem Abfahrtszeitpunktbestimmungsschritt 2 ermittelt und eine fahrzeugexterne Energiebereitstellungsvorrichtung in einem Ladesteuerschritt 3 derart angesteuert, dass der vorgegebene Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers zum Abfahrtszeitpunkt eingestellt wird.
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In dem Soll-Speicherzustandsbestimmungsschritt 1 kann mittels einer Steuereinrichtung der Soll-Speicherzustand in Abhängigkeit von einer Benutzereingabe 4 eines Benutzers ermittelt werden. Hierbei charakterisiert die Benutzereingabe 4 einen von dem Benutzer gewünschten Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers. Alternativ oder zusätzlich wird der Soll-Speicherzustand in Abhängigkeit von einer ermittelten Fahrtdauer 5 einer nächsten Fahrt des Kraftfahrzeugs ermittelt. Insbesondere kann die Fahrtdauer 5 mittels der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von einer Fahrtstrecke zwischen einem Standort des Kraftfahrzeugs und einem Zielort des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Soll-Speicherzustand im Rahmen des Soll-Speicherzustandsbestimmungsschritts 1 in Abhängigkeit von einer Wetterprognose 6 vorgegeben werden. Hiermit kann die Wetterprognose 6 für den Standort des Kraftfahrzeugs und/oder für den Zielort des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Anhand der Wetterprognose 6 kann ein voraussichtlicher Energiebedarf des thermischen Speichers zum Betreiben des Kraftfahrzeugs für die Fahrtdauer 5 des Kraftfahrzeugs ermittelt werden und in Abhängigkeit von dem voraussichtlichen Energiebedarf der Soll-Speicherzustand für den thermischen Speicher vorgegeben werden.
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Der Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers kann alternativ oder zusätzlich in Abhängigkeit von einer Einstellung einer mittels thermischer Energie aus dem thermischen Speicher versorgbaren Temperierungseinrichtung 7 zum Temperieren eines Innenraums des Kraftfahrzeugs vorgegeben werden. Das bedeutet, dass die Einstellung der Temperierungseinrichtung 7 mittels der Steuereinrichtung empfangen wird und in Abhängigkeit von der Einstellung der Temperierungseinrichtung 7, welche insbesondere eine einzustellende und zu haltende Temperatur im Innenraum des Kraftfahrzeugs charakterisiert, der Energiebedarf des Kraftfahrzeugs an thermischer Energie ermittelt wird. In Abhängigkeit von dem ermittelten Energiebedarf des Kraftfahrzeugs an thermischer Energie und somit in Abhängigkeit von der Einstellung der Temperierungseinrichtung 7 kann folglich der Soll-Speicherzustand vorgegeben werden.
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Im Rahmen des Abfahrtszeitpunktbestimmungsschritts 2 kann mittels der Steuereinrichtung der Abfahrtszeitpunkt für das Kraftfahrzeug ermittelt werden. Hierbei kann der Abfahrtszeitpunkt in Abhängigkeit von einer weiteren Benutzereingabe 8, welche den voraussichtlichen Abfahrtszeitpunkt für das Kraftfahrzeug charakterisiert, und/oder in Abhängigkeit von einem Kalenderinhalt 9 eines Benutzers und/oder in Abhängigkeit von einem erfassten und gespeicherten Verhaltensmuster 10 des Benutzers des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Mittels der weiteren Benutzereingabe 8 kann der Benutzer den Abfahrtszeitpunkt manuell vorgeben. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung den Kalenderinhalt 9 von einem Smart Device des Benutzers empfangen und in Abhängigkeit von dem Kalenderinhalt 9 den Abfahrtszeitpunkt ermitteln. Überdies kann alternativ oder zusätzlich die Steuereinrichtung das Verhaltensmuster 10 des Benutzers insbesondere anhand einer Vielzahl von Fahrten des Benutzers mit dem Kraftfahrzeug erfassen, speichern und in Abhängigkeit von dem Verhaltensmuster 10 den Abfahrtszeitpunkt für den Benutzer ermitteln. Das Verhaltensmuster 10 des Benutzers kann alternativ oder zusätzlich mittels des Smart Devices des Benutzers erfasst und für die Steuereinrichtung zum Ermitteln des Abfahrtszeitpunkts zur Verfügung gestellt werden.
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Der Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers kann im Rahmen des Soll-Speicherzustandsbestimmungsschritts 1 fahrerspezifisch vorgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Abfahrtszeitpunkt im Abfahrtszeitpunktbestimmungsschritt 2 für das Kraftfahrzeug fahrerspezifisch ermittelt werden. Folglich kann der Ladesteuerschritt 3 fahrerspezifisch durchgeführt werden, sodass der vorgegebene Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers fahrerspezifisch eingestellt wird.
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Der Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers kann mittels der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung mit elektrischer Energie und/oder thermischer Energie eingestellt werden. Hierbei kann die Energie von einem chemischen Antriebsaggregat, insbesondere einer Verbrennungskraftmaschine, einer Brennstoffzelle oder einer Gasturbine, von einem elektrischen Antriebsaggregat, wie einem Hochvolt-Elektromotor, und/oder von einem hybridischen Antriebsaggregat bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Energie zum Einstellen des Soll-Speicherzustands des thermischen Speichers von einer elektrischen Maschine, von einem elektrischen Wandler, wie einer Leistungselektronik, einem Puls-WechselRichter oder einem DC/DC-Wandler, oder von Hochvolt-Wasser-Heizern, wie einem Wasser-PTC, einem Luft-PTC oder einem PTC-keramisch, bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Energie zum Einstellen des Soll-Speicherzustands des thermischen Speichers von einem Ladegerät und/oder von einem Energiespeicher, wie einer Hochvolt-Batterie, einer Niedervolt-Batterie oder einem Schwungmassenspeicher, und/oder von einem Getriebe, wie einem Übersetzungsstufengetriebe, einem Schaltgetriebe, einem Automatikgetriebe oder einem Differenzialgetriebe, und/oder von der Karosserie über eine Sonnenstrahlung und/oder von einer Abgasanlage bereitgestellt werden.
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Der thermische Speicher kann insbesondere gleichzeitig mit einer Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs mittels der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung mit Energie zum Einstellen des Soll-Speicherzustands versorgt werden. Ist das Kraftfahrzeug zum Laden der Fahrzeugbatterie mit einer Ladesäule verbunden, so kann, während die Fahrzeugbatterie mit elektrischer Energie von der Ladesäule geladen wird, der Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers mittels Energie von der Ladesäule eingestellt werden.
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Hierbei kann das Einstellen des Soll-Speicherzustands im Rahmen des Ladesteuerschritts 3 in Abhängigkeit von einem Strompreis 11 gesteuert werden. Das bedeutet, dass die Steuereinrichtung den Strompreis 11 empfängt und in Abhängigkeit von dem empfangenen Strompreis 11 eine Ladeleistung der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung zum Einstellen des Soll-Speicherzustands des thermischen Speichers gesteuert.
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Der thermische Speicher kann unisoliert oder isoliert ausgebildet sein. Hierbei kann der thermische Speicher thermische Quelle und thermische Senke zugleich sein. Insbesondere ist der thermische Speicher thermisch in ein Gesamtsystem des Kraftfahrzeugs so eingebunden, dass dieser zumindest beladen, insbesondere auch entladen, werden kann.
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Beim Betreiben des Kraftfahrzeugs mittels von dem thermischen Speicher bereitgestellter thermischer Energie kann ein chemisches, elektrisches und/oder hybridisches Antriebsaggregat vorkonditioniert werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine elektrische Maschine und/oder ein elektrischer Wandler und/oder ein Getriebe und/oder eine Abgasanlage und/oder ein Energiespeicher, wie eine Hochvolt-Batterie, eine Niedervolt-Batterie, und/oder eine Kraftstoffmasse und/oder eine Karosserie beziehungsweise Karosserieelemente mittels der thermischen Energie des thermischen Speichers vorkonditioniert werden. Die Karosserie kann aufgrund einer Wärmeübertragung an eine Umwelt und/oder aufgrund einer Vorkonditionierung des Innenraums einen Bedarf an thermischer Energie aus dem thermischen Speicher aufweisen. Alternativ oder zusätzlich zu den oben genannten thermischen Senken können mittels der von dem thermischen Speicher bereitgestellten thermischen Energie eine Abgasnachbehandlung und/oder ein Katalysator und/oder ein Ottopartikelfilter und/oder ein Dieselpartikelfilter und/oder ein AdBlue@-System und/oder ein Lager beziehungsweise Radlager und/oder ein Ölhaushalt und/oder ein Wasserhaushalt und/oder der Innenraum des Kraftfahrzeugs vorkonditioniert werden.
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Voraussetzung zur Durchführung des Ladeverfahrens für den thermischen Speicher des Kraftfahrzeugs ist, dass der thermische Speicher in dem Kraftfahrzeug installiert wird und der thermische Speicher über eine externe Stromquelle, insbesondere die fahrzeugexterne Energiebereitstellungsvorrichtung, beheizbar ist. Hierbei ist der thermische Speicher thermisch in einen Wasserkreislauf des Kraftfahrzeugs einbringbar. Der thermische Speicher wird während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs als thermische Energiequelle, insbesondere zum Heizen des Innenraums des Kraftfahrzeugs, verwendet. Der thermische Speicher wird mittels Strom von der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung insbesondere während eines Ladevorgangs der Fahrzeugbatterie des insbesondere als Elektrofahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs mit Strom versorgt, um den Soll-Speicherzustand des thermischen Speichers zum Abfahrtszeitpunkt einzustellen. Um zu vermeiden, dass der thermische Speicher nicht sinnhaft beladen wird und hierdurch Verluste entstehen, weil beispielsweise der thermische Speicher im Sommer geladen wird, obwohl keine Heizleistung benötigt wird, der Speicher zum Abfahrtszeitpunkt nicht voll geladen ist oder der ein vorgegebener Speicherzustand zu früh, das bedeutet, direkt beim Anstecken des Kraftfahrzeugs an die Ladesäule, eingestellt wird, sodass bei einer längeren Standzeit des Kraftfahrzeugs thermische Verluste auftreten, ist das im Zusammenhang mit der Figur beschriebene Ladeverfahren für den thermischen Speicher des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Des Weiteren soll mittels des Ladeverfahrens für den thermischen Speicher des Kraftfahrzeugs vermieden werden, dass der thermische Speicher zu viel beladen wird, sodass nach einer Nutzung des Kraftfahrzeugs noch eine nennenswerte Menge an thermischer Energie im thermischen Speicher vorhanden ist, die bei einer unterstellten, nachfolgenden, längeren Standzeit durch Verluste an eine Umgebung des Kraftfahrzeugs abgegeben wird.
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Bei dem vorteilhaften Ladeverfahren für den thermischen Speicher des Kraftfahrzeugs wird im Abfahrtszeitpunktbestimmungsschritt 2 der Abfahrtszeitpunkt ermittelt. Dies kann durch eine Kalenderabfrage, durch eine Verknüpfung der Steuereinrichtung mit einem persönlichen intelligenten Assistenten und/oder durch eine Abfahrtszeitenprogrammierung erfolgen. Dieser Abfahrtszeitpunkt sowie die Fahrtdauer 5 kann für jeden Fahrzeugnutzer separat ermittelt werden.
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Bei dem Ladeverfahren wird des Weiteren eine Wetterprognose 6 zum Standort und zur Abfahrtszeit insbesondere über eine Onlineverbindung der Steuereinrichtung mit dem Internet anhand von Standortdaten und einer Abfahrtszeitprognose abgefragt. In Abhängigkeit von dem ermittelten Abfahrtszeitpunkt sowie der Fahrtdauer 5 und der Wetterprognose 6 und/oder einer Einstellung an einem Klimabedienteil der Temperierungseinrichtung 7, insbesondere auf Basis einer vorherigen Einstellung des jeweiligen Fahrzeugnutzers, wird eine Prognose für einen Energiebedarf des Kraftfahrzeugs an thermischer Energie aus dem thermischen Speicher erstellt. In Abhängigkeit von der Prognose des Energiebedarfs und Ist-Werten eines aktuellen Fahrzeugsystemzustands, wie dem Ist-Speicherzustand des thermischen Speichers und/oder einer Kraftfahrzeugtemperatur und/oder einer Innenraumtemperatur des Kraftfahrzeugs, wird mittels der Steuereinrichtung eine erforderliche Speicherbeladung ermittelt. Eine für die erforderliche Speicherbeladung erforderliche elektrische Beladungsenergie wird ebenfalls mittels der Steuereinrichtung ermittelt. Des Weiteren wird mittels der Steuereinrichtung ein Beladungsablauf zum Einstellen des Soll-Speicherzustands im thermischen Speicher basierend auf einer verfügbaren elektrischen Leistung der fahrzeugexternen Energiebereitstellungsvorrichtung, insbesondere eines Ladenetzes, an welches die Ladesäule angeschlossen ist, und/oder einer voraussichtlichen Beladezeit zum Einstellen des Soll-Speicherzustands im thermischen Speicher bei der verfügbaren elektrischen Leistung und/oder einer in dem thermischen Speicher bereits vorhandenen Energiemenge und/oder dem Strompreis 11 und/oder prognostizierten Wärmeverlusten während des Einstellens des Soll-Speicherzustands des thermischen Speichers geplant und ermittelt. Anschließend wird die fahrzeugexterne Energiebereitstellungsvorrichtung mittels der Steuereinrichtung derart angesteuert, dass die fahrzeugexterne Energiebereitstellungsvorrichtung den thermischen Speicher mit der ermittelten erforderlichen thermischen Energie zur Erfüllung des thermischen Bedarfs nach Fahrtbeginn belädt.
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Wenn nach dieser Betriebsstrategie der Soll-Speicherzustand im thermischen Speicher eingestellt wird, kann einem Kunden, insbesondere dem Benutzer, eine komfortable Beladung des thermischen Speichers angeboten werden, bei welcher der thermische Speicher zumindest eine genau erforderliche thermische Energie im Kraftfahrzeug mitführt. Diese Beladung des thermischen Speichers erfolgt dabei unter energetischen und kostengünstigen Gesichtspunkten. Fehlbeladungen des thermischen Speichers und energetische Verluste können besonders gering gehalten werden. Darüber hinaus können Reichweitenverluste bei kalten Umgebungsbedingungen besonders gering halten werden. Diese Reichweitenverluste können besonders gering gehalten werden, da thermische Energie zum Betreiben des Kraftfahrzeugs dem thermischen Speicher des Kraftfahrzeugs entnommen werden kann, sodass besonders viel elektrische Energie der Fahrzeugbatterie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zur Verfügung steht.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine bedarfsgerechte Beladung eines thermischen Speichers mittels einer Abfahrzeitenprogrammierung geschaffen werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009038431 A1 [0002]
- DE 102011109422 A1 [0003]
- DE 102013216726 A1 [0004]
