DE102020115896A1 - Method and assistance system for thermal management in a motor vehicle and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Assistenzsystem für ein Wärmemanagement in einem Kraftfahrzeug und ein entsprechendes Kraftfahrzeug. Bei dem Verfahren wird basierend auf einer Betriebsstrategie des Kraftfahrzeugs eine Prognose für einen Energieaufwand und ein resultierendes zukünftiges Temperaturverhalten erstellt. Basierend auf der Prognose wird die Betriebsstrategie hinsichtlich wenigstens eines vorgegebenen Kriteriums bewertet. Abhängig von der Bewertung wird die Betriebsstrategie dann modifiziert, um eine hinsichtlich des Kriteriums verbesserte Bewertung zu erreichen. Das Kraftfahrzeug wird dann gemäß der derart modifizierten Betriebsstrategie gesteuert.The invention relates to a method and an assistance system for thermal management in a motor vehicle and a corresponding motor vehicle. In the method, based on an operating strategy of the motor vehicle, a prognosis for an energy expenditure and a resulting future temperature behavior is created. Based on the prognosis, the operating strategy is evaluated with regard to at least one predetermined criterion. Depending on the evaluation, the operating strategy is then modified in order to achieve an evaluation that is improved with regard to the criterion. The motor vehicle is then controlled in accordance with the operating strategy modified in this way.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Assistenzsystem für ein Wärmemanagement in einem Kraftfahrzeug und ein entsprechendes Kraftfahrzeug.The present invention relates to a method and an assistance system for thermal management in a motor vehicle and a corresponding motor vehicle.
Im Bereich der Fahrzeugtechnik und -entwicklung gibt es häufig Zielkonflikte bei der Auslegung von Komponenten. Beispielsweise kann eine Auslegung am Betriebsbereichlimit ein Abrufen einer maximalen Leistung zu beliebigen Zeitpunkten sowie einen Dauerbetrieb mit maximaler Leistung ermöglichen und somit ein hohes Maß an Komfort und Flexibilität bieten. Eine derartige Auslegung ist jedoch typischerweise aufwendig und teuer und kann zu einem erhöhten Gewicht und Energieverbrauch führen. Daher wird oftmals eine andere Auslegungsprämisse angewendet, beispielsweise um einen energiesparenderen Betrieb zu ermöglichen. Dazu ist jedoch nicht nur die reine Hardware-Auslegung von Bedeutung, sondern auch eine entsprechend angepasste Steuerung während des Betriebs, um die Auslegungsprämisse umzusetzen bzw. einzuhalten und dennoch jeweilige Bedarfe während des Betriebs bestmöglich abzudecken, wie beispielsweise einen Bedarf an Antriebsenergie oder einen Bedarf an Kühl- und/oder Heizleistung zur thermischen Konditionierung von Fahrzeugkomponenten.In the field of vehicle technology and development, there are often conflicting goals when designing components. For example, a design at the operating range limit can enable a maximum output to be called up at any point in time as well as continuous operation with maximum output and thus offer a high degree of convenience and flexibility. However, such a design is typically complex and expensive and can lead to increased weight and energy consumption. Therefore, a different design premise is often used, for example to enable more energy-saving operation. For this, however, not only the pure hardware design is important, but also a correspondingly adapted control during operation in order to implement or comply with the design premise and still cover the respective requirements during operation as best as possible, such as a need for drive energy or a need for Cooling and / or heating power for the thermal conditioning of vehicle components.
Bisherige Kraftfahrzeuge werden im Betrieb oftmals in einem Bereitschaftszustand betrieben, der einen instantanen Abruf einer maximal möglichen Leistung ermöglicht und in dem beispielsweise Temperierungsaufgaben reaktiv anhand vorgegebener Temperaturschwellenwerte ausgeführt werden. Dadurch können sich für den jeweiligen tatsächlichen Betrieb und Leistungsbedarf letztlich unnötige Energieverbräuche ergeben.Current motor vehicles are often operated in a standby state during operation, which enables instantaneous retrieval of a maximum possible power and in which, for example, temperature control tasks are carried out reactively on the basis of predetermined temperature threshold values. This can ultimately result in unnecessary energy consumption for the respective actual operation and power requirements.
Gerade für Fahrzeuge mit einer Traktionsbatterie kann die thermische Konditionierung, also die Temperierung einer solchen Batterie, einen wesentlichen Faktor für den Energiebedarf ebenso wie für die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs darstellen. So haben heutzutage üblicherweise verwendete Traktionsbatterien die Eigenschaft, dass sie nur in einem begrenzten Temperaturbereich optimal arbeiten. Vor diesem Hintergrund beschreibt die
Auch die Temperierung oder Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums kann einen bedeutenden Faktor für den Energiebedarf darstellen und gegebenenfalls in Konflikt mit anderen Bedarfen oder Anforderungen treten. Vor diesem Hintergrund ist in der
Unter dem Gesichtspunkt einer verbesserten Energieeffizienz ist zudem aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten, insbesondere besonders energiesparenden oder effizienten, Betrieb eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in den Figuren angegeben.The object of the present invention is to enable an improved, in particular particularly energy-saving or efficient, operation of a motor vehicle. According to the invention, this object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous further developments and refinements of the present invention are specified in the dependent claims, in the description and in the figures.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Wärmemanagement bzw. zum Temperatur- oder Energiemanagement in einem oder für ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Verfahren kann also zum Verwalten oder Einstellen von Wärme- oder Energieströmen und dementsprechend von resultierenden Temperaturen in dem Kraftfahrzeug angewendet werden. In einem Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird basierend auf einer vorgegebenen Betriebsstrategie des Kraftfahrzeugs eine Prognose für einen Energieaufwand und ein resultierendes zukünftiges Temperaturverhalten erstellt. Die vorgegebene Betriebsstrategie kann dabei beispielsweise eine aktuelle oder eine an den jeweiligen aktuellen Zeitpunkt anschließende derzeit geplante Betriebsstrategie sein oder umfassen. Die Betriebsstrategie in diesem Sinne kann dabei eine tatsächliche und/oder geplante Steuerung von Komponenten oder Einrichtungen des Kraftfahrzeugs, eine Betriebsart oder einen Betriebsmodus, einen Betrieb des Kraftfahrzeugs entlang einer bestimmten Strecke oder durch ein bestimmtes Terrain und/oder dergleichen mehr umfassen oder charakterisieren. Verschiedene Betriebsarten oder Betriebsmodi können beispielsweise ein Segelbetrieb, ein Rekuperationsbetrieb, einen Betrieb mit maximal möglicher oder mit eingeschränkter, also begrenzter Leistungsverfügbarkeit und/oder dergleichen mehr sein. Die Prognose kann beispielsweise mittels eines entsprechenden vorgegebenen Modells oder einer entsprechenden Simulation automatisch erstellt werden. Dazu können beispielsweise hinsichtlich des Energieaufwands und des Temperaturverhaltens relevante Parameter für das Kraftfahrzeug bzw. dessen Komponenten oder Einrichtungen vorgegeben sein. Dies kann beispielsweise eine Wärmekapazität, eine Leistungsaufnahme, einen Wärmeübergangskoeffizienten und/oder dergleichen mehr betreffen oder umfassen.A method according to the invention is used for heat management or for temperature or energy management in or for a motor vehicle. The method according to the invention can therefore be used for managing or adjusting heat or energy flows and, accordingly, of resulting temperatures in the motor vehicle. In a method step of the method according to the invention, a prognosis for an energy expenditure and a resulting future temperature behavior created. The predefined operating strategy can be or include, for example, a current operating strategy or a currently planned operating strategy following the respective current point in time. The operating strategy in this sense can include or characterize an actual and / or planned control of components or devices of the motor vehicle, an operating mode or an operating mode, an operation of the motor vehicle along a certain route or through a certain terrain and / or the like. Different operating modes or operating modes can be, for example, sailing operation, recuperation operation, operation with the maximum possible or with restricted, that is to say limited, power availability and / or the like. The prognosis can be created automatically, for example, by means of a corresponding predefined model or a corresponding simulation. For this purpose, relevant parameters for the motor vehicle or its components or devices can be specified, for example with regard to the energy expenditure and the temperature behavior. This can relate to or include, for example, a heat capacity, a power consumption, a heat transfer coefficient and / or the like.
In einem weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird basierend auf der Prognose die Betriebsstrategie hinsichtlich wenigstens eines vorgegebenen Kriteriums bewertet. Hier kann also, insbesondere automatisch, anhand der Prognose bewertet oder ermittelt werden, ob oder in welchem Maße die vorgegebene bzw. aktuelle Betriebsstrategie das wenigstens eine vorgegebene Kriterium erfüllt oder nicht erfüllt. In einem weiteren Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird abhängig von dieser Bewertung die Betriebsstrategie, insbesondere automatisch, modifiziert, um eine hinsichtlich des wenigstens einen vorgegebenen Kriteriums verbesserte Bewertung, also beispielsweise eine verbesserte Erfüllung des Kriteriums, zu erreichen. Das Kraftfahrzeug wird dann auf Basis oder gemäß der derart modifizierten Betriebsstrategie gesteuert. In a further method step of the method according to the invention, the operating strategy is evaluated with regard to at least one predetermined criterion based on the prognosis. Here it can therefore be evaluated or determined on the basis of the prognosis, in particular automatically, whether or to what extent the specified or current operating strategy meets or does not meet the at least one specified criterion. In a further method step of the method according to the invention, the operating strategy is modified, in particular automatically, as a function of this evaluation, in order to achieve an improved evaluation with regard to the at least one predetermined criterion, that is to say, for example, an improved fulfillment of the criterion. The motor vehicle is then controlled on the basis of or in accordance with the operating strategy modified in this way.
Mit anderen Worten kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für einen aktuellen oder geplanten Betrieb des Kraftfahrzeugs ein Einsatz oder Abruf von Energie bzw. Leistung sowie eine entsprechende Dauer des jeweiligen Energieeinsatzes oder Leistungsabrufs bestimmt bzw. vorhergesagt werden. Beispielsweise mittels eines vorgegebenen Modells können dann die Auswirkungen davon modelliert oder bestimmt werden, insbesondere hinsichtlich der resultierenden Temperaturentwicklung bzw. einer resultierenden Temperaturveränderung einer oder mehrerer Komponenten oder Einrichtungen des Kraftfahrzeugs. Es kann also ein thermisches oder energetisches Ergebnis bei Verwendung der vorgegebenen Betriebsstrategie, beispielsweise eines aktuellen bzw. geplanten Kennfelds oder Steuerungsverlaufs, einer bestimmten Zielgröße und/oder eines Regelungsverlaufs in einem Regelkreis oder dergleichen, ermittelt oder abgeschätzt werden. Ein solches Ergebnis kann insbesondere angeben, wann wo welche Temperatur oder Temperaturveränderung erreicht wird. Dazu kann, beispielsweise als Teil des Modells, eine entsprechende Übertragungsfunktion vorgegeben sein, die einen Wärmetransport charakterisiert und/oder angibt, zu welcher Temperaturveränderung einer oder mehrerer Komponenten oder Einrichtungen ein jeweiliger Wärmetransport oder Wärmeeintrag oder Energie- oder Leistungsabruf führt und/oder welcher Anteil einer jeweiligen Energie oder Leistung in Wärme bzw. eine Temperaturveränderung umgesetzt wird.In other words, in the method according to the invention for a current or planned operation of the motor vehicle, the use or retrieval of energy or power and a corresponding duration of the respective energy use or power retrieval can be determined or predicted. For example, by means of a predefined model, the effects thereof can then be modeled or determined, in particular with regard to the resulting temperature development or a resulting temperature change of one or more components or devices of the motor vehicle. A thermal or energetic result can therefore be determined or estimated using the specified operating strategy, for example a current or planned characteristic map or control course, a specific target variable and / or a control course in a control loop or the like. Such a result can in particular indicate when and where which temperature or temperature change is reached. For this purpose, a corresponding transfer function can be specified, for example as part of the model, which characterizes a heat transfer and / or indicates which temperature change of one or more components or devices a respective heat transfer or heat input or energy or power demand leads to and / or which proportion of a the respective energy or power is converted into heat or a change in temperature.
Um einen dafür notwendigen Rechenaufwand zu begrenzen und somit eine regelmäßige Neuberechnung, also eine regelmäßig aktualisierte Prognose, Bewertung und Modifizierung der Betriebsstrategie während des Betriebs des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, können dabei lineare Abschätzungen verwendet werden. Ebenso kann ein Zeithorizont für die Prognose begrenzt sein, also der Energieaufwand und/oder das daraus resultierende Temperaturverhalten lediglich für eine begrenzt weit in die Zukunft reichende vorgegebene Zeitspanne erstellt werden. Beispielsweise kann die Prognose, insbesondere während eines Betriebs, also während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs, für einen jeweils bis zu 300 s oder bis zu 30 min oder bis zu 45 min in die Zukunft reichenden Zeitraum erstellt werden. Der jeweilige Zeitraum kann beispielsweise abhängig von einer Wärmekapazität der jeweiligen Komponente oder Einrichtung gewählt oder vorgegeben werden. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass weiter in die Zukunft reichende Prognosen deutlich unsicherer oder unzuverlässiger sein können und ein solcher Zeitraum ausreichend lang ist, um auch relativ träge thermische Reaktionen, so beispielsweise Temperaturveränderungen von Komponenten mit relativ hoher Wärmekapazität, zu berücksichtigen.In order to limit the computational effort required for this and thus to enable regular recalculation, that is to say a regularly updated forecast, evaluation and modification of the operating strategy during operation of the motor vehicle, linear estimates can be used. Likewise, a time horizon for the prognosis can be limited, that is to say the energy expenditure and / or the temperature behavior resulting therefrom can only be created for a predefined period of time that extends far into the future to a limited extent. For example, the prognosis, in particular during operation, that is to say while driving the motor vehicle, can be made for a period of up to 300 s or up to 30 min or up to 45 min in the future. The respective time period can be selected or specified, for example, as a function of a heat capacity of the respective component or device. This is based on the knowledge that forecasts reaching further into the future can be significantly more uncertain or unreliable and that such a period is long enough to also take into account relatively sluggish thermal reactions, such as temperature changes of components with a relatively high heat capacity.
Bei der vorliegenden Erfindung können also Energieflüsse bzw. eine jeweilige resultierende Temperaturveränderung in die Zukunft bilanziert werden, um eine generelle oder verallgemeinerte Planbarkeit für das Wärmemanagement und letztlich den Betrieb des Kraftfahrzeugs zu erreichen. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass Energie und Temperatur universelle Größen sind, die für unterschiedliche Arten von Komponenten und Einrichtungen relevant sind, also angewendet oder ausgewertet werden können. Durch die strategische Bewertung, was beispielsweise ein geplanter Betriebs-, Steuer-, Kühl- oder Heizvorgang, hinsichtlich einer Dauer und/oder einer Intensität einer Temperaturentwicklung bewirken würde, können beispielsweise Abhängigkeiten oder Beeinflussungen zwischen verschiedenen Komponenten oder Einrichtungen berücksichtigt und somit letztlich eine effizientere Wärmemanagementstrategie bzw. Betriebsstrategie ermittelt werden, da nun ein jeweiliger zukünftiger Energie- oder Wärmebedarf bzw. -aufwand prädiktiv und komplementär berücksichtigt werden kann. Für die Bewertung bzw. als Kriterium können beispielsweise ein Kosten-Nutzen-Verhältnis, ein Energiebedarf, eine Effizienz, ein Komfort, eine Dringlichkeit, eine Komponentenbelastung und/oder dergleichen mehr vorgegeben sein bzw. verwendet werden. Dies kann beispielsweise abhängig sein von einer Art des Kraftfahrzeugs, dessen Einsatzzweck und/oder einer Ziel-Priorisierung im jeweiligen Einzelfall.In the present invention, energy flows or a respective resulting temperature change in the future can therefore be balanced in order to achieve general or generalized planning for the thermal management and ultimately the operation of the motor vehicle. This is made possible in particular by the fact that energy and temperature are universal quantities that are relevant for different types of components and devices, that is, they can be used or evaluated. Through the strategic evaluation of what, for example, a planned operating, control, cooling or heating process, with regard to a duration and / or an intensity of a temperature development would cause, for example, dependencies or influences between different components or facilities can be taken into account and thus ultimately a more efficient heat management strategy or operating strategy can be determined, since a respective future energy or heat demand or expenditure can now be taken into account in a predictive and complementary way. For the evaluation or as a criterion, for example, a cost-benefit ratio, an energy requirement, an efficiency, a comfort, an urgency, a component load and / or the like can be specified or used. This can depend, for example, on a type of motor vehicle, its intended use and / or a target prioritization in the respective individual case.
Außerhalb der Betriebszeiten des Kraftfahrzeugs, wenn dieses also beispielsweise abgestellt ist und nicht genutzt wird, kann die Begrenzung des Zeit- oder Vorhersagehorizonts verlängert oder aufgehoben werden. Dies kann etwa während eines Ladens des Kraftfahrzeugs an einer Ladestation erfolgen, wenn eine voraussichtliche Ladezeit ebenso wie ein aktueller Ladezustand und eine voraussichtliche Entwicklung oder Veränderung des Ladezustands und/oder einer Ladeleistung - die mit einem entsprechenden Wärmeeintrag bzw. einer entsprechenden Temperaturveränderung verbunden sein kann - bekannt sind. In derartigen Szenarien kann beispielsweise die Prognose für einen im Bereich von 1 h bis 8 h oder länger in die Zukunft reichenden Zeitraum erstellt werden. Damit bieten sich dann für die nächste Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs vorteilhafte Energiespar- und Effizienzpotentiale.Outside the operating times of the motor vehicle, for example if it is parked and not used, the limitation of the time or forecast horizon can be extended or removed. This can take place, for example, while the motor vehicle is being charged at a charging station, if an anticipated charging time as well as a current state of charge and an anticipated development or change in the state of charge and / or a charging power - which may be associated with a corresponding heat input or a corresponding change in temperature - are known. In such scenarios, for example, the forecast can be made for a period of time ranging from 1 hour to 8 hours or longer into the future. This then offers advantageous energy-saving and efficiency potential for the next start-up of the motor vehicle.
Die, insbesondere automatische, Variation oder Modifizierung der Betriebsstrategie kann als Optimierung aufgefasst werden, beispielsweise um eine Betriebsstrategie zu finden, die das wenigstens eine vorgegebene Kriterium besser bzw. möglichst gut erfüllt, wobei je nach Formulierung des Kriteriums beispielsweise eine höhere Über- oder Untererfüllung des Kriteriums angestrebt werden kann. So kann beispielsweise die Betriebsstrategie dahingehend modifiziert werden, dass letztendlich unnötiger Energieeinsatz oder Energieverbrauch vermieden oder reduziert werden kann, insbesondere abhängig von oder gemäß dem jeweiligen tatsächlichen Bedarf oder tatsächlichen Anforderungen. Dies kann gegebenenfalls unter Einhaltung vorgegebener Bedingungen oder Randbedingungen, wie etwa einer vorgegebenen minimalen oder maximalen Temperatur für verschiedene Komponenten oder Einrichtungen, beispielsweise ein Hochvoltsystem oder eine Traktionsbatterie, einen Innenraum, einen Motor, eine Elektronik und/oder dergleichen mehr, für ein Mindestmaß an Komfort, etc., erfolgen. Mathematisch ausgedrückt kann als Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens also ein entsprechendes Optimierungs-, Minimierungs- oder Maximierungsproblem gelöst werden.The, in particular automatic, variation or modification of the operating strategy can be understood as an optimization, for example in order to find an operating strategy that fulfills the at least one specified criterion better or as well as possible, whereby depending on the formulation of the criterion, for example, a higher over- or under-fulfillment of the Criterion can be aimed for. For example, the operating strategy can be modified in such a way that ultimately unnecessary use of energy or energy consumption can be avoided or reduced, in particular depending on or according to the respective actual needs or requirements. This can be done, if necessary, in compliance with specified conditions or boundary conditions, such as a specified minimum or maximum temperature for various components or devices, for example a high-voltage system or a traction battery, an interior, an engine, electronics and / or the like, for a minimum level of comfort , etc., take place. Expressed mathematically, a corresponding optimization, minimization or maximization problem can be solved as part of the method according to the invention.
Dabei können dann beispielsweise ein oder mehrere Parameter der Betriebsstrategie modifiziert, insbesondere optimiert werden und es kann letztlich das Kraftfahrzeug bzw. ein eine oder mehrere in der Betriebsstrategie bzw. in der Prognose berücksichtigte Komponenten oder Einrichtungen des Kraftfahrzeugs gemäß diesen Parametern, also gemäß der entsprechend modifizierten oder optimierten Betriebsstrategie angesteuert werden. Dabei können beispielsweise eine Leistungsabgabe oder -Anforderung, eine Betriebsdauer, eine Betriebsfrequenz, ein Betriebszeitpunkt, eine zeitliche Staffelung von Betriebszeiten einer oder mehrerer Komponenten oder Einrichtungen, eine Betriebstemperatur und/oder dergleichen modifiziert werden.For example, one or more parameters of the operating strategy can then be modified, in particular optimized, and ultimately the motor vehicle or one or more components or devices of the motor vehicle taken into account in the operating strategy or in the forecast can be configured according to these parameters, i.e. according to the appropriately modified or optimized operating strategy. For example, a power output or demand, an operating time, an operating frequency, an operating time, a gradation of operating times of one or more components or devices, an operating temperature and / or the like can be modified.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise kontinuierlich oder regelmäßig während des Betriebs des Kraftfahrzeugs durchgeführt oder fortgeführt werden, beispielsweise in regelmäßigen vorgegebenen Zeitabständen und/oder ausgelöst durch vorgegebene Ereignisse oder Situationen. Die Betriebsstrategie kann also während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs für diese Fahrt bzw. einen verbleibenden Teil dieser Fahrt angepasst werden. Ebenso kann das Verfahren, zumindest das Erstellen der Prognose, das Bewerten der Betriebsstrategie und deren Modifizieren, wie bereits angedeutet außerhalb einer Betriebszeit, also beispielsweise während einer Standzeit oder Abstellzeit des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Während solcher Zeiten kann dann die Betriebsstrategie beispielsweise für einen jeweiligen voraussichtlichen nächsten Einsatz oder Betrieb modifiziert bzw. optimiert werden. Dies kann beispielsweise dann automatisch erfolgen, wenn neue Daten oder Informationen verfügbar sind, sich beispielsweise jeweilige Einsatzbedingungen ändern. Dies kann beispielsweise bei einer automatischen Erkennung einer veränderten Wetterlage oder Wettervorhersage, veränderten Verkehrsbedingungen, einer Veränderung in einer Terminplanung eines Nutzers des Kraftfahrzeugs und/oder dergleichen mehr der Fall sein.The method according to the invention can for example be carried out or continued continuously or regularly during the operation of the motor vehicle, for example at regular predetermined time intervals and / or triggered by predetermined events or situations. The operating strategy can therefore be adapted for this trip or a remaining part of this trip while the motor vehicle is driving. Likewise, the method, at least the creation of the prognosis, the evaluation of the operating strategy and its modification, as already indicated, can be carried out outside of an operating time, that is to say, for example, when the motor vehicle is stationary or when it is parked. During such times, the operating strategy can then, for example, be modified or optimized for a respective expected next use or operation. This can take place automatically, for example, when new data or information is available, for example when the respective operating conditions change. This can be the case, for example, with an automatic detection of a changed weather situation or weather forecast, changed traffic conditions, a change in the scheduling of a user of the motor vehicle and / or the like.
Für eine besonders genaue Prognose des Energieaufwands bzw. des resultierenden zukünftigen Temperaturverhalten können besonders vorteilhaft Wirkungsgrade und/oder Verluste einer oder mehrerer Komponenten oder Einrichtungen des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden, beispielsweise als Parameter in einem entsprechenden Modell oder einer entsprechenden Simulation. Dies können beispielsweise thermische, mechanische oder elektrische Wirkungsgrade bzw. Verluste sein. Dadurch kann besonders genau bestimmt oder abgeschätzt werden, wie sich die Temperatur bei einem bestimmten Betrieb der jeweiligen Komponente oder Einrichtung ändern wird, also welche Wärmeströme sich voraussichtlich ergeben werden.For a particularly precise prognosis of the energy expenditure or the resulting future temperature behavior, efficiency and / or losses of one or more components or devices of the motor vehicle can particularly advantageously be taken into account, for example as parameters in a corresponding model or a corresponding simulation. These can be thermal, mechanical or electrical efficiencies or losses, for example. As a result, it can be determined or estimated particularly precisely how the temperature will change during a specific operation of the respective component or Facility will change, i.e. which heat flows are likely to result.
Die Prognose und die Betriebsstrategie können hier letztlich dazu beliebige Komponenten oder Einrichtungen des Kraftfahrzeugs betreffen, insbesondere Komponenten eines Antriebsstrang, an ein elektrisches Bordnetz des Kraftfahrzeugs angeschlossene elektrische Verbraucher und/oder an ein Kühlsystem oder einen Kühlkreislauf angeschlossene bzw. damit zu kühlende oder zu temperierende Komponenten oder Einrichtungen.The prognosis and the operating strategy can ultimately relate to any components or devices of the motor vehicle, in particular components of a drive train, electrical consumers connected to an electrical system of the motor vehicle and / or components connected to a cooling system or a cooling circuit or components that are to be cooled or temperature-controlled or facilities.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann am Beispiel eines Hochvoltspeichers, insbesondere einer Traktionsbatterie, berücksichtigt werden, dass diese außerhalb eines optimalen Temperaturbereichs weniger Leistungsfähigkeit aufweisen kann, jedoch für eine bestimmte Fahrt oder einen bestimmten Einsatz - beispielsweise in einem städtischen Umfeld - eine entsprechend reduzierte Leistungsfähigkeit bei einem Betrieb außerhalb des optimalen Temperaturbereichs ausreichen kann, da dort zumindest typischerweise oder erfahrungsgemäß keine maximale Leistungsabgabe, beispielsweise zum Erreichen einer Höchstgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, angefordert oder abgerufen werden wird. Auf Basis dieser Erkenntnis kann dann ein zusätzlicher Energiebedarf durch einen Effizienzverlust der Traktionsbatterie aufgrund einer nichtoptimalen Temperatur gegen den Energiebedarf zum Bringen der Traktionsbatterie Temperatur auf optimale Betriebstemperatur abgesägt werden. Dabei kann insbesondere eine voraussichtliche Betriebsdauer, beispielsweise bis zum Erreichen eines aktuellen Navigationsziels berücksichtigt werden.Using the example of a high-voltage battery, in particular a traction battery, it can be taken into account by the method according to the invention that this battery may have less performance outside an optimal temperature range, but a correspondingly reduced performance for a certain journey or a certain use - for example in an urban environment Operation outside the optimal temperature range can be sufficient, since there, at least typically or based on experience, no maximum power output, for example to reach a maximum speed of the motor vehicle, is requested or called up. On the basis of this knowledge, an additional energy requirement due to a loss in efficiency of the traction battery due to a non-optimal temperature can then be sawed off against the energy requirement for bringing the traction battery temperature to the optimal operating temperature. In particular, an expected operating time, for example until a current navigation destination is reached, can be taken into account.
Während herkömmliche statische Wärmemanagement- oder Betriebsstrategie also beispielsweise ein energieaufwändiges Aufheizen der Traktionsbatterie allein deshalb vorsehen würden, weil die Temperatur zu Beginn der Fahrt außerhalb des optimalen Temperaturbereichs ist, kann unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens über einen gewissen Zeitraum, gegebenenfalls sogar über den gesamten aktuellen Einsatz bzw. die gesamte aktuelle Fahrt hinweg betrachtet gegebenenfalls Energie eingespart werden, indem auf das Aufheizen der Traktionsbatterie verzichtet werden kann, falls der dazu notwendige Energieaufwand, beispielsweise aufgrund einer relativ kurzen Fahrtdauer, nicht durch einen resultierenden Effizienzgewinn im letzten Abschnitt der Fahrt mehr als ausgeglichen werden kann.While conventional static heat management or operating strategies, for example, would provide for energy-intensive heating of the traction battery solely because the temperature at the beginning of the journey is outside the optimal temperature range, the method according to the invention can be used over a certain period of time, possibly even over the entire current use or the entire current journey, if necessary, energy can be saved by eliminating the need to heat the traction battery if the energy required for this, for example due to a relatively short journey time, is not more than offset by a resulting gain in efficiency in the last section of the journey can.
In einem anderen Beispiel kann etwa ein aus einem Betrieb einer oder mehrerer anderer Komponenten oder Aggregate des Kraftfahrzeugs resultierender Wärmeeintrag in die Traktionsbatterie oder beispielsweise in den Innenraum des Kraftfahrzeugs bestimmt werden und dazu führen, dass beispielsweise eine dedizierte Heizeinrichtung für die Traktionsbatterie oder den Innenraum nicht oder nur mit reduzierter Leistung betrieben wird, was letztlich ebenfalls zu einer Energieeinsparung ohne signifikante Qualitäts- oder Komforteinbußen führen kann. Letztlich kann vorliegend also eine Budgetplanung bzw. eine Methodik für die Abschätzung und Berücksichtigung eines tatsächlichen Bedarfs oder Verbrauchs über eine modell- und bewertungsbasierte Rückkopplung angewendet werden, um einen verbesserten, insbesondere besonders energiesparenden oder effizienten, Betrieb des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.In another example, a heat input into the traction battery or, for example, into the interior of the motor vehicle resulting from the operation of one or more other components or assemblies of the motor vehicle can be determined and, for example, result in a dedicated heating device for the traction battery or the interior not or is only operated with reduced power, which can ultimately also lead to energy savings without significant loss of quality or comfort. Ultimately, a budget planning or a methodology for estimating and taking into account an actual requirement or consumption can be applied via a model and evaluation-based feedback in order to enable an improved, in particular particularly energy-saving or efficient, operation of the motor vehicle.
In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird das Erstellen der Prognose, deren Bewerten und das entsprechende Modifizieren der Betriebsstrategie iterativ durchgeführt und das Kraftfahrzeug gemäß der hinsichtlich des Kriteriums besten dabei gefundenen Betriebsstrategie angesteuert. Die Optimierung der Betriebsstrategie kann hier also iterativ, beispielsweise abhängig von der Bewertung, Ausgangsgrößen, Annahmen, Steueranweisungen und/oder sonstige Parameter der Betriebsstrategie variieren, dafür eine erneute Prognose erstellen, für die entsprechende neue Prognose eine erneute strategische Bewertung vornehmen und diese Schritte oder Abläufe mehrfach wiederholt durchlaufen. Dies kann beispielsweise für eine vorgegebene Zeitdauer, für eine vorgegebene Anzahl von Iterationen oder Durchläufen und/oder bis zum Erreichen eines vorgegebenen Ziels automatisch durchgeführt bzw. wiederholt werden. Ein entsprechendes vorgegebenes Ziel kann beispielsweise ein vorgegebener akzeptabler Energieeinsatz pro Strecke und/oder pro Zeitintervall oder eine bestimmte relative Verbesserung im Vergleich zu der jeweiligen ursprünglichen Betriebsstrategie sein. Dadurch kann gegebenenfalls ein Berechnungs- und Zeitaufwand begrenzt werden, um eine bestimmte Performanz oder Konsistenz des Verfahrens bzw. von dessen Anwendung sicherzustellen. Ebenso kann dadurch berücksichtigt werden, dass nach Erreichen einer bestimmten Verbesserung weitere Iterationen voraussichtlich zu immer kleiner werdenden Verbesserungen führen würden. Es kann dann also die Iteration abgebrochen werden, sobald die von Iteration zu Iteration erreichten Verbesserungen einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreiten.In an advantageous embodiment of the present invention, the creation of the prognosis, its evaluation and the corresponding modification of the operating strategy are carried out iteratively and the motor vehicle is controlled according to the operating strategy that is best found with regard to the criterion. The optimization of the operating strategy can vary iteratively, for example depending on the evaluation, output variables, assumptions, control instructions and / or other parameters of the operating strategy, create a new forecast for this, make a new strategic assessment for the corresponding new forecast, and these steps or processes repeated several times. This can be carried out or repeated automatically, for example, for a predetermined period of time, for a predetermined number of iterations or runs and / or until a predetermined goal is reached. A corresponding predefined goal can be, for example, a predefined acceptable use of energy per route and / or per time interval or a specific relative improvement compared to the respective original operating strategy. As a result, the amount of calculation and time required can be limited in order to ensure a certain performance or consistency of the method or of its application. It can also be taken into account that after a certain improvement has been achieved, further iterations would probably lead to ever smaller improvements. The iteration can then be terminated as soon as the improvements achieved from iteration to iteration fall below a predetermined threshold value.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Prognose ausgehend von einem gegebenen Ausgangspunkt differenziell durchgeführt, um - insbesondere nur - eine relative Temperaturveränderung vorherzusagen. Mit anderen Worten werden dann also hinsichtlich der Temperatur nur Temperaturveränderungen bestimmt aber beispielsweise keine Absolutwerte der Temperatur und/oder des Energiebedarfs ermittelt. Der gegebene Ausgangspunkt kann dabei beispielsweise durch einen jeweils aktuellen Betriebszustand des Kraftfahrzeugs gegeben sein. Hierfür können also beispielsweise aktuelle Sensordaten oder beispielsweise über einen Datenbus des Kraftfahrzeugs verfügbare Daten abgerufen und entsprechend verwendet werden. Durch die hier vorgeschlagene differenzielle Betrachtungsweise kann gegebenenfalls Aufwand eingespart und/oder eine verbesserte Zuverlässigkeit erreicht werden. Ebenso sind beispielsweise nicht notwendigerweise an jeder Komponente oder Einrichtung individuelle Temperatursensoren zur Bestimmung der jeweiligen aktuellen Ausgangstemperatur notwendig.In a further advantageous embodiment of the present invention, the prognosis is carried out differentially starting from a given starting point in order - in particular only - to predict a relative temperature change. In other words, only temperature changes are then determined with regard to the temperature, but no absolute values of the temperature and / or the energy requirement are determined, for example. The given starting point can be given, for example, by a current operating state of the motor vehicle. For this purpose, for example, current sensor data or, for example, data available via a data bus of the motor vehicle can be called up and used accordingly. The differential approach proposed here can, if necessary, save effort and / or improve reliability. Likewise, for example, individual temperature sensors are not necessarily required on every component or device to determine the respective current starting temperature.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Prognose für diskrete Zeitschritte bzw. in diskreten Zeitschritten erstellt. Zwischen solchen Zeitschritten können beispielsweise zeitliche Abstände im Bereich von 15 s bis 60 s, bevorzugt 30 s, liegen. Mit anderen Worten wird dann also nur oder erst nach Ablauf dieses zeitlichen Abstands, also bei Erreichen des jeweils nächsten Zeitschritts eine neue Prognose erstellt. Damit kann Rechenaufwand gegenüber einer kontinuierlichen Prognose eingespart werden. Zugleich ergibt sich jedoch keine signifikante Verschlechterung im letztendlichen Betrieb des Kraftfahrzeugs, da thermische Systeme ohnehin eine gewisse Trägheit aufweisen und sich beispielsweise Temperaturen nicht sprunghaft ändern.In a further advantageous embodiment of the present invention, the prognosis is made for discrete time steps or in discrete time steps. Time intervals in the range from 15 s to 60 s, preferably 30 s, can, for example, lie between such time steps. In other words, a new forecast is then made only or only after this time interval has elapsed, that is to say when the next time step is reached. This saves computational effort compared to a continuous forecast. At the same time, however, there is no significant deterioration in the eventual operation of the motor vehicle, since thermal systems anyway have a certain inertia and, for example, temperatures do not change abruptly.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Betriebsstrategie einen Betrieb mehrerer unterschiedlicher Einrichtungen des Kraftfahrzeugs. Die Prognose wird dann für einen kombinierten Betrieb dieser mehreren Einrichtungen erstellt, wobei eine thermische Beeinflussung zwischen diesen Einrichtungen berücksichtigt wird. Dabei können insbesondere Einrichtung mit unterschiedlichen primären Betriebs- oder Wirkungsenergiearten und/oder unterschiedlichen beeinflussten Medien berücksichtigt werden. Beispielsweise können - je nach Ausstattung des jeweiligen Kraftfahrzeugs - als unterschiedliche Einrichtungen eine Verbrennungskraftmaschine, eine elektrische Maschine oder Batterie, ein Kühlaggregat, ein Getriebe, ein Lager oder eine Welle, eine Bremseinrichtung, eine Dämpfereinrichtung und/oder dergleichen mehr berücksichtigt werden. Für derartige unterschiedliche Einrichtungen können also unterschiedliche Energie- oder Betriebsarten von primärer Bedeutung sein, die unterschiedlichen Einrichtungen können also in unterschiedlichen physikalischen oder energetischen Domänen agieren, beispielsweise Mechanik, Elektrik, Fluidik, etc. Dabei kann aber auch eine beispielsweise primär elektrisch betriebene Einrichtung Wärme erzeugen, die auf eine beispielsweise primär mechanisch wirkende Einrichtung übertragen werden und diese beeinflussen kann oder umgekehrt.In a further advantageous embodiment of the present invention, the operating strategy includes an operation of several different devices of the motor vehicle. The prognosis is then made for a combined operation of these multiple devices, taking into account a thermal influence between these devices. In particular, devices with different primary operating or active energy types and / or different influenced media can be taken into account. For example - depending on the equipment of the respective motor vehicle - an internal combustion engine, an electric machine or battery, a cooling unit, a gearbox, a bearing or a shaft, a braking device, a damper device and / or the like can be considered as different devices. Different energy or operating modes can be of primary importance for such different devices, so the different devices can act in different physical or energetic domains, for example mechanics, electrics, fluidics, etc. However, a primarily electrically operated device, for example, can also generate heat that are transmitted to a primarily mechanically acting device, for example, and can influence this or vice versa.
Durch die Betrachtung oder Berücksichtigung derartiger unterschiedlicher Einrichtungen sowie von deren kombiniertem Betrieb können vorteilhaft Abhängigkeiten oder Beeinflussungen berücksichtigt werden, die letztlich einen effizienteren oder energiesparenderen Betrieb des Kraftfahrzeugs insgesamt ermöglichen. So könnte beispielsweise eine isolierte Betrachtung einer Einrichtung zu einer bestimmten Energiebedarfs- und Temperaturprognose führen, die im tatsächlichen Betrieb des Kraftfahrzeugs mit mehreren betriebenen Einrichtungen relativ ungenau sein kann, da von anderen Einrichtungen erzeugte oder abgeführte Energie oder Wärme und deren Einfluss nicht berücksichtigt wird. Durch die vorliegende Erfindung kann die Prognose also besonders genau und zuverlässig erstellt und somit Energiesparpotenzial ausgeschöpft werden, das sich durch die Kombination mehrerer Einrichtungen geben kann. Ein kombinierter Betrieb mehrerer Einrichtungen kann dabei einen abwechselnden Betrieb, also einen Betrieb mehrerer Einrichtungen nacheinander, ebenso wie einen zumindest zeitweise gleichzeitigen Betrieb mehrerer Einrichtungen bedeuten oder umfassen.By considering or taking into account such different devices as well as their combined operation, dependencies or influences can advantageously be taken into account, which ultimately enable more efficient or more energy-saving operation of the motor vehicle overall. For example, an isolated consideration of a device could lead to a certain energy demand and temperature prognosis, which can be relatively imprecise in actual operation of the motor vehicle with several operated devices, since energy or heat generated or dissipated by other devices and their influence is not taken into account. With the present invention, the prognosis can therefore be made particularly precisely and reliably and thus the energy-saving potential that can result from the combination of several devices can be exploited. Combined operation of several devices can mean or include alternating operation, that is to say operation of several devices one after the other, as well as at least temporarily simultaneous operation of several devices.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Betriebsstrategie in Abhängigkeit von einer thermischen Trägheit wenigstens einer in der Betriebsstrategie bzw. in der Prognose berücksichtigten Einrichtung des Kraftfahrzeugs modifiziert. Insbesondere kann dabei ein vorzeitiges Abschalten und/oder ein zeitweise unterbrochener Betrieb der Einrichtung vorgesehen, also beispielsweise in der Betriebsstrategie eingeplant werden. Es wird hier also eine träge oder verzögerte Reaktion der Temperatur der jeweiligen Einrichtung auf eine Veränderung einer Energiezufuhr oder Energieentnahme oder eines Betriebszustands berücksichtigt. Dadurch kann beispielsweise Betriebstemperatur in einem optimalen oder ausreichend guten Bereich für die jeweilige Einrichtung oder eine thermisch mit dieser gekoppelten weiteren Einrichtung erreicht oder beibehalten werden, wobei gleichzeitig Betriebszeit oder eine Betriebsleistung und somit Energieaufwand eingespart werden kann.In a further advantageous embodiment of the present invention, the operating strategy is modified as a function of thermal inertia of at least one device of the motor vehicle taken into account in the operating strategy or in the prognosis. In particular, premature shutdown and / or temporarily interrupted operation of the device can be provided, that is to say, for example, can be planned in the operating strategy. A sluggish or delayed reaction of the temperature of the respective device to a change in an energy supply or energy withdrawal or an operating state is taken into account here. In this way, for example, the operating temperature can be reached or maintained in an optimal or sufficiently good range for the respective device or a further device thermally coupled to it, whereby operating time or operating power and thus energy expenditure can be saved at the same time.
Beispielsweise kann eine Heizeinrichtung bereits vor Erreichen eines aktuellen Navigations- oder Fahrtziels abgeschaltet werden, insbesondere wenn dort voraussichtlich eine Unterbrechung des Betriebs des Kraftfahrzeugs erfolgen wird. Während des nach dem Abschalten der Heizeinrichtung verbleibenden Betrieb bis zum Erreichen des Navigations- oder Fahrtziels kann dann die Temperatur der Einrichtung zwar abnehmen, jedoch aufgrund der thermischen Trägheit weiterhin in akzeptablen Bereichen oder Grenzen bleiben und somit letztlich einen energieeffizienteren Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglichen. Ebenso kann beispielsweise eine Klimatisierungseinrichtung zum Temperieren einer Einrichtung oder beispielsweise des Innenraums zeitweise unterbrochen, also intervallartig betrieben werden. Dies kann berücksichtigen, dass auch in einem solchen intervallartigen oder zeitweise unterbrochenen Betrieb die Temperatur sich nicht sprunghaft verändern, sondern träge reagieren wird. Somit kann - zumindest über eine gewisse Zeitspanne oder eine gewisse Betriebsdauer - eine Temperierung in akzeptablen Bereichen oder Grenzen mit reduziertem Energieaufwand erreicht werden. Die jeweilige thermische Trägheit der Einrichtung oder Einrichtungen kann dabei beispielsweise als Parameter für das genannte Modell vorgegeben sein. Ebenso kann beispielsweise eine thermische Masse, eine Materialzusammensetzung, eine gegebenenfalls vorhandene thermische Isolierung und/oder dergleichen mehr für die Einrichtung oder Einrichtungen des Kraftfahrzeugs als entsprechende Parameter vorgegeben sein.For example, a heating device can be switched off before a current navigation or travel destination is reached, in particular if there is likely to be an interruption in the operation of the motor vehicle there. During the operation remaining after the heating device has been switched off until the navigation or travel destination is reached, the temperature of the device can then decrease, but still remain within acceptable ranges or limits due to the thermal inertia and thus ultimately enable more energy-efficient operation of the motor vehicle. Likewise, for example, an air conditioning device can be used to control the temperature of a device or, for example, the interior space is temporarily interrupted, that is to say operated at intervals. This can take into account that even in such an interval-like or temporarily interrupted operation, the temperature will not change abruptly, but will react slowly. Thus, at least over a certain period of time or a certain operating period, temperature control can be achieved within acceptable ranges or limits with reduced energy consumption. The respective thermal inertia of the device or devices can, for example, be specified as a parameter for the model mentioned. Likewise, for example, a thermal mass, a material composition, any thermal insulation that may be present and / or the like can be specified as corresponding parameters for the device or devices of the motor vehicle.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden voraussichtliche Einsatzbedingungen des Kraftfahrzeugs für einen jeweiligen Prognosezeitraum bestimmt und diese Einsatzbedingungen für die Prognose berücksichtigt. Der Prognosezeitraum in diesem Sinne ist derjenige Zeitraum, für den die Prognose erstellt, also der Energieaufwand und/oder das resultierende Temperaturverhalten prognostiziert wird. Die Einsatzbedingungen können beispielsweise Umgebungsbedingungen an einem Einsatz- oder Betriebsort des Kraftfahrzeugs, eine voraussichtliche Belastung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch äußere Temperaturen oder eine barometrische Höhe oder eine entlang einer jeweiligen Fahrtstrecke zu bewältigende Steigung und/oder dergleichen mehr sein oder umfassen. Derartige Einsatzbedingungen können einen signifikanten Einfluss auf einen Energiebedarf sowie ein resultierendes thermisches Verhalten des Kraftfahrzeugs haben, wobei dieser Einfluss zudem für unterschiedliche Einrichtungen und Komponenten des Kraftfahrzeugs unterschiedlich sein oder unterschiedlich stark ausfallen kann. Durch die Berücksichtigung dieser Einsatzbedingungen kann also letztlich eine genauere und zuverlässigere Prognose erstellt und somit gegebenenfalls eine höhere Energieeffizienz oder ein geringerer Energieverbrauch erreicht werden.In a further advantageous embodiment of the present invention, probable conditions of use of the motor vehicle are determined for a respective forecast period and these conditions of use are taken into account for the forecast. The forecast period in this sense is the period for which the forecast is made, that is to say the energy expenditure and / or the resulting temperature behavior is forecast. The conditions of use can be or include, for example, ambient conditions at a place of use or operation of the motor vehicle, an anticipated load on the motor vehicle, for example due to external temperatures or a barometric altitude or an incline to be mastered along a respective route and / or the like. Such conditions of use can have a significant influence on an energy requirement and a resulting thermal behavior of the motor vehicle, this influence also being different for different devices and components of the motor vehicle or being different in strength. By taking these operating conditions into account, a more precise and more reliable forecast can ultimately be made and thus, if necessary, higher energy efficiency or lower energy consumption can be achieved.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden Betriebsmuster des Kraftfahrzeugs erfasst und durch eine Einrichtung des maschinellen Lernens gelernt. Ein von dieser Einrichtung für einen jeweiligen Prognosezeitraum vorhergesagtes Betriebsmuster wird dann für die Prognose berücksichtigt bzw. zugrunde gelegt. Eine Einrichtung des maschinellen Lernens in diesem Sinne kann beispielsweise einen selbstlernenden Algorithmus oder ein künstliches neuronales Netz oder dergleichen umfassen. Als Betriebsmuster können beispielsweise regelmäßig zu bestimmten Zeiten anfallende Fahrten zwischen bestimmten Orten, eine Nutzung des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des Wetters, ein bestimmtes Geschwindigkeits- oder Leistungsanforderungsprofil, beispielsweise auf einem bestimmten Streckenabschnitt oder einem bestimmten Straßentyp, und/oder dergleichen erfasst werden. Durch das jeweilige vorhergesagte Betriebsmuster können also von einem jeweiligen Nutzer des Kraftfahrzeugs typischerweise oder regelmäßig befahrene Strecken, ein Fahrprofil, ein Fahrertyp, eine typische Verkehrsdichte und/oder sonstige Nutzer-Gewohnheiten und/oder dergleichen mehr berücksichtigt werden, insbesondere hinsichtlich jeweiliger den Energiebedarf oder die Wärme- oder Temperaturentwicklung beeinflussender Parameter. Durch das Lernen eines solchen Betriebsmuster und dessen Berücksichtigung für die Prognose kann diese fahrzeug- oder nutzerindividuell angepasst erstellt werden und somit jeweils besonders genau und zuverlässig ausfallen.In a further advantageous embodiment of the present invention, operating patterns of the motor vehicle are recorded and learned using a machine learning device. An operating pattern predicted by this device for a respective forecast period is then taken into account or used as a basis for the forecast. A machine learning device in this sense can include, for example, a self-learning algorithm or an artificial neural network or the like. For example, regular trips between certain locations at certain times, use of the motor vehicle depending on the weather, a certain speed or performance requirement profile, for example on a certain route section or a certain type of road, and / or the like can be recorded as operating patterns. With the respective predicted operating pattern, routes typically or regularly traveled by a respective user of the motor vehicle, a driving profile, a driver type, a typical traffic density and / or other user habits and / or the like can be taken into account, in particular with regard to the respective energy requirement or the Parameters influencing heat or temperature development. By learning such an operating pattern and taking it into account for the prognosis, it can be created in a vehicle-specific or user-specific manner and thus turn out to be particularly accurate and reliable in each case.
Auch auf diese Weise kann somit letztlich eine verbesserte Energieeffizienz oder ein verringerter Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs erreicht werden. So kann beispielsweise auf ein möglichst schnelles Aufheizen der Traktionsbatterie auf eine für die maximale Leistungsabgabe optimierte Temperatur verzichtet werden, wenn gemäß dem gelernten Betriebsmuster voraussichtlich eine relativ kurze Fahrt mit einem relativ geringen Leistungsbedarf durch einen eher defensiven Fahrer bevorsteht. Ebenso kann beispielsweise eine Klimatisierungsleistung zum Temperieren des Innenraums des Kraftfahrzeugs reduziert werden, wenn unter den jeweils gegebenen Umgebungsbedingungen gemäß dem gelernten Betriebsmuster stets die Fenster oder ein öffenbares Verdeck oder Dach des Kraftfahrzeugs geöffnet oder ausgestellt werden, da dann der Einfluss der Klimatisierungseinrichtung auf die Bedingungen im Innenraum ohnehin entsprechend reduziert oder sogar vernachlässigbar klein sein kann.In this way, too, an improved energy efficiency or a reduced energy consumption of the motor vehicle can ultimately be achieved. For example, heating up the traction battery as quickly as possible to a temperature optimized for maximum power output can be dispensed with if, according to the learned operating pattern, a relatively short drive with a relatively low power requirement by a more defensive driver is expected. Likewise, for example, an air conditioning output for temperature control of the interior of the motor vehicle can be reduced if the windows or an openable top or roof of the motor vehicle are always opened or turned off under the given ambient conditions according to the learned operating pattern, since then the influence of the air conditioning device on the conditions in Interior space can be correspondingly reduced or even negligibly small anyway.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Assistenzsystem für ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Assistenzsystem weist eine Datenverarbeitungseinrichtung mit einer Eingangsschnittstelle zum Erfassen oder Empfangen von Betriebsdaten und mit einer Ausgangsschnittstelle zum Ausgeben eines Steuersignals auf. Die Betriebsdaten beschreiben dabei einen Betrieb des Kraftfahrzeugs, also beispielsweise dessen Betriebszustand, eine bisherige, aktuelle und/oder zukünftige Betriebsstrategie oder dergleichen, insbesondere individueller Einrichtungen oder Komponenten des Kraftfahrzeugs. Das Assistenzsystem, insbesondere die Datenverarbeitungseinrichtung, ist dabei dazu eingerichtet, insbesondere automatisch oder teilautomatisch, zumindest eine Variante oder Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Dazu kann die Datenverarbeitungseinrichtung beispielsweise einen computerlesbaren Datenspeicher und eine damit verbundene Prozessoreinrichtung aufweisen. Auf dem Datenspeicher kann dann ein Programmcode oder ein Computerprogramm gespeichert sein, das die Verfahrensschritte oder Abläufe des erfindungsgemäßen Verfahrens oder entsprechende Steueranweisungen codiert oder repräsentiert und durch die Prozessoreinrichtung ausführbar ist, um das Assistenzsystem zum automatischen Durchführen des Verfahrens zu veranlassen.Another aspect of the present invention is an assistance system for a motor vehicle. The assistance system according to the invention has a data processing device with an input interface for acquiring or receiving operating data and with an output interface for outputting a control signal. The operating data describe an operation of the motor vehicle, for example its operating state, a previous, current and / or future operating strategy or the like, in particular individual devices or components of the motor vehicle. The assistance system, in particular the data processing device, is set up to execute at least one variant or embodiment of the method according to the invention, in particular automatically or partially automatically. For this purpose, the data processing device can, for example, be a computer-readable one Have data memory and a processor device connected thereto. A program code or a computer program can then be stored on the data memory, which codes or represents the method steps or sequences of the method according to the invention or corresponding control instructions and can be executed by the processor device in order to cause the assistance system to carry out the method automatically.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das wenigstens eine im Betrieb energieumsetzende eine Komponente oder Einrichtung sowie ein erfindungsgemäßes Assistenzsystem zum automatischen Steuern oder Regeln der wenigstens einen Komponente oder Einrichtung aufweist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann also insbesondere das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Assistenzsystem genannte Kraftfahrzeug sein.Another aspect of the present invention is a motor vehicle which has at least one component or device that converts energy during operation and an assistance system according to the invention for automatically controlling or regulating the at least one component or device. The motor vehicle according to the invention can therefore in particular be the motor vehicle mentioned in connection with the method according to the invention and / or in connection with the assistance system according to the invention.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention can emerge from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations shown below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or alone, without the scope of the invention to leave.
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine schematische Übersichtsdarstellung zur Erläuterung eines Wärmemanagements in einem Kraftfahrzeug; -
2 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Verfahrens für das Wärmemanagement; -
3 eine erste schematische Darstellung zur weiteren Veranschaulichung des Wärmemanagements; und -
4 eine zweite schematische Darstellung zur weiteren Veranschaulichung des Wärmemanagements.
-
1 a schematic overview illustration to explain thermal management in a motor vehicle; -
2 a schematic representation to illustrate a method for thermal management; -
3 a first schematic representation to further illustrate the thermal management; and -
4th a second schematic representation to further illustrate the thermal management.
In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Identical and functionally identical elements are provided with the same reference symbols in the figures.
In technischen Anwendungen kann es zu Zielkonflikten zwischen verschiedenen Auslegungen oder Kriterien oder angestrebten Zielen kommen, was letztendlich zu unnötigen Energieverbräuchen führen kann. Derartige unnötige Energieverbräuche variabel zu verteilen oder zu vermeiden, kann jedoch gezielt dazu genutzt werden, systematische Abweichungen beispielsweise zwischen Hardware-Auslegungsgrenzen und Betriebsgrenzen zumindest im Wesentlichen ohne Qualitäts- oder Nutzungseinbußen zu vergrößern sowie Energie und/oder monetäre Kosten einzusparen. Beispielsweise werden heutzutage verbreitet eingesetzte Antriebs- oder Fahrzeugkomponenten aktiv dann gekühlt oder geheizt, wenn sie sich in bestimmten vorgegebenen Temperaturbereichen befinden. Ob der dazu notwendige Energieaufwand überhaupt lohnt und einem weiter in der Zukunft liegenden Ziel Rechnung trägt, wird dabei oftmals außer Acht gelassen, also für eine jeweilige Fahrzeug-Betriebsstrategie nicht berücksichtigt. Eine prognostizierte Dauer eines Energieaufwands und dessen Ergebnis oder Auswirkung wird also dabei oftmals nicht so bewertet, dass daraus abgeleitet wird, ob der jeweilige Energieaufwand überhaupt geleistet werden sollte oder nicht. Aus dieser Problematik heraus ergeben sich jedoch gerade im Bereich der elektrischen Fahrzeuge signifikante, bisher ungenutzte Effizienz- und Energieeinsparungspotenziale. Diese können ausgeschöpft werden, wenn nicht nur die aktuell vorherrschende Ist-Situation berücksichtigt wird. Vielmehr können Daten oder Informationen, die im Fahrzeug zur Verfügung stehen, wie beispielsweise Navigationsdaten hinsichtlich einer voraussichtlichen Ziel Ankunft oder einer Streckenbeschaffenheit oder dergleichen, gezielt berücksichtigt werden, um letztlich einen Energieverbrauch zum Erreichen des jeweiligen Ziels zu senken.In technical applications, there can be conflicting goals between different interpretations or criteria or desired goals, which can ultimately lead to unnecessary energy consumption. Variably distributing or avoiding such unnecessary energy consumption can, however, be used specifically to increase systematic deviations, for example between hardware design limits and operating limits, at least essentially without any loss of quality or use, and to save energy and / or monetary costs. For example, drive or vehicle components that are widely used nowadays are actively cooled or heated when they are in certain predetermined temperature ranges. Whether the energy expenditure required for this is worthwhile and takes account of a future goal is often disregarded, i.e. not taken into account for a respective vehicle operating strategy. A predicted duration of an energy expenditure and its result or effect is therefore often not evaluated in such a way that it is derived from it whether the respective energy expenditure should or should not be carried out at all. However, this problem gives rise to significant, previously unused efficiency and energy savings potential, especially in the field of electric vehicles. These can be exhausted if not only the currently prevailing actual situation is taken into account. Rather, data or information that are available in the vehicle, such as navigation data with regard to a probable destination arrival or a route structure or the like, can be specifically taken into account in order to ultimately reduce energy consumption to reach the respective destination.
Für einen Anwendungsbeispiel sei angenommen, dass das Kraftfahrzeug
Für eine entsprechende vielversprechende und nutzbringende Bewertung kann das jeweilige Fahrvorhaben, also ein jeweiliger Betrieb des Kraftfahrzeugs
Zur weiteren Veranschaulichung zeigt
Daher wird die aktuell vorgesehene Ansteuerung
Auf Basis dieser Größen bzw. eines Outputs des Modells
Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie ein prädiktives Wärmemanagement eines Fahrzeugs, insbesondere von Elektro-Antriebskomponenten, durch diskretdifferenziell energiebilanzierende Temperaturprognosen
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- StraßeStreet
- 1212th
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 1414th
- NavigationszielNavigation destination
- 1616
- Fahrerdriver
- 1818th
- ErfassungseinrichtungDetection device
- 2020th
- KlimatisierungseinrichtungAir conditioning device
- 2222nd
- AssistenzsystemAssistance system
- 2424
- Batteriebattery
- 2626th
- AntriebseinrichtungDrive device
- 2828
- BordnetzElectrical system
- 3030th
- Vergleichcomparison
- 3232
- AnsteuerungControl
- 3434
- TemperierungsgegenstandTempering object
- 3636
- KonditionierungsaktuatorikConditioning actuators
- 3838
- Modellmodel
- 4040
- Bewertungevaluation
- 4242
- Modifikationmodification
- 4444
- historische Datenhistorical data
- 4646
- prognostizierte Datenforecast data
- 4848
- EnergiestromveränderungenEnergy flow changes
- 5050
- WärmestromveränderungenChanges in heat flow
- 5252
- TemperaturprognosenTemperature forecasts
- PP.
- Leistungpower
- Wärmewarmth
- t0... tnt0 ... tn
- ZeitpunktePoints in time
- TT
- Temperaturtemperature
- EE.
- Energieenergy
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- DE 102012208613 B4 [0006]DE 102012208613 B4 [0006]
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