DE102019207155A1

DE102019207155A1 - Verfahren zum Betreiben von wenigstens zwei elektrischen Komponenten eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102019207155A1
Application number: DE102019207155.4A
Authority: DE
Inventors: Vitali Dick; Thomas Müller
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2020-11-19
Also published as: WO2020229084A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Betreiben von wenigstens zwei elektrischen Komponenten (20) eines Fahrzeuges (1), wobei die elektrischen Komponenten (20) eine E-Maschine (21) und zumindest eine weitere elektrische Komponente (22) umfassen, wobei die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden:a) Bereitstellen einer elektrischen Energieversorgung durch einen wiederaufladbaren Energiespeicher (30) des Fahrzeuges (1) für einen Betrieb der elektrischen Komponenten (20),b) Anpassen wenigstens eines Betriebsparameters (200) für den Betrieb in Abhängigkeit von wenigstens einer Belastungsgrenze (240), wobei die Belastungsgrenze (240) in Abhängigkeit von einer freigegebenen Belastung (230) des Energiespeichers (30) eingestellt ist, und der Betriebsparameter (200) für eine Leistungsaufnahme der elektrischen Komponenten (20) spezifisch ist,c) Erfassen eines Belastungsparameters (210) des Energiespeichers (30), um eine momentane Belastung (220) des Energiespeichers (30) durch die Leistungsaufnahme zu bestimmen,d) Ermitteln einer Abweichung der momentanen Belastung (220) zur freigegebenen Belastung (230),e) Anpassen der Belastungsgrenze (240) anhand der ermittelten Abweichung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von wenigstens zwei elektrischen Komponenten eines Fahrzeuges. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein System für ein Fahrzeug.
Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass bei einem Betrieb von elektrischen Komponenten eines Fahrzeuges Sicherheitsreserven genutzt werden. Ein Energiespeicher wie eine wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie des Fahrzeuges ist in der Lage, eine Leistungsabgabe höchstens bis zu einer Maximalbelastung des Energiespeichers für den Betrieb bereitzustellen. Allerdings wird üblicherweise die Leistungsabgabe nicht bis zur Maximalbelastung vollständig ausgeschöpft, sondern es wird eine geringere Belastungsgrenze als die Maximalbelastung als Sicherheitsreserve genutzt. In anderen Worten werden die elektrischen Komponenten so betrieben, dass eine gesamte Leistungsaufnahme der elektrischen Komponenten maximal der Belastungsgrenze entspricht, welche eine Sicherheitsreserve zur Maximalbelastung aufweist. Dies hat den Vorteil, dass Schwankungen der Leistungsaufnahme nicht dazu führen, dass die Maximalbelastung überschritten wird. Die Belastungsgrenze kann z. B. als ein Abstand (Offset) zur Maximalbelastung definiert sein, oder als ein Faktor zur Herabsetzung der Leistungsaufnahme.
Aus den Schriften DE 10 2011 083 000 A1 und DE 10 2015 002 070 A1 sind gattungsgemäße Verfahren bekannt.
Allerdings kann es ein Nachteil gemäß herkömmlicher Lösungen sein, dass die Leistungsaufnahme stets unterhalb der eigentlich möglichen Leistung bleibt, welche der Energiespeicher bereitstellen kann. Somit ist die Performance beim Betrieb der Komponenten oft noch eingeschränkt. Um dennoch eine höhere Leistung bereitstellen zu können, muss ein technisch aufwendigerer Energiespeicher genutzt werden. Dies ist auch mit höheren Kosten verbunden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Betrieb der elektrischen Komponenten unter Berücksichtigung einer Sicherheitsreserve für den Energiespeicher bereitzustellen.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System, und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben von wenigstens zwei elektrischen Komponenten eines Fahrzeuges.
Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die elektrischen Komponenten eine E-Maschine und zumindest eine weitere elektrische Komponente (wie eine weitere E-Maschine oder eine andere elektrische Komponente) umfassen. Die E-Maschine kann dabei zum Antreiben des Fahrzeuges dienen.
Es werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die nachfolgenden Schritte durchgeführt, vorzugsweise nacheinander in der angegebenen Reihenfolge, wobei die Schritte zumindest teilweise auch wiederholt durchgeführt werden können, z. B. nach Schritt e) wieder Schritt a) oder b) durchgeführt wird:

a) Bereitstellen einer elektrischen Energieversorgung durch einen wiederaufladbaren Energiespeicher, insbesondere einer wiederaufladbaren Batterie, des Fahrzeuges für einen Betrieb der elektrischen Komponenten,
b) Anpassen wenigstens eines Betriebsparameters für den Betrieb (der elektrischen Komponenten) in Abhängigkeit von wenigstens einer Belastungsgrenze, wobei vorzugsweise die Belastungsgrenze in Abhängigkeit von einer freigegebenen Belastung des Energiespeichers eingestellt ist, und/oder der Betriebsparameter für eine (elektrische und/oder momentane) Leistungsaufnahme der elektrischen Komponenten spezifisch ist,
c) Erfassen, insbesondere Messen, eines Belastungsparameters des Energiespeichers, um eine momentane Belastung des Energiespeichers (verursacht) durch die Leistungsaufnahme der elektrischen Komponenten zu bestimmen, wobei insbesondere die Leistungsaufnahme der Komponenten die momentane Belastung beeinflusst und/oder bestimmt,
d) Ermitteln einer Abweichung der momentanen Belastung zur freigegebenen Belastung,
e) Anpassen der Belastungsgrenze anhand der ermittelten Abweichung, vorzugsweise um die momentane Belastung an die freigegebene Belastung anzugleichen, insbesondere Erhöhen der Belastungsgrenze (in Richtung einer höheren möglichen Leistungsaufnahme der Komponente), wenn die momentane Belastung kleiner ist als die freigegebene Belastung, und/oder Verringern der Belastungsgrenze, wenn die momentane Belastung größer ist als die freigegebene Belastung.

Dies hat den Vorteil, dass eine Leistungsgrenze des Energiespeichers maximal ausgeschöpft werden kann, insbesondere durch die Regelung der momentanen Belastung (als Ist-Größe) anhand der freigegebenen Belastung (als Soll-Größe).
Insbesondere bei Fahrzeugen, welche zumindest teilweise von einer E-Maschine (elektrische Maschine), insbesondere einen Elektromotor, angetrieben werden (Elektroantrieb), sind Vorgaben zur Einhaltung von Betriebsgrenzen und/oder Systemgrenzen bekannt. Es kann sich dabei um Grenzen für einen Strom und/oder eine Spannung und/oder einer Leistung und/oder eines Drehmoments der Komponenten und/oder des Energiespeichers handeln. Insbesondere die freigegebene Belastung stellt eine solche Grenze für den Energiespeicher dar, und die wenigstens eine Belastungsgrenze eine solche Grenze für die Komponenten. Die jeweilige Belastungsgrenze kann so definiert werden, dass die Leistungsaufnahme der Komponenten unterhalb der Belastungsgrenze stets eine Belastung des Energiespeichers unterhalb der freigegebenen Belastung zur Folge hat. Daher kann es vorgesehen sein, dass bei einem veränderten Betrieb der Komponenten (z. B. werden einige der Komponenten mit höherer Soll-Leistung betrieben, andere werden z. B. deaktiviert) die Belastungsgrenze für einzelne der Komponenten verändert wird, da die freigegebene Belastung neu verteilt werden kann.
Das Fahrzeug ist bspw. als ein Elektrofahrzeug mit einem Elektroantrieb ohne Verbrennungsmotor (engl. Battery Electric Vehicle, oder kurz BEV) oder als ein HybridFahrzeug mit Verbrennungsmotor und Hilfs-Elektromotor (engl. Hybrid Electric Vehicle, kurz HEV) oder als ein Plugin-Hybrid mit Auflademöglichkeit durch eine externe Ladestation (engl. Plugin Hybrid Electric Vehicle, kurz PHEV) oder als ein Mild-Hybrid (engl. Mild Hybrid Electric Vehicle, kurz: MHEV, wobei das MHEV nicht rein elektrisch angetrieben werden kann, sondern den Elektromotor nur als Unterstützung des Verbrennungsmotors einsetzt) ausgeführt.
Da trotz der genannten Grenzen die Komponenten mit einer maximalen Leistung (Performance) betrieben werden sollen, kommt es zu einem Zielkonflikt. Um die Grenzen einhalten zu können, werden z. B. die Sicherheitsreserven (wie ein Sicherheitsfaktor oder ein Sicherheitsoffset) eingesetzt, um die Belastungsgrenze(n) stets unterhalb der theoretisch maximal möglichen Belastungsgrenze zu halten. Damit ist gewährleistet, dass die gesamte Leistungsaufnahme aller Komponenten stets unterhalb der Maximalbelastung des Energiespeichers bleibt, auch wenn es zu Abweichungen der Leistungsaufnahme kommt. Dies schränkt jedoch das Erreichen der maximalen Performance ein. Dennoch sind diese Sicherheitsreserven notwendig, da es bei der theoretischen Festlegung der Belastungsgrenze ggf. zu folgenden Ungenauigkeiten kommt: In einem Hybrid- oder Elektrosystem eines Fahrzeuges kann es mehrere Komponenten geben, wie die E-Maschine bzw. ein Riemenstartergenerator oder ein Gleichspannungswandler (DC-DC-Wandler) oder eine Klimakomponente, welche einen Einfluss auf die Momentan-Werte der Leistungsaufnahme haben und dabei die Grenzen nicht überschreiten dürfen. Üblicherweise kann dabei jeder der Komponenten ein Strom- und/oder Spannungs- und/oder Leistungs- und/oder Drehmomentkontingent zugeteilt werden. In anderen Worten kann die freigegebene Belastung des Energiespeichers auf die Komponenten aufgeteilt werden, welche jeweils entsprechend dem jeweils zugeteilten Kontingent einen Teil der freigegebenen Belastung des Energiespeichers in Anspruch nehmen können. Jede Komponente kann dann den Istwert seiner Leistungsaufnahme mit einer endlichen Messgenauigkeit oder auf Basis von Modellen bestimmen. Zusätzlich zu dieser endlichen Messgenauigkeit gibt es weitere systematische Fehler, wie z. B. durch Leistungsverluste oder eine Leistungsaufnahme und/oder -abgabe eines Zwischenkreises des Fahrzeuges. Dies kann somit Schwankungen der Leistungsaufnahme bewirken. Die Sicherheitsreserve hat zur Folge, dass diese Schwankungen zwar berücksichtigt werden, die volle Performance jedoch nicht ausgenutzt werden kann. Um dennoch eine gewünschte Performance zu erreichen, muss ein leistungsfähigerer Energiespeicher verwendet werden, was zu höheren Kosten führen kann. Die Sicherheitsreserve kann Teil der freigegebenen Belastung und/oder der Belastungsgrenze sein. Dabei kann die Sicherheitsreserve der freigegebenen Belastung durch die Einstellung der Belastungsgrenze in Abhängigkeit von der freigegebenen Belastung automatisch in der Belastungsgrenze Berücksichtigung finden.
Auch bei der erfindungsgemäßen Lösung kann ggf. die Anforderung bestehen, dass die freigegebene Belastung des Energiespeichers, also z. B. eine elektrische Größe (wie eine elektrische Leistung) des Energiespeichers, eingehalten wird. In anderen Worten muss dann gewährleistet werden, dass auch bei Schwankungen der Leistungsaufnahme durch die Komponenten diese freigegebene Belastung nicht überschritten wird. Der Betrieb und insbesondere die Leistungsaufnahme der Komponenten führen zu einer Steigerung der Belastung des Energiespeichers, insbesondere zu einer gesteigerten Leistungsabgabe des Energiespeichers. Daher kann jedem der Komponenten ein Kontingent zugeteilt werden, welches für die maximale Belastung spezifisch ist, welche die jeweilige Komponente bei dem Energiespeicher verursachen darf. Es kann sich bei diesem Kontingent um die Belastungsgrenze handeln.
Um die Leistungsabgabe wenigstens einer der Komponenten, insbesondere der E-Maschine, festzulegen, also einen Momentan-Wert der Leistungsaufnahme, kann als Stellgröße (im Antriebssystem des Fahrzeuges) ggf. eine mechanische Größe in der Form von Momenten verwendet werden. Es ist daher ggf. eine Umrechnung erforderlich, zwischen der elektrischen Größe und der mechanischen Größe. Diese Umrechnung kann ggf. eine Ungenauigkeit aufweisen, welche zusätzlich zu Schwankungen der Leistungsaufnahme führt.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Belastungsgrenze, insbesondere mit der Sicherheitsreserve, nicht statisch, sondern dynamisch an die Lastsituation angepasst wird. Die Lastsituation umfasst insbesondere die aktuelle Leistungsaufnahme der Komponenten, insbesondere Gesamtleistungsaufnahme aller durch den Energiespeicher mit Energie versorgten Komponenten. Hierzu kann bspw. eine Regelungsvorrichtung wie ein Leistungsregler zum Einsatz kommen. Die Regelungsvorrichtung kann dabei erkennen, ob die momentane Belastung des Energiespeichers (Ist-Belastung) der freigegebenen Belastung entspricht. Die Belastung kann z. B. in der Form einer elektrischen Leistung des Energiespeichers definiert sein. Daher kann die Regelungsvorrichtung auch dazu ausgeführt sein, eine momentane Leistung des Energiespeichers (Ist-Leistung) mit der freigegebenen Leistung zu vergleichen, und somit zu prüfen, ob die Ist-Leistung der freigegebenen Leistung entspricht. Aufgrund der Schwankungen der Leistungsaufnahme kann es sein, dass die durch die freigegebene Belastung, insbesondere Leistung, zur Verfügung gestellte maximale Belastung, insbesondere Leistung, des Energiespeichers noch nicht durch die momentane Belastung, insbesondere Ist-Leistung, erreicht ist. In diesem Falle ist es möglich, die Belastungsgrenze (und damit insbesondere die Leistungsaufnahme durch die Komponenten) zu erhöhen, und damit eine Steigerung der momentanen Belastung zu erzielen. Damit wird die momentane Belastung an die freigegebene Belastung angeglichen. Gleichzeitig kann die freigegebene Belastung ggf. weiterhin eine Sicherheitsreserve aufweisen, um plötzliche Schwankungen der Leistungsaufnahme zu berücksichtigen. Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Regelung der Belastungsgrenze anhand der momentanen Belastung kann es auch möglich sein, die Sicherheitsreserve zumindest zu reduzieren.
Es kann möglich sein, dass für jede der elektrischen Komponenten ein zugehöriger Regler und eine zugehörige Belastungsgrenze (der wenigstens einen Belastungsgrenze) vorgesehen ist, um jeweils eine momentane Leistungsaufnahme der Komponente unterhalb der zugehörigen Belastungsgrenze zu regeln. Für diese Regelung kann z. B. das Anpassen des wenigstens einen Betriebsparameters für den Betrieb in Abhängigkeit von der wenigstens einen Belastungsgrenze erfolgen. Der Betriebsparameter ist z. B. eine Größe der Komponente, welche Einfluss auf die momentane Leistungsaufnahme hat (wie ein Drehmoment der E-Maschine). Auch kann die Regelung ggf. so erfolgen, dass sich die momentane Leistungsaufnahme (als Ist-Wert) stets der Belastungsgrenze (dann als Soll-Wert) annähert. Es kann z. B. bei der Komponente messtechnisch oder basierend auf Modellwerten die momentane Leistungsaufnahme der Komponente bestimmt werden, und anhand der Belastungsgrenze angepasst werden. Die Belastungsgrenze ist dabei insbesondere so definiert, dass die Summe der Belastungsgrenzen aller Komponenten zu einer Belastung des Energiespeichers führt, welche der freigegebenen Belastung entspricht. Wenn die Belastungsgrenze für die Komponenten und auch die freigegebene Belastung als elektrische Leistung definiert ist, kann die Summe der Belastungsgrenzen der freigegeben Belastung entsprechen. Wenn eine der Belastungsgrenzen jedoch z. B. als eine Drehmomentgrenze definiert ist, ist ggf. eine Umrechnung notwendig. Aufgrund der Ungenauigkeit der Bestimmung der momentanen Leistungsaufnahme und/oder der Umrechnung kann es möglich sein, dass eine momentane Belastung des Energiespeichers unterhalb der freigegebenen Belastung liegt.
Das Bereitstellen der elektrischen Energieversorgung durch den wiederaufladbaren Energiespeicher des Fahrzeuges für den Betrieb der elektrischen Komponenten kann z. B. bei einer Aktivierung wenigstens einer der elektrischen Komponenten erfolgen, um diese aktivierte Komponente in Betrieb zu setzen. Damit ist ggf. eine Umverteilung der freigegebenen Belastung notwendig. Daher kann im nächsten Schritt das Anpassen des wenigstens einen Betriebsparameters für den Betrieb in Abhängigkeit von der wenigstens einen Belastungsgrenze erfolgen, sodass insbesondere die Komponenten maximal an der Belastungsgrenze betrieben werden. Es kann dabei für jede Komponente eine zugehörige Belastungsgrenze vorgesehen sein, sodass die jeweilige Komponente durch die Anpassung ihres Betriebsparameters maximal an der zugehörigen Belastungsgrenze betrieben wird.
Die Belastungsgrenze kann optional in Abhängigkeit von der freigegebenen Belastung des Energiespeichers eingestellt sein, sodass bspw. der Betrieb der Komponenten an der Belastungsgrenze zu einer momentanen Belastung des Energiespeichers führt, welche der freigegebene Belastung entspricht. Wenn für jede Komponente eine zugehörige Belastungsgrenze vorgesehen ist, kann die Einstellung (Verteilung) der zugehörigen Belastungsgrenzen für die Komponenten so erfolgen, dass der Betrieb aller Komponenten an der zugehörigen Belastungsgrenze insgesamt (in Summe) zu einer momentanen Belastung des Energiespeichers führt, welche der freigegebene Belastung entspricht.
Der Betriebsparameter kann für eine Leistungsaufnahme der elektrischen Komponenten spezifisch sein, z. B. diese Leistungsaufnahme direkt beeinflussen.
Es kann möglich sein, dass das Erfassen des Belastungsparameters als eine Messung beim Energiespeicher erfolgt, um die momentane Belastung des Energiespeichers durch die Leistungsaufnahme zu bestimmen, d. h. die momentane Belastung, welche durch die Leistungsaufnahme verursacht wird. Die Messung betrifft z. B. einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Spannung am Energiespeicher als der wenigstens eine Betriebsparameter.
Es kann das Ermitteln der Abweichung der momentanen Belastung zur freigegebenen Belastung z. B. dadurch erfolgen, dass der gemessene Belastungsparameter mit der freigegebenen Belastung verglichen wird. Dies kann bspw. durch eine Regelungsvorrichtung so durchgeführt werden, dass das Ermitteln der Abweichung Teil einer Regelung der momentanen Belastung (als Ist-Wert) ist. Die Belastungsgrenze kann dabei die momentane Belastung beeinflussen und somit für eine Stellgröße spezifisch sein. Die freigegebene Belastung kann einem Soll-Wert entsprechen. Somit kann die Regelung auch den Schritt umfassen, dass das Anpassen der Belastungsgrenze anhand der ermittelten Abweichung erfolgt, insbesondere sodass die momentane Belastung an die freigegebene Belastung angeglichen wird. Auf diese Weise kann die Sicherheitsreserve nicht statisch, sondern dynamisch an die Lastsituation angepasst werden.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn das Fahrzeug als ein Kraftfahrzeug, insbesondere gleisloses Landkraftfahrzeug, zum Beispiel als ein Hybridfahrzeug, das eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine (auch als E-Maschine oder elektrische Maschine bezeichnet) zur Traktion umfasst oder als ein Elektrofahrzeug ausgebildet ist, vorzugsweise mit einem Hochvolt-Bordnetz und/oder einem Elektromotor als die Elektromaschine. Insbesondere kann das Fahrzeug als ein Brennstoffzellenfahrzeug und/oder Personenkraftfahrzeug ausgebildet sein. Bevorzugt ist bei Ausführungsformen von Elektrofahrzeugen kein Verbrennungsmotor beim Fahrzeug vorgesehen, es wird dann ausschließlich durch elektrische Energie angetrieben.
Ferner kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Belastungsgrenze eine Drehmomentgrenze für die E-Maschine umfasst, und der wenigstens eine Betriebsparameter ein Drehmoment der E-Maschine umfasst, und (insbesondere bei Schritt b) das Drehmoment so angepasst wird, insbesondere geregelt wird, dass das Drehmoment maximal der Drehmomentgrenze entspricht und/oder sich dieser annähert, und vorzugsweise (bei Schritt e) die Drehmomentgrenze anhand der momentanen Belastung des Energiespeichers, insbesondere anhand der ermittelten Abweichung, angepasst wird. Dabei können ggf. auch weitere Betriebsparameter für die zumindest eine weitere Komponente vorgesehen sein, wie z. B. eine elektrische Leistung, eine Steuerspannung oder dergleichen. Für jeden der Betriebsparameter kann die Belastungsgrenze einen Grenzwert (wie die Drehmomentgrenze für das Drehmoment der E-Maschine) aufweisen. Dies ermöglicht eine optimale Anpassung des Betriebs an die freigegebene Belastung.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die wenigstens eine weitere elektrische Komponente wenigstens zwei oder wenigstens drei oder mehr als fünf elektrische Komponenten umfasst. Vorzugsweise können einzelne der weiteren elektrischen Komponenten in der Form eines Klimageräts (Klimakomponente) oder einer Heizung oder eines Gleichspannungswandlers oder einer (weiteren) elektrischen Maschine (E-Maschine) des Fahrzeuges ausgebildet sein.
Ferner ist es denkbar, dass die freigegebene Belastung eine Sicherheitsreserve umfasst, wobei die freigegebene Belastung um die Sicherheitsreserve kleiner ist als eine Maximalbelastung, insbesondere physikalische Leistungsgrenze, des Energiespeichers. Dies hat den Vorteil, dass Schwankungen der Leistungsaufnahme während des Betriebs kompensiert werden können.
In einer weiteren Möglichkeit kann vorgesehen sein, dass die Belastungsgrenze für einen Grenzwert und/oder einen Soll-Wert der Leistungsaufnahme der elektrischen Komponenten spezifisch ist, um die Leistungsaufnahme durch das Anpassen des Betriebsparameters (insbesondere gemäß Schritt b) anhand der Belastungsgrenze zu regeln. Dies hat den Vorteil, dass die Belastungsgrenze zum Beeinflussen der momentanen Belastung dienen kann, um zu gewährleisten, dass die freigegebene Belastung eingehalten wird.
Ein weiterer Vorteil im Rahmen der Erfindung ist erzielbar, wenn der wenigstens eine Belastungsparameter einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Spannung bei dem Energiespeicher umfasst, welcher (insbesondere gemäß Schritt c) erfasst, insbesondere gemessen wird, um die momentane Belastung in der Form einer momentanen Leistungsabgabe des Energiespeichers zu bestimmen. In anderen Worten kann anhand des Stroms und der Spannung die Leistung des Energiespeichers ermittelt werden. Weitere Belastungsparameter können z. B. eine Temperatur und/oder ein Ladezustand des Energiespeichers sein, um die Zuverlässigkeit der Erfassung weiter zu erhöhen. Die Erfassung gemäß Schritt c) kann z. B. durch eine Erfassungskomponente wie ein Batteriemanagementsystem des Energiespeichers durchgeführt werden.
Ferner ist es denkbar, dass die wenigstens eine Belastungsgrenze eine zugehörige Belastungsgrenze für jede der elektrischen Komponenten umfasst, und/oder die freigegebene Belastung als eine maximal freigegebene Leistungsabgabe des Energiespeichers ausgeführt ist. Alternativ oder zusätzlich können nach Schritt a) und/oder vor Schritt b) die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden:

- Bestimmen einer Betriebsvorgabe für den Betrieb, insbesondere anhand eines momentanen Betriebsparameters und/oder einer momentanen Leistungsaufnahme und/oder einer Anzahl der betriebenen elektrischen Komponenten,
- Bestimmen der zugehörigen Belastungsgrenze anhand der freigegebenen Belastung, insbesondere freigegebenen Leistungsabgabe, und der Betriebsvorgabe, um die zugehörige Belastungsgrenze so festzulegen, dass diese bei Schritt b) zu einer Verteilung der freigegebenen Belastung bzw. freigegebenen Leistungsabgabe auf die elektrischen Komponenten führt.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein System für ein Fahrzeug, aufweisend:

- einen wiederaufladbaren Energiespeicher zum Bereitstellen einer elektrischen Energieversorgung für einen Betrieb von wenigstens zwei elektrischen Komponenten für das Fahrzeug, wobei vorzugsweise die elektrischen Komponenten eine E-Maschine und zumindest eine weitere elektrische Komponente (ggf. ebenfalls eine E-Maschine oder ein Klimagerät oder dergleichen) umfassen,
- eine Anpassungskomponente, insbesondere als ein Teil einer Regelungsvorrichtung, zum Anpassen wenigstens eines Betriebsparameters für den Betrieb in Abhängigkeit von wenigstens einer Belastungsgrenze, wobei die Belastungsgrenze in Abhängigkeit von einer freigegebenen Belastung des Energiespeichers eingestellt ist, und der Betriebsparameter für eine Leistungsaufnahme der elektrischen Komponenten spezifisch ist,
- eine Erfassungskomponente, insbesondere als ein Teil der Regelungsvorrichtung und/oder als ein Batteriemanagementsystem des Energiespeichers, zum Erfassen eines Belastungsparameters des Energiespeichers, um eine momentane Belastung des Energiespeichers durch die Leistungsaufnahme zu bestimmen,
- eine Verarbeitungskomponente, insbesondere als ein Teil der Regelungsvorrichtung, vorzugsweise als ein Mikrocontroller oder dergleichen, zum Ermitteln einer Abweichung der momentanen Belastung zur freigegebenen Belastung,
- eine Angleichungskomponente, insbesondere als ein Teil der Regelungsvorrichtung, zum Anpassen der Belastungsgrenze anhand der ermittelten Abweichung, vorzugsweise um die momentane Belastung an die freigegebene Belastung anzugleichen.

Damit bringt das erfindungsgemäße System die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind. Zudem kann das System geeignet sein, die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Insbesondere kann hierzu die Anpassungskomponente Schritt b) und/oder die Erfassungskomponente Schritt c) und/oder die Verarbeitungskomponente Schritt d) und/oder die Angleichungskomponente Schritt e) durchführen.
Optional kann es vorgesehen sein, dass der Energiespeicher als eine wiederaufladbare Batterie, vorzugsweise als ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ausgeführt ist. Insbesondere bei einem Lithium-Ionen-Akkumulator ist die Nutzung von Belastungsgrenzen besonders sinnvoll, um eine Beschädigung des empfindlichen Akkumulators zu vermeiden.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die E-Maschine als zumindest ein Teil eines Elektroantriebs für das Fahrzeug, und insbesondere als ein Riemenstartergenerator, ausgebildet ist. Damit kann der Elektroantrieb zum Antreiben des Fahrzeuges als alleiniger Antrieb oder zur Unterstützung eines Verbrennungsmotors des Fahrzeuges ausgeführt sein.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung zur Visualisierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems.

In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren 100 zum Betreiben von wenigstens zwei elektrischen Komponenten 20 eines Fahrzeuges 1 visualisiert.
Die elektrischen Komponenten 20 können z. B. eine E-Maschine 21 und zumindest eine weitere elektrische Komponente 22 umfassen. Die weitere elektrische Komponente 22 ist bspw. eine Klimakomponente oder eine weitere E-Maschine oder dergleichen.
Gemäß einem ersten Verfahrensschritt 101 erfolgt dabei ein Bereitstellen einer elektrischen Energieversorgung durch einen wiederaufladbaren Energiespeicher 30 des Fahrzeuges 1 für einen Betrieb der elektrischen Komponenten 20.
Gemäß einem zweiten Verfahrensschritt 102 erfolgt ein Anpassen wenigstens eines Betriebsparameters 200 für den Betrieb in Abhängigkeit von wenigstens einer Belastungsgrenze 240, wobei die Belastungsgrenze 240 in Abhängigkeit von einer freigegebenen Belastung 230 des Energiespeichers 30 eingestellt ist, und der Betriebsparameter 200 für eine Leistungsaufnahme der elektrischen Komponenten 20 spezifisch ist.
Als ein dritter Verfahrensschritt 103 wird anschließend ein Erfassen eines Belastungsparameters 210 des Energiespeichers 30 durchgeführt, um eine durch die Leistungsaufnahme verursachte momentane Belastung 220 des Energiespeichers 30 zu bestimmen.
Ein vierter Verfahrensschritt 104 wird nach dem dritten Verfahrensschritt 103 durchgeführt, und umfasst ein Ermitteln einer Abweichung der momentanen Belastung 220 zur freigegebenen Belastung 230. Anschließend kann gemäß einem fünften Verfahrensschritt 105 ein Anpassen der Belastungsgrenze 240 anhand der ermittelten Abweichung erfolgen.
In 2 ist ein erfindungsgemäßes System 2 für ein Fahrzeug 1 dargestellt. Dieses umfasst einen wiederaufladbaren Energiespeicher 30 zum Bereitstellen einer elektrischen Energieversorgung für einen Betrieb von wenigstens zwei elektrischen Komponenten 20, nämlich eine E-Maschine 21 und zumindest eine weitere elektrische Komponente 22. Ferner ist eine Anpassungskomponente 301 zum Anpassen wenigstens eines Betriebsparameters 200 für den Betrieb in Abhängigkeit von wenigstens einer Belastungsgrenze 240 vorgesehen, wobei die Belastungsgrenze 240 in Abhängigkeit von einer freigegebenen Belastung 230 des Energiespeichers 30 eingestellt ist, und der Betriebsparameter 200 für eine Leistungsaufnahme der elektrischen Komponenten 20 spezifisch ist. Weiter ist eine Erfassungskomponente 302 zum Erfassen eines Belastungsparameters 210 des Energiespeichers 30 vorgesehen, um eine momentane Belastung 220 des Energiespeichers 30 durch die Leistungsaufnahme zu bestimmen. Eine Verarbeitungskomponente 303 ist ebenfalls Teil des Systems 2, um eine Abweichung der momentanen Belastung 220 zur freigegebenen Belastung 230 zu ermitteln. Ferner ist eine Angleichungskomponente 304 vorgesehen, zum Anpassen der Belastungsgrenze 240 anhand der ermittelten Abweichung. Die Komponenten 301, 302, 303 und 304 können dabei Teil einer Regelungsvorrichtung 10, insbesondere eines Leistungsreglers, für das Fahrzeug 1 sein.
Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: System
10: Regelungsvorrichtung, Leistungsregler
20: elektrische Komponente
21: E-Maschine
22: weitere elektrische Komponente
30: Energiespeicher, Batterie
100: Verfahren
101-105: Verfahrensschritte
200: Betriebsparameter
210: Belastungsparameter
220: momentane Belastung
230: freigegebene Belastung
240: Belastungsgrenze
301: Anpassungskomponente
302: Erfassungskomponente
303: Verarbeitungskomponente
304: Angleichungskomponente

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011083000 A1 [0003]
DE 102015002070 A1 [0003]

Claims

Verfahren (100) zum Betreiben von wenigstens zwei elektrischen Komponenten (20) eines Fahrzeuges (1), wobei die elektrischen Komponenten (20) eine E-Maschine (21) und zumindest eine weitere elektrische Komponente (22) umfassen, wobei die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden: a) Bereitstellen einer elektrischen Energieversorgung durch einen wiederaufladbaren Energiespeicher (30) des Fahrzeuges (1) für einen Betrieb der elektrischen Komponenten (20), b) Anpassen wenigstens eines Betriebsparameters (200) für den Betrieb in Abhängigkeit von wenigstens einer Belastungsgrenze (240), wobei die Belastungsgrenze (240) in Abhängigkeit von einer freigegebenen Belastung (230) des Energiespeichers (30) eingestellt ist, und der Betriebsparameter (200) für eine Leistungsaufnahme der elektrischen Komponenten (20) spezifisch ist, c) Erfassen eines Belastungsparameters (210) des Energiespeichers (30), um eine momentane Belastung (220) des Energiespeichers (30) durch die Leistungsaufnahme zu bestimmen, d) Ermitteln einer Abweichung der momentanen Belastung (220) zur freigegebenen Belastung (230), e) Anpassen der Belastungsgrenze (240) anhand der ermittelten Abweichung.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Belastungsgrenze (240) eine Drehmomentgrenze für die E-Maschine (21) umfasst, und der wenigstens eine Betriebsparameter (200) ein Drehmoment der E-Maschine (21) umfasst, und bei Schritt b) das Drehmoment so angepasst wird, insbesondere geregelt wird, dass das Drehmoment maximal der Drehmomentgrenze entspricht und/oder sich dieser annähert, und vorzugsweise bei Schritt e) die Drehmomentgrenze anhand der momentanen Belastung (220) des Energiespeichers (30), insbesondere anhand der ermittelten Abweichung, angepasst wird.
Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die freigegebene Belastung (230) eine Sicherheitsreserve umfasst, wobei die freigegebene Belastung (230) um die Sicherheitsreserve kleiner ist als eine Maximalbelastung des Energiespeichers (30), um Schwankungen der Leistungsaufnahme während des Betriebs zu kompensieren.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungsgrenze (240) für einen Grenzwert und/oder einen Soll-Wert der Leistungsaufnahme der elektrischen Komponenten (20) spezifisch ist, um die Leistungsaufnahme durch das Anpassen des Betriebsparameters (200) gemäß Schritt b) anhand der Belastungsgrenze (240) zu regeln.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Belastungsparameter (210) einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Spannung bei dem Energiespeicher (30) umfasst, welcher gemäß Schritt c) erfasst, insbesondere gemessen wird, um die momentane Belastung (220) in der Form einer momentanen Leistungsabgabe des Energiespeichers (30) zu bestimmen.
Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Belastungsgrenze (240) eine zugehörige Belastungsgrenze (240) für jede der elektrischen Komponenten (20) umfasst, und die freigegebene Belastung (230) als eine maximal freigegebene Leistungsabgabe des Energiespeichers (30) ausgeführt ist, wobei nach Schritt a) und vor Schritt b) die nachfolgenden Schritte durchgeführt werden: - Bestimmen einer Betriebsvorgabe für den Betrieb, insbesondere anhand eines momentanen Betriebsparameters (200) und/oder einer momentanen Leistungsaufnahme und/oder einer Anzahl der betriebenen elektrischen Komponenten (20), - Bestimmen der zugehörigen Belastungsgrenze (240) anhand der freigegebenen Leistungsabgabe und der Betriebsvorgabe, um die zugehörige Belastungsgrenze (240) so festzulegen, dass diese bei Schritt b) zu einer Verteilung der freigegebenen Leistungsabgabe auf die elektrischen Komponenten (20) führt.
System (2) für ein Fahrzeug (1), aufweisend: - einen wiederaufladbaren Energiespeicher (30) zum Bereitstellen einer elektrischen Energieversorgung für einen Betrieb von wenigstens zwei elektrischen Komponenten (20), wobei die elektrischen Komponenten (20) eine E-Maschine (21) und zumindest eine weitere elektrische Komponente (22) für das Fahrzeug (1) umfassen, - eine Anpassungskomponente (301) zum Anpassen wenigstens eines Betriebsparameters (200) für den Betrieb in Abhängigkeit von wenigstens einer Belastungsgrenze (240), wobei die Belastungsgrenze (240) in Abhängigkeit von einer freigegebenen Belastung (230) des Energiespeichers (30) eingestellt ist, und der Betriebsparameter (200) für eine Leistungsaufnahme der elektrischen Komponenten (20) spezifisch ist, - eine Erfassungskomponente (302) zum Erfassen eines Belastungsparameters (210) des Energiespeichers (30), um eine momentane Belastung (220) des Energiespeichers (30) durch die Leistungsaufnahme zu bestimmen, - eine Verarbeitungskomponente (303) zum Ermitteln einer Abweichung der momentanen Belastung (220) zur freigegebenen Belastung (230), - eine Angleichungskomponente (304) zum Anpassen der Belastungsgrenze (240) anhand der ermittelten Abweichung.
System (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (30) als eine wiederaufladbare Batterie (30), vorzugsweise als ein Lithium-Ionen-Akkumulator, ausgeführt ist.
System (2) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die E-Maschine (21) als zumindest ein Teil eines Elektroantriebs für das Fahrzeug und als ein Riemenstartergenerator ausgebildet ist.
System (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das System (2) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgeführt ist.