DE102018218398A1

DE102018218398A1 - Verfahren und Steuerungssystem zum Betreiben eines als Elektrofahrzeug oder Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018218398A1
Application number: DE102018218398.8A
Authority: DE
Inventors: Tomas Rieger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2020-04-30
Also published as: CN111098722A; US20200130508A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines als Elektro- oder Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs. Das Kraftfahrzeug weist mindestens eine motorisch und generatorisch betreibbare, als Antriebsaggregat dienende elektrischen Maschine (1) auf. Die elektrische Maschine (1) ist über einen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler (3) an einen Hochvolt-Verteiler (4) angeschlossen. An den Hochvolt-Verteiler sind eine Hochvolt-Batterie (5), Hochvolt-Verbraucher (10, 11. 12, 13, 14, 15) und über einen Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler (6) Niedervolt-Verbrauchern (7, 8, 9) angeschlossen. Dann, wenn die als Antriebsaggregat dienende elektrische Maschine (1) im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs generatorisch betreiben wird, wird die von der oder jeder elektrischen Maschine (1) erzeugte elektrische Energie ermittelt. Weiterhin werden die Hochvolt-Batterie (5), die Hochvolt-Verbraucher und gegebenenfalls die Niedervolt-Verbraucher abhängig von fahrerseitigen und/oder nicht fahrerseitigen Vorgaben derart betreiben, dass die von der oder jeder elektrischen Maschine (1) erzeugte Energie zwischen der Hochvolt-Batterie, den Hochvolt-Verbrauchern (und gegebenenfalls den Niedervolt-Verbraucher derart verteilt wird, sodass eine Differenz zwischen der von der oder jeder elektrischen Maschine (1) erzeugten Energie und der von Hochvolt-Batterie (5), den Hochvolt-Verbrauchern (6, 10, 11, 12, 13, 14, 15) und gegebenenfalls den Niedervolt-Verbraucher (7, 8, 9) abgenommen elektrischen Energie minimiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines als Elektrofahrzeug oder Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuerungssystem zum Betreiben eines als Elektrofahrzeug oder Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs.
In Kraftfahrzeugen, die als Antriebsaggregat eine elektrische Maschine verwenden, kann im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs, nämlich dann, wenn die jeweilige elektrische Maschine generatorisch betrieben wird, elektrische Energie erzeugt werden. Diese elektrische Energie kann dazu genutzt werden, einen elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs zu laden. Dann, wenn der elektrische Energiespeicher die von der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine bereitgestellte elektrische Energie nicht mehr aufnehmen kann, weil zum Beispiel der elektrische Energiespeicher vollständig geladen ist, wird bei aus der Praxis bekannten Kraftfahrzeugen die überschüssige elektrische Energie in Wärme umgewandelt. Hierzu umfasst dann das Kraftfahrzeug einen Hochvolt-Bremswiderstand, in welchem elektrische Energie in Wärme umgesetzt wird. Bei einem solchen Hochvolt-Bremswiderstand handelt es sich um einen ohmschen Widerstand, der elektrische Energie in Wärme umsetzt. Dabei ist bislang der Hochvolt-Bremswiderstand relativ groß dimensioniert, um auch dann, wenn der elektrische Energiespeicher vollständig geladen ist und im Schubbetrieb von der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine relativ viel elektrische Energie erzeugt wird, die elektrische Energie in Wärme zu wandeln und demnach abzubauen. Ein solcher Hochvolt-Bremswiderstand erhöht nicht nur das Gewicht des Kraftfahrzeugs, sondern auch die Kosten desselben.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren und Steuerungssystem zum Betreiben eines als Elektrofahrzeugs oder Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird dann, wenn die oder jede als Antriebsaggregat dienende elektrische Maschine im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs generatorisch betreiben wird, die von der oder jeder elektrischen Maschine erzeugbare und/oder erzeugte elektrische Energie ermittelt. Ferner werden die Hochvolt-Batterie, die Hochvolt-Verbraucher und gegebenenfalls die Niedervolt-Verbraucher abhängig von fahrerseitigen Vorgaben und/oder abhängig von nicht fahrerseitigen Vorgaben derart betreiben, dass die von der oder jeder elektrischen Maschine erzeugbare und/oder erzeugte elektrische Energie zwischen der Hochvolt-Batterie, den Hochvolt-Verbrauchern und gegebenenfalls den Niedervolt-Verbraucher derart verteilt wird, sodass eine Differenz zwischen der von der oder jeder elektrischen Maschine erzeugbaren und/oder erzeugten elektrischen Energie und der von Hochvolt-Batterie, den Hochvolt-Verbrauchern und gegebenenfalls den Niedervolt-Verbraucher abgenommen elektrischen Energie minimiert ist. Die Erfindung schlägt vor, im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs eine Energiebilanz durchzuführen, und das Kraftfahrzeug auf Grundlage dieser Energiebilanz zu betreiben. Für diese Energiebilanz wird die im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs von der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine erzeugbare und/oder erzeugte elektrische Energie ermittelt. Abhängig von den fahrerseitigen Vorgaben und abhängig von den nicht fahrerseitigen Vorgaben werden die Hochvolt-Batterie, die Hochvolt-Verbraucher und die Niedervolt-Verbraucher derart betrieben, dass die von der oder jeder elektrischen Maschine erzeugbare und/oder erzeugte Energie optimal verteilt wird, sodass eine Differenz zwischen der von der oder jeder elektrischen Maschine erzeugbaren und/oder erzeugten elektrischen Energie und der von der Hochvolt-Batterie, den Hochvolt-Verbrauchern und den Niedervolt-Verbrauchern aufgenommenen Energie minimal ist. Hierdurch kann ein Hochvolt-Bremswiderstand kleiner dimensioniert werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die Hochvolt-Batterie, die Hochvolt-Verbraucher und die Niedervolt-Verbraucher derart betreiben, dass eine Differenz zwischen der verteilten und von denselben abgenommenen elektrischen Energie und der von der oder jeder elektrischen Maschine erzeugbaren und/oder erzeugten elektrische Energie Null oder in etwa Null beträgt. Hiermit ist es möglich, auf einen Hochvolt-Bremswiderstand vollständig zu verzichten.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung werden abhängig von der von der oder jeder elektrischen Maschine erzeugbaren und/oder erzeugten elektrischen Energie zwei sich in ihrer jeweiligen Wirkung gegenseitig zumindest teilweise kompensierende Verbraucher gleichzeitig betrieben. Diese Vorgehensweise ist bevorzugt, um auf einen Hochvolt-Bremswiderstand vollständig zu verzichten.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung werden als fahrerseitige Vorgaben eine fahrerseitige Fahrpedalbeätigung und/oder eine fahrerseitige Bremspedalbeätigung und/oder eine fahrerseitige Aktivierung eines Tempomaten berücksichtigt. Als nicht fahrerseitige Vorgaben werden eine steuerungsseitige Vorgabe eines Active-Cruise-Control-Systems und/oder eine steuerungsseitige Vorgabe eines Navigationssystems und/oder eine steuerungsseitige Vorgabe über zulässige Betriebsbedingungen der Hochvolt-Batterie, der Hochvolt-Verbraucher und der Niedervolt-Verbraucher berücksichtigt. Auf Grundlage dieser Vorgaben, die auch prädiktive bzw. vorausschauende Daten umfassen können, kann der Betrieb des Kraftfahrzeugs besonders vorteilhaft erfolgen.
Vorzugsweise wird dann, wenn die oder jede als Antriebsaggregat dienende elektrische Maschine im Zugbetrieb des Kraftfahrzeugs motorisch betreiben wird, abhängig von fahrerseitigen Vorgaben und/oder abhängig von nicht fahrerseitigen Vorgaben die von der oder jeder elektrische Maschine benötigte elektrische Traktionsenergie ermittelt, wobei die Hochvolt-Batterie, die Hochvolt-Verbrauchern und die Niedervolt-Verbraucher derart betreiben werden, sodass eine Differenz zwischen der von der oder jeder elektrischen Maschine benötigten elektrische Traktionsenergie und der tatsächlich bereitstellbaren elektrischen Energie minimiert ist. Auch im Zugbetrieb des Kraftfahrzeugs kann die Erfindung genutzt werden, um dann im Zugbetrieb der elektrischen Maschine möglichst viel elektrische Energie zum Umsetzen in Antriebsleistung bereitzustellen.
Das erfindungsgemäße Steuerungssystem zum Betreiben eines als Elektrofahrzeug oder Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs ist in Anspruch 8 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein Schema eines als Elektrofahrzeug oder Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs.

1 zeigt verschiedene Baugruppen eines als Elektrofahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs. So umfasst das Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine 1, die als Antriebsaggregat dient, um an einem Abtrieb 2 Antriebsleistung bereitzustellen.
Die elektrische Maschine 1, die motorisch und generatorisch betrieben werden kann, ist über einen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler 3 an einem Hochvolt-Verteiler 4 angeschlossen, der als Hochvolt-Gleichspannungs-Verteiler ausgeführt ist. Ein solcher Hochvolt-Gleichspannungs-Verteiler wird auch als HV-DC-Link bezeichnet.
An den Hochvolt-Verteiler 4 ist nicht nur die elektrische Maschine 1 über den Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler 3 angeschlossen, vielmehr sind an den Hochvolt-Verteiler 4 weitere hochvoltseitige Baugruppen angeschlossen, so eine als Traktionsbatterie dienende Hochvolt-Batterie 5, ein Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 6 sowie verschiedene Hochvolt-Verbraucher 10 bis 15, insbesondere eine Hochvolt-Klimaanlage 10 und/oder eine Hochvolt-Heizeinrichtung 11 und/oder, eine Hochvolt-Batterie-Klimatisierung 12, und/oder ein Hochvolt-Power-Take-out 13 und/oder, ein Hochvolt-Pneumatik-Kompressor 14 sowie ggf. weitere Hochvolt-Verbraucher 15. Die oben genannten Hochvolt-Verbraucher sind typische Hochvolt-Verbraucher von Nutzfahrzeugen. Die Aufzählung derselben ist exemplarischer Natur.
An den Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 6 sind mehrere Niedervolt-Verbraucher 7, 8 und 9 angeschlossen, so zum Beispiel eine Niedervolt-Batterie 7, ein Lenksystem 8 sowie ggf. weitere Niedervolt-Verbraucher 9.
Dann, wenn im Zugbetrieb des Kraftfahrzeugs die elektrische Maschine 1 motorisch betrieben wird, wird derselben ausgehend von der Hochvolt-Batterie 5 elektrische Energie bereitgestellt, um die elektrische Energie in Antriebsleistung für den Abtrieb 2 zu wandeln. Wird hingegen die elektrische Maschine 1 generatorisch betrieben, nämlich im Zugbetrieb des Kraftfahrzeugs, so wird von der elektrischen Maschine 1 erzeugte elektrische Energie genutzt, um insbesondere die Hochvolt-Batterie 5 zu laden.
1 zeigt eine Steuerungseinrichtung 16, die dem Betreiben, nämlich Steuern und/oder Regeln, der elektrischen Maschine 1, der Hochvolt-Batterie 5, der Hochvolt-Verbraucher 6 bis 15 sowie der Niedervolt-Verbraucher 7 bis 9 dient. Diese Steuerungseinrichtung 16 tauscht mit diesen Baugruppen und weiteren Steuerungseinrichtungen 17 und 18 Daten aus. Von der Steuerungseinrichtung 17 können fahrerseitige Vorgaben bereitgestellt werden, so zum Beispiel Daten über eine fahrerseitige Fahrpedalbetätigung und/oder Daten über eine fahrerseitige Bremspedalbetätigung und/oder Daten über eine fahrerseitige Aktivierung eines Tempomaten. Von der Steuerungseinrichtung 18 können nicht fahrerseitige Vorgaben bereitgestellt werden, so zum Beispiel steuerungsseitige Vorgaben eines Active-Cruise-Control-Systems und/oder steuerungsseitige Vorgaben eines Navigationssystems und/oder steuerungsseitige Vorgaben über zulässige Betriebsbedingungen der Hochvolt-Batterie 5, der Hochvolt-Verbraucher 6 bis 15 und der Niedervolt-Verbraucher 7 bis 9.
1 zeigt weiterhin eine sogenannte Dauerbremsanlage 19, die einen Hochvolt-Bremswiderstand 21 umfasst, der über einen Hochvolt-Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler 20 an den Hochvolt-Verteiler 4 angeschlossen ist. Bei aus der Praxis bekannten Kraftfahrzeugen dient diese Dauerbremsanlage 19 der Vernichtung überschüssiger, im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 1 von der elektrischen Maschine 1 erzeugter elektrischer Energie, die zum Beispiel aufgrund einer vollständig geladenen Hochvolt-Batterie 5 nicht mehr in der Hochvolt-Batterie 5 gespeichert werden kann. Derartige überschüssige elektrische Energie wird bei aus der Praxis bekannten Kraftfahrzeugen in der Dauerbremsanlage 19, nämlich im Hochvolt-Bremswiderstand 21 derselben, in Wärme umgesetzt.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass dann, wenn die als Antriebsaggregat dienende elektrische Maschine 1 im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs generatorisch betrieben wird, die von der elektrischen Maschine 1 im aktuellen Schubbetrieb erzeugbare und/oder erzeugte elektrische Energie ermittelt wird. Abhängig von Drehzahlen und Drehmomenten am Abtrieb 2 sowie von Betriebsbedingungen der elektrischen Maschine 1 kann die Steuerungseinrichtung 16 die von der elektrischen Maschine 1 erzeugbare und/oder erzeugte elektrische Energie ermitteln. Dabei können aktuelle Daten und prädiktive bzw. vorausschauende Daten berücksichtigt werden.
Es liegt weiter im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, dass die Hochvolt-Batterie 5, die Hochvolt-Verbraucher 6 bis 15 und vorzugsweise auch die Niedervolt-Verbraucher 7 bis 9 abhängig von fahrerseitigen Vorgaben und abhängig von nicht fahrerseitigen Vorgaben derart betrieben werden, dass die von der elektrischen Maschine 1 erzeugbare und/oder erzeugte elektrische Energie im Sinne einer Energiebilanz derart auf die Hochvolt-Batterie 5, die Hochvolt-Verbraucher 6 bis 15 und die Niedervolt-Verbraucher 7 bis 9 verteilt wird, dass eine Differenz zwischen der von der elektrischen Maschine 1 im generatorischen Betrieb erzeugbaren und/oder erzeugten elektrischen Energie und der von der Hochvolt-Batterie 5, den Hochvolt-Verbrauchern 6 bis 15 und den Niedervolt-Verbrauchern 7 bis 9 abgenommenen Energie minimiert ist, vorzugsweise Null beträgt.
Mit der Erfindung ist es möglich, die Dauerbremsanlage 19 entweder kleiner zu dimensionieren oder auf diese Dauerbremsanlage 19 vollständig zu verzichten.
Bei der obigen Energiebilanz werden, wie bereits ausgeführt, fahrerseitige Vorgaben und nicht fahrerseitige Vorgaben berücksichtigt, wobei die fahrerseitigen Vorgaben von der Steuerungseinrichtung 17 und die nicht fahrerseitigen Vorgaben von der Steuerungseinrichtung 18 der Steuerungseinrichtung 16 bereitgestellt werden. Dabei können aktuelle Daten und prädiktive bzw. vorausschauende Daten und damit Vorgaben berücksichtigt werden.
Die Steuerungseinrichtung 16 steuert und/oder regelt zur Bereitstellung der Energiebilanz den Betrieb der elektrischen Maschine 1 und den Betrieb der Baugruppen 5 bis 15, um im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 1 die von derselben erzeugte elektrische Energie möglichst vollständig, insbesondere vollständig, auf die Baugruppen 5 bis 15 zu verteilen und so die Dauerbremsanlage 19 überflüssig zu machen. Hierzu empfängt die Steuerungseinrichtung 16 Daten von den Steuerungseinrichtungen 17 und 18, nämlich die fahrerseitigen und nichtfahrerseitigen Vorgaben. Ferner tauscht die Steuerungseinrichtung 16 mit der elektrischen Maschine 1 und den Baugruppen 5 bis 15 Daten aus, die für den erfindungsgemäßen Betrieb des Kraftfahrzeugs erforderlich sind. Dabei ist im gezeigten Ausführungsbeispiel die erfindungsgemäße Funktionalität in der Steuerungseinrichtung 16 implementiert, die also eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren auszuführen. Hierzu umfasst die Steuerungseinrichtung 16 Datenschnittstellen, um mit den an der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beteiligten Komponenten Daten auszutauschen, nämlich mit der elektrischen Maschine 1, den Baugruppen 5 bis 15 sowie die Steuerungseinrichtungen 17, 18. Ferner umfasst die Steuerungseinrichtung 16 einen Prozessor zur Datenverarbeitung und einen Speicher zur Datenspeicherung.
In einem konkreten Anwendungsfall der Erfindung sei davon ausgegangen, dass es sich bei dem zu betreibenden Kraftfahrzeug um einen Bus handelt. Dieser Bus sei ausschließlich rein elektrisch angetrieben, Antriebsleistung für den Abtrieb wird demnach ausschließlich von der elektrischen Maschine 1 am Abtrieb 2 bereitgestellt. Der Bus kann auch mehrere elektrische Maschinen 1 umfassen, die über einen jeweiligen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler 3 an dem Hochvolt-Verteiler 4 angeschlossen sind. Als Traktionsbatterie umfasst der Bus eine Hochvolt-Batterie 5. Als weiteren Hochvolt-Verbraucher umfasst der Bus eine Hochvolt-Klimaanlage 10, um einen Insassenraum des Busses zu kühlen. Ferner umfasst der Bus als Hochvolt-Verbraucher eine Hochvolt-Heizeinrichtung 11, um einen Insassenraum des Busses zu beheizen. Als weiteren Hochvolt-Verbraucher kann der Bus einen Hochvolt-Luftkompressor 14 umfassen, um zum Beispiel eine pneumatische Bremse mit Druckluft zu versorgen. Ferner umfasst der Bus einen Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler 6, an den als Niedervolt-Verbraucher insbesondere eine Niedervolt-Batterie 7 und ein Lenksystem 8 angeschlossen sind.
Dann, wenn ein solcher Bus bei Bergabfahrt im Schub betrieben wird, wird die oder jede elektrische Maschine 1 generatorisch betrieben und erzeugt hierbei elektrische Energie, die über den Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler 3 in den Hochvolt-Verteiler 4 eingespeist wird. Diese eingespeiste elektrische Energie wird von der Steuerungseinrichtung 16 derart auf die Hochvolt-Batterie 5, die Hochvolt-Verbraucher 6 bis 15 sowie Niedervolt-Verbraucher 7 bis 9 verteilt, dass sämtliche von der elektrischen Maschine 1 erzeugte elektrische Energie von den dann als Energie-Senken dienenden Baugruppen 5 bis 15 aufgenommen wird, sodass demnach die Differenz zwischen der von der elektrischen Maschine 1 erzeugten elektrischen Energie und der von den Baugruppen 5 bis 15 aufgenommenen elektrischen Energie Null beträgt. Auf eine Dauerbremsanlage 19 kann dann vollständig verzichtet werden.
In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass von der elektrischen Maschine 1 erzeugte elektrische Energie genutzt wird, um zwei sich in ihrer jeweiligen Wirkung gegenseitig zumindest teilweise kompensierende Verbraucher gleichzeitig zu betreiben, um so sämtliche von der elektrischen Maschine 1 im generatorischen Betrieb bereitgestellte Energie zu verbrauchen. So kann es zum Beispiel vorgesehen sein, die Hochvolt-Klimaanlage 10, die an sich kühlt, und die Hochvolt-Heizeinrichtung 11, die an sich heizt, gleichzeitig zu betreiben, wobei sich diese beiden Einrichtungen im Betrieb in ihrer Wirkung zumindest teilweise kompensieren. Dies kann erforderlich sein, da zum Beispiel ein Insassenraum des Busses nicht zu stark herabgekühlt werden darf. So kann als nicht fahrerseitige, steuerungsseitige Vorgabe für den Insassenraum des Busses ein Temperaturfenster definiert sein, innerhalb dessen sich die Temperatur des Insassenraums bewegen muss. Durch einen zu starken Betrieb der Hochvolt-Klimaanlage 10 könnte die Temperatur des Insassenraums diesen Temperaturbereich bzw. dieses Temperaturfenster verlassen. Um die Hochvolt-Klimaanlage 10 dennoch zur Abnahme der von der elektrischen Maschine 1 erzeugten elektrischen Energie weiter zu betreiben, kann dann gleichzeitig die Hochvolt-Heizeinrichtung 11 betrieben werden, um die Temperatur im gewünschten Temperaturfenster zu halten.
Alternativ oder zusätzlich könnte, abhängig von der Ausführung der Hochvolt-Klimaanlage 10, auch gekühlte Luft nicht in den Insassenraum geleitet sondern in die Umgebung abgeleitet werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dann, wenn die elektrische Maschine 1 im Zugbetrieb des Kraftfahrzeugs motorisch betrieben wird, abhängig von fahrerseitigen Vorgaben und abhängig von nicht fahrerseitigen Vorgaben die von der oder jeder elektrischen Maschine 1 benötigte elektrische Traktionsenergie zu ermitteln. Als fahrerseitige Vorgabe kann eine dem Fahrerwunsch entsprechende Fahrpedalbetätigung berücksichtigt werden. Als nicht fahrerseitige Vorgabe kann ein von einem Navigationssystem bereitgestelltes topographisches Streckenprofil einer vor dem Kraftfahrzeug liegenden Fahrtstrecke berücksichtigt werden. Die Hochvolt-Batterie 5, die Hochvolt-Verbraucher 6 bis 15 sowie die Niedervolt-Verbraucher 7 bis 9 werden dann derart betrieben, dass eine Differenz zwischen der von der elektrischen Maschine 1 benötigten elektrischen Traktionsenergie und der tatsächlich bereitstellbaren elektrischen Energie minimiert ist, sodass demnach der Fahrerwunsch bereitgestellt werden kann.
Liegt zum Beispiel ein hoher Fahrerwunsch vor und benötigt die elektrische Maschine 1 infolge dieses Fahrerwunschs viel elektrische Energie und wird zum Beispiel die Hochvolt-Klimaanlage 10 betrieben, so kann abhängig vom Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 5 die Hochvolt-Klimaanlage 10 in ihrer Leistungsaufnahme reduziert oder gar vollständig ausgeschaltet werden, um so viel wie möglich elektrische Energie für den Antrieb der elektrischen Maschine 1 bereitzustellen.
Wie bereits ausgeführt, ist die erfindungsgemäße Funktionalität vorzugsweise in der Steuerungseinrichtung 16 zentral implementiert. Die erfindungsgemäße Funktionalität kann jedoch auch dezentral auf mehrere Steuerungseinrichtungen aufgeteilt sein. So ist es zum Beispiel möglich, dass die Baugruppen 5 bis 15 über ihnen eigene Steuerungseinrichtungen selbst über ihren Betrieb entscheiden, also über die von denselben aufgenommene elektrische Energie.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuerungssystem zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs. Das Steuerungssystem umfasst zumindest die Steuerungseinrichtung 16, in welcher das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt wird. Die Steuerungseinrichtung 16 ist eingerichtet, das oben beschriebene Verfahren steuerungsseitige auszuführen.
Dann, wenn das Kraftfahrzeug im Schubbetrieb betrieben wird und die elektrische Maschine 1 generatorisch betrieben wird, ermittelt die Steuerungseinrichtung 16 die von der elektrischen Maschine 1 erzeugbare und/oder erzeugte elektrische Energie. Ferner steuert die Steuerungseinrichtung 16 die Baugruppen 5 bis 15 abhängig von den fahrerseitigen Vorgaben und abhängig von den nicht fahrerseitigen Vorgaben derart an, dass die von der elektrischen Maschine erzeugbare und/oder erzeugte elektrische Energie möglichst vollständig von den Baugruppen 5 bis 15 abgenommen wird, also auf die Baugruppen 5 bis 15 verteilt wird, sodass die Differenz zwischen der erzeugten elektrischen Energie und der auf die Baugruppen 5 bis 15 verteilten Energie minimal ist, insbesondere Null beträgt.
Die Erfindung ist nicht nur auf den Einsatz in Elektrofahrzeugen beschränkt, vielmehr kann es sich beim zu betreibenden Kraftfahrzeug auch um ein Brennstoffzellenfahrzeug handeln. Die Brennstoffzelle erzeugt elektrische Energie und ist als weitere Baugruppe insbesondere über einen Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler an den Hochvolt-Verteiler 4 angekoppelt.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Maschine
2: Abtrieb
3: Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler
4: Hochvolt-Verteiler
5: Hochvolt-Batterie
6: Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler
7: Niedervolt-Verbraucher
8: Niedervolt-Verbraucher
9: Niedervolt-Verbraucher
10: Hochvolt-Klimaanlage
11: Hochvolt-Heizeinrichtung
12: Hochvolt-Batterie-Klimatisierung
13: Hochvolt-Power-Take-Out
14: Hochvolt-Kompressor
15: Hochvolt-Verbraucher
16: Steuerungseinrichtung
17: Steuerungseinrichtung
18: Steuerungseinrichtung
19: Dauerbremsanlage
20: Hochvolt-Gleichspannungs-Gleichspannungs-Wandler
21: Hochvolt-Bremswiderstand

Claims

Verfahren zum Betreiben eines als Elektrofahrzeug oder Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug mindestens eine motorisch und generatorisch betreibbare, als Antriebsaggregat dienende elektrische Maschine (1) aufweist, wobei die oder jede elektrische Maschine (1) über einen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler (3) an einen Hochvolt-Verteiler (4) angeschlossen ist, wobei an den Hochvolt-Verteiler (4) weiterhin eine als Traktionsbatterie dienende Hochvolt-Batterie (5) und Hochvolt-Verbraucher wie eine Hochvolt-Klimaanlage (10) und/oder eine Hochvolt-Heizeinrichtung (11) und/oder ein Hochvolt-Power-Take-Out (13) und/oder ein Hochvolt-Kompressor (14) und/oder ein Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler (6) mit an den Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler (6) angeschlossenen Niedervolt-Verbrauchern (7, 8, 9) angeschlossen sind, wobei dann, wenn die oder jede als Antriebsaggregat dienende elektrische Maschine (1) im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs generatorisch betreiben wird, die von der oder jeder elektrischen Maschine (1) erzeugbare und/oder erzeugte elektrische Energie ermittelt wird, die Hochvolt-Batterie (5), die Hochvolt-Verbraucher (6, 10, 11, 12, 13, 14, 15) und gegebenenfalls die Niedervolt-Verbraucher (7, 8, 9) abhängig von fahrerseitigen Vorgaben und/oder abhängig von nicht fahrerseitigen Vorgaben derart betreiben werden, dass die von der oder jeder elektrischen Maschine (1) erzeugbare und/oder erzeugte elektrische Energie zwischen der Hochvolt-Batterie (5), den Hochvolt-Verbrauchern (6, 10, 11, 12, 13, 14, 15) und gegebenenfalls den Niedervolt-Verbraucher (7, 8, 9) derart verteilt wird, sodass eine Differenz zwischen der von der oder jeder elektrischen Maschine (1) erzeugbaren und/oder erzeugten elektrischen Energie und der von Hochvolt-Batterie (5), den Hochvolt-Verbrauchern (6, 10, 11, 12, 13, 14, 15) und gegebenenfalls den Niedervolt-Verbraucher (7, 8, 9) abgenommen elektrischen Energie minimiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvolt-Batterie (5), die Hochvolt-Verbraucher (6, 10, 11, 12, 13, 14, 15) und gegebenenfalls die Niedervolt-Verbraucher (7, 8, 9) derart betreiben werden, dass eine Differenz zwischen der verteilten und von denselben abgenommenen elektrischen Energie und der von der oder jeder elektrischen Maschine (1) erzeugbaren und/oder erzeugten elektrischen Energie Null beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der von der oder jeder elektrischen Maschine (19) erzeugbaren und/oder erzeugten elektrischen Energie zwei sich in ihrer jeweiligen Wirkung gegenseitig zumindest teilweise kompensierende Verbraucher gleichzeitig betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die oder jede als Antriebsaggregat dienende elektrische Maschine (1) im Zugbetrieb des Kraftfahrzeugs motorisch betreiben wird, abhängig von fahrerseitigen Vorgaben und abhängig von nicht fahrerseitigen Vorgaben die von der oder jeder elektrische Maschine (1) benötigte elektrische Traktionsenergie ermittelt wird, und dass die Hochvolt-Batterie (5), die Hochvolt-Verbrauchern (6, 10, 11, 12, 13, 14, 15 ) und gegebenenfalls die Niedervolt-Verbraucher (7, 8, 9) derart betreiben werden, sodass eine Differenz zwischen der von der oder jeder elektrischen Maschine (1) benötigten elektrische Traktionsenergie und der tatsächlich bereitstellbaren elektrischen Energie minimiert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aktuelle Daten und prädiktive Daten bei der Ermittlung und Verteilung der jeweiligen elektrischen Energie berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als fahrerseitige Vorgaben eine fahrerseitige Fahrpedalbeätigung und/oder eine fahrerseitige Bremspedalbeätigung und/oder eine fahrerseitige Aktivierung eines Tempomaten berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als nicht fahrerseitige Vorgaben eine steuerungsseitige Vorgabe eines Active-Cruise-Control-Systems und/oder eine steuerungsseitige Vorgabe eines Navigationssystems und/oder eine steuerungsseitige Vorgabe über zulässige Betriebsbedingungen der Hochvolt-Batterie (5), der Hochvolt-Verbraucher (6, 10, 11, 12, 13, 14, 15) und der Niedervolt-Verbraucher (7, 8, 9) berücksichtigt wird.
Steuerungssystem zum Betreiben eines als Elektrofahrzeugs oder Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug mindestens eine motorisch und generatorisch betreibbare, als Antriebsaggregat dienende elektrische Maschine (1) aufweist, wobei die oder jede elektrische Maschine (1) über einen Wechselspannungs-Gleichspannungs-Wandler (3) an einen Hochvolt-Verteiler (4) angeschlossen ist, wobei an den Hochvolt-Verteiler (4) weiterhin eine als Traktionsbatterie dienende Hochvolt-Batterie (5) und Hochvolt-Verbraucher wie eine Hochvolt-Klimaanlage (10) und/oder eine Hochvolt-Heizeinrichtung (11) und/oder ein Hochvolt-Power-Take-Out (13) und/oder ein Hochvolt-Kompressor (14) und/oder ein Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler (6) mit an den Hochvolt-Niedervolt-Gleichspannungswandler (6) angeschlossenen Niedervolt-Verbrauchern (7, 8, 9) angeschlossen sind, wobei das Steuerungssystem dann, wenn die oder jede als Antriebsaggregat dienende elektrische Maschine (1) im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs generatorisch betreiben wird, die von der oder jeder elektrischen Maschine (1) erzeugbare und/oder erzeugte elektrische Energie ermittelt, die Hochvolt-Batterie (5), die Hochvolt-Verbraucher (6, 10, 11, 12, 13, 14, 15) und gegebenenfalls die Niedervolt-Verbraucher (7, 8, 9) abhängig von fahrerseitigen Vorgaben und/oder abhängig von nicht fahrerseitigen Vorgaben derart betreibt, dass die von der oder jeder elektrischen Maschine (1) erzeugbare und/oder erzeugte elektrische Energie zwischen der Hochvolt-Batterie (5), den Hochvolt-Verbrauchern (6, 10, 11, 12, 13, 14, 15) und gegebenenfalls den Niedervolt-Verbraucher (7, 8, 9) derart verteilt wird, sodass eine Differenz zwischen der von der oder jeder elektrischen Maschine (1) erzeugbaren und/oder erzeugten elektrischen Energie und der von Hochvolt-Batterie (5), den Hochvolt-Verbrauchern (6, 10, 11, 12, 13, 14, 15) und gegebenenfalls den Niedervolt-Verbraucher (7, 8, 9) abgenommen elektrischen Energie minimiert ist.
Steuerungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist.