DE102021200728A1

DE102021200728A1 - Steuervorrichtung für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb derselben

Info

Publication number: DE102021200728A1
Application number: DE102021200728.7A
Authority: DE
Inventors: Fabian Schorcht; Daniel Manka
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2022-07-28

Abstract

Es wird eine Steuervorrichtung für ein batteriebetriebenes Fahrzeug mit einer Schnittstelle zu einer Einheit zur Bestimmung der Temperatur einer Batterie des Fahrzeugs (1) und mit einer Schnittstelle zu einer Anzeigeeinrichtung (2, 12, 30) des Fahrzeugs beschrieben, wobei die Steuervorrichtung (8) eingerichtet ist, über die Schnittstelle zu einer Anzeigeeinrichtung (2, 12, 30) des Fahrzeugs (1) der Anzeigeeinrichtung (2, 12, 30) des Fahrzeugs (1) eine aktuelle Temperatur (34) der Batterie zur Darstellung bereitzustellen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Steuervorrichtung, einer Anzeigeeinrichtung, sowie von einem Verfahren zum Betrieb derselben gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Batterien für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, wie beispielsweise E-Bikes, Light Electric Vehicles (LeVs) aber auch Fahrzeuge der Fahrzeugklasse M zur Personenbeförderung, sind oftmals passiv bzw. luftgekühlt ausgeführt. Dies hat in vielen Fällen zur Konsequenz, dass die Temperatur einer derart passiv gekühlten Batterie in Abhängigkeit des jeweiligen Fahrzyklus ansteigt. Insbesondere bei Vorliegen besonders kalter oder warmer Temperaturen ergeben sich dabei Einschränkungen für den Lade-/Entladebetrieb der Batterien bzw. der darin verbauten Batteriezellen. Dies führt zunächst zu einer Kapazitätseinschränkung und im Extremfall zum Abschalten der entsprechenden Batterie.
Heute übliche Fahrerinformationssysteme in Kraftfahrzeugen informieren einen Fahrer nicht über temperaturbedingte Einschränkungen der Batteriefunktionalität. Vielmehr wird versucht, die Auswirkungen temperaturbedingter Beeinträchtigungen durch Eingriffe in die Betriebsstrategie der Batterie zu begrenzen. Aufgrund dieser fehlenden Information hat der Fahrer keine Möglichkeit, beispielsweise seine Fahrweise in Form der gewählten Geschwindigkeit oder der von ihm abgerufenen elektrischen Leistung anzupassen bzw. zu optimieren.
Diesbezüglich ist aus der US 2020/0160619 A1 ein System bzw. ein Verfahren bekannt, mit dessen Hilfe die Reichweite eines batteriebetriebenen Fahrzeuges aufgrund eines prädiktiven Modells berechnet werden kann. Weiterhin ist aus der US 2019/0315232 A1 ein thermisches Management-System für Batterien bekannt, bei dem die Temperatur einer Batterie auf Basis eines prädiktiven Modells einer zu erwartenden Temperatur eingestellt wird.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung, auf eine Anzeigeeinrichtung sowie auf ein Verfahren zum Betrieb derselben mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung für ein Fahrzeug umfasst zum einen eine Schnittstelle zu einer Einheit zur Bestimmung der Temperatur einer Batterie eines Fahrzeugs und zum anderen eine weitere Schnittstelle zu einer Anzeigeeinrichtung des Fahrzeugs. Erfindungsgemäß ist die Steuervorrichtung für ein Fahrzeug derart eingerichtet, dass diese über deren Schnittstelle zu einer Anzeigeeinrichtung des Fahrzeugs eine aktuelle Temperatur der Batterie der Anzeigeeinrichtung zur Darstellung derselben zur Verfügung stellt.
Der besondere Vorteil einer derartigen Steuervorrichtung für ein Fahrzeug besteht darin, dass ein Fahrer eines batteriebetriebenen Fahrzeugs die Gelegenheit hat, aufgrund der Darstellung einer aktuellen Temperatur der Batterie des Fahrzeugs sein Nutzungsverhalten des Fahrzeugs entsprechend anzupassen. Dies kann beispielsweise in einem Abruf einer verringerten elektrischen Leistung des Fahrzeugs bestehen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
So ist von Vorteil, wenn die Steuervorrichtung zusätzlich eingerichtet ist, eine zukünftige Temperatur der Batterie des Fahrzeugs auf Basis eines prädiktiven Modells, das in der Steuervorrichtung hinterlegt ist, zu berechnen. Zu diesem Zweck kann die Steuervorrichtung beispielsweise als thermisches Batterie-Management-System ausgelegt sein. Unter einer zukünftigen Batterietemperatur wird eine Temperatur einer Batterie eines Fahrzeugs verstanden, die mit einer wählbaren Wahrscheinlichkeit zu einem ebenfalls wählbaren zukünftigen Zeitpunkt in oder an der Batterie des Fahrzeugs vorliegen wird. Weiterhin umfasst ein derartiges prädiktives Modell mindestens ein Kennfeld, das eine Zuordnung von Temperaturwerten der Batterie eines Fahrzeugs zu Betriebsparametern, wie beispielsweise einer abgerufenen Leistung der Batterie, des Streckenprofils des batteriebetriebenen Fahrzeugs, der Außentemperatur oder des Fahrzeuggewichts umfasst.
Weiterhin ist von Vorteil, wenn die mittels der Steuervorrichtung ermittelte zukünftige Temperatur der Batterie eines Fahrzeugs über die zweite Schnittstelle einer Anzeigeeinrichtung des Fahrzeugs für eine Anzeige derselben zur Verfügung gestellt wird. Dies erweitert die Möglichkeiten eines Fahrers eines derartigen batteriebetriebenen Fahrzeugs von ihm beeinflussbare Fahrparameter wie Leistungsabruf bzw. Fahrprofil oder die gewählte Fahrstrecke anzupassen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine Anzeigeeinrichtung zur Verbindung mit der vorbeschriebenen Steuervorrichtung. Die Anzeigeeinrichtung ist dabei eingerichtet, eine aktuelle Temperatur einer Batterie des Fahrzeugs darzustellen. Darüber hinaus ist die Anzeigerichtung in vorteilhafter Weise eingerichtet, eine zukünftige Temperatur der Batterie des Fahrzeugs ebenfalls darzustellen.
Darüber hinaus ist von Vorteil, wenn die Anzeigeeinrichtung weiterhin eingerichtet ist, auch eine aus technischer Sicht maximale bzw. minimale sinnvolle Betriebstemperatur der Batterie des Fahrzeugs darzustellen. Dies ermöglicht dem Fahrer auf einen Blick eine Einschätzung, inwieweit die aktuelle Temperatur der Batterie eines Fahrzeugs eine Anpassung seines Fahrverhaltens oder des gewählten Streckenprofils bedarf.
Weiterhin ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betrieb der vorbeschriebenen Steuervorrichtung bzw. der vorbeschriebenen Anzeigeeinrichtung. So erfolgt beispielsweise in regelmäßigen Zeitabständen eine Bestimmung einer aktuellen Temperatur der Batterie eines Fahrzeugs. Diese Temperatur wird mittels einer Anzeigeeinrichtung des Fahrzeugs dargestellt. Weiterhin erfolgt beispielsweise ebenfalls in regelmäßigen zeitlichen Abständen eine Bestimmung einer zukünftigen Temperatur der Batterie des Fahrzeugs. Diese zukünftige Temperatur des Fahrzeugs, beispielsweise zum Zeitpunkt des Erreichens eines vorgegebenen Fahrziels oder bei Eintritt eines entladenen Zustands der Batterie des Fahrzeugs, wird bspw. ebenfalls über die Anzeigeeinrichtung des Fahrzeugs dargestellt.
Dabei ist von Vorteil, wenn zusätzlich oder alternativ eine Neuberechnung einer Temperatur der Batterie des Fahrzeugs erfolgt, sobald beispielsweise die Eingabe eines Fahrerwunsches über eine Eingabevorrichtung des Fahrzeugs registriert wird oder wenn sich eine für das Fahrzeug gewählte oder prognostizierte Fahrstrecke des Fahrzeugs ändert.
Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung, die entsprechende Anzeigeeinrichtung oder das Verfahren zum Betrieb derselben lässt sich in vorteilhafter Weise verwenden in E-Bikes, batteriebetriebenen Leichtfahrzeugen oder batteriebetriebenen Personenkraftwagen.
Figurenliste
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung und einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung,
2 ein Ausführungsbespiel einer erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung und
3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung bzw. Anzeigeeinrichtung.

Ausführungsformen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann insbesondere für Fahrzeuge im Straßenverkehr verwendet werden. Hierbei ist sowohl eine Information des Fahrers über Fahrzustände des Fahrzeugs als auch eine Information des Fahrers über die Fahrzeugumgebung von Vorteil. Hierzu können eine oder mehrere Anzeigeeinrichtungen im Fahrzeug angeordnet sein.
In 1 ist schematisch ein Fahrzeug 1 dargestellt, das mehrere Anzeigeeinrichtungen aufweist. Eine erste Anzeigeeinrichtung 2 ist vor dem Fahrer des Fahrzeugs angeordnet. Die Anzeigeeinrichtung 2 weist ein Anzeigefeld 4 auf, das beispielsweise als eine Flüssigkristallanzeigeeinrichtung ausgeführt ist. In dem Anzeigefeld 4 sind beispielsweise eine Skalenanzeige 3 oder Anzeigefelder 5 vorgesehen. Es können auch weitere Informationen wie Textausgaben, Symboldarstellungen oder Kartendarstellungen eingeblendet werden. Die Informationen werden von einer Recheneinheit 6 der Anzeigeeinrichtung 2 bereitgestellt.
Informationen über den Fahrzustand des Fahrzeugs 1 oder über die Umgebung des Fahrzeugs 1 ruft die Anzeigeeinrichtung 2 bevorzugt über einen Datenbus 7 ab. An den Datenbus 7 ist beispielsweise eine Steuervorrichtung 8 angeschlossen, die über einen weiteren Datenbus 9 auf nicht dargestellte Sensoren im Fahrzeug zugreift.
Ferner kann im Fahrzeug eine Anzeigeeinrichtung 12 vorgesehen sein, die im Bereich der Mittelkonsole des Fahrzeugs oder in der Fahrzeugmitte in der Instrumententafel angeordnet ist. In der Anzeigeeinrichtung 12 ist beispielsweise ein Kartenfeld 13 zur Darstellung einer aktuellen Position des Fahrzeugs in einer Straßenkarte dargestellt. Ferner kann in der Anzeigeeinrichtung 12 auch durch eine Dual-View Darstellung ein erstes Bild für einen Fahrer und ein zweites, abweichendes Bild für einen Beifahrer dargestellt werden. Diese Bilder werden über eine Recheneinrichtung 14 der Anzeigeeinrichtung 12 erzeugt. Die Anzeige 12 ist bevorzugt ebenfalls an den Datenbus 7 angeschlossen.
Die Steuervorrichtung 8 weist bspw. eine erste Schnittstelle auf, über die sie beispielsweise über den Datenbus 9 datenleitend mit Sensoren verbunden ist, welche beispielsweise die Temperatur an oder in einer nicht dargestellten Batterie des Fahrzeugs 1 bestimmen. Weiterhin ist die Steuervorrichtung 8 ausgelegt, eine zukünftige Temperatur der Batterie des Fahrzeugs 1 zu berechnen. Dies erfolgt beispielsweise auf der Basis eines prädiktiven Modells, welches beispielsweise auf einem Kennfeld beruht, in dem die jeweilige Temperatur einer Batterie des Fahrzeugs in Abhängigkeit bspw. von einer Lastanforderung an die Batterie, eines Fahrstreckenprofil des Fahrzeugs 1, einer Außentemperatur, eines Gesamtgewichts des Fahrzeugs 1 oder einem aktuellen Ladezustand der Batterie des Fahrzeugs 1 zugeordnet ist.
Die Berechnung einer zukünftigen Temperatur einer Batterie des Fahrzeugs 1 erfolgt beispielsweise in regelmäßigen Zeitabständen oder bei einer Bedienung von Bedienelementen 21 einer Eingabeeinheit 20 bzw. 18, beispielsweise durch den Fahrer. Weiterhin kann eine Neuberechnung einer zukünftigen Temperatur einer Batterie des Fahrzeugs 1 dann erfolgen, wenn die Fahrstrecke des Fahrzeugs 1 von einer vorgewählten Fahrstrecke oder einer prognostizierten Fahrstrecke des Fahrzeugs 1 abweicht. Die tatsächlich an oder in der Batterie des Fahrzeugs vorliegende Temperatur sowie eine prognostizierte Temperatur der Batterie des Fahrzeugs werden beispielsweise über eine zweite Schnittstelle über den Datenbus 7 an die Recheneinheit 6 bzw. 14 der Anzeigeeinrichtung 2 bzw. 12 zur Darstellung derselben übergeben.
In die 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anzeigeeinrichtung dargestellt. Als Beispiel ist eine Anzeigeeinrichtung 30 im Sichtfeld eines Fahrers eines Fahrzeugs gewählt. Die Anzeigeeinrichtung 30 kann den vorbeschriebenen Anzeigeeinrichtungen 2, 12 entsprechen und weist eine Matrixanzeige 31, beispielsweise eine Flüssigkristallanzeige auf. Die Matrixanzeige 31 wird durch eine Beleuchtungseinheit, die vorzugsweise als eine Hinterleuchtungseinheit ausgeführt ist, beleuchtet.
Innerhalb der Matrixanzeige 31 ist schematisch eine Batterie 32 dargestellt. Weiterhin umfasst die Matrix eine grafische Darstellung von Grenztemperaturen 33, die einer aus technischer Sicht maximalen bzw. minimalen sinnvollen Temperatur entsprechen, jenseits derer beispielsweise kein weiterer Betrieb eines die Batterie enthaltenden Fahrzeuges oder ein Laden der Batterie mehr möglich ist. Darüber hinaus ist eine grafische Anzeige einer aktuellen Temperatur 34 der Batterie des Fahrzeugs vorgesehen. Zusätzlich kann eine Tendenz der Veränderung der aktuellen Temperatur 34 der Batterie des Fahrzeugs durch eine Pfeildarstellung 35 erfolgen.
Neben der Darstellung einer aktuellen Temperatur 34 der Batterie des Fahrzeugs kann die Darstellung einer zukünftigen Temperatur 36 der Batterie des Fahrzeugs erfolgen. Sowohl die Darstellung der aktuellen Temperatur 34 als auch die Darstellung einer zukünftigen Temperatur 36 der Batterie des Fahrzeugs ist veränderlich, was durch Pfeile 37 verdeutlicht ist.
In 3 ist schematisch der Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb der vorbeschriebenen Steuervorrichtung bzw. Anzeigeeinrichtung verdeutlicht. Das Verfahren wird zunächst mit einem Initialisierungsschritt 50 begonnen. Dann wird in einem ersten Darstellungsschritt 51 über die Anzeigeeinrichtung 2, 12, 30 sowohl die Darstellung einer aktuellen Temperatur 34 als auch die Darstellung einer zukünftigen Temperatur 36 einer Batterie des Fahrzeugs vorgenommen.
In einem sich anschließenden Entscheidungsschritt 52 wird überprüft, ob bspw. eine Eingabe eines Fahrers an der Eingabeeinrichtung 20 des Fahrzeugs erfolgt ist, ob eine Veränderung der Außentemperatur um das Fahrzeug herum oder eine Veränderung einer bereits gewählten oder prognostizierten Fahrstrecke des Fahrzeugs eingetreten ist, oder ob ein Leistungsabruf an der Batterie des Fahrzeugs einen Schwellenwert überschritten hat.
Ist dies nicht der Fall, so wird erneut der erste Darstellungsschritt 51 durchgeführt. Ist dies jedoch der Fall, so wird in einem zweiten Darstellungsschritt 54 eine Neuberechnung einer zukünftigen Temperatur einer Batterie des Fahrzeugs durchgeführt und über die Anzeigeeinrichtung 2, 12, 30 des Fahrzeugs dargestellt. Danach wird das Verfahren beispielsweise in einem Endschritt 55 beendet und nach einer vorgegebenen Zeitspanne von beispielsweise 10 Sekunden wiederholt.
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

US 2020/0160619 A1 [0004]
US 2019/0315232 A1 [0004]

Claims

Steuervorrichtung für ein batteriebetriebenes Fahrzeug mit einer Schnittstelle zu einer Einheit zur Bestimmung der Temperatur einer Batterie des Fahrzeugs (1) und mit einer Schnittstelle zu einer Anzeigeeinrichtung (2, 12, 30) des Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (8) eingerichtet ist, über die Schnittstelle zu einer Anzeigeeinrichtung (2, 12, 30) des Fahrzeugs (1) der Anzeigeeinrichtung (2, 12, 30) des Fahrzeugs (1) eine aktuelle Temperatur (34) der Batterie zur Darstellung bereitzustellen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (8) weiter eingerichtet ist, eine zukünftige Temperatur (36) der Batterie des Fahrzeugs (1) auf der Basis eines in der Steuervorrichtung (8) hinterlegten prädiktiven Modells zu bestimmen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (8) eingerichtet ist, über die Schnittstelle zu einer Anzeigeeinrichtung (2, 12, 30) des Fahrzeugs zusätzlich Daten einer zukünftigen Temperatur (36) der Batterie des Fahrzeugs (1) der Anzeigeeinrichtung (2,12, 30) des Fahrzeugs (1) zur Verfügung zu stellen.
Anzeigeeinrichtung zur Verbindung mit einer Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (2, 12, 30) ausgebildet ist, eine aktuelle Temperatur (34) einer Batterie des Fahrzeugs darzustellen.
Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (2, 12, 30) zusätzlich eingerichtet ist, eine zukünftige Temperatur (36) der Batterie eines Fahrzeugs (1) darzustellen.
Anzeigeeinrichtung nach einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (2, 12, 30) eingerichtet ist, zusätzlich eine maximal und/oder eine minimal zulässige Betriebstemperatur (33) der Batterie des Fahrzeugs (1) darzustellen.
Verfahren zum Betrieb einer Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 oder einer Anzeigeeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei eine aktuelle Temperatur (34) in oder an einer Batterie eines Fahrzeugs (1) bestimmt und mittels einer Anzeigeeinrichtung (2, 12, 30) des Fahrzeugs (1) dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine zukünftige Temperatur (36) der Batterie des Fahrzeugs (1) bestimmt und ebenfalls mittels der Anzeigeeinrichtung (2, 12, 30) des Fahrzeugs (1) dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erneute Bestimmung einer zukünftigen Temperatur (36) der Batterie des Fahrzeugs (1) in insbesondere regelmäßigen Zeitabständen erfolgt und die derart bestimmte zukünftige Temperatur (36) der Batterie jeweils mittels der Anzeigeeinrichtung (2, 12, 30) des Fahrzeugs (1) dargestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine erneute Bestimmung einer zukünftigen Temperatur (36) der Batterie des Fahrzeugs (1) erfolgt, sobald die Eingabe eines Fahrerwunsches an einer Eingabevorrichtung (20) des Fahrzeugs (1) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine erneute Bestimmung einer zukünftigen Temperatur (36) der Batterie des Fahrzeugs (1) erfolgt, wenn eine Änderung der Fahrstrecke des Fahrzeugs (1) bezüglich einer bisher gewählten oder prognostizierten Fahrstrecke des Fahrzeugs (1) vorliegt.
Verwendung der Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, einer Anzeigeeinrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6 und/oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 11 in E-Bikes, batteriebetriebenen Leichtfahrzeugen oder batteriebetriebenen Personenkraftwagen.