DE102020203692A1

DE102020203692A1 - Verfahren zur Leistungsoptimierung eines elektrifizierten Fahrzeugs und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102020203692A1
Application number: DE102020203692.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Müller; Lennart Matthias; Stefan Klie
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-03-23
Filing date: 2020-03-23
Publication date: 2021-09-23
Also published as: US20230202310A1; WO2021190824A1; CN115605371A; EP4126585A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsoptimierung eines elektrifizierten Fahrzeugs (10) mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher (12), mit mindestens einem elektrischen Antrieb (14) und mit mindestens einem Nebenaggregat (16), wobei der elektrische Energiespeicher (12) eine maximale Entladeleistung (18) und eine Dauerentladeleistung (20) aufweist,Es ist vorgesehen, dass, die verfügbare aus dem elektrischen Energiespeicher (12) intelligent verteilt wird, um einen für den Fahrer des elektrifizierten Fahrzeugs (10) einen akzeptablen Fahrzeugbetrieb zu ermöglichen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsoptimierung eines elektrifizierten Fahrzeugs mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher, mit mindestens einem elektrischen Antrieb und mit mindestens einem Nebenaggregat, wobei der elektrische Energiespeicher eine maximale Entladeleistung und eine Dauerentladeleistung aufweist.
Daneben betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher, mit mindestens einem elektrischen Antrieb, mit mindestens einem Nebenaggregat und mit mindestens einer Leistungssteuereinheit, wobei der elektrische Energiespeicher eine maximale Entladeleistung und eine Dauerentladeleistung aufweist.
Die seit vielen Jahren bestehende Vorherrschaft der Verbrennungsmotoren in Personenkraftwagen soll durch nachhaltige Elektroantriebe abgelöst werden. Die Elektromotoren in aktuellen reinen Elektrofahrzeugen beziehen ihre Energie in der Regel aus Akkumulatoren in Form von einer oder mehrerer Batterien. Der Vorteil von Elektroautos liegt in erster Linie darin, dass sie lokal keine CO₂-Emissionen ausstoßen. Ein Nachteil von aktuellen Elektroautos liegt in der geringeren Reichweite, im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Darüber hinaus birgt der grundsätzliche Unterschied der Energiespeicher Nachteile. Die Leistung eines Verbrennungsmotors ist nicht vom Tankfüllstand abhängig. Die Leistungsfähigkeit eines Elektromotors hängt aber von der schwankenden Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichers ab. Das liegt nicht zuletzt an der Temperaturabhängigkeit von Hochvoltbatterien. Bei geringer Zelltemperatur ist mit einer deutlichen Leistungseinschränkung zu rechnen.
Um die Reichweite eines Elektrofahrzeugs in Abhängigkeit der Temperatur und der damit einhergehenden schwankenden Leistungsfähigkeit einer Hochvoltbatterie zu berechnen, werden unterschiedliche Bemühungen angestellt.
Die JP 2013 068590 A zeigt beispielsweise ein Verfahren zur Ermittlung der Reichweite eines Elektrofahrzeugs unter Berücksichtigung der Wetterinformationen. Die Wetterinformationen, die eine geplante Reiseroute abdecken, werden erfasst, der Ladezustand einer Hochvoltbatterie erkannt und der durchschnittliche Stromverbrauch in einem vorgeschriebenen Abschnitt wird ermittelt. Auf der Grundlage der Wetterinformationen wird die benötigte Leistung einer fahrunterstützenden Hilfsmaschine bestimmt und daraus die Reichweite des Fahrzeugs ermittelt. Dabei kann auch die aktuelle Reichweite während der Fahrt anhand von aktuellen, übermittelten Wetterinformationen bestimmt werden.
Der vorbenannte Stand der Technik berücksichtigt zwar die Zelltemperatur einer Hochvoltbatterie, weitere Einflüsse zur Leistungsoptimierung, insbesondere die aktuelle Leistungsverfügbarkeit, werden aber nicht betrachtet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Leistungsoptimierung sowie ein Fahrzeug anzugeben, bei denen ein möglichst langer und akzeptabler Fahrbetrieb und eine größtmögliche Verfügbarkeit von Komfortfunktionen möglich ist.
Diese Aufgabe ist bei der vorliegenden Erfindung zunächst gelöst durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1, wonach die maximale Entladeleistung dem elektrischen Antrieb und/oder dem mindestens einen Nebenaggregat in einem bestimmten Energiekontingent zur Verfügung gestellt wird. Nach Verbrauch des Energiekontingents wird die maximale Entladeleistung auf die Dauerentladeleistung reduziert und die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats in Abhängigkeit des noch zur Verfügung stehenden Energiekontingents der maximalen Entladeleistung wird reduziert, wenn durch den Leistungsabruf für den elektrischen Antrieb und die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats ein bestimmter Grenzwert überschritten wird. Das Verfahren kann in allen Fahrzeugen mit elektrifizierten Antrieben, insbesondere in batterieelektrischen Fahrzeugen, Plug-In-Hybrid-Fahrzeugen und Brennstoffzellfahrzeugen angewendet werden. Mit anderen Worten steht ein Energiekontingent zur Verfügung, das mit voller Leistung abgerufen werden kann. Ist es aufgebraucht, erfolgt eine Reduktion auf die Dauerentladeleistung. Die Nebenverbraucher sollen nicht allein über die verfügbare Dauerentladeleistung gesteuert werden, sondern auch auf das Energiekontingent zurückgreifen können. Die Nebenverbraucher sollen aber nicht über das gesamte Energiekontingent verfügen, daher erfolgt eine Reduktion der verfügbaren Leistung für Nebenverbraucher in der Form, dass zu erwartende „normale“ Fahrmanöver noch ohne Einschränkung bewältigt werden können.
Das Energiekontingent kann beispielsweise ein zeitliches Kontingent für den Leistungsabruf des elektrischen Energiespeichers sein. Es könnte ganz allgemein ein Kontingent sein, das die Verfügbarkeit der Entladeleistung oberhalb der Dauerentladeleistung beeinflusst. Dazu zählen beispielsweise auch eine nutzbare Energiemenge, eine Zeitdauer, ein Leistungsdurchsatz oder ein thermischer Energieeintrag.
Als Nebenaggregate sind alle Hilfsmaschinen eines Fahrzeugs zu verstehen, die nicht direkt die Fortbewegung des Fahrzeugs bewirken. Dazu zählen beispielsweise die Lenk- und Bremsunterstützung, aber auch die Klimaanlage und die Heizung.
Unter der maximalen Entladeleistung ist die Leistung zu verstehen, die ohne Berücksichtigung einer momentanen Belastung oder einer Belastungshistorie verfügbar ist. Zur Sicherstellung der Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers wird die maximale Entladeleistung nur für etwa 10s beziehungsweise einige 10s uneingeschränkt zur Verfügung gestellt, danach erfolgt ein gewolltes Abfallen der aktuellen Entladeleistung auf die Dauerentladeleistung. Die Dauerentladeleistung kann als ein niedrigeres Leistungsniveau als die maximale Entladeleistung bezeichnet werden. Die Dauerentladeleistung steht für einen längeren Zeitraum zur Verfügung. Die aktuelle Entladeleistung ist abhängig vom aktuellen Betriebszustand. Entsprechend ist auch die maximale Entladeleistung abhängig vom aktuellen Betriebszustand.
Der Leistungsabruf für den elektrischen Antrieb erfolgt seitens des Fahrers des Fahrzeugs durch Betätigung des Pedals, aber auch von Fahrerassistenzsystemen. Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich insbesondere um eine Hochvoltbatterie handeln.
Ein erster Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass ein Kompromiss zwischen der Leistung von Nebenaggregaten und dem elektrischen Antrieb in bestimmten Situationen gefunden werden kann. Es ist möglich die Leistung zwischen Nebenaggregaten und dem elektrischen Antrieb so aufzuteilen, dass ein möglichst langer und akzeptabler Fahrbetrieb ermöglicht wird, trotz möglicherweise stark eingeschränkter Leistungsverfügbarkeit seitens des elektrischen Energiespeichers. Die verfügbare Leistung wird folglich intelligent verteilt.
Insbesondere Komfortverbraucher können als eine Art Grundlast interpretiert werden. Eine Grundlast wird üblicherweise nicht aus einer kurzzeitig verfügbaren Quelle versorgt. Das bedeutet, dass die Versorgung der Komfortverbraucher durch längerfristig zur Verfügung stehende Quellen erfolgt, sprich durch die Dauerentladeleistung. Damit die Nebenaggregate, insbesondere Komfortverbraucher, auch bei einem stehenden Fahrzeug oder geringen Fahrleistungen einsatzfähig sind, wird den Nebenaggregaten auch das Energiekontingent zur Verfügung gestellt.
Durch die Überwachung des noch zur Verfügung stehenden Energiekontingents können Nebenaggregate, insbesondere Komfortverbraucher, aktiv gehalten werden, wenn der Antrieb einen entsprechend geringen Energiebedarf hat. Im entsprechend anderen Fall kann diese Leistung reduziert oder gänzlich abgeschaltet werden, wenn entsprechend hohe Fahrleistungen abgefordert werden
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Grenzwert durch die Dauerentladeleistung des elektrischen Energiespeichers definiert wird. Auf diese Weise ist die Minimalgrenze für die Leistung festgelegt, die gerade noch ausreichend ist, um den Antrieb mit Leistung zu versorgen und gleichzeitig eine maximale Leistung für das mindestens eine Nebenaggregat, im aktuellen Betriebspunkt, zur Verfügung zu stellen.
Alternativ kann bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass als Grenzwert ein bestimmtes Verhältnis zwischen aktueller Entladeleistung des elektrischen Energiespeichers und der maximalen Entladeleistung des elektrischen Energiespeichers gewählt wird, bevorzugt ein Verhältnis zwischen 40 % und 80 %, besonders bevorzugt zwischen 50 % und 70 %. Dieses Verhältnis, als Grenzwert, kann auch während der Fahrt des elektrifizierten Fahrzeugs variabel angepasst werden. Somit kann der Grenzwert an die individuellen Gegebenheiten während der Fahrt des Fahrzeugs angepasst werden. Denkbar wäre auch, dass Streckendaten oder Informationen über eine bevorstehende Bergabfahrt mit einbezogen werden, um die Freigabe des Energiekontingents für Nebenaggregate anzupassen.
Um weitere Einflüsse auf die Leistung zu berücksichtigen, ist bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats in Abhängigkeit der Temperatur des elektrischen Energiespeichers reduziert wird. Die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats wird also zusätzlich in Abhängigkeit der Temperatur des elektrischen Energiespeichers reduziert. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die maximale Entladeleistung in Abhängigkeit der momentanen Temperatur des elektrischen Energiespeichers definiert wird. Zusätzlich kann die maximale Entladeleistung auch abhängig von der aktuellen Belastungshistorie sein.
Entsprechend kann alternativ oder zusätzlich bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats in Abhängigkeit des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers reduziert wird. Die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats wird also zusätzlich in Abhängigkeit des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers reduziert. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die maximale Entladeleistung in Abhängigkeit des momentanen Ladezustands des elektrischen Energiespeichers definiert wird. Zusätzlich kann die maximale Entladeleistung auch abhängig von der aktuellen Belastungshistorie sein. Die maximale Entladeleistung kann auch in Abhängigkeit von der momentanen Temperatur des elektrischen Energiespeichers, vom momentanen Ladezustand des elektrischen Energiespeichers und von der aktuellen Belastungshistorie definiert werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Nebenaggregate vorgesehen. Den Nebenaggregaten werden Prioritäten zugeordnet und die Leistung der Nebenaggregate wird in Abhängigkeit der zugeordneten Priorität reduziert. Auf diese Weise kann die Leistung von Nebenaggregaten, die am wenigsten Einfluss auf einen akzeptablen Betrieb und insbesondere auf den Fahrerwunsch haben, zuerst reduziert werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Prioritäten im laufenden Betrieb angepasst werden. Es ist denkbar, dass durch Einstellungen, die vom Fahrer des Fahrzeugs vorgenommen werden, die Prioritäten verändert werden.
Wenn der Fahrer beispielsweise die Klimatisierung des Fahrzeugs verändert, kann dies als Indiz gewertet werden, dass der Fahrer die Klimatisierung in der aktuellen Situation besonders bevorzugt. Entsprechend kann die Priorisierung der für die Klimatisierung zuständigen Nebenaggregate erhöht werden. Andere Nebenaggregate, die dann nicht dem vermeintlichen Fahrerwunsch zugeordnet werden können und die für einen akzeptablen Betrieb des elektrifizierten Fahrzeugs nicht unmittelbar notwendig sind, wird eine entsprechend niedrigere Priorisierung zugeordnet. Die Leistung dieser Nebenaggregate wird dann im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens zuerst reduziert.
Alternativ oder zusätzlich ist bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass mindestens ein Komfortverbraucher durch ein Nebenaggregat mit Leistung versorgt wird und dass diesem Nebenaggregat eine geringe Priorität zugeordnet wird. Unter einem Komfortverbraucher ist beispielsweise die Klimatisierung des elektrifizierten Fahrzeugs zu verstehen. In der Normaleinstellung kann daher vorgesehen sein, dass grundsätzlich die Leistung von Komfortverbrauchern beziehungsweise von Nebenaggregaten, die Komfortverbraucher mit Leistung versorgen, zuerst reduziert wird, da diese nicht direkt die Fortbewegung des Fahrzeugs bewirken. Die Priorisierung kann durch den Fahrerwunsch verändert werden.
Um das Verfahren weiter zu optimieren, ist bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass bei erstmaligem Unterschreiten eines zweiten Grenzwertes, nach Überschreiten des Grenzwertes, die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats wieder erhöht wird. Es wird folglich erkannt, dass eine Erholung des Systems stattfindet. Daraufhin wird das Kontingent für den Abruf der aktuell maximalen Entladeleistung wieder gefüllt. Entsprechend erfolgt eine Leistungsfreigabe für die Leistung der Nebenaggregate, die zuvor reduziert wurde. Auf diese Weise bleibt gewährleistet, dass Nebenaggregatfunktionen auch bei stärkeren Leistungseinschränkungen des elektrischen Energiespeichers nicht gänzlich entfallen. Die Nebenaggregate erhalten Leistung, wenn der Fahrer des elektrifizierten Fahrzeugs diese nicht verstärkt für den Antrieb fordert.
Um auch Einflüsse der Umgebung zu berücksichtigen ist bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der elektrische Energiespeicher beheizt wird, wenn die Temperatur des elektrischen Energiespeichers einen Temperaturgrenzwert unterschreitet. Für den Fall, dass es sich bei dem elektrischen Energiespeicher um eine Hochvoltbatterie handelt, ist die Leistung des elektrischen Energiespeichers maßgeblich von der Zelltemperatur abhängig. Das heißt, dass es beispielsweise bei kalter Witterung für die Leistungsoptimierung notwendig sein kann, dass die Temperatur des elektrischen Energiespeichers erhöht wird. Das für die Beheizung des elektrischen Energiespeichers zuständige Nebenaggregat kann automatisch bei kalter Witterung höher priorisiert werden, damit die Leistung dieses Nebenaggregats bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht zuerst reduziert wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass einem Fahrer des elektrifizierten Fahrzeugs die aktuelle Entladeleistung des elektrischen Energiespeichers signalisiert wird. Die Signalisierung kann akustisch, aber auch visuell erfolgen. Eine visuelle Signalisierung ist beispielsweise im Anzeigebereich einer Anzeigeeinrichtung möglich. Auf diese Weise kann der Fahrer auch aktiv Einfluss auf die aktuelle Entladeleistung nehmen. Sollte er den elektrischen Antrieb nicht zu sehr fordern, verringert sich auch die aktuelle Entladeleistung. Darüber hinaus ist es selbstverständlich auch denkbar, dass dem Fahrer des Fahrzeugs das verfügbare zeitliche Kontingent der maximalen Entladeleistung signalisiert wird. Auch dies kann akustisch aber auch bevorzugt visuell erfolgen.
Eine Möglichkeit, die Verfügbarkeit der unbeschränkten, maximalen Entladeleistung darzustellen, ist der sogenannte belastungsabhängige Performance-Indikator für das Entladen. Er spiegelt die Information über die Verfügbarkeit einer unbeschränkten maximalen Entladeleistung und den Grad einer belastungsbedingten Einschränkung wider. Bei dauerhaft niedriger Belastung unterhalb der Dauerentladeleistung nimmt der Performance-Indikator den Wert 200 % an. Liegt die momentane Entladeleistung des elektrischen Energiespeichers oberhalb der Dauerentladeleistung, so nimmt der Wert proportional zur Höhe der Überschreitung kontinuierlich ab. Bei 100 % ist das zeitliche Kontingent für die maximale Entladeleistung aufgebraucht und es beginnt die aktive Rücknahme der maximalen Entladeleistung. Die dann noch verfügbare maximale Entladeleistung skaliert direkt über den Wert des Performance-Indikators mit der unbeschränkten maximalen Entladeleistung. Wird die Belastung unter die Dauerentladeleistung zurückgenommen, steigt der Performance-Indikator wieder an.
Die vorgenannte Aufgabe wird außerdem von einem vorgenannten Fahrzeug dadurch gelöst, dass die Leistungssteuereinheit dem elektrischen Antrieb und/oder dem mindestens einen Nebenaggregat die maximale Entladeleistung in einem bestimmten zeitlichen Kontingent zur Verfügung stellt, dass die Leistungssteuereinheit nach Verbrauch des zeitlichen Kontingents die maximale Entladeleistung auf die Dauerentladeleistung reduziert und dass die Leistungssteuereinheit die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats in Abhängigkeit des noch zur Verfügung stehenden zeitlichen Kontingents der maximalen Entladeleistung reduziert, wenn der Leistungsabruf für den elektrischen Antrieb und die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats einen bestimmten Grenzwert überschreiten. Ein solches Fahrzeug kann insbesondere ein batterieelektrisches Fahrzeug, ein Plug-In-Hybrid-Fahrzeug oder ein Brennstoffzellfahrzeug oder eine Mischung aus diesen Fahrzeugtypen sein.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist vorgesehen, dass der elektrische Energiespeicher eine Hochvoltbatterie ist. Die Hochvoltbatterie kann beispielsweise als Metall-Hydrid-Batterie oder auch als auch Lithium-Ionen-Batterie ausgestaltet sein. Die Hochvoltbatterie ist in einzelne Module aufgeteilt. In den Modulen werden dann einzelne Zellen mit einer Spannung von ein bis zwei Volt in Reihe geschaltet. In Summe ergibt sich so die benötigte Hochvoltspannung.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sind Heizelemente für den elektrischen Energiespeicher vorgesehen. Da beispielsweise die Leistungsfähigkeit einer Hochvoltbatterie maßgeblich von der Temperatur der Hochvoltbatterie beziehungsweise von der Zelltemperatur abhängt, dienen die Heizelemente der Leistungsoptimierung.
Zur besseren Bedienbarkeit des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist bei einer weiteren Ausgestaltung mindestens eine Anzeigeeinrichtung mit mindestens einem Anzeigebereich zur Darstellung der aktuellen Entladeleistung des elektrischen Energiespeichers vorgesehen. Beim Anzeigebereich der Anzeigeeinrichtung kann es sich um ein Display im Mittelbereich oder im Cockpitbereich, beispielsweise im Kombiinstrument des Fahrzeugs, handeln. Alternativ oder zusätzlich kann der Anzeigebereich der Anzeigeeinrichtung als Head-Up-Display ausgestaltet sein. Unter Head-Up-Display ist ein Anzeigebereich zu verstehen, bei dem der Fahrer seine Kopfhaltung beziehungsweise Blickrichtung beibehalten kann, weil die Informationen in sein Sichtfeld, beispielsweise auf die Windschutzscheibe des Fahrzeugs, projiziert werden.
Die Darstellung der aktuellen Entladeleistung kann unmittelbar angezeigt werden. Denkbar ist auch, dass die aktuelle Entladeleistung grafisch in Abhängigkeit der maximalen Entladeleistung und/oder der Dauerentladeleistung dargestellt wird. Die maximale Entladeleistung und die Dauerentladeleistung können in einem Diagramm als Schranken beziehungsweise Markierungen dargestellt werden. Der Fahrer erhält dadurch eine Information, wie weit entfernt er sich, unter anderem auch aufgrund seiner Fahrweise, von den jeweiligen Markierungen befindet. Diese Darstellung kann den Fahrer dazu veranlassen, seine Fahrweise entsprechend anzupassen, um eine Leistungsoptimierung des elektrischen Energiespeichers zu ermöglichen.
Die Darstellung der Entladeleistung kann auch durch die Darstellung des vorgennannten belastungsabhängigen Performance-Indikators realisiert werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die Leistungssteuereinheit ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10 durchführt. Alle vorangegangen Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße Fahrzeug.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs,
2 schematisch den Zusammenhang von einzelnen Parametern eines erfindungsgemäßen Verfahrens und
3 einen Beispielverlauf eines Performance-Indikators.

1 zeigt ein elektrifiziertes Fahrzeug 10 mit einem elektrischen Energiespeicher 12 in Form einer Hochvoltbatterie. Das Fahrzeug 10 weist zwei elektrische Antriebe 14 auf, die der Fortbewegung des Fahrzeugs 10 dienen. Außerdem sind zwei Nebenaggregate 16 vorgesehen, die als Hilfsmaschine des Fahrzeugs 10 zu verstehen sind. Diese Nebenaggregate 16 bewirken nicht direkt die Fortbewegung des Fahrzeugs, sondern versorgen beispielsweise die hier nicht dargestellte Lichtmaschine mit Leistung. Dem elektrischen Energiespeicher 12 ist eine maximale Entladeleistung 18, eine Dauerentladeleistung 20 und eine aktuelle Entladeleistung 22 zugeordnet (vgl. 2). Beim Entladen des elektrischen Energiespeichers 12 werden der elektrische Antrieb 14 und die Nebenaggregate 16 mit Energie versorgt.
Um die Leistung des elektrifizierten Fahrzeugs 10 zu optimieren, ist eine Leistungssteuereinheit 24 vorgesehen. Ist die Leistungsfähigkeit seitens des elektrischen Energiespeichers 12 im Fahrzeug 10 nicht mehr ausreichend, um alle Nebenaggregate 16 und den Fahrerwunsch, sprich die vom Fahrer durch Betätigen des Pedals zur Beschleunigung abgerufene Leistung für den elektrischen Antrieb 14, hinreichend zu erfüllen, muss ein Weg gefunden werden, die verfügbare Leistung intelligent zu verteilen, um einen für den Fahrer akzeptablen Fahrzeugbetrieb zu ermöglichen.
Insbesondere bei kalter Witterung, wenn die Leistung des elektrischen Energiespeichers, aufgrund der Kälte, eingeschränkt ist, ist ein entsprechendes Leistungsmanagement, das durch die Leistungssteuereinheit 24 durchgeführt wird, vorteilhaft.
Dazu ist vorgesehen, dass die Leistungssteuereinheit 24 eine Reduzierung und Wiederfreigabe der Leistung der Nebenaggregate 16 in Abhängigkeit der aktuellen Entladeleistung 22 des elektrischen Energiespeichers 12 vornimmt. Die Fahrzeugsteuereinheit 24 ermittelt, wie hoch die aktuelle Entladeleistung 22 im Verhältnis zur, laut Batteriekennfeld des als Hochvoltbatterie ausgestalteten elektrischen Energiespeichers 12, maximalen Entladeleistung 18 im aktuellen Betriebszustand des elektrischen Energiespeichers 12 ist. Die maximale Entladeleistung 18 im aktuellen Betriebspunkt des elektrischen Energiespeichers 12 steht nur in einem gewissen zeitlichen Kontingent zur Verfügung. Nach Verbrauch des zeitlichen Kontingents wird die maximale Entladeleistung 18 bis auf die Dauerentladeleistung 20 reduziert. Bei hohem Leistungsabruf oberhalb der Dauerentladeleistung 20 geschieht dies schneller, bei gemäßigtem Leistungsabruf oberhalb der Dauerentladeleistung 20 weniger schnell.
Aufgrund niedriger Zelltemperatur des elektrischen Energiespeichers 12, und/oder aufgrund eines geringen Ladezustands, kann es sein, dass die Dauerentladeleistung 20 nach Abzug der Leistung der Nebenaggregate 16 zu wenig Leistung für den elektrischen Antrieb 14 zur Verfügung stellt, um den Fahrerwunsch adäquat zu erfüllen. Im Extremfall ist die Dauerentladeleistung 20 nicht ausreichend, um den elektrischen Antrieb 14 und gleichzeitig alle Nebenaggregate 16 zu versorgen. Damit der Fahrerwunsch so gut wie möglich erfüllt wird, reduziert die Leistungssteuereinheit 24 die Leistung für die Nebenaggregate 16, in Abhängigkeit des noch zur Verfügung stehenden Kontingents der maximalen Entladeleistung 18.
Bevor die maximale Entladeleistung 18 auf die Dauerentladeleistung 20 abfällt, ist somit ein Teil der Leistung der Nebenaggregate 16 bereits entfallen und die Leistung steht dem elektrischen Antrieb 14 zur Verfügung. Auf diese Weise steht immer ein großer Teil der Dauerentladeleistung 20 für den Antrieb zur Verfügung. Wird von der Leistungssteuereinheit 24 eine Erholung des Systems erkannt, wird das Kontingent für den Abruf der aktuell maximalen Entladeleistung 18 wieder erhöht. Im Zuge dessen erfolgt eine Leistungsfreigabe für die zuvor in ihrer Leistung reduzierten Nebenaggregate 16. Auf diese Weise bleibt gewährleistet, dass die Funktion der Nebenaggregate 16 auch bei stärkerer Leistungseinschränkung des elektrischen Energiespeichers 12 nicht gänzlich entfallen. Die Nebenaggregate 16 erhalten Leistung, wenn der Fahrer diese nicht verstärkt für den elektrischen Antrieb 14 fordert.
Das durch die Leistungssteuereinheit 24 durchgeführte Verfahren berücksichtigt nicht nur die allgemeine Leistungseinschränkung des elektrischen Energiespeichers 12, beispielsweise aufgrund einer niedrigen Zelltemperatur oder eines geringen Ladezustands, sondern explizit auch die aktuelle Entladeleistung 22, die maßgeblich aus den vom Fahrer vorgenommenen Fahrhandlungen resultiert. Das Verfahren berücksichtigt somit den aktuellen Leistungsabruf seitens des Fahrers in Situationen, in denen das Fahrzeug 10 allein durch Berücksichtigung des eingeschränkten Systemzustandes des elektrischen Energiespeichers 12 kaum noch fahrbar wäre. Das Besondere ist somit die Umverteilung von Leistung zwischen den Nebenaggregaten 16 und dem elektrischen Antrieb 14. Der entscheidende Vorteil besteht folglich in einem Kompromiss, Leistung zwischen den Nebenaggregaten 16 und dem elektrischen Antrieb 14 so aufzuteilen, dass ein möglichst langer und akzeptabler Fahrbetrieb bei gleichzeitiger Beibehaltung einiger hier nicht dargestellter Komfortverbraucher, trotz stark eingeschränkter Leistungsverfügbarkeit seitens des elektrischen Energiespeichers, 12 möglich ist.
Da die maximale Entladeleistung 18 des elektrischen Energiespeichers 12 stark temperaturabhängig ist und gerade bei kalter Witterung starke Einbußen in der maximalen Entladeleistung 18 des elektrischen Energiespeichers 12 zu befürchten sind, ist ein Heizelement 26 zum Beheizen des elektrischen Energiespeichers 12 vorgesehen, um einem Leistungsabfall entgegen zu wirken. Das Heizelement 26 ist in unmittelbarer Nähe zum elektrischen Energiespeicher 12 angeordnet.
2 verdeutlicht, das durch die Leistungssteuereinheit 24 durchgeführte Verfahren grafisch. Die grafische Darstellung kann auch in einem Anzeigebereich einer Anzeigeeinrichtung 28 dargestellt werden. Eine grafische Darstellung, beispielsweise der aktuellen Entladeleistung 22 oder eines Verlaufs der maximalen Entladeleistung 18 kann dem Fahrer des Fahrzeugs 10 Informationen über den Zustand des elektrischen Energiespeichers 12 geben. Aufgrund der dargestellten Informationen kann der Fahrer selbst aktiv zu einer Leistungsoptimierung beitragen, indem er seine Fahrweise an die individuellen Umstände anpasst und beispielsweise nicht übermäßig viel Leistung vom elektrischen Antrieb 14 fordert, wenn die maximale Entladeleistung 18 sich der Dauerentladeleistung 20 annähert.
In 2 ist ein beispielhafter Verlauf der Leistungsverfügbarkeit des elektrischen Energiespeichers 12 dargestellt. Zu Anfang wird die aktuelle Entladeleistung 22 kurz in die Höhe getrieben und fällt im Anschluss wieder bis unter die Dauerentladeleistung 20. Danach gibt es eine Phase in der die maximale Entladeleistung, aufgrund des Zusammenspiels der Witterung und der Fahrweise des Fahrers des Fahrzeugs 10, gefordert wird. Die maximale Entladeleistung 18 wird so lang gefordert, dass das zeitliche Kontingent für die Nutzung aufgebraucht ist und die maximale Entladeleistung 18 auf die Dauerentladeleistung 20 reduziert wird. Dies ist an dem Abfall der maximalen Entladeleistung 18 zu erkennen. Zur Sicherstellung der Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers 12 wird die maximale Entladeleistung 18 nur für maximal 10 bis 20 s uneingeschränkt zur Verfügung gestellt, danach erfolgt eine Reduzierung auf die Dauerentladeleistung 20. Die gestrichelte Linie gibt die maximale Entladeleistung 18 an, wenn das zeitliche Kontingent für den Abruf der maximalen Entladeleistung 18 nicht aufgebraucht wäre.
Die aktuelle Entladeleistung 22 fällt im Anschluss unter die Dauerentladeleistung 20. Das System erholt sich und die maximale Entladeleistung 18 wird wieder auf ihren ursprünglichen Wert angehoben. Auch das zeitliche Kontingent zur Nutzung der maximalen Entladeleistung 18 wird wieder hergestellt. Im unteren Diagramm ist der sogenannte Performance-Indikator 30 dargestellt, der in 3 näher erläutert wird.
3 zeigt die Möglichkeit, das Verfahren anhand des Performance-Indikators 30 darzustellen. Auch diese Art der Darstellung ist in der Anzeigeeinrichtung 28 möglich. Der Performance-Indikator 30 wird in Prozent angegeben und liefert Informationen über die Verfügbarkeit und belastungsbedingte Einschränkung der maximalen Entladeleistung 18. Bei dauerhaft niedriger Belastung unterhalb der Dauerentladeleistung 20 nimmt der Performance-Indikator 30 den Wert 200 % an. Liegt die aktuelle Entladeleistung 22 des elektrischen Energiespeichers 12 oberhalb der Dauerentladeleistung 20, so nimmt der Wert proportional zur Höhe der Überschreitung kontinuierlich ab. Bei 100 % ist das das zeitliche Kontingent der maximalen Entladeleistung 18 aufgebraucht und es beginnt die aktive Rücknahme der maximalen Entladeleistung 18. Die dann noch verfügbare maximale Entladeleistung 18 skaliert direkt über den Wert des Performance-Indikators 30 mit der unbeschränkten maximalen Entladeleistung 18. Wird die Belastung unter die Dauerentladeleistung 20 zurückgenommen, steigt der Performance-Indikator 30 wieder an.
Fällt der Performance-Indikator 30 unter eine applizierbare Schwelle von 150 %, werden die Nebenaggregate 16 proportional zum Performance-Indikator 30 bis zu einer tiefer liegenden applizierbaren Schwelle von 110 % des Performance-Indikators 30 in ihrer Leistung von einem höheren auf ein niedrigeres Leistungsniveau beschnitten. Wurde die Leistung nur teilweise reduziert, das heißt der Performance-Indikator 30 ist nicht bis auf 110 % abgefallen, wird nur dann wieder Leistung freigegeben, wenn der Performance-Indikator 30 eine dritte applizierbare Schwelle von 180 % überschreitet. Dann wird ad-hoc wieder das höhere Leistungsniveau freigegeben. Die applizierbaren Schwellen können auch den Anforderungen entsprechend angepasst werden.
Im Bereich zwischen 200 und 100 % steht 30 s lang die maximale Entladeleistung 18 des elektrischen Energiespeichers 12 zur Verfügung, oder für eine entsprechend längere Zeit eine geringere Leistung, die über der Dauerentladeleistung liegt. Im Bereich zwischen 100 bis 0 % wird die abrufbare Leistung ausgehend von der maximalen Entladeleistung 18 bis auf die Dauerentladeleistung 20 reduziert. Eine Erholung findet statt, wenn Leistungswerte kleiner der Dauerentladeleistung 20 abgerufen werden.
Beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel werden beim Übergang vom höherem zum niedrigeren Leistungsniveau genau zwei Funktionen in ihrer Leistung reduziert. Dies ist das Heizelement 26 zur Beheizung des elektrischen Energiespeichers 12 und eine nicht dargestellte Basisklimatisierung. Wird also das niedrigere Leistungsniveau erreicht, steht diesen beiden Verbrauchern keine Leistung mehr zur Verfügung. Ist das hohe Leistungsniveau vorhanden, bekommen beide Funktionen die Leistung, die sie anfordern.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeug
12: elektrischer Energiespeicher
14: elektrischer Antrieb
16: Nebenaggregat
18: maximale Entladeleistung
20: Dauerentladeleistung
22: aktuelle Entladeleistung
24: Leistungssteuereinheit
26: Heizelement
28: Anzeigeeinrichtung
30: Performance-Indikator

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

JP 2013068590 A [0005]

Claims

Verfahren zur Leistungsoptimierung eines elektrifizierten Fahrzeugs (10) mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher (12), mit mindestens einem elektrischen Antrieb (14) und mit mindestens einem Nebenaggregat (16), wobei der elektrische Energiespeicher (12) eine maximale Entladeleistung (18) und eine Dauerentladeleistung (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Entladeleistung (18) dem elektrischen Antrieb (14) und/oder dem mindestens einen Nebenaggregat (16) in einem bestimmten Energiekontingent zur Verfügung gestellt wird, dass nach Verbrauch des Energiekontingents die maximale Entladeleistung (18) auf die Dauerentladeleistung (20) reduziert wird und dass die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats (16) in Abhängigkeit des noch zur Verfügung stehenden Energiekontingents der maximalen Entladeleistung (18) reduziert wird, wenn durch den Leistungsabruf für den elektrischen Antrieb (14) und die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats (16) ein bestimmter Grenzwert überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert durch die Dauerentladeleistung (20) des elektrischen Energiespeichers (12) definiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Grenzwert ein bestimmtes Verhältnis zwischen aktueller Entladeleistung (22) des elektrischen Energiespeichers (12) und der maximalen Entladeleistung (18) des elektrischen Energiespeichers (12) gewählt wird, bevorzugt ein Verhältnis zwischen 40 % und 80 %, besonders bevorzugt ein Verhältnis zwischen 50 % und 70 %.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats (16) in Abhängigkeit der Temperatur des elektrischen Energiespeichers (12) reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats (16) in Abhängigkeit des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers (12) reduziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Nebenaggregate (16) vorgesehen sind, dass den Nebenaggregaten (16) Prioritäten zugeordnet werden und dass die Leistung der Nebenaggregate (16) in Abhängigkeit der zugeordneten Priorität reduziert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Komfortverbraucher durch ein Nebenaggregat (16) mit Leistung versorgt wird und dass diesem Nebenaggregat (16) eine geringe Priorität zugeordnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei erstmaligem Unterschreiten eines zweiten Grenzwertes, nach Überschreiten des Grenzwertes, die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats (16) wieder erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (12) beheizt wird, wenn die Temperatur des elektrischen Energiespeichers (12) einen Temperaturgrenzwert unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass einem Fahrer des elektrifizierten Fahrzeugs (10) die aktuelle Entladeleistung (22) des elektrischen Energiespeichers (12) signalisiert wird.
Fahrzeug (10) mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher (12), mit mindestens einem elektrischen Antrieb (14), mit mindestens einem Nebenaggregat (16) und mit mindestens einer Leistungssteuereinheit (24), wobei der elektrische Energiespeicher (12) eine maximale Entladeleistung (18) und eine Dauerentladeleistung (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungssteuereinheit (24) dem elektrischen Antrieb (14) und/oder dem mindestens einen Nebenaggregat (16) die maximale Entladeleistung (18) in einem bestimmten Energiekontingent zur Verfügung stellt, dass die Leistungssteuereinheit (24) nach Verbrauch des Energiekontingents die maximale Entladeleistung (18) auf die Dauerentladeleistung (20) reduziert und dass die Leistungssteuereinheit (24) die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats (16) in Abhängigkeit des noch zur Verfügung stehenden Energiekontingents der maximalen Entladeleistung (18) reduziert, wenn der Leistungsabruf für den elektrischen Antrieb (14) und die Leistung des mindestens einen Nebenaggregats (16) einen bestimmten Grenzwert überschreiten.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (12) eine Hochvoltbatterie ist.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Heizelement (26) für den elektrischen Energiespeicher (12) vorgesehen sind.
Fahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Anzeigeeinrichtung (28) mit mindestens einem Anzeigebereich zur Darstellung der aktuellen Entladeleistung (22) des elektrischen Energiespeichers (12) vorgesehen ist.
Fahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungssteuereinheit (26) ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10 durchführt.