DE102021134301B3 - Verfahren zum Steuern einer Heiz-/Klima-Komponente - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Heiz-/Klima-Komponente eines Hybridfahrzeugs, das bei Unterschreitung eines Mindestladezustands einer Antriebsbatterie, einen Betrieb der Heiz-/Klima-Komponente solange freigibt, wie der Antriebsbatterie so viel elektrische Leistung zugeführt wird, dass keine weitere Entladung der Antriebsbatterie erfolgt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Hybridfahrzeug, mit einer Steuereinrichtung, welche angepasst ist, ein solches Verfahren auszuführen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Heiz-/Klima-Komponente, also zumindest einer Komponente zum Heizen und/oder Klimatisieren, eines Hybridfahrzeuges. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Steuereinrichtung, welche angepasst ist, das Verfahren auszuführen.
  • Hybridfahrzeuge weisen eine Antriebsbatterie auf, welche elektrische Energie speichert und zumindest für einen elektrischen Antrieb des Hybridfahrzeugs bereitstellt. Neben dem elektrischen Antrieb wird von der Antriebsbatterie üblicherweise auch verschiedene Nebenverbraucher, wie beispielsweise ein elektrischer Heizer oder ein elektrischer Klimakompressor, versorgt. Es ist bekannt, dass diese Antriebsbatterie nicht vollständig entladen werden darf. Zum einen zur Schonung der Antriebsbatterie, weil ein vollständiges Entladen die Antriebsbatterie überdurchschnittlich altern lässt. Zum anderen aus Sicherheitsgründen, da in der Antriebsbatterie eine Restladung zum Betrieb von sicherheitskritischen Fahrzeugkomponenten beibehalten werden muss. Insofern werden im Stand der Technik üblicherweise Komponenten, welche nicht sicherheitskritisch sind, beim Unterschreiten eines Mindestladezustands der Antriebsbatterie deaktiviert. Zu diesen Komponenten zählt beispielsweise ein Klimakompressor der Klimaanlage.
  • Aus der DE 10 2009 019 607 A1 ist ein Verfahren zum Steuern einer Heiz-/Klima-Komponente eines Hybridfahrzeugs bekannt. Ferner wird eine Einrichtung zur Überwachung des Ladezustands des Energiespeichers beschrieben, die bei Unterschreitung eines Mindestladezustands des Energiespeichers die Konditionierung des Energiespeichers unterbindet. Dadurch soll verhindert werden, dass der Energiespeicher durch eine zu große Entladung geschädigt.
  • Des Weiteren ist aus der DE 10 2013 202 725 A1 ein Verfahren zum Steuern einer Heiz-/Klima-Komponente eines Hybridfahrzeugs bekannt, bei dem die Klimaautomatik deaktiviert wird, wenn ein Batterieladezustand unter einer Entladungsgrenze liegt.
  • Im Stand der Technik können somit jedoch beispielsweise Situationen auftreten, in denen ein Fahrer in ein abgestelltes, überhitztes Hybridfahrzeug einsteigt, bei dem der Ladezustand der Antriebsbatterie unterhalb des Mindestladezustands ist und somit zunächst keine Klimatisierung zur Verfügung steht, bis die Antriebsbatterie den kritischen Ladezustand verlassen hat.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie ein Hybridfahrzeug gemäß Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern einer Heiz-/Klima-Komponente eines Hybridfahrzeugs bereitgestellt, das bei Unterschreitung eines Mindestladezustands einer Antriebsbatterie, einen Betrieb der Heiz-/Klima-Komponente solange freigibt, wie der Antriebsbatterie so viel elektrische Leistung zugeführt wird, dass keine weitere Entladung der Antriebsbatterie erfolgt. Das heißt, andernfalls, der Betrieb der Heiz-/Klima-Komponente deaktiviert wird bzw. deaktiviert bleibt. Dieses Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, dass bei fast entladener Antriebsbatterie, d.h. Unterschreitung des Mindestladezustands, unter Aufrechterhaltung der Sicherheitsstandards eine Klimatisierung, sofort bei laufendem Verbrennungsmotor zur Verfügung steht, weil das Fahrzeug bzw. dessen Steuereinrichtung erkennt, dass der Antriebsbatterie bereits wieder ausreichend elektrische Energie zugeführt wird und somit verhindert wird, dass die Antriebsbatterie weiter entladen wird. Somit kann der Fahrzeuginsassenkomfort gesteigert werden, weil nicht gewartet werden muss, bis ein Mindestladezustand wieder überschritten wird, sondern sofort mit dem Heizen und/oder der Klimatisierung gestartet werden kann.
  • Ein Hybridfahrzeug ist ein Kraftfahrzeug, welches sowohl einen Verbrennungsmotor als auch zumindest einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs aufweist. Die Heiz-/Klima-Komponente ist zumindest eine Komponente zum Heizen und/oder Klimatisieren, insbesondere Kühlen, eines Fahrzeuginsassenraums. Das heißt, es kann sich um eine Komponente zum Heizen, eine Komponente zum Klimatisieren (insbesondere Kühlen), um eine Komponente die beides umsetzt oder um zwei separate Komponenten, eine zum Heizen und eine zum Klimatisieren, handeln. Der Mindestladezustand bezieht sich auf einen vorab festgelegten Schwellenwert der Batterieladung bezogen auf einen maximalen Ladezustand in Kilowattstunden (kWh).
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung steuert das Verfahren als Heiz-/Klima-Komponente einen Klimakompressor. Das Verfahren kann jedoch beispielsweise alternativ oder zusätzlich einen elektrischen Innenraumheizer steuern.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gibt das Verfahren, solange der Mindestladezustand unterschritten ist, einen Betrieb der Heiz-/Klima-Komponente nur mit verringerter Leistung frei, welche gegenüber einem Betrieb oberhalb des Mindestladezustands verringert ist. Beispielsweise wird für den Betrieb eines Klimakompressors anstatt von 3,5kW nur eine Leistung von 2kW freigegeben. Dabei wird der Heiz-/Klima-Komponente nur so viel Leistung freigegeben, dass ein sinnvolles Heizen/Kühlen sichergestellt werden kann und gleichzeitig Systemlimits (z.B. zulässiges Drehmoment des elektrischen Klimakompressors aufgrund von Akustikanforderungen) nicht verletzt werden.
  • Gemäß einem weiteren Verfahren ist der Mindestladezustand kleiner als 15%, insbesondere kleiner oder gleich 10%, des maximalen Ladezustands der Antriebsbatterie. Dabei richten sich die 15% als Mindestladezustand auf einen tatsächlichen Ladezustand und nicht auf einen im Fahrzeug angezeigten Ladezustand. Üblicherweise wird in Fahrzeugen bereits mit Erreichen des Mindestladezustands eine Ladung von 0% angezeigt, obwohl tatsächlich noch eine Restladung in der Antriebsbatterie übrig wäre, um den Fahrer nicht zu verwirren, weil die verbliebene Restladung ohnehin nicht voll nutzbar zur Verfügung steht, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben.
  • Gemäß einem weiteren Verfahren wird der elektrischen Antriebsbatterie elektrische Leistung von einem Generator zugeführt, welcher von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird.
  • Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Hybridfahrzeug mit einer Steuereinrichtung bereit, welche angepasst ist, eines der vorstehend genannten Verfahren auszuführen. Beispielsweise ist in der Steuereinrichtung oder einem der Steuereinrichtung zugeordneten Datenspeicher ein Steuerprogramm gespeichert, welches ein solches Verfahren ausführt.
  • Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • 1 zeigt schematisch ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Verfahren kann beispielsweise in Form eines Computerprogramms umgesetzt sein, welches auf einer Steuereinrichtung oder auf einem der Steuereinrichtung zugeordneten Datenspeicher gespeichert ist. Die Steuereinrichtung ist in einem Hybridfahrzeug verbaut, d.h. einem Kraftfahrzeug, welches sowohl über einen Verbrennungsmotor als auch zumindest einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verfügt. Außerdem hat das Hybridfahrzeug eine wiederaufladbare Antriebsbatterie, welche auf elektrochemischer Basis elektrische Energie speichert und zumindest für den Antrieb des Kraftfahrzeugs und für zumindest eine Heiz-/Klima-Komponente bereitstellt.
  • Die Heiz-/Klima-Komponente ist insbesondere ein Klimakompressor einer Klimaanlage und/oder ein elektrischer Innenraumheizer zur Beheizung eines Fahrzeuginsassenraums des Hybridfahrzeugs.
  • Das Verfahren bestimmt fortlaufend, ob eine Batterieladung der Antriebsbatterie unterhalb einen bestimmten Mindestladezustand abgefallen ist (Schritt S1). Der Mindestladezustand bezieht sich auf einen vorab festgelegten Schwellenwert der Batterieladung bezogen auf einen maximalen Ladezustand in Kilowattstunden (kWh). Dieser Schwellenwert für den Mindestladezustand wird anhand von Sicherheitsaspekten bestimmt, die vorgeben, welche Restladung aus Sicherheitsgründen (beispielsweise zur Versorgung von sicherheitskritischen Fahrzeugkomponenten) und zur Schonung der Antriebsbatterie (vollständig entladene Antriebsbatterien können schneller altern) verbleiben und nicht unterschritten werden sollte. Ist dies nicht der Fall („nein“), dann ist die Heiz-/Klima-Komponente normal und ohne Leistungsreduktion nutzbar (Schritt S2). Anschließend kehrt der Steuerungsprozess wieder zurück zu Schritt S1. Dies kann in Form einer fortwährenden Überprüfung realisiert oder in regelmäßigen Zeitintervallen bestimmt werden.
  • Ergibt sich in Schritt S1, dass der Mindestladezustand unterschritten wurde, dann bestimmt der Steuerungsprozess mittels Messsensoren, ob die Antriebsbatterie bereits wieder geladen wird, insbesondere durch den Betrieb des Verbrennungsmotors wieder geladen wird (Schritt S3). Dabei wird auch ermittelt, ob die Antriebsbatterie mit so viel Energie geladen wird, dass ein Betrieb der Heiz-/Klima-Komponente möglich wäre. Anders ausgedrückt, muss die Ladeleistung einen Mindestwert überschreiten, d.h. die Ladeleistung muss mindestens so groß sein, wie ein zu erwartender Betrieb der Heiz-/Klima-Komponente mit reduzierter Leistung. Ist dies nicht der Fall („nein“), dann fährt der Steuerungsprozess zu Schritt S4 fort und die Heiz-/Klima-Komponente wird deaktiviert oder bleibt deaktiviert, falls sie bereits deaktiviert wurde. Dies verhindert eine Entladung der Antriebsbatterie wesentlich unter das Mindestladeniveau. Somit erhöht dies die Sicherheit des Fahrzeugs, weil eine Restladung aus Sicherheitsgründen erhalten bleibt.
  • Ergibt die Abfrage in Schritt S3, dass die Antriebsbatterie bereits wieder ausreichend geladen wird, um den Ladezustand zumindest zu halten, dann fährt der Steuerungsprozess zu Schritt S5 fort, in dem zugelassen wird, dass die Heiz-/Klima-Komponente mit einer reduzierten Leistung nutzbar ist. Der Begriff „reduziert“ bezieht sich dabei auf einen Normalzustand, wie beispielsweise in Schritt S2. Beispielsweise beträgt die reduzierte Leistung der Heiz-/Klima-Komponente nicht mehr als 70% einer Maximalleistung dieser Komponente.
  • Anschließend kehrt der Steuerungsprozess wieder zurück zu Schritt S1, so dass der Steuerungsprozess im Falle einer Veränderung wie beispielsweise einem ausreichenden Ladezustand der Antriebsbatterie oder einem sich verringernden Ladestrom entsprechend reagieren kann.
  • Mit dieser Erfindung erreicht man somit den Vorteil, dass im Falle einer nahezu entladenen Antriebsbatterie und laufendem Verbrennungsmotor, der Fahrzeuginsasse nicht erst abwarten muss, bis ein gewisser Mindestladzustand überschritten wird, was mehrere Minuten dauern könnte, sondern dass bei ausreichendem Ladestrom diese Heiz-/Klima-Komponente sofort zur Verfügung steht, was gerade bei stark ausgekühltem oder überhitztem Fahrzeug den Komfort erhöht.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Steuern einer Heiz-/Klima-Komponente eines Hybridfahrzeugs, das bei Unterschreitung (S1) eines Mindestladezustands einer Antriebsbatterie, einen Betrieb der Heiz-/Klima-Komponente solange freigibt (S5), wie der Antriebsbatterie so viel elektrische Leistung zugeführt wird, dass keine weitere Entladung der Antriebsbatterie erfolgt (S3).
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren als Heiz-/Klima-Komponente einen Klimakompressor steuert.
  3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren, solange der Mindestladezustand unterschritten ist, einen Betrieb der Heiz-Klima-Komponente nur mit verringerter Leistung freigibt (S5), welche gegenüber einem Betrieb oberhalb des Mindestladezustands verringert ist.
  4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mindestladezustand kleiner als 15% des maximalen Ladezustands der Antriebsbatterie ist.
  5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der elektrischen Antriebsbatterie elektrische Leistung von einem Generator zugeführt wird, welcher von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird.
  6. Hybridfahrzeug, mit einer Steuereinrichtung, welche angepasst ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
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