DE102021005763A1 - Verfahren zur vorausschauenden Steuerung einer Energieverteilung in einem Fahrzeug - Google Patents

Verfahren zur vorausschauenden Steuerung einer Energieverteilung in einem Fahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vorausschauenden Steuerung einer Energieverteilung zwischen zumindest einem Klimatisierungssystem und zumindest einem Energiespeicher in einem Fahrzeug (F), wobei zur Bestimmung eines aktuellen Klimatisierungsbedarfs (AKB) des Fahrzeugs (F) Folgendes erfasst wird:- für die Klimatisierung relevante externe Bedingungen,- externe Randbedingungen (ER),- eine Innentemperatur (TI) und eine Innenluftfeuchte (fI),- ein aktueller Beladungszustand (ABZ),wobei ein prognostizierter Beladungszustand (PBZ) innerhalb eines definierten zukünftigen Zeitraums und/oder bei anzufahrenden Haltestellen (H) unter Zuhilfenahme des aktuellen Beladungszustands (ABZ) und der externen Randbedingungen (ER) bestimmt wird,wobei anhand des prognostizierten Beladungszustands (PBZ) ein prognostizierter Energieverbrauch (PEV) bestimmt wird, wobei eine Priorisierungsfunktion (PF) anhand des aktuellen Energieverbrauchs (AEV), des prognostizierten Energieverbrauchs (PEV), einer Messung einer vom Fahrzeug (F) rekuperierten Energiemenge (RKE) und eines Ladezustands (SOC) des Energiespeichers bewertet, wieviel Energie für das Klimatisierungssystem benötigt wird und welche Energieverluste beim Zwischenspeichern der rekuperierten Energie im Energiespeichersystem entstehen, und anhand dessen bestimmt, ob die rekuperierte Energie direkt an das Klimatisierungssystem abgegeben oder zunächst im Energiespeichersystem zwischengespeichert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur vorausschauenden Steuerung einer Energieverteilung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen stellen Energieverbrauch und Reichweite große Herausforderungen dar. Vor allem bei Elektrobussen ist die Sicherstellung der Reichweite unter allen Randbedingungen essentiell, um die Umläufe der Linienbusse sicherzustellen und somit die Mobilität im öffentlichen Personennahverkehr sicherzustellen. Gerade dort variieren jedoch die Randbedingungen aufgrund diverser Einflüsse wie beispielsweise Wetter oder Staus. Die Anzahl der Personen im Fahrzeug oder die Beladung hat ebenfalls einen sehr großen Einfluss auf den Energieverbrauch eines Elektrobusses. Im Winter kann der Energieverbrauch für die Komfortsysteme außerdem bis zu 50% des gesamten Energieverbrauchs ausmachen. Aus diesem Grund ist eine optimierte Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungsregelung erwünscht.
  • Die WO 2013 034 729 A1 beschreibt ein Verfahren zum vorausschauenden Steuern von Energieverteilungsprozessen zwischen einem Energiewandler und einem Energiespeicher in einem Fahrzeug mit den Schritten:
    • - Erfassen einer aktuellen Umgebung des Fahrzeugs,
    • - Ermitteln von mehreren zukünftigen Fahrzuständen des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der erfassten aktuellen Umgebung,
    • - Ermitteln eines voraussichtlichen Energiebedarfs von einem Verbraucher des Fahrzeuges für zwei zukünftige Fahrzustände,
    • - Steuern einer Aufladung und/oder Entladung des Energiespeichers in Abhängigkeit von dem ermittelten voraussichtlichen Energiebedarf des Verbrauchers in dem zukünftigen Fahrzustand,
    wobei der Schritt des Ermittelns eines zukünftigen Fahrzustandes und der Schritt des Ermittelns eines voraussichtlichen Energiebedarfs mittels Wahrscheinlichkeitsberechnung erfolgt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur vorausschauenden Steuerung einer Energieverteilung zwischen zumindest einem Klimatisierungssystem und zumindest einem Energiespeicher in einem Fahrzeug anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei einem Verfahren zur vorausschauenden Steuerung einer Energieverteilung zwischen zumindest einem Klimatisierungssystem und zumindest einem Energiespeicher in einem Fahrzeug wird zur Bestimmung eines aktuellen Klimatisierungsbedarfs des Fahrzeugs Folgendes erfasst:
    • - für die Klimatisierung relevante externe Bedingungen, einschließlich einer Außentemperatur und einer Außenluftfeuchte,
    • - externe Randbedingungen, einschließlich einer Wetterprognose, einer Verkehrssituation, einer Geografie, Ampeln und Staus,
    • - Innenraumsollwerte, einschließlich einer Innentemperatur und einer Innenluftfeuchte im Inneren des Fahrzeugs,
    • - ein aktueller Beladungszustand des Fahrzeugs,

    wobei ein prognostizierter Beladungszustand innerhalb eines definierten zukünftigen Zeitraums und/oder bei anzufahrenden Haltestellen mittels mindestens einer selbstlernenden Funktion und neuronalen Netzwerk-Analysen prognostiziert wird,
    - wobei aus dem aktuellen Klimatisierungsbedarf und dem aktuellen Beladungszustand ein aktueller Energieverbrauch resultiert, wobei anhand des prognostizierten Beladungszustands, der unter Zuhilfenahme des aktuellen Beladungszustands und der externen Randbedingungen bestimmt wird, ein prognostizierter Energieverbrauch bestimmt wird. Erfindungsgemäß bewertet eine Priorisierungsfunktion anhand des aktuellen Energieverbrauchs, des prognostizierten Energieverbrauchs, einer Messung einer vom Fahrzeug rekuperierten Energiemenge und eines Ladezustands des Energiespeichers, ob und in welcher Menge in einem bestimmten zukünftigen Zeitintervall Energie für das Klimatisierungssystem benötigt wird und wie viel Energieverluste entstehen, wenn die rekuperierte Energie zunächst im Energiespeichersystem zwischengespeichert wird, bevor diese an das Klimatisierungssystem abgegeben wird, wobei auf Basis dieser Bewertungen durch die Priorisierungsfunktion bestimmt wird, ob die rekuperierte Energie direkt an das Klimatisierungssystem abgegeben oder zunächst im Energiespeichersystem zwischengespeichert wird.
  • Auf diese Weise ist eine präventive Regelung in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug möglich, die in Bezug auf dessen Beladung optimal oder annähernd optimal den Energieverbrauch anpasst und den Komfort optimiert.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • 1 schematisch einen Ablauf einer Erfassung relevanter Größen für ein Verfahren zur vorausschauenden Steuerung einer Energieverteilung in einem Fahrzeug,
    • 2 schematisch einen Ablauf einer Bewertung eines aktuellen Energieverbrauchs und eines prognostizierten Energieverbrauchs für ein Verfahren zur vorausschauenden Steuerung einer Energieverteilung in einem Fahrzeug,
    • 3 schematisch einen Ablauf einer Entscheidung zur Energieverteilung für ein Verfahren zur vorausschauenden Steuerung einer Energieverteilung in einem Fahrzeug, und
    • 4 schematisch eine Bergabfahrt eines Fahrzeugs.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt schematisch einen Ablauf einer Erfassung relevanter Größen für ein Verfahren zur vorausschauenden Steuerung und/oder Regelung einer Energieverteilung in einem in 4 gezeigten Fahrzeug F.
  • Der Fokus bei der vorliegenden Erfindung liegt auf einer Schnittstelle zwischen einem Rekuperationssystem, einem Energiespeicher (beispielsweise eine Hochvolt-Batterie) und einem Klimatisierungssystem des Fahrzeugs F. Eine Funktion umfasst den folgenden Ablauf dazu:
    • Zunächst wird ein aktueller Klimatisierungsbedarf AKB, das heißt ein Heiz- und/oder Kühlbedarf des Fahrzeugs F bestimmt. Hierzu werden für die Klimatisierung relevante externe Bedingungen erfasst, insbesondere eine Außentemperatur TA und eine Außenluftfeuchte fA. Ferner werden weitere externe Randbedingungen ER erfasst, insbesondere eine Wetterprognose WP, eine Verkehrssituation VS, eine Geografie G, Ampeln A und Staus, beispielsweise über eine Remote-Schnittstelle und Big-Data Analytics.
  • Weiter werden zur Bestimmung des aktuellen Klimatisierungsbedarfs AKB im Innenraum Sollwerte erfasst, beispielsweise eine Innentemperatur TI und eine Innenluftfeuchte fI. Ferner wird ein Beladungszustand BZ ermittelt, als aktueller Beladungszustand ABZ gespeichert und ein prognostizierter Beladungszustand PBZ innerhalb eines definierten zukünftigen Zeitraums und/oder bei anzufahrenden Haltestellen H (siehe 4) mittels mindestens einer selbstlernenden Funktion und neuronalen Netzwerk-Analysen prognostiziert. Wenn es sich bei dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug F um einen Bus handelt, dann kann die Prognose aus Erfahrung mit einem selbstlernenden Algorithmus erfolgen.
  • 2 zeigt schematisch einen Ablauf einer Bewertung eines aktuellen Energieverbrauchs AEV und eines prognostizierten Energieverbrauchs PEV für das Verfahren zur vorausschauenden Steuerung und/oder Regelung der Energieverteilung in dem in 4 gezeigten Fahrzeug F.
  • Bei dem aktuellen Klimatisierungsbedarf AKB und dem aktuellen Beladungszustand ABZ ergibt sich ein aktueller Energieverbrauch AEV. Anhand des prognostizierten Beladungszustands PBZ, der unter Zuhilfenahme des aktuellen Beladungszustands ABZ und der externen Randbedingungen ER bestimmt wurde, wird ein prognostizierter Energieverbrauch PEV bestimmt.
  • 3 zeigt schematisch einen Ablauf einer Entscheidung zur Energieverteilung für das Verfahren zur vorausschauenden Steuerung und/oder Regelung der Energieverteilung in dem in 4 gezeigten Fahrzeug F.
  • Der prognostizierte Energieverbrauch PEV stellt eine Eingangsgröße für eine Priorisierungsfunktion PF dar, die anhand des aktuellen Energieverbrauchs AEV, des prognostizierten Energieverbrauchs PEV, einer Messung einer rekuperierten Energiemenge RKE und eines Ladezustands SOC des Energiespeichers eine Entscheidung hinsichtlich der Energieoptimierung und/oder des Wirkungsgrads darüber trifft, ob Energie im Energiespeicher gespeichert oder direkt verbraucht wird.
  • Sobald eine Energierekuperation stattfindet (beispielsweise bei einem Bremsvorgang beim Bergabfahren), wird bewertet, ob und in welcher Menge in einem bestimmten zukünftigen Zeitintervall Energie für das Klimatisierungssystem benötigt wird. Demgegenüber wird bewertet, wie viel Energieverluste entstehen, wenn die rekuperierte Energie zunächst im Energiespeicher zwischengespeichert wird, bevor diese an das Klimatisierungssystem abgegeben wird. Auf Basis dieser Bewertungen bestimmt die Priorisierungsfunktion PF, ob die rekuperierte Energie direkt an das Klimatisierungssystem abgegeben wird oder zunächst im Energiespeicher zwischengespeichert wird und minimiert somit die Energieverluste.
  • 4 zeigt schematisch eine Bergabfahrt eines Fahrzeugs F, bei der das Fahrzeug F, beispielsweise ein Bus, eine Gefällestrecke GS befährt und dabei Energie rekuperiert. In einer Entfernung x vom Ende der Gefällestrecke GS befindet sich eine Haltestelle H. Ein dort erwarteter Zustieg von Personen führt zur vollen Passagierauslastung des Fahrzeugs F. Wenn die Entfernung x klein ist, so wird die Priorisierungsfunktion PF den direkten Verbrauch der rekuperierten Energie priorisieren. Wenn die Entfernung x groß ist, so wird die Priorisierungsfunktion PF die Speicherung der rekuperierten Energie im Energiespeicher priorisieren.
  • Die beschriebene Funktion ist nicht nur auf Klimatisierungssysteme sondern auch auf andere Systeme anwendbar.
  • Bezugszeichenliste
    • A
    Ampeln
    ABZ
    aktueller Beladungszustand
    AEV
    aktueller Energieverbrauch
    AKB
    aktueller Klimatisierungsbedarf
    BZ
    Beladungszustand
    ER
    externe Randbedingungen
    F
    Fahrzeug
    fA
    Außenluftfeuchte
    fI
    Innenluftfeuchte
    G
    Geografie
    GS
    Gefällestrecke
    H
    Haltestelle
    PBZ
    prognostizierter Beladungszustand
    PEV
    prognostizierter Energieverbrauch
    PF
    Priorisierungsfunktion
    RKE
    rekuperierte Energiemenge
    SOC
    Ladezustand
    TA
    Außentemperatur
    TI
    Innentemperatur
    VS
    Verkehrssituation
    WP
    Wetterprognose
    x
    Entfernung
  • 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
    • WO 2013034729 A1 [0003]

Claims (4)

  1. Verfahren zur vorausschauenden Steuerung einer Energieverteilung zwischen zumindest einem Klimatisierungssystem und zumindest einem Energiespeicher in einem Fahrzeug (F), wobei zur Bestimmung eines aktuellen Klimatisierungsbedarfs (AKB) des Fahrzeugs (F) Folgendes erfasst wird: - für die Klimatisierung relevante externe Bedingungen, einschließlich einer Außentemperatur (TA) und einer Außenluftfeuchte (fA), - externe Randbedingungen (ER), einschließlich einer Wetterprognose (WP), einer Verkehrssituation (VS), einer Geografie (G), Ampeln (A) und Staus, - Innenraumsollwerte, einschließlich einer Innentemperatur (TI) und einer Innenluftfeuchte (fI) im Inneren des Fahrzeugs (F), - ein aktueller Beladungszustand (ABZ) des Fahrzeugs (F), wobei ein prognostizierter Beladungszustand (PBZ) innerhalb eines definierten zukünftigen Zeitraums und/oder bei anzufahrenden Haltestellen (H) mittels mindestens einer selbstlernenden Funktion und neuronalen Netzwerk-Analysen prognostiziert wird, - wobei aus dem aktuellen Klimatisierungsbedarf (AKB) und dem aktuellen Beladungszustand (ABZ) ein aktueller Energieverbrauch (AEV) resultiert, wobei anhand des prognostizierten Beladungszustands (PBZ), der unter Zuhilfenahme des aktuellen Beladungszustands (ABZ) und der externen Randbedingungen (ER) bestimmt wird, ein prognostizierter Energieverbrauch (PEV) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Priorisierungsfunktion (PF) anhand des aktuellen Energieverbrauchs (AEV), des prognostizierten Energieverbrauchs (PEV), einer Messung einer vom Fahrzeug (F) rekuperierten Energiemenge (RKE) und eines Ladezustands (SOC) des Energiespeichers bewertet, ob und in welcher Menge in einem bestimmten zukünftigen Zeitintervall Energie für das Klimatisierungssystem benötigt wird und wie viel Energieverluste entstehen, wenn die rekuperierte Energie zunächst im Energiespeichersystem zwischengespeichert wird, bevor diese an das Klimatisierungssystem abgegeben wird, wobei auf Basis dieser Bewertungen durch die Priorisierungsfunktion (PF) bestimmt wird, ob die rekuperierte Energie direkt an das Klimatisierungssystem abgegeben oder zunächst im Energiespeichersystem zwischengespeichert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die externen Randbedingungen (ER) über eine Remote-Schnittstelle und Big-Data Analytics erfasst werden.
  3. Fahrzeug (F) mit elektrischem Antrieb, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (F) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 konfiguriert ist.
  4. Fahrzeug (F) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (F) als ein Bus ausgebildet ist.
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