-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Die
DE 10 2014 218 134 A1 beschreibt ein Verfahren zum Versorgen eines Niederspannungsbordnetzes eines Hybrid-Fahrzeugs mit elektrischer Energie durch eine generatorisch betriebene E-Maschine, eine Niedervoltbatterie und durch eine Hochvoltbatterie. In einem rein elektrischen Fahrmodus des Hybrid-Fahrzeugs wird die elektrische Energie für das Niederspannungsbordnetz ausschließlich von der Niedervoltbatterie bereitgestellt. Um im Betrieb ständig entladen und wieder aufgeladen zu werden, ist die Niedervoltbatterie ausreichend zyklusfest und beispielsweise als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet. Ein vorhandener DC/DC-Wandler wird im rein elektrischen Fahrmodus mit einem optimalen Wirkungsgrad betrieben.
-
Aus der
DE 10 2013 107 644 A1 ist eine Ladeschaltung für einen Hochspannungskreis eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb bekannt. Die Ladeschaltung umfasst ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (HV-Batterie), das mit einem ersten und einem zweiten Spannungsbus entgegengesetzter Polarität gekoppelt werden kann. Eine Ladevorrichtung ist zum Koppeln des Energiespeichersystems mit einer Energiequelle während eines Ladevorgangs konfigurierbar. Ferner ist ein DC/DC-Umsetzer vorhanden, der mit dem ersten und dem zweiten Spannungsbus gekoppelt ist, wobei der DC/DC-Umsetzer sowohl zum Betrieb während eines Ladevorgangs als auch zum Betrieb während eines Antriebsmodus des Fahrzeugs konfiguriert ist.
-
In der
DE 10 2014 004 791 B3 wird ein Verfahren zur Überprüfung einer Verbindung zwischen einer ein Niedrigspannungsnetz versorgenden Batterie eines Kraftfahrzeugs und dem Niedrigspannungsnetz beschrieben. Ein Gleichspannungswandler dient zur Kopplung des Niedrigspannungsnetzes mit einem Hochspannungsnetz. Durch den Gleichspannungswandler eingeprägte Spannungs- bzw. Stromwerte werden seitens der Batterie gemessen. Es wird ein Widerstandswert gemessen und bzgl. Eines Verbindungskriteriums ausgewertet. Bei einem nicht erfüllten Verbindungskriterium wird eine Verbindungsstörung festgestellt.
-
Der
DE 10 2014 209 249 A1 ist ein elektrisches Ladeverfahren zum Laden eines in einem Fahrzeug eingebauten elektrischen Hauptenergiespeichers mit einer fahrzeugexternen Energiequelle zu entnehmen. Während des Ladens des Hauptenergiespeichers wird ein Ladezustand eines als herkömmliche Bleibatterie ausgebildeten Zusatzenergiespeichers zur Versorgung von Niederspannungsverbrauchern ermittelt. Falls der ermittelte Ladezustand zur ordnungsgemäßen elektrischen Versorgung der Niederspannungsverbraucher ausreicht, wird der Zusatzenergiespeicher mittels einer elektronischen Steuereinrichtung und über ein Relais von der Niedergleichspannung und den Niederspannungsverbraucher elektrisch entkoppelt. Bei nicht ausreichendem Ladezustand erfolgt durch die Steuereinrichtung eine elektrische Kopplung zwischen dem Zusatzenergiespeicher und der Niedergleichspannung bzw. den Niederspannungsverbrauchern.
-
Durch die
DE 10 2010 036 994 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer gezielten Übertragung elektrischer Energie aus einer externen Energiequelle auf vom Nutzer vorbestimmte Komponenten eines Plug-In-Fahrzeugs offenbart. Ein Spannungswandler dient zur Aufladung einer Speicherbatterie (Traktionsbatterie) und auch einer Hilfsbatterie zur Versorgung von Niedrigspannungsverbrauchern.
-
In der
DE 11 2017 003 729 T5 wird eine Batteriemanagement-Vorrichtung eines Fahrzeugs beschrieben, welche eine Niedervoltbatterie und eine Hochvoltbatterie umfasst. Eine Steuervorrichtung dient zur Übertragung von elektrischer Energie von der Hochvoltbatterie zur Niedervoltbatterie, wenn der Pegel der in der Niedervoltbatterie gespeicherten, elektrischen Energie unter einem ersten Schwellenwert und der Pegel der in der Hochvoltbatterie gespeicherten Energie über einem zweiten Schwellenwert liegt. Der zweite Schwellenwert kann als Mindestladezustand so eingestellt werden, dass die gespeicherte Energie für das Fahrzeug ausreichend ist, um eine Entfernung zu einer oder mehreren Ladestellen zu fahren. Der Abstand zu den Ladestellen kann über Satellitennavigationsdaten bestimmt werden.
-
Ein Verfahren zum Betrieb eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs ist auch aus der
DE 10 2011 011 800 B4 bekannt geworden. Konkret wird bei dem offenbarten Verfahren im normalen Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs ein Niedervoltnetz und damit auch eine Niedervoltbatterie mit Spannung aus einer Hochvoltbatterie eines Hochvoltnetzes versorgt. Zur elektrischen Kopplung des Hochvoltnetzes mit dem Niedervoltnetz dienen ein erster Gleichspannungswandler und ein weiterer Gleichspannungswandler. Während des Betriebs des Elektrofahrzeugs wird die durch die Hochvoltbatterie bestehende Energieversorgung überwacht. Wenn bei der Überwachung erfasst wird, dass die Energieversorgung des Niedervoltnetzes durch die Hochvoltbatterie gestört ist (beispielsweise durch Ausfall beider Gleichspannungswandler), wird ein Notenergiespeicher zur Energieversorgung des Niedervoltnetzes hinzugeschaltet.
-
In der
DE 10 2007 047 619 A1 wird ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb beschrieben, der eine Notstart- und eine Fremdstartmöglichkeit aufweist. Das offenbarte Fahrzeug mit Hybridantrieb weist einen Elektroantrieb auf, der über ein Hochvoltnetz mit einer Hochvoltbatterie elektrisch verbunden werden kann. Ferner ist ein Niedervoltnetz mit einer Bordnetzbatterie vorhanden, wobei zwischen der Bordnetzbatterie und dem Elektroantrieb ein Gleichspannungswandler vorhanden ist. Zum Notstarten des Fahrzeugs bei entladener Hochvoltbatterie wird Energie aus dem Niedervoltnetz über den Gleichspannungswandler an das Hochvoltnetz übertragen. Hierdurch werden der Elektroantrieb mit der dadurch im Hochvoltnetz vorhandenen Energie beschleunigt und schließlich die Verbrennungskraftmaschine durch den beschleunigten Elektroantrieb gestartet.
-
Schließlich kann der
US 6 791 295 B1 ein Verfahren entnommen werden, bei dem eine 36-V Batterie mittels des Einsatzes von Gleichspannungswandlern durch die elektrische Energie einer 12-Volt Batterie aufgeladen werden kann.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Betrieb eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs bereitzustellen, durch welches die Voraussetzungen für eine Reichweitenverlängerung des Elektrofahrzeugs geschaffen werden können. Insbesondere soll eine Aufladung der Niedervoltbatterie im Wesentlichen reichweitenneutral und auch das Aufladen der Niedervolt- und der Hochvoltbatterie unter Erzielung von Wirkungsgrad- und Ladezeitvorteilen erfolgen können.
-
Vorstehend genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
-
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs, bei dem der Antrieb des Elektrofahrzeugs ausschließlich durch einen von einer Hochvoltbatterie (auch Traktionsbatterie genannt) gespeisten Elektromotor erzeugt wird.
-
Wenigstens ein Gleichspannungswandler wird zur Wandlung einer Hochspannung der Hochvoltbatterie in eine für eine Niedervoltbatterie geeignete Niederspannung genutzt.
-
Es wird ferner vorgeschlagen, dass bei einer bestehenden elektrischen Verbindung der Hochvoltbatterie mit einem Hochvoltnetz des Elektrofahrzeugs, zumindest jedoch im normalen Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs, elektrische Verbraucher eines Niedervoltnetzes des Elektrofahrzeugs ausschließlich oder zumindest überwiegend durch eine gespeicherte elektrische Energie der Niedervoltbatterie versorgt werden und dadurch die Niedervoltbatterie zumindest zu einem Teil entladen wird.
-
Hierbei soll unter einem normalem Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs ein solcher Betrieb verstanden werden, bei dem das Elektrofahrzeug sich nicht an einer Ladestation befindet und aufgeladen wird, sondern fährt, wobei das Elektrofahrzeug beziehungsweise seine elektrischen Komponenten störungsfrei funktionieren.
-
Eine bestehende elektrische Verbindung der Hochvoltbatterie mit einem Hochvoltnetz tritt in der Regel dann ein, wenn nach einem „Einschalten“ des Elektrofahrzeugs durch einen Fahrzeugführer durch Betätigung eines Schalters oder dergleichen eine Schützschaltung aktiviert wird und dadurch die Hochvoltbatterie mit dem Hochvoltnetz verbunden wird. Dieser Vorgang entspricht dem Einschalten der Zündung bei herkömmlichen Verbrennermotoren.
-
Zur elektrischen Verbindung der Hochvoltbatterie mit dem das Elektrofahrzeug antreibenden Elektromotor bedarf es in aller Regel eines zusätzlichen Schaltvorgangs, welcher dem Starten eines herkömmlichen Verbrennermotors entspricht.
-
Durch ein solches Verfahren werden die Grundvoraussetzungen dafür geschaffen, dass die Gesamt-Energiebilanz des Elektrofahrzeugs verbessert werden und dadurch Potential für eine Reichweitenverlängerung geschaffen werden kann. Die Niedervoltbatterie wird somit Bestandteil eines aus Hoch- und Niedervoltenergie bestehenden Energievorrats.
-
So erfolgt im normalen Fahrbetrieb bei den allermeisten bekannten Elektrofahrzeugen die Energieversorgung des Niedervoltnetzes ausschließlich mit der elektrischen Energie der Hochvoltbatterie über einen ständigen Betrieb des zwischengeschalteten Gleichspannungswandlers. Eine derartige, ständige Zwischenschaltung des Gleichspannungswandlers zur Lieferung der gerade im Niedervoltnetz benötigten Energie ist jedoch mit übermäßig großen Verlusten behaftet, da der Gleichspannungswandler auf diese Weise nicht wirkungsgradoptimiert betrieben werden kann.
-
Durch die primäre Ausnutzung der Energie der Niedervoltbatterie zur elektrischen Energieversorgung der im Niedervoltnetz vorhandenen Verbraucher wird die Aktivierung des Gleichspannungswandlers nicht oder kaum benötigt, so dass durch die verbesserte Energiebilanz am Ende mehr elektrische Energie der Hochvoltbatterie zum Antrieb des Elektrofahrzeugs zur Verfügung steht oder gestellt werden kann.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die elektrischen Verbraucher des Niedervoltnetzes solange durch die gespeicherte elektrische Energie der Niedervoltbatterie gespeist werden, bis ein Ladezustand der Niedervoltbatterie einen bestimmten, unteren Grenzwert erreicht. Auf diese Weise können die Voraussetzungen für eine gute Ausnutzung des Energievorrats der Niedervoltbatterie geschaffen werden.
-
So ist es besonders zweckmäßig, wenn der bestimmte, untere Grenzwert in einem Bereich von etwa 5 Prozent bis etwa 40 Prozent, besonders bevorzugt in einem Bereich von etwa 10 Prozent bis etwa 30 Prozent eines maximal möglichen Ladezustandes der Niedervoltbatterie gewählt wird.
-
Durch einen derartig gewählten, unteren Grenzwert kann ein guter Kompromiss zwischen größtmöglicher Kapazitätsausnutzung der Niedervoltbatterie einerseits und schonender Entladung der Niedervoltbatterie andererseits erreicht werden.
-
In einer Verwirklichung des Erfindungsgedankens wird die Niedervoltbatterie nach Erreichen des unteren Grenzwertes durch eine Aktivierung des Gleichspannungswandlers erst dann wieder auf ihren maximal möglichen Ladezustand aufgeladen, wenn eine Aufladung der Hochvoltbatterie durchgeführt wird.
-
Durch eine derartige Verfahrensweise kann sichergestellt werden, dass eine Aufladung der Niedervoltbatterie auf ihren maximal möglichen Ladezustand im Wesentlichen reichweitenneutral erfolgen kann. In der Regel erfolgt eine Aufladung der Hochvoltbatterie an einer geeigneten Ladestation.
-
Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird die Niedervoltbatterie nach Erreichen des unteren Grenzwertes durch eine Aktivierung des Gleichspannungswandlers so lange auf oder in etwa auf dem unteren Grenzwert ihres Ladezustandes gehalten, bis eine Aufladung der Hochvoltbatterie durchgeführt wird. Während der Fahrt besteht keine Verbindung eines Ladegerätes des Elektrofahrzeugs mit einem externen Stromnetz. Die Hochvoltbatterie kann also nicht geladen werden, so dass der Gleichspannungswandler die Aufgabe hat, ab dem erreichten, unteren Grenzwert des Ladezustandes der Niedervoltbatterie, diesen erreichten Grenzwert wirkungsgradoptimiert aufrechtzuerhalten.
-
Nach weiteren Merkmalen der Erfindung wird eine Steuerungslogik verwendet, bei der eine Aufladung der Niedervoltbatterie durch Aktivierung des Gleichspannungswandlers unter Berücksichtigung von an einem Routenverlauf zur Verfügung stehender Ladestationen und einem Ladezustand der Hochvoltbatterie erfolgt.
-
Eine derartige Steuerungslogik kann beispielsweise Bestandteil eines Batteriemanagementsystems oder signaltechnisch mit einem solchen verbunden sein. Daten eines Routenverlaufs mit zur Verfügung stehenden Ladestationen können aus einem fahrzeugseitig zur Verfügung stehenden Navigationssystem entnommen werden, welches beispielsweise Bestandteil eines Infotainmentsystems sein kann.
-
So kann es beispielsweise im Ausnahmefall zweckmäßig sein, die Niedervoltbatterie bereits während der Fahrt dann aufzuladen, wenn auf Grund eines niedrigen Ladezustandes der Hochvoltbatterie eine baldige Aufladung der Hochvoltbatterie notwendig ist. Über geeignete Erfassungsmittel, wie beispielsweise Sensoren, können ein Energieverbrauch des Elektrofahrzeugs erfasst und eine noch bestehende Reichweite des Elektrofahrzeugs hochgerechnet werden. Unter Berücksichtigung des noch zu erwartenden Energieverbrauchs für eine vollständige Aufladung der Niedervoltbatterie während der Fahrt kann dann bestimmt werden, ob das Elektrofahrzeug trotz einer Aufladung der Niedervoltbatterie dennoch zu einer Ladestation auf der Route gelangen kann. Hierdurch können Wirkungsgrad- und Ladezeitvorteile beim Aufladen der Niedervolt- und der Hochvoltbatterie erzielt werden.
-
Es ist ferner auch denkbar, dass ein Fahrzeugführer ausnahmsweise einen Ladezustand der Niedervoltbatterie bewusst selbst steuert, indem der eine Aufladung der Niedervoltbatterie durch die elektrische Energie der Hochvoltbatterie während der Fahrt beispielsweise durch Betätigung eines Schalters veranlasst. Mit anderen Worten konfiguriert er dadurch die Standzeit der Niedervoltbatterie für einen bevorstehenden Stillstand des Fahrzeugs, beispielsweise für einen längeren Urlaub.
-
Eine durch diese Verfahrensweise verlängerte Standzeit der Niedervoltbatterie kann auch für längere Transportzeiten des Elektrofahrzeugs wertvoll sein. Eine Abschaltung aller nicht unbedingt genutzten Systeme ist dann nicht mehr erforderlich. Das Elektrofahrzeug bzw. Kommunikationseinrichtungen des Elektrofahrzeugs könnten somit auch im Transportfall erreichbar sein und beispielsweise notwendige Updates durchgeführt werden.
-
Es kann auch ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug bereitgestellt werden, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist.
-
Dabei wird von einem batteriebetriebenen Elektrofahrzeug ausgegangen, mit einer Hochvoltbatterie zum Antrieb des Elektrofahrzeugs und mit wenigstens einer Niedervoltbatterie zur elektrischen Spannungsversorgung eines elektrische Verbraucher aufweisenden Niedervoltnetzes. Es ist ferner wenigstens ein Gleichspannungswandler zur Wandlung einer Hochspannung der Hochvoltbatterie in eine für die Niedervoltbatterie geeignete Niedervoltspannung vorhanden.
-
Das zur Durchführung des Verfahrens geeignete Elektrofahrzeug lässt sich dadurch beschreiben, dass es zumindest in einem Betriebsmodus derart betreibbar ist oder betrieben wird, dass bei einer bestehenden elektrischen Verbindung der Hochvoltbatterie mit einem Hochvoltnetz des Elektrofahrzeugs, zumindest jedoch im Fahrbetrieb des Elektrofahrzeugs, elektrische Verbraucher des Niedervoltnetzes ausschließlich oder zumindest überwiegend durch gespeicherte elektrische Energie der Niedervoltbatterie versorgt werden und so die Niedervoltbatterie bis auf einen bestimmten, unteren Grenzwert entladen werden kann.
-
Mit einem derart hergerichteten Elektrofahrzeug kann das oben beschriebene Verfahren gut durchgeführt werden.
-
Die eingesetzte Niedervoltbatterie sollte zweckmäßigerweise zyklisch wiederaufladbar sein. Insbesondere sollte die Niedervoltbatterie eine derart hohe Zyklusfestigkeit aufweisen, dass sie wenigstens mehrere hundert, vorzugsweise über tausende Ladezyklen ohne Einbußen an Ladekapazität durchführen kann.
-
Die Niedervoltbatterie ist eine Lithium-Ionen-Batterie. Eine derartig ausgebildete Niedervoltbatterie ist zuverlässig, bewährt und sehr gut zyklisch wiederaufladbar.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird anhand der Figuren in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dadurch werden auch noch weitere Vorteile der Erfindung deutlich. Gleiche Bezugszeichen, auch in unterschiedlichen Figuren, beziehen sich auf gleiche, vergleichbare oder funktional gleiche Bauteile. Dabei werden entsprechende oder vergleichbare Eigenschaften und Vorteile erreicht, auch wenn eine wiederholte Beschreibung oder Bezugnahme darauf nicht erfolgt. Die Figuren sind nicht oder zumindest nicht immer maßstabsgetreu. In manchen Figuren können Proportionen oder Abstände übertrieben dargestellt sein, um Merkmale eines Ausführungsbeispiels deutlicher hervorheben zu können.
-
Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 ein Signalschaltbild des Elektrofahrzeugs zur Veranschaulichung der für die Erfindung wesentlichen Komponenten,
- 2 ein stark vereinfachtes Diagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens und
- 3 das batteriebetriebene Elektrofahrzeug zur Durchführung des Verfahrens.
-
Zunächst wird auf die 1 Bezug genommen. In dieser Figur ist ein Signalschaltbild eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs BEV (Battery Electric Vehicle) dargestellt. Es ist ersichtlich, dass das Elektrofahrzeug BEV ein Hochvoltnetz HV und ein Niedervoltnetz NV aufweist.
-
Das Hochvoltnetz HV kann beispielsweise einen Spannungsbereich von etwa 100 bis 800 Volt aufweisen und wird durch die gespeicherte, elektrische Energie einer Hochvoltbatterie 2 versorgt.
-
Die Hochvoltbatterie 2 dient in erster Linie zur Energieversorgung eines elektrischen Antriebsmotors 1, welcher über einen Pulswechselrichter 5 mit der Hochvoltbatterie 2 verbunden ist und zum Antrieb des Elektrofahrzeugs BEV genutzt wird. Die Hochvoltbatterie 2 wird daher auch Traktionsbatterie genannt.
-
Über die Hochvoltbatterie 2 können außer dem Antriebsmotor 1 noch weitere elektrische Verbraucher, wie beispielsweise ein Klimakompressor 6, mit elektrischer Energie versorgt werden.
-
Zur elektrischen Aufladung der Hochvoltbatterie 2 dient ein Ladegerät 8, welches als AC/DC-Wandler ausgebildet ist und über einen angedeuteten Ladestecker 7 an ein nicht dargestelltes, externes Stromnetz, beispielsweise an eine Ladestation, angeschlossen werden kann.
-
Das Niedervoltnetz NV wird durch die gespeicherte elektrische Energie einer Niedervoltbatterie 4 versorgt. Beispielhaft sind elektrische Verbraucher 9, 10 und 11 des Niedervoltnetzes NV dargestellt. Dabei können der elektrische Verbraucher 9 als ein Infotainmentsystem, der elektrische Verbraucher 10 als ein Lüfter und der elektrische Verbraucher 11 als eine Innenraumbeleuchtung ausgebildet sein.
-
Eine elektrische Verbindung zwischen dem Hochvoltnetz HV und dem Niedervoltnetz NV kann durch Aktivierung eines Gleichspannungswandlers 3 (DC/DC-Wandler) bei Bedarf hergestellt werden. Dies führt dazu, dass die am Hochvoltnetz HV anliegende Hochspannung durch den Gleichspannungswandler 3 auf eine solche niedrigere Niederspannung gewandelt wird, die für das Niedervoltnetz NV geeignet ist. Das Niedervoltnetz NV bzw. die Niedervoltbatterie 4 können eine Versorgungsspannung von 6 Volt bis 48 Volt aufweisen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass es sich bei der Niedervoltbatterie 4 um eine 12-Volt Batterie handelt.
-
Im Stand der Technik dient ein Gleichspannungswandler dazu, nach Aktivierung des Hochvoltnetzes durch einen mit der herkömmlichen Zündungseinschaltung vergleichbaren Vorgang, elektrische Verbraucher des Niedervoltnetzes bei Bedarf über den Gleichspannungswandler sofort mit elektrischer Energie zu versorgen. Eine Niedervoltbatterie (zumeist eine Bleibatterie) des Niedervoltnetzes wird lediglich als reine Backup-Batterie betrieben, um im Fall eines nicht zur Verfügung stehenden Hochvoltnetzes elektrische Verbraucher des Niedervoltnetzes, insbesondere sicherheitsrelevante elektrische Verbraucher, zumindest noch für eine gewisse Zeit mit elektrischer Energie versorgen zu können.
-
Gänzlich anders wird bei dem vorliegenden Verfahren vorgegangen:
- Die Niedervoltbatterie 4 wird nicht als Backup-Batterie betrieben, sondern dient von Anfang an, d. h. bereits mit Herstellung der elektrischen Verbindung der Hochvoltbatterie 2 mit dem Hochvoltnetz HV durch „Einschalten der Zündung“ zur elektrischen Energieversorgung der am Niedervoltnetz NV angeschlossenen, elektrischen Verbraucher (beispielsweise Infotainmentsystem 9, Lüfter 10 und Innenraumbeleuchtung 11).
-
Die Niedervoltbatterie 4 wird also so verwendet, dass die für die elektrischen Verbraucher 9 bis 11 des Niedervoltnetzes NV benötigte Niedervoltenergie in einem Fahrzyklus ausschließlich oder zumindest überwiegend aus der Niedervoltbatterie 4 entnommen wird. Während eines Fahrzyklus befindet sich das Elektrofahrzeug BEV nicht an einer Ladestation, wird also nicht elektrisch aufgeladen.
-
Diese Verfahrensweise führt daher zu einer Entlastung der Hochvoltbatterie 2, der ansonsten zusätzlich zur Energie für den Antrieb elektrische Energie zur Versorgung des Niedervoltnetzes NV entnommen werden muss. Indirekt kann durch diese Verfahrensweise also eine Reichweitenverlängerung des Elektrofahrzeugs BEV erzielt werden.
-
Darüber hinaus wird es durch diese Verfahrensweise möglich, den Gleichspannungswandler 3 wirkungsgradoptimiert zu betreiben, d. h. der Gleichspannungswandler 3 kann in einem Fahrzyklus überwiegend im Standby-Betrieb gehalten werden. Ein Wiederaufladen der Niedervoltbatterie 4 durch den Gleichspannungswandler 3 erfolgt dann zu einem späteren Zeitpunkt mit hoher Energie in einem Energiebereich mit optimalem Wirkungsgrad. Die Gesamteffizienz des Elektrofahrzeugs BEV wird dadurch also gesteigert.
-
Diese Verfahrensweise soll noch einmal anhand der 2 veranschaulicht werden. In dieser Figur ist ein Diagramm ersichtlich, bei dem ein Ladezustand LHV der Hochvoltbatterie 2, ein Ladezustand LNV der Niedervoltbatterie 4 und eine Fahrgeschwindigkeit v des Elektrofahrzeugs BEV über der Zeit t aufgetragen sind.
-
So wird zu einem Zeitpunkt t0 eine elektrische Verbindung zwischen der Hochvoltbatterie 2 und dem Hochvoltnetz HV durch Betätigen eines hier nicht dargestellten Schalters hergestellt. Es wird sozusagen „die Zündung eingeschaltet“. Gleichzeitig wird auch die Niedervoltbatterie 4 mit dem Niedervoltnetz NV verbunden. Ab diesem Zeitpunkt werden eingeschaltete elektrische Verbraucher des Niedervoltnetzes NV, beispielsweise die elektrischen Verbraucher 9 bis 11 (vergleiche 1) mit elektrischer Energie, d. h. mit Spannung aus der Niedervoltbatterie 4 versorgt. Dies führt dazu, dass der Ladezustand LNV der Niedervoltbatterie 4 mit der Zeit etwas absinkt und ein anfangs vorhandener, maximal möglicher Ladezustand LNV100 der Niedervoltbatterie 4 verlassen wird.
-
Zu einem Zeitpunkt t1 wird der elektrische Antriebsmotor 1 durch die Hochvoltspannung der Hochvoltbatterie 2 bestromt und das Elektrofahrzeug BEV setzt sich mit einer Fahrgeschwindigkeit v in Bewegung. Spätestens ab diesem Zeitpunkt befindet sich das Elektrofahrzeug BEV nicht mehr in einer Ladestation, wird also nicht mehr aufgeladen. Dies führt dazu, dass auch ein Ladezustand LHV der Hochvoltbatterie 2 einen anfänglichen, maximal möglichen Ladezustand LHV100 verlässt und absinkt.
-
Der Ladezustand LNV der Niedervoltbatterie 4 sinkt gleichermaßen weiter ab, da elektrische Verbraucher des Niedervoltnetzes NV weiterhin ausschließlich durch die gespeicherte Energie der Niedervoltbatterie 4 versorgt werden.
-
Ein entsprechendes Batteriemanagementsystem ist derart eingerichtet, dass die Niedervoltbatterie 4 solange zur elektrischen Versorgung der im Niedervoltnetz NV angeschlossenen Verbraucher genutzt wird, bis zu einem Zeitpunkt t2 der Ladezustand LNV der Niedervoltbatterie 4 einen bestimmten oder bestimmbaren, unteren Grenzwert LNVG erreicht.
-
Aus batterietechnischen Gründen soll/darf der Ladezustand LNV nicht weiter in Richtung eines minimalen Ladezustandes NLV0 (vollständige Entladung) der Niedervoltbatterie 4 fallen. Andernfalls würde die Niedervoltbatterie 4 einen irreparablen Schaden oder zumindest deutliche Kapazitätseinbußen erleiden.
-
Daher wird zu diesem Zweck während der Fahrt (bzw. ohne Verbindung des Elektrofahrzeugs BEV mit einem externen Stromnetz) der Ladezustand LNV der Niedervoltbatterie 4 auf oder zumindest in etwa auf einem Ladezustand LNV gehalten, der dem unteren Grenzwert LNVG des Ladezustandes der Niedervoltbatterie 4 entspricht. Diese Verfahrensweise wird solange fortgesetzt, bis zu einem Zeitpunkt t4 das Elektrofahrzeug BEV wieder aufgeladen wird, beispielsweise an einer externen Ladestation.
-
In dem Zeitraum zwischen t2 bis t4, wo der untere Grenzwert NLVG des Ladezustandes der Niedervoltbatterie 4 erreicht ist, muss also der Gleichspannungswandler 3 eingeschaltet werden und hat die Aufgabe, die Niedervoltbatterie 4 wirkungsgradoptimiert zu „Balancen“, d. h. auf diesem unteren Grenzwert LNVG zu halten.
-
Der Ladezustand LHV der Hochvoltbatterie 2 sinkt in dieser Zeit weiter ab, bis der Ladezustand LHV zu einem Zeitpunkt t3 ebenfalls einen unteren Grenzwert LHVG erreicht.
-
Bereits zu diesem Zeitpunkt oder kurz davor wird ein Fahrzeugführer fahrzeugseitig darauf aufmerksam gemacht, dass eine Aufladung des Elektrofahrzeugs BEV beziehungsweise der Hochvoltbatterie 2 erfolgen muss. Es soll vermieden werden, dass der Ladezustand LHV der Hochvoltbatterie 2 weiter in Richtung eines minimalen Ladezustandes LHV0 abfällt.
-
Zum bereits erwähnten Zeitpunkt t4 ist ein Fahrzyklus des Elektrofahrzeugs BEV beendet und es erfolgt wieder eine Aufladung der Hochvoltbatterie 2.
-
Während der Aufladung der Hochvoltbatterie 2 hat der Gleichstromwandler 3 die Aufgabe, die Niedervoltbatterie 4 mit dem durch das Ladegerät 8 zur Verfügung gestellten Strom wieder aufzuladen, vorzugsweise bis zum maximalen Ladezustand LNV 100.
-
Der Gleichspannungswandler 3, der im Zeitraum t0 bis t2 in einem Standby-Betrieb betrieben wurde, kann nun wirkungsgradoptimiert betrieben werden, indem ein Aufladen der Niedervoltbatterie 4 mit hoher Energie in einem für den Gleichspannungswandler 3 optimalen Leistungsbereich durchgeführt wird.
-
Ab dem Zeitpunkt t5 ist die Aufladung beendet und das Elektrofahrzeug BEV wird wieder vom externen Stromnetz getrennt. Hier beginnt ein neuer Fahrzyklus, bei dem wiederum zunächst der Ladezustand LNV und zu einem Zeitpunkt t6 (Wiederanfahrt des Elektrofahrzeugs BEV) auch der Ladezustand LHV wieder absinkt.
-
Schließlich soll anhand der 3 das Elektrofahrzeug BEV, mit welchem das Verfahren durchgeführt werden kann, aus einem anderen Blickwinkel kurz erläutert werden. So ist ersichtlich, dass das Elektrofahrzeug BEV die Hochvoltbatterie 2 aufweist, welche aus sechs Batteriemodulen 20 besteht. Die Batteriemodule 20 sind in Reihe geschaltet und weisen jeweils nicht näher dargestellte Batteriezellen auf. Nach dem „Einschalten“ des Elektrofahrzeugs BEV über einen Schalter 15 auf einer Mittelkonsole 14 des Elektrofahrzeugs BEV werden über eine Steuer- und Logikschaltung 16 nicht näher dargestellte Schütze aktiviert, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen der Hochvoltbatterie 2 und dem Hochvoltnetz HV (vgl. 1) hergestellt wird. Gleichzeitig werden auch elektrische Verbraucher des Niedervoltnetzes NV, wie beispielsweise das Infotainmentsystem 9, der Lüfter 10, die Innenraumbeleuchtung 11 (Ambientebeleuchtung) und ein Kombiinstrument 13 eingeschaltet. Das Kombiinstrument 13 und die Innenraumbeleuchtung 11 sind im Bereich einer Instrumententafel 12 angeordnet.
-
Wie bereits erwähnt, wird die zum Betrieb des Infotainmentsystems 9, des Lüfters 10, der Innenraumbeleuchtung 11 und auch des Kombiinstrumentes 13 notwendige elektrische Energie von Anfang an durch die Niedervoltbatterie 4 bereitgestellt, die dadurch mit der Zeit zu einem Teil entladen wird.
-
Zum Wiederaufladen der Niedervoltbatterie 4 wird der Gleichspannungswandler 3 zugeschaltet und stellt die elektrische Verbindung zwischen der Hochvoltbatterie 2 und der Niedervoltbatterie 4 in beschriebener Weise her.
-
Zur Einsparung von Bauteilen und damit Gewicht sowie Verringerung des Montageaufwandes können der Gleichspannungswandler 3 und die Niedervoltbatterie 4 auch in einem gemeinsamen Gehäuse 17 platzsparend untergebracht sein.
-
Schließlich soll noch erwähnt werden, dass eine Abstimmung (ein „Balancing“) zwischen dem Hochvoltnetz HV und dem Niedervoltnetz NV dadurch unter Umständen optimiert werden kann, wenn durch eine Steuerungslogik eine Aufladung der Niedervoltbatterie 4 durch Aktivierung des Gleichspannungswandlers 3 unter Berücksichtigung von an einem Routenverlauf zur Verfügung stehender Ladestationen und unter Berücksichtigung eines Ladezustandes der Hochvoltbatterie 2 erfolgt. So kann beispielsweise bereits zum Zeitpunkt t3, an dem der untere Grenzwert LHVG vom Ladezustand LHV der Hochvoltbatterie 2 erreicht ist, bereits der Gleichspannungswandler 3 aktiviert werden und im Vorfeld einer Aufladung der Hochvoltbatterie 2 für eine „vorzeitige“ Aufladung der Niedervoltbatterie 4 sorgen.
-
Dies wird folglicherweise zu einem etwas steileren (vorausberechneten) Abfall des Ladezustandes LHV der Hochvoltbatterie 2 führen (vgl. 2, LHV'). Durch die früher beginnende, intensivere Aufladung der Niedervoltbatterie 4 (vgl. veränderten Verlauf des Ladezustandes LNV der Niedervoltbatterie 4, LNV') durch den Gleichspannungswandler 3 können dieser mit einem besseren Wirkungsgrad betrieben und die Hochvoltbatterie 2 dennoch rechtzeitig aufgeladen werden.
