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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs für einen Ladevorgang einer Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs, wobei die Traktionsbatterie über eine Ladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs an eine kraftfahrzeugexterne Ladeanordnung angeschlossen ist. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
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Moderne Kraftfahrzeuge weisen als Elektrokraftfahrzeuge und/oder Hybridkraftfahrzeuge, insbesondere Plug-In-Hybridkraftfahrzeuge, eine elektrische Traktionsbatterie auf, deren gespeicherte elektrische Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs genutzt werden kann. Eine derartige Traktionsbatterie kann auch als Hochspannungsbatterie bezeichnet werden. Um die Hochspannungsbatterie über eine externe Ladeanordnung, beispielsweise eine Ladesäule, Wallbox oder dergleichen, aufladen zu können, weist das Kraftfahrzeug üblicherweise eine der Traktionsbatterie zugeordnete Ladeeinrichtung, die auch als On-Board-Charger (OBC) bezeichnet wird, auf. Mittels eines entsprechenden Verbindungskabels wird das Kraftfahrzeug mit der Ladeanordnung verbunden und ein Ladevorgang kann, gesteuert durch eine der Ladeeinrichtung zugeordnete Steuereinrichtung, durchgeführt werden. Dabei wird der Ladevorgang üblicherweise sofort mit Anschluss an die Ladeanordnung, insbesondere nach Aushandlung von Ladeparametern, begonnen. Limitiert wird der Ladevorgang durch die Aufnahmefähigkeit der Traktionsbatterie bzw. des Kraftfahrzeugs.
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Dabei wurde bereits vorgeschlagen, Einflussmöglichkeiten auf die konkrete Durchführung des Ladevorgangs bereitzustellen. Beispielsweise ist es bekannt, einen Abfahrtszeitpunkt als Ladeendeinformation vorzugeben, um so das Zeitfenster, in dem die Traktionsbatterie geladen wird, gegebenenfalls verschieben zu können. Eine Begrenzung des Ladestromes/der Ladeleistung findet nur anhand der Vorgaben der Aufnahmefähigkeit der Traktionsbatterie bzw. der Eigenschaften der Ladeanordnung statt.
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US 2015/0298567 A1 betrifft ein System und ein Verfahren zur Reduzierung des Elektrizitätsverbrauchs durch ein elektrisches Fahrzeug, welches mit einer Ladestation verbunden ist. Dabei findet über ein drahtloses Netzwerk eine Kommunikation zwischen dem elektrischen Fahrzeug und einem Nachverfolgungsserver statt, wobei auf dem Nachverfolgungsserver Benutzer- und Ortsinformationen zum Laden elektrischer Fahrzeuge gesammelt werden. Wird auf dem Nachverfolgungsserver eine Verbrauchsreduzierungsinformation empfangen, kann für bestimmte elektrische Fahrzeuge ein Ladeunterbrechungssignal an diese gesendet werden.
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US 2013/0179061 A1 betrifft ein Expertensystem für das Management eines Stromnetzes, wobei Ladestationen mit dem Stromnetz verbunden sind. Elektrische Fahrzeuge können mit den Ladestationen verbunden werden, wobei auch Leistung von verbundenen elektrischen Kraftfahrzeugen in das Stromnetz rückgespeist werden kann. In einer traditionelleren Nutzung kann das Expertensystem für das gesamte Stromnetz Ladevorgänge unter Berücksichtigung von Nutzervoreinstellungen durchführen, wobei vermieden wird, dass das Stromnetz überlastet wird.
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JP 2014 096928 A betrifft eine Ladeplan-Managementvorrichtung zur Verwaltung von Ladeplänen für Leistungsspeichervorrichtungen einer Mehrzahl von elektrischen Fahrzeugen, die von einer Mehrzahl von Benutzern verwendet werden. Dabei wird eine Nutzungshistorie für die verschiedenen elektrischen Fahrzeuge gespeichert. Eine Abschätzungseinheit schätzt eine minimal benötigte Lademenge für jedes elektrische Fahrzeug auf der Basis der Nutzungshistorie ab, woraus ein Ladeplan für jedes elektrische Fahrzeug auf der Basis der minimal benötigten Lademenge ermittelt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes, insbesondere ohne komplexe Infrastrukturmaßnahmen auskommendes Betriebsverfahren für ein Kraftfahrzeug bei einem Ladevorgang anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einer der Ladeeinrichtung zugeordneten, innerhalb des Kraftfahrzeugs verbauten Steuereinrichtung
- - eine wenigstens einen Benutzerwunsch bezüglich des Ladevorgangs beschreibende Benutzerinformation empfangen wird,
- - eine auf die durch die Ladeanordnung bereitgestellte elektrische Energie bezogene Energieinformation von der Ladeanordnung über eine Kommunikationsverbindung mit der Ladeanordnung empfangen wird,
- - ein für den Ladevorgang voraussichtlich zur Verfügung stehender Ladezeitraum ermittelt wird,
- - ein bezüglich wenigstens eines Optimierungsziels, das aus der Benutzerinformation ermittelt wird, optimierter Ladeplan für den Ladezeitraum unter Verwendung einer auf das Optimierungsziel bezogenen, zeitlich aufgelösten Optimierungsinformation der Energieinformation ermittelt wird, und
- - der Ladevorgang gemäß dem Ladeplan durchgeführt wird.
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Bei der Steuereinrichtung kann es sich beispielsweise um wenigstens ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs handeln, das der Ladeeinrichtung, die auch als On-Board-Charger (OBC) bezeichnet werden kann, zugeordnet ist. Die vorliegende Erfindung nutzt aus, dass moderne Ladeanordnungen, mithin moderne Lade-Infrastruktur, meist auch bezüglich der Kommunikation mit angeschlossenen Kraftfahrzeugen standardisiert sind und über entsprechende Kommunikationsprotokolle, beispielsweise gemäß der Norm ISO 15118 und/oder der EEBus-Standardisierung, die Übermittlung einer Vielzahl nützlicher Energieinformationen an das Kraftfahrzeug erlauben, die von vorneherein Optimierungsinformationen, die zur kraftfahrzeugseitigen Umsetzung eines Optimierungsziels geeignet sind, umfassen. Unter einem Optimierungsziel ist dabei die Minimierung oder Maximierung einer wenigstens eine Optimierungsgröße beschreibenden Kostenfunktion zu verstehen. Hierbei können im Stand der Technik grundsätzlich bekannte Optimierungsverfahren eingesetzt werden. Bei diesen Optimierungsverfahren werden die zu optimierenden Optimierungsparameter so gewählt, dass die Kostenfunktion minimiert oder maximiert wird. Optimierungsparameter können im vorliegenden Fall beschreiben, wie und wann die Traktionsbatterie des Kraftfahrzeuges über die Ladeeinrichtung aus der Ladeanordnung geladen wird. Vorzugsweise kann als Optimierungsziel eine Minimierung finanzieller Kosten und/oder eine Maximierung der Menge an grünem Strom und/oder eine Minimierung der Verlustleistung und/oder des Kohlendioxidausstoßes verwendet werden und/oder die Energieinformation kann zeitlich aufgeschlüsselte Strompreise und/oder zeitlich aufgeschlüsselte Stromzusammensetzungen und/oder zeitlich aufgeschlüsselte bereitstehende Ladeleistungen umfassen. Beispielsweise ist es also möglich, als Energieinformationen Preis-/Leistungsinformationen an das Kraftfahrzeug zu übertragen, bevorzugt über das Ladekabel selbst. Dies beinhaltet beispielsweise Wissen darüber, wann der elektrische Strom billig ist, wann besonders viel Ladeleistung zur Verfügung steht, welche Art von Strom (beispielsweise grüner Strom/erneuerbare Energie) bereitsteht bzw. ob sogar aufgrund der Verwendung von Solarstrom elektrische Energie gratis bereitgestellt ist. Mit diesen Energieinformationen lässt sich ein Ladevorgang im Hinblick auf beispielsweise Kosten, Verlustleistung (Upstream Emissions), Grünstrom, Kohlendioxid-Verbrauch und/oder ähnliches optimieren. Entsprechend sieht die Erfindung vor, mit allen verfügbaren Informationen, insbesondere also auch Vorgaben bereitstellenden Benutzerinformationen, einen Ladeplan zu erstellen und diesen im Anschluss umzusetzen. Je nach Vorgaben des Benutzers und nach verfügbaren Energieinformationen wird der Ladeplan so berechnet, dass wenigstens ein bestimmtes Optimierungsziel erfüllt wird, beispielsweise kostenoptimiert und/oder grünstromoptimiert geladen wird. Sind hierbei mehrere Optimierungsziele, insbesondere mehrere Optimierungsgrößen, zu berücksichtigen, können diese durch entsprechende Anteile der Kostenfunktion, insbesondere Kostentherme, insbesondere gewichtet realisiert werden.
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Somit wird nicht nur ein Ladevorgang nach Vorgaben und Präferenzen des Benutzers ermöglicht und eine hervorragende Automatisierung, die gemäß moderner Standardisierungsmaßnahmen von der Ladeanordnung übermittelte Informationen nutzt, erlaubt, sondern die Umsetzung ist mit besonderem Vorteil so gewählt, dass die Ermittlung des Ladeplans ausschließlich, insbesondere ohne Berücksichtigung weiterer Kraftfahrzeuge, innerhalb des Kraftfahrzeugs, also sozusagen autark, erfolgt. Es ist mithin keine aufwendig zu definierende und/oder zu realisierende Kommunikation zwischen dem Energieversorger und dem Kraftfahrzeug notwendig, nachdem das Kraftfahrzeug autark eine optimale Ladestrategie ermitteln kann. Mithin erfolgt die Berechnung des Ladeplans im Kraftfahrzeug, dezentral und unabhängig von der Infrastruktur, welche lediglich ein begrenzender Faktor, beispielsweise bezüglich der Ladeleistung, ist, wobei das Wissen hierüber mittels der Energieinformation bereitgestellt wird. Auch ohne Kommunikation zur Infrastruktur kann der Ladevorgang nach Kosten-, Energie- und/oder Zeitaspekten optimiert werden. Dabei ist es, wie bereits erwähnt, besonders bevorzugt, wenn die Energieinformationen über das Ladekabel, insbesondere mittels PLC (Powerline Communication) übermittelt werden.
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Dabei kann die Benutzerinformation wenigstens teilweise von einer Eingabevorrichtung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einem Mensch-Maschine-Interface (MMI) und/oder einem Bordcomputer, entgegengenommen und an die Steuereinrichtung weitergeleitet werden. Besonders bevorzugt ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch, wenn die Benutzerinformation wenigstens teilweise von einer Applikationssoftware eines Mobilgeräts und/oder eines Desktoprechners empfangen wird. Auf diese Weise werden moderne Elektronikvorrichtungen genutzt, um es einem Benutzer besonders komfortabel zu erlauben, die autarke Ladeplanoptimierung des Kraftfahrzeugs für sich zu konfigurieren. Insbesondere kann dabei eine Applikationssoftware verwendet werden, über die auch andere Aspekte des Kraftfahrzeugs konfiguriert und/oder gesteuert werden können, beispielsweise die Aktivierung einer Standheizung oder dergleichen. Insbesondere ist es auch, worauf im Folgenden noch näher eingegangen wird, denkbar, eine zumindest teilweise manuelle Erstellung bzw. Veränderung des Ladeplans über eine derartige Applikationssoftware zu erlauben.
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Zweckmäßigerweise kann das Ende des Ladezeitraums anhand einer in der Benutzerinformation enthaltenen Ladeendeinformation und/oder anhand von empfangenen Kalenderdaten wenigstens eines Benutzers des Kraftfahrzeugs und/oder anhand eines insbesondere durch Auswertung von die Nutzung des Kraftfahrzeugs in der Vergangenheit beschreibenden Historiendaten erstellten Nutzungsprofils ermittelt werden. Während es mithin möglich ist, benutzerseitig einzugeben, wieviel Zeit zum Laden, gegebenenfalls minimal, zur Verfügung steht, ist auch eine automatische Abschätzung des Ladezeitraums zusätzlich oder alternativ grundsätzlich denkbar. So ist es beispielsweise möglich, Kalenderdaten des Benutzers auszuwerten, wodurch beispielsweise auf anstehende Termine oder dergleichen, für die das Kraftfahrzeug benötigt wird, geschlossen werden kann. Möglich ist es aber auch, Historiendaten zu verwenden, um ein zeitliches Nutzungsprofil zu ermitteln, beispielsweise also festzustellen, ob und wann an den Wochentagen ein Benutzer zur Arbeit fährt oder dergleichen. Derartige Abschätzungsvorgänge zur Nutzung von Kraftfahrzeugen, welche auch zumindest teilweise künstliche Intelligenz einsetzen können, sind im Stand der Technik grundsätzlich bereits bekannt und können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft eingesetzt werden.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Ladezeitraum in eine Mehrzahl von insbesondere gleich langen Ladeintervallen aufgeteilt wird. Es wird also die Zeit vom Anschließen des Kraftfahrzeugs an die Ladeanordnung bis zum Ende des Ladezeitraums in Zeitintervalle bzw. Zeitabschnitte unterteilt, die mit besonderem Vorteil auf die zeitbezogenen Anteile der Energieinformation abgestimmt sein können. Mit anderen Worten sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Aufteilung entsprechend einer Aufteilung in Zeitabschnitte, denen Optimierungsinformationen in der Energieinformation zugeordnet sind und/oder gemäß einer Norm für die Kommunikation zwischen der Ladeeinrichtung und der Ladeanordnung erfolgt. Beispielsweise kann durch die Energieinformation der Ladeanordnung vermittelt werden, wann welche Ladeleistungen, Strompreise, Stromzusammensetzungen und dergleichen vorliegen, was sich üblicherweise auch an einer bestimmten Diskretisierung der Zeit orientiert, die entsprechend für die Aufteilung in Ladeintervalle übernommen werden kann, so dass dann für jedes Ladeintervall eine bestimmte, feste Optimierungsinformation vorliegt und Änderungen in einem Parameter, beispielsweise den Kosten und/oder der Stromzusammensetzung, nur an Übergängen zwischen Ladeintervallen auftreten. Wird hinsichtlich des Kommunikationsprotokolls eine Norm/ein Standard genutzt, kann diese eine entsprechende Zeitaufteilung bereits vorgeben, welche dann auch in der Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs bei der Ermittlung des Ladeplans eingesetzt werden wird. Entsprechende Längen von Zeitabschnitten, die als Ladeintervalle genutzt werden können, sind beispielsweise den Vorgaben der ISO15118-Norm zu entnehmen.
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Mit besonderem Vorteil kann für jedes Ladeintervall des Ladezeitraums dann ein auf das wenigstens eine Optimierungsziel bezogener Kostenwert ermittelt werden und zur Ermittlung des Ladeplans können die Ladeintervalle des Ladezeitraums, insbesondere nacheinander, gemäß dem Optimierungsziel zum Laden ausgewählt werden, so dass wenigstens ein Zielladezustand der Traktionsbatterie wenigstens am Ende des Ladezeitraums erreicht wird. Mithin können für die verschiedenen Ladeintervalle aufgrund der Optimierungsinformationen in den Energieinformationen Kostenbeiträge ermittelt werden, die auch entsprechend in Kostenterme der Kostenfunktion eingehen können. Derartige Kostenbeiträge können beispielsweise finanzielle Kosten (Stromkosten), Grünstromanteile, Verlustleistungen und dergleichen sein. Diese Betrachtung erlaubt bei einer Optimierung auf ein Optimierungsziel hin, beispielsweise hinsichtlich der Kosten oder eines möglichst hohen Anteils an grünem Strom, auch eine einfache Vorgehensweise bei der Optimierung, nachdem die Ladeintervalle letztlich aufeinander folgend vom niedrigsten bzw. höchsten Kostenwert aufsteigend bzw. absteigend nacheinander zum Laden ausgewählt (befüllt) werden können, bis das Ladeziel erreicht ist.
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Dabei sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass der Zielladezustand beispielsweise als der maximale, hinsichtlich der Batterie sinnvolle Ladezustand gewählt werden kann; denkbar ist es selbstverständlich auch, insbesondere dann, wenn Kalenderdaten und/oder ein Benutzungsprofil verwendet werden und/oder eine diesbezügliche Benutzerinformation vorliegt, einen speziell anderen Zielladezustand im Hinblick auf die nächste anstehende Fahrt zu wählen.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ladeeinrichtung zur Anpassung der Ladeleistung ausgebildet ist, wobei die Ladeleistung als ein Optimierungsparameter des Ladeplans verwendet wird. Eine Anpassung der Ladeleistung kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn bezüglich einer Verlustleistung in dem Kraftfahrzeug optimiert werden soll und bei bestimmten Ladeleistungen sowie gegebenenfalls bestimmten weiteren Umständen unterschiedliche Verlustleistungen festgestellt werden, was beispielsweise, wie noch näher erläutert werden wird, durch Auswertung entsprechender Fahrzeuginformationen festgestellt werden kann. Zudem kann eine niedrigere Ladeleistung auch dann zweckmäßig sein, wenn beispielsweise zu einer teuren Zeit elektrischer Strom genutzt werden muss, um den Zielladezustand noch erreichen zu können.
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Vorzugsweise kann bei der Ermittlung des Ladeplans ferner eine in dem Kraftfahrzeug vorliegende Fahrzeuginformation zu einer an dem Ladevorgang beteiligten und/oder von diesem betroffenen Fahrzeugkomponente berücksichtigt werden, insbesondere wenigstens eine Kennlinie. Um den Ladeplan möglichst exakt berechnen zu können, kann fahrzeuginternes Wissen in Form der Fahrzeuginformation verwendet werden. Dabei können beispielsweise Kennlinien und/oder sonstige Fahrzeuginformationen von beteiligten Fahrzeugkomponenten und/oder deren Steuergeräten abgerufen werden und/oder ohnehin in der Steuereinrichtung vorliegen. So kann die Qualität des Ladeplans verbessert werden. Relevante Fahrzeugkomponenten bzw. Fahrzeugsysteme können dabei beispielsweise die Ladeeinrichtung selbst, die Traktionsbatterie, ein Energiemanagement-Steuergerät, ein Thermomanagement-Steuergerät und/oder jeweils zugeordnete Aktoren und/oder Leistungselektronikeinrichtungen sein.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung in diesem Zusammenhang sieht vor, dass die Fahrzeuginformationen zur Ermittlung einer Verlustleistung in dem Kraftfahrzeug, insbesondere für wenigstens eine verwendete Ladeleistung, verwendet werden. Wird beispielsweise als wenigstens eines des wenigstens einen Optimierungsziels hinsichtlich der Verlustleistung optimiert, insbesondere also diese minimiert, können die Fahrzeuginformationen, insbesondere Kennlinien, eingesetzt werden, um die Verlustleistung bei bestimmten Ladeleistungen abzuschätzen, so dass beispielsweise die Ladeleistung zur Verlustminimierung angepasst werden kann. Beispielsweise kann ein Thermomanagement-Steuergerät die Information liefern, wieviel Verlustleistung beim Laden mit einer bestimmten vorgegebenen Ladeleistung, beispielsweise 22 kW, im aktuellen Zustand des Kraftfahrzeugs entstehen würde.
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Mit besonderem Vorteil kann das erfindungsgemäße Verfahren auch hinsichtlich eines bidirektionalen Betriebs, das bedeutet, der Möglichkeit des Entladens der Traktionsbatterie in das über die Ladeanordnung angeschlossene Stromnetz, erweitert werden. So kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu Ladephasen der Batterie der Ladeplan auch Entladephasen der Batterie in ein über die Ladeanordnung angeschlossenes Stromnetz umfassend ermittelt wird. Bei Umsetzung einer bidirektionalen Ladefunktion erhöht sich der Nutzen des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter, da nach dem beschriebenen Prinzip auch geplant Entladen werden kann. Dabei kann konkret vorgesehen sein, dass bei einem über die Ladeanordnung angeschlossenen Haushaltsnetz, an das auch eine insbesondere von Kosten eines externen Energieversorgers freie elektrische Solarenergie liefernde Solareinrichtung angeschlossen ist, die Traktionsbatterie gemäß dem Ladeplan als Zwischenspeicher für die Solarenergie betrieben wird. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass am Wochenende oder tagsüber die Traktionsbatterie mit überschüssigem Solarstrom aufgeladen wird und nachts Energie aus der Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs für die Versorgung des Haushalts genutzt wird. Hierbei können insbesondere auch Nutzungsprofile bezüglich des Haushaltsnetzes, an das über die Ladeanordnung als Stromnetz angeschlossen wird, gesammelt werden und auch hier ein Nutzungsprofil erstellt werden, aus dem ein Verbrauch innerhalb des Haushaltsnetzes ermittelt werden kann, auf welchen der bidirektionale Ladebetrieb entsprechend angepasst werden soll. Wird das Kraftfahrzeug beispielsweise erst zu einem deutlich späteren Zeitpunkt wieder gebraucht, kann es in der Zwischenzeit als ein Zwischenspeicher für elektrische Energie genutzt werden. Dabei sei darauf hingewiesen, dass diese Nutzungsfunktion nicht auf Solareinrichtungen beschränkt ist, sondern es beispielsweise auch denkbar ist, kostengünstigen Strom sozusagen zu sammeln und somit die Nutzung teureren Stroms zu reduzieren.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es auch denkbar, dass bei Anwahl eines manuellen Betriebsmodus ein Teil des Ladeplans manuell durch einen Benutzer vorgegeben wird, insbesondere mittels der bereits angesprochenen Applikationssoftware. Hierbei ist es grundsätzlich auch denkbar, dass der Benutzer einen Ladeplan vollständig manuell erstellt. Es wird also dem Benutzer die Möglichkeit gegeben, einen Ladeplan zu erstellen und damit kostenoptimiert zu laden. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Benutzer ein Wissen aufweist, das nicht in den Energieinformationen enthalten ist. Derartiges Wissen kann selbstverständlich auch über die Nutzerinformation in die automatische Generierung eingebracht werden, beispielsweise eine Beschränkung der Zeit, in der Laden erlaubt ist. Beispielsweise kann durch eine Vorgabe des Benutzers in den Benutzerinformationen festgelegt werden, dass lediglich Nachtstromtarife von 22 - 6 Uhr genutzt werden sollen und dergleichen. Für manuelle Eingriffe in den Ladeplan wird dem Benutzer ein Interface, bevorzugt, wie eingangs dargelegt, an einem handgehaltenen Mobilgerät, wie beispielsweise einem Smartphone, und/oder einem Desktoprechner angeboten. Dabei kann beispielsweise nach der Art eines Terminkalenders ein Ladeplan manuell erstellt und/oder bearbeitet werden.
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Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Traktionsbatterie und eine Ladeeinrichtung mit einer dieser zugeordneten Steuereinrichtung, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Steuereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, so dass auch mit diesem die bereits genannten Vorteile erhalten werden können. Dabei kann die Steuereinrichtung wenigstens ein Speichermittel und wenigstens einen Prozessor aufweisen, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens umsetzen zu können. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung eine erste Schnittstelle zur Entgegennahme der Benutzerinformation und eine zweite Schnittstelle zur Entgegennahme der Energieinformation aufweisen. Funktionseinheiten können zur Durchführung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen werden, insbesondere eine Ladezeitraumermittlungseinheit, eine Optimierungseinheit und eine Steuereinheit zur Durchführung des Ladevorgangs gemäß dem Ladeplan.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
- 3 die funktionale Struktur einer Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs, und
- 4 ein über eine Ladeanordnung an ein Haushaltsnetz angeschlossenes Kraftfahrzeug.
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1 zeigt einen Ablaufplan eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs beim Durchführen eines Ladevorgangs für eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs, aus der ein Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs gespeist werden kann. Die Traktionsbatterie wird dabei über eine Ladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs, der eine Steuereinrichtung zugeordnet ist, an eine Ladeanordnung, beispielsweise eine Ladesäule, eine Wallbox oder dergleichen, angeschlossen, welche elektrische Ladeleistung aus einem Stromnetz, beispielsweise einem Haushaltsnetz, bereitstellt. Der Anschluss kann insbesondere über ein Ladekabel erfolgen. Über dieses Ladekabel oder anderweitig kann auch eine Kommunikation gemäß einem Kommunikationsprotokoll, beispielsweise gemäß dem ISO15118-Standard, erfolgen, in deren Rahmen die Steuereinrichtung, die der Ladeeinrichtung des Kraftfahrzeugs in diesem zugeordnet ist, Energieinformationen von der Ladeanordnung erhält. Diese Energieinformationen können beispielsweise zeitaufgeschlüsselte Strompreise, bereitstellbare Ladeleistungen, bereitstellbare Stromzusammensetzungen, insbesondere hinsichtlich grünen Stroms, und dergleichen umfassen. Gemäß 1 wird diese Energieinformation in einem Schritt S1 empfangen. In einem Schritt S2, insbesondere bereits deutlich früher, wird auch eine Benutzerinformation über eine entsprechende Schnittstelle der Steuereinrichtung empfangen, beispielsweise von einer Eingabevorrichtung des Kraftfahrzeugs selbst, bevorzugt aber, beispielsweise über eine drahtlose Schnittstelle des Kraftfahrzeugs, von einem Mobilgerät, beispielsweise einem Tablet oder Smartphone, und/oder einem Desktoprechner. In der Benutzerinformation ist in jedem Fall eine benutzerseitige Vorgabe dahingehend enthalten, auf welches Optimierungsziel hin optimiert der Ladevorgang durchgeführt werden soll. Dabei können auch mehrere Optimierungsziele, insbesondere mit einer Gewichtung, verwendet werden. Optimierungsziele umfassen beispielsweise möglichst geringe finanzielle Kosten, möglichst geringe Verlustleistung, möglichst hoher Anteil an grünem Strom, möglichst geringer Kohlendioxidausstoß zur Erzeugung des Stroms und dergleichen. Benutzerinformationen können ferner eine Ladeendeinformation umfassen, die beschreibt, wie lang der Ladezeitraum nach Planung des Benutzers voraussichtlich sein soll. Auch weitere Benutzervorgaben können Teil der Benutzerinformation sein, beispielsweise eine Einschränkung dahingehend, zu welchen Tageszeiten geladen werden soll und/oder auch einen Zielladezustand der Traktionsbatterie. Ferner kann über die Benutzerinformation bei der Möglichkeit zur Entladung der Traktionsbatterie in das Stromnetz (bidirektionales Laden) auch eine Vorgabe dahingehend enthalten sein, ob das Kraftfahrzeug als ein Zwischenspeicher für elektrische Energie genutzt werden soll.
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In einem Schritt S3 wird der zur Verfügung stehende Ladezeitraum ermittelt bzw. abgeschätzt. Liegt diesbezüglich nicht ohnehin eine Ladeendeinformation in der Benutzerinformation vor, können beispielsweise Kalenderdaten des Benutzers, die beispielsweise auch in dem Mobilgerät und/oder Desktoprechner vorhanden sein können, herangezogen werden, alternativ und/oder zusätzlich auch ein durch Auswertung von die Nutzung des Kraftfahrzeugs in der Vergangenheit beschreibenden Historiendaten ermitteltes Nutzungsprofil.
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In einem Schritt S4 erfolgt dann die Ermittlung des Ladeplans auf der Grundlage der in den Schritten S1 und S2 erhaltenen Informationen für den Ladezeitraum des Schrittes S3. Diese Ermittlung des Ladeplans und auch seine Ausführung im Schritt S5 finden allein im Kraftfahrzeug, konkret in der Steuereinrichtung, statt, so dass das Kraftfahrzeug sozusagen in der Lage ist, autark eine optimale Ladestrategie zu ermitteln und anzuwenden.
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Als Optimierungsparameter werden im Schritt S4 dabei insbesondere die Zeiträume, insbesondere Ladeintervalle, zu denen geladen werden soll, aber auch die zu verwendende Ladeleistung verwendet, wobei verschiedene Ansätze für Optimierungsverfahren verwendet werden können. Dabei kann eine Kostenfunktion minimiert oder maximiert werden, wobei die Kostenfunktion insbesondere eine auf das Optimierungsziel bezogene Optimierungsgröße - beispielsweise Anteil an grünem Strom, finanzielle Kosten und dergleichen - beschreiben kann. Bei mehreren Optimierungszielen und somit mehreren Optimierungsgrößen können diese gewichtet in die Kostenfunktion eingehen.
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Vorliegend wird der Ladezeitraum im Schritt S4 nun zunächst in eine Mehrzahl von Zeitabschnitten, nämlich Ladeintervalle, unterteilt. Diese Unterteilung orientiert sich an einer auch bereits der Energieinformation zugrunde liegenden Unterteilung, so dass für jedes Zeitintervall eindeutig ein Parameter der Energieinformation zuordenbar ist. Beispielsweise kann hierbei eine Zeitunterteilung, wie sie gemäß ISO15118 vorgeschlagen wird, herangezogen werden.
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In konkreter Ausgestaltung können also jedem Ladeintervall bereitstehende Ladeleistung, finanzielle Kosten für den Strom, eine Zusammensetzung des Stroms und dergleichen zugeordnet werden. Der Anteil der Energieinformation, der im Folgenden genutzt wird, definiert sich letztlich über das wenigstens eine zu verwendende Optimierungsziel, enthält also Parameter, aus denen die dem Optimierungsziel zugeordnete Optimierungsgröße hergeleitet werden kann. Dieser Anteil der Energieinformation soll entsprechend als Optimierungsinformation bezeichnet werden. Aufgrund der Aufteilung in Ladeintervalle und die klare Zuordnung von Optimierungsinformationen zu den Zeitintervallen lässt sich auf einfache Art und Weise für jedes Zeitintervall ein Kostenwert der Optimierungsgröße ermitteln, auf dessen Grundlage die Optimierung stattfinden kann.
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In einer konkreten Ausgestaltung kann dabei, wenn lediglich ein Optimierungsziel vorgesehen ist, vorgesehen sein, nacheinander Ladeintervalle zum Laden auszuwählen, beispielsweise bei einer Minimierung vom kleinsten Kostenwert aufsteigend oder aber bei einer Maximierung vom größten Kostenwert absteigend. Sollen beispielsweise die finanziellen Kosten minimiert werden, können zunächst Ladeintervalle mit den niedrigsten Kosten, also auch den niedrigsten Kostenwert, herangezogen werden und aufsteigend aufgefüllt werden, bis der Zielladezustand erreicht ist. Vergleichbar kann selbstverständlich bezüglich anderer Optimierungsziele, wie Anteil an grünem Strom maximieren und dergleichen, vorgegangen werden.
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In bevorzugten Ausführungsbeispielen können neben der Benutzerinformation und der Energieinformation auch Kraftfahrzeuginformationen, mithin internes Wissen des Kraftfahrzeugs, herangezogen werden. Solche Kraftfahrzeuginformationen können beispielsweise Kennlinien, aber auch andere nützliche Daten enthalten. Zielt die Optimierung beispielsweise zumindest teilweise auf eine Minimierung der Verlustleistung im Kraftfahrzeug ab, kann die Fahrzeuginformation beispielsweise von einem Thermomanagement-System des Kraftfahrzeugs bereitgestellte Daten dazu umfassen, wieviel Verlustleistung bei bestimmten Ladeleistungen im aktuellen Zustand des Kraftfahrzeugs entstehen würde. Doch auch über die Verlustleistung als Optimierungskriterium hinaus führt die Berücksichtigung von Fahrzeuginformationen zu einer genaueren, höher qualitativen Bestimmung des Ladeplans, da beispielsweise ermittelt werden kann, wieviel aufgenommene elektrische Leistung tatsächlich in der Traktionsbatterie, deren Ladezustand erhöhend, ankommt.
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Wenn, wie bereits angesprochen, „bidirektionales Laden“ möglich sein soll, kann der Ladeplan ebenso entsprechend ermittelt werden, wobei mit besonderem Vorteil mit der Benutzerinformation dann auch Nutzungsinformation bezüglich des Haushaltsnetzes bereitgestellt werden, aus denen die Steuereinrichtung beispielsweise schlussfolgern kann, dass tagsüber, wenn niemand zu Hause und alle auf der Arbeit sind, Solarenergie aus der Solareinrichtung angesammelt werden soll, welche dann wiederum des Nachts bereitgestellt werden kann.
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Im Schritt S5 nutzt die Steuereinrichtung, wie bereits erwähnt, den Ladeplan, um den Ladevorgang entsprechend des Ladeplans durchzuführen. Insbesondere wird dann in Ladeintervallen, in denen geladen werden soll, gegebenenfalls mit der entsprechenden Ladeleistung, geladen.
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2 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1. Das Kraftfahrzeug 1, welches vorliegend als ein Elektrokraftfahrzeug ausgebildet ist, weist einen Elektromotor 2 auf, der aus einer Traktionsbatterie 3 (Hochspannungsbatterie, beispielsweise bei einer Spannung von 400 V) gespeist werden kann. Über eine Ladeeinrichtung 4 (On-Board-Charger - OBC) kann die Traktionsbatterie 3 bei über einen Ladeanschluss 5 angeschlossener Ladeanordnung geladen werden. Der Ladeeinrichtung 4 ist, im Kraftfahrzeug 1 verbaut, wie beschrieben eine Steuereinrichtung 6 zugeordnet, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
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3 zeigt die funktionale Struktur der Steuereinrichtung 6 genauer. Diese weist zunächst ein Speichermittel 7 auf, in dem Informationen, beispielsweise die Benutzerinformationen, die Energieinformationen, die Fahrzeuginformationen und auch der ermittelte Ladeplan, gespeichert werden können, solange sie benötigt werden. Über eine erste Schnittstelle 8 können Benutzerinformationen, über eine zweite Schnittstelle 9 Energieinformationen entgegengenommen werden. In einer Ladezeitraumermittlungseinheit 10 wird gemäß Schritt S3 der Ladezeitraum bestimmt. In einer Optimierungseinheit 11 erfolgt dann gemäß Schritt S4 die Ermittlung des Ladeplans. In einer Steuereinheit 12 wird dann gemäß Schritt S5 der ermittelte Ladeplan genutzt, um die Ladeeinrichtung 4 derart anzusteuern, dass der Ladeplan umgesetzt wird.
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4 zeigt schließlich das Kraftfahrzeug 1, wie es mittels eines Ladekabels 13 über den Ladeanschluss 5 mit einer Ladeanordnung 14, beispielsweise in einer Garage, verbunden ist. Über das Ladekabel 13 können auch die Energieinformationen gemäß dem standardisierten Kommunikationsprotokoll übermittelt werden. Die Ladeanordnung 14 stellt die Ladeleistung aus einem hier als Haushaltsnetz 15, das einem Haus 16 zugeordnet ist, ausgebildeten Stromnetz 17 zur Verfügung. An das Stromnetz 17 ist hier auch eine Solareinrichtung 18 angeschlossen. Zudem ist das Stromnetz 17 mit einem weiteren Stromnetz, nämlich einem allgemeinen Energieversorgernetz 19, verbunden. Mittels des hier beschriebenen Verfahrens kann die Traktionsbatterie 3 in einer solchen Konfiguration auch als Zwischenspeicher für den kostenlosen, eigenproduzierten Solarstrom, genauer gesagt die elektrische Solarenergie, der Solareinrichtung 18 bei bidirektionalem Ladebetrieb genutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2015/0298567 A1 [0004]
- US 2013/0179061 A1 [0005]
- JP 2014096928 A [0006]
