DE102021205101A1

DE102021205101A1 - Verfahren und Steuervorrichtung zur Steuerung der Leistungsaufnahme in einem Niedervoltnetz und elektrisches System

Info

Publication number: DE102021205101A1
Application number: DE102021205101.4A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Mangold
Original assignee: Edag Engineering GmbH
Current assignee: Edag Engineering GmbH
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2022-11-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kontrollierte Anpassung der Leistungsaufnahme von elektrischen Verbrauchern in einem Niedervoltnetz eines Elektrofahrzeugs. Die Leistungsaufnahme in dem Niedervoltnetz wird hierzu mit einem vorgegebenen Zielwert verglichen. In Abhängigkeit dieses Vergleichs kann die Leistungsaufnahme einzelner Verbraucher in dem Niedervoltnetz individuell angepasst werden.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Leistungsaufnahme in einem Niedervoltnetz eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Leistungsaufnahme in einem Niedervoltnetz eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs sowie ein elektrisches System mit einer solchen Steuervorrichtung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Ganz oder zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge verfügen über eine sogenannte Traktionsbatterie, welche die elektrische Energie zum Antrieb des Fahrzeugs bereitstellt. Diese Traktionsbatterie stellt in der Regel eine elektrische Spannung im Spannungsbereich von mehreren Hundert Volt bereit. Das elektrische Antriebssystem sowie einige weitere elektrische Verbraucher, welche mit einer elektrischen Spannung in der Höhe der von der Traktionsbatterie bereitgestellten Spannung betrieben werden können, sind über ein sogenanntes Hochvoltnetz miteinander verbunden. Darüber hinaus verfügen solche Fahrzeuge zusätzlich über ein sogenanntes Niedervoltnetz, welches eine geringere elektrische Spannung aufweist. Dieses Niedervoltnetz kann zahlreiche weitere elektrische Verbraucher mit elektrischer Energie versorgen. Hierzu wird das Niedervoltnetz in der Regel über einen Gleichspannungswandler mit dem Hochvoltnetz gekoppelt. Darüber hinaus ist üblicherweise auch in dem Niedervoltnetz eine Batterie vorgesehen, welche ebenfalls elektrische Energie in das Niedervoltnetz speisen kann. Ferner kann die Batterie des Niedervoltnetzes über den Gleichspannungswandler auch von dem Hochvoltnetz aufgeladen werden.
Zahlreiche Verbraucher, welche an das Niedervoltnetz angeschlossen sind, weisen in der Summe einen signifikanten Energieverbrauch auf. Dieser Energieverbrauch muss in der Regel über den Gleichspannungswandler aus dem Hochvoltnetz und somit von der Traktionsbatterie bereitgestellt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher wünschenswert, den Leistungsbedarf der Verbraucher im Niedervoltnetz eines ganz oder teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gezielt anpassen zu können. Insbesondere ist es wünschenswert, den Energieverbrauch der Verbraucher im Niedervoltnetz derart anzupassen, dass einerseits eine möglichst große elektrische Reichweite mit der durch die Traktionsbatterie bereitgestellten elektrischen Energie erzielt werden kann und dabei andererseits ein möglichst hoher Komfort für den Fahrzeugführer und die Insassen gewährleistet werden kann.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Leistungsaufnahme in einem Niedervoltnetz, insbesondere einem Niedervoltnetz eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, sowie ein elektrisches System in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Demgemäß ist ein Verfahren zur Steuerung der Leistungsaufnahme in einem Niedervoltnetz, insbesondere einem Niedervoltnetz eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs vorgesehen. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Ermitteln der Leistungsaufnahme aller in dem Niedervoltnetz angeschlossenen Verbraucher. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Berechnen eines Intensitätsfaktors. Insbesondere kann der Intensitätsfaktor unter Verwendung eines Quotienten aus ermittelter Leistungsaufnahme der Verbraucher in dem Niedervoltnetz und einer vorbestimmten Zielleistung berechnet werden. Der Intensitätsfaktor stellt somit das Verhältnis zwischen tatsächlichem Verbrauch im Niedervoltnetz und einem vorgegebenen Zielwert dar. Schließlich umfasst das Verfahren einen Schritt zum Einstellen der Leistungsaufnahme von Verbrauchern in dem Niedervoltnetz. Die Leistungsaufnahme eines oder mehrerer Verbraucher in dem Niedervoltnetz wird insbesondere in Abhängigkeit des berechneten Intensitätsfaktors eingestellt.
Weiterhin ist eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Leistungsaufnahme in einem Niedervoltnetz, insbesondere einem Niedervoltnetz eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs vorgesehen. Die Steuervorrichtung umfasst eine Erfassungseinrichtung, eine Recheneinrichtung und eine Steuereinrichtung. Die Erfassungseinrichtung ist dazu ausgelegt, eine Leistungsaufnahme aller in dem Niedervoltnetz angeschlossenen Verbraucher zu ermitteln. Die Recheneinrichtung ist dazu ausgelegt, einen Intensitätsfaktor zu berechnen. Der Intensitätsfaktor wird insbesondere unter Verwendung eines Quotienten aus ermittelter Leistungsaufnahme der Verbraucher in dem Niedervoltnetz und einer vorbestimmten Zielleistung berechnet. Der Intensitätsfaktor kann sich somit aus dem Verhältnis zwischen tatsächlicher Leistungsaufnahme in dem Niedervoltnetz und einem vorgegebenen Zielwert berechnen. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, eine Leistungsaufnahme von Verbrauchern in dem Niedervoltnetz einzustellen. Insbesondere kann die Steuereinrichtung die Leistungsaufnahme mindestens eines Verbrauchers in dem Niedervoltnetz in Abhängigkeit des berechneten Intensitätsfaktors einstellen.
Ferner ist ein elektrisches System vorgesehen. Das elektrische System umfasst mehrere elektrische Verbraucher, insbesondere elektrische Verbraucher im Niedervoltnetz eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Ferner umfasst das elektrische System eine Steuervorrichtung gemäß dem zuvor genannten Aspekt. Die Steuereinrichtung ist insbesondere dazu ausgelegt, die Leistungsaufnahme einzelner Verbraucher in Abhängigkeit des berechneten Intensitätsfaktors individuell anzupassen.
Das erfindungsgemäße Prinzip lässt sich grundsätzlich auf alle Arten von ganz oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen anwenden, welche neben einem Hochvoltnetz für den elektrischen Antriebsstrang und ggf. einige weitere Hochvoltverbraucher ein Niedervoltnetz mit elektrischen Verbrauchern umfassen. Hochvoltnetz oder Niedervoltnetz können hierbei über einen elektrischen Gleichspannungswandler miteinander gekoppelt sein. In der folgenden Beschreibung umfasst der Begriff Elektrofahrzeuge daher sowohl vollelektrische Fahrzeuge, die ihre Antriebsenergie ausschließlich aus einer Traktionsbatterie beziehen, als auch teilelektrische Fahrzeuge, welche neben einer Traktionsbatterie auch weitere Aggregate, wie zum Beispiel einen Verbrennungsmotor, eine Brennstoffzelle oder Ähnliches umfassen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in einem Elektrofahrzeug insbesondere im Niedervoltnetz zahlreiche elektrische Verbraucher vorhanden sind. Diese elektrischen Verbraucher können in der Summe einen signifikanten Energieverbrauch aufweisen. Die von diesen elektrischen Verbrauchern aufgenommene Energie steht jedoch somit nicht mehr für den Antrieb des Elektrofahrzeugs zur Verfügung. Daher sinkt mit steigendem Energieverbrauch der weiteren elektrischen Verbraucher die elektrische Reichweite, die mit einer Traktionsbatterie erzielt werden kann.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Steuerung der Leistungsaufnahme in dem Niedervoltnetz eines Elektrofahrzeugs vorzusehen. Insbesondere ist es dabei eine Idee der vorliegenden Erfindung, die Leistungsaufnahme der Verbraucher im Niedervoltnetz des Elektrofahrzeugs dynamisch anzupassen.
Durch das dynamische Anpassen der Leistungsaufnahme von Verbrauchern, die an das Niedervoltnetz eines Elektrofahrzeugs angeschlossen sind, kann der Energiebedarf in dem Elektrofahrzeug gezielt angepasst werden. Da die elektrische Energie in dem Niedervoltnetz in der Regel über einen Gleichspannungswandler aus dem Hochvoltnetz und somit von der Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs bezogen wird, kann durch das Anpassen des Leistungsbedarfs in dem Niedervoltnetz auch die elektrische Leistung beeinflusst werden, welche die Traktionsbatterie für die Versorgung der elektrischen Verbraucher im Niedervoltnetz bereitstellen muss. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, zur Erhöhung der elektrischen Reichweite den Leistungsbedarf für die Verbraucher im Niedervoltnetz zu reduzieren. Ist umgekehrt bekannt, dass die in der Traktionsbatterie gespeicherte elektrische Energie noch ausreichende Reserven aufweist, so kann beispielsweise zur Steigerung des Komforts für den Fahrer oder die weiteren Insassen ein erhöhter Leistungsbedarf für die Verbraucher im Niedervoltnetz des Elektrofahrzeugs freigegeben werden.
Bei den Verbrauchern, welche im Niedervoltnetz des Elektrofahrzeugs angeschlossen sind, und insbesondere bei den Verbrauchern, deren Leistungsbedarf geregelt werden kann, kann es sich um beliebige elektrische Verbraucher in einem Elektrofahrzeug handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Verbrauchern um Heizvorrichtungen, wie zum Beispiel eine Sitzheizung oder Ähnliches, handeln. Darüber hinaus sind beispielsweise auch Aktoren, wie zum Beispiel Stellmotoren, Komponenten eines Multimedia- oder Entertainmentsystems, ein Gebläse oder aber auch Komponenten eines Fahrerassistenzsystems oder Ähnliches möglich. Selbstverständlich sind darüber hinaus auch beliebige weitere Komponenten an das Niedervoltnetz des Elektrofahrzeugs anschließbar, wobei ggf. deren Leistungsaufnahme oder Funktionalität in Abhängigkeit des berechneten Intensitätsfaktors anpassbar ist.
Für das Anpassen der Leistungsaufnahme der Verbraucher in dem Niedervoltnetz kann beispielsweise eine Zielleistung vorgegeben werden. Diese Zielleistung kann beispielsweise unter Verwendung von weiteren Rahmenbedingungen wie zum Beispiel dem aktuellen Ladezustand der Traktionsbatterie, einem prognostizierten Energiebedarf zum Erreichen eines vorgegebenen Ziels oder beliebigen anderen Rahmenbedingungen spezifiziert werden. Durch das Festlegen des Zielleistungsbedarfs kann somit zum Beispiel gewährleistet werden, dass die Energieentnahme durch die Verbraucher im Niedervoltnetz die Traktionsbatterie nicht übermäßig belastet, um die erforderlichen Rahmenbedingungen für das Elektrofahrzeug einzuhalten. Somit kann zum Beispiel gerade bei kritischen Ladezuständen einer Traktionsbatterie gewährleistet werden, dass durch das Anpassen der Leistungsaufnahme im Niedervoltnetz die Traktionsbatterie nicht übermäßig belastet wird und so zum Beispiel ein gewünschtes Ziel noch sicher erreicht werden kann.
Da der Leistungsbedarf der Verbraucher auf der Niedervoltseite und die damit verbundenen Funktionalitäten dynamisch gesteuert werden können, müssen beispielsweise einige Teilfunktionalitäten nicht permanent deaktiviert werden, sondern können zumindest teilweise auch freigegeben werden, wenn der Energiebedarf der weiteren Verbraucher in dem Niedervoltnetz dies zulässt. Auf diese Weise kann eine erforderliche Funktionalitätseinschränkung auf ein Mindestmaß begrenzt werden. Somit kann einerseits der Komfort für den Benutzer und die weiteren Insassen des Fahrzeugs erhöht werden, und andererseits durch die gezielte Steuerung des Energiebedarfs in dem Elektrofahrzeug die elektrische Reichweite vergrößert werden und die Sicherheit für das Erreichen eines vorgegebenen Ziels kann gesteigert werden.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt das Berechnen des Intensitätsfaktors unter Verwendung eines Verlaufs der Leistungsaufnahme der Verbraucher in dem Niedervoltnetz über eine vorbestimmte Zeitdauer. Beispielsweise kann für jede erneute Berechnung des Intensitätsfaktors der Verlauf der Leistungsaufnahme über eine vorbestimmte Zeitdauer bis zum aktuellen Zeitpunkt hin berücksichtigt werden. Als vorbestimmte Zielleistung für diese zu berücksichtigende Zeitdauer kann beispielsweise ein konstanter Leistungswert zugrunde gelegt werden. Alternativ ist es jedoch auch grundsätzlich möglich, einen variablen Verlauf für die Zielleistung zugrunde zu legen. Beispielsweise kann der Wert für die Zielleistung auch in Abhängigkeit von einer aktuellen Fahrsituation, insbesondere von aktuellen Betriebsparametern des Elektrofahrzeugs angepasst werden. Wird zum Beispiel aufgrund der Topographie oder anderer Rahmenbedingungen eine höhere elektrische Leistung für den Antrieb des Elektrofahrzeugs benötigt, so kann ggf. in solchen Situationen die Vorgabe für die Zielleistung im Niedervoltnetz gesenkt werden. Ist beispielsweise bekannt, dass sich entlang der Route zu einem vorbestimmten Ziel Rahmenbedingungen, wie zum Beispiel die Umgebungstemperatur ändert, so kann ggf. auch in Abhängigkeit dieser weiteren Rahmenbedingungen die Zielleistung für einzelne Abschnitte der Fahrtroute individuell vorgegeben werden. Auf diese Weise kann zum Beispiel je nach zu erwartender Umgebungstemperatur die Zielleistung angepasst werden, um Leistungsreserven für ein Klimagebläse, eine Sitzheizung oder Ähnliches bereitstellen zu können.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Einstellen der Leistungsaufnahme für die Verbraucher in dem Niedervoltnetz ein Aktivieren oder Deaktivieren von Funktionen der Verbraucher in dem Niedervoltnetz. Insbesondere können in Abhängigkeit von dem jeweils berechneten Intensitätsfaktor einzelne Verbraucher in dem Niedervoltnetz individuell aktiviert oder deaktiviert werden. Gegebenenfalls können auch mehrere Gruppen von Verbrauchern in dem Niedervoltnetz in Abhängigkeit von dem berechneten Intensitätsfaktor gemeinsam aktiviert oder deaktiviert werden. Überschreitet der berechnete Intensitätsfaktor beispielsweise einen vorgegebenen Schwellwert, so können einzelne Verbraucher oder Gruppen von Verbrauchern deaktiviert werden. Auf diese Weise kann die Leistungsaufnahme in dem Niedervoltnetz begrenzt werden. Durch das gezielte Aktivieren einzelner Verbraucher oder Gruppen von Verbrauchern kann eine gezielte Priorisierung der Verbraucher auch bei einer reduzierten Leistungsfreigabe in dem Niedervoltnetz erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform werden für einzelne Verbraucher und/oder Gruppen von Verbrauchern in dem Niedervoltnetz jeweils individuelle Schwellwerte vorgegeben. In diesem Fall erfolgt das Einstellen der Leistungsaufnahme von Verbrauchern in dem Niedervoltnetz für die jeweiligen Verbraucher oder Gruppen von Verbrauchern in Abhängigkeit von den korrespondierenden Schwellwerten. Überschreitet beispielsweise der aktuell berechnete Intensitätsfaktor einen spezifischen Schwellwert für einen bestimmten Verbraucher oder eine bestimmte Gruppe von Verbrauchern, so kann die Leistungsaufnahme der jeweilige Verbraucher bzw. die jeweilige Gruppe von Verbrauchern angepasst, insbesondere eingeschränkt werden. Bei Unterschreiten des Intensitätswertes kann die freigegebene Leistungsaufnahme der jeweilige Verbraucher bzw. die jeweilige Gruppe von Verbrauchern wieder erhöht werden oder bestehende Beschränkungen in der Leistungsaufnahme können vollständig aufgehoben werden. Gegebenenfalls kann die Regulierung bzw. Einschränkung der maximalen Leistungsaufnahme auch in mehreren Stufen, jeweils in Abhängigkeit von dem berechneten aktuellen Intensitätswert erfolgen.
Für das Regulieren der Leistungsaufnahme von Verbrauchern ist es ggf. möglich, jeweils nur einzelne Funktionen eines Verbrauchers oder einer Gruppe von Verbrauchern zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Beispielsweise kann für einen Verbraucher wie zum Beispiel eine Sitzheizung oder ein Gebläse, welches in mehreren Leistungsstufen geregelt werden kann, in Abhängigkeit von dem Intensitätsfaktor ggf. auch nur eine oder mehrere Stufen aktiviert bzw. deaktiviert werden. Umfasst ein Verbraucher zum Beispiel mehrere Funktionsgruppen, so können in einem solchen Fall ggf. auch in Abhängigkeit von dem berechneten Intensitätsfaktor nur einzelne Funktionsgruppen in ihrer Leistungsaufnahme reguliert, insbesondere aktiviert bzw. deaktiviert werden. Darüber hinaus kann auch den einzelnen Verbrauchern eine Vorgabe für eine maximale Leistungsaufnahme übermittelt werden. Die entsprechenden Verbraucher können daraufhin unter Verwendung der vorgegebenen maximalen Leistungsaufnahme eigenständig ihren Betrieb und/oder Funktionalität derart anpassen, dass die Leistungsaufnahme auf den vorgegebenen Maximalwert begrenzt wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Ermitteln der Leistungsaufnahme der Verbraucher im Niedervoltnetz ein Ermitteln eines Leistungsflusses vom Hochvoltnetz in das Niedervoltnetz. Ferner wird für das Ermitteln der Leistungsaufnahme der Verbraucher in dem Niedervoltnetz der Leistungsfluss eines elektrischen Energiespeichers in dem Niedervoltnetz ermittelt. Da das Niedervoltnetz in der Regel sowohl von einem elektrischen Energiespeicher in dem Niedervoltnetz, beispielsweise einer Batterie, als auch über einen Gleichspannungswandler aus dem Hochvoltnetz gespeist werden kann, ist für die Ermittlung der Leistungsaufnahme in dem Niedervoltnetz die gemeinsame Betrachtung des Energieflusses aus diesen beiden Energiequellen geeignet. Beispielsweise kann zur Ermittlung des Leistungsflusses jeweils ein elektrischer Strom aus dem Gleichspannungswandler und dem elektrischen Energiespeicher gemessen werden. Ist darüber hinaus das Spannungsniveau in dem Niedervoltnetz bekannt, so kann aus dem Produkt von Strom und Spannung jeweils die aktuelle Leistung ermittelt werden. Der Intensitätsfaktor kann somit aus einem Quotienten der Summe der elektrischen Leistung von dem Gleichspannungswandler und dem Energiespeicher geteilt durch die vorgegebene Zielleistung ermittelt werden. Wie zuvor bereits ausgeführt, kann hierbei insbesondere der Leistungsfluss über einen vorgegebenen Zeitraum im Verhältnis der für diesen Zeitraum vorgegebenen Zielleistung für die Berechnung des Intensitätsfaktors betrachtet werden.
Der Intensitätsfaktor kann kontinuierlich, insbesondere periodisch in vorgegebenen Zeitintervallen neu berechnet werden. Beispielsweise kann der Intensitätsfaktor in Zeitintervallen von einigen Sekunden, bis hin zu einigen Minuten berechnet werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Intensitätsfaktor unter Berechnung einer vorbestimmten konstanten Zielleistung ausgeführt werden. Diese konstante vorbestimmte Zielleistung kann beispielsweise ein einmalig bestimmter fester Zielwert sein. Alternativ ist es auch möglich, für jede Fahrt zuvor einen individuellen, konstanten Zielwert zu ermitteln. Wie nachfolgend noch näher erläutert wird, kann alternativ der Zielwert auch individuell ggf. auch dynamisch angepasst werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner einen Schritt zum Einstellen einer vorbestimmten Zielleistung in Abhängigkeit eines Betriebsmodus des Elektrofahrzeugs. Beispielsweise kann ein Benutzer vor oder während der Fahrt aus mehreren vorbestimmten Betriebsmodi auswählen. Wählt der Benutzer beispielsweise einen Betriebsmodus, in welchem ein erhöhter Energieverbrauch für eine beispielsweise sportliche Fahrweise zu erwarten ist, so kann zur Kompensation dieses höheren Energieverbrauchs für den Antrieb die Zielleistung für den Energieverbrauch im Niedervoltnetz herabgesetzt werden. Legt der Benutzer dagegen beispielsweise fest, dass er eine besonders komfortable Fahrweise wünscht, so kann zur Erhöhung dieses Komforts auch eine erhöhte Leistungsfreigabe für die Verbraucher im Niedervoltnetz eingestellt werden. Auf diese Weise können beispielsweise eine erhöhte Leistungsfreigabe für eine Sitzheizung, ein Gebläse oder Ähnliches eingestellt werden. Gegebenenfalls kann auch ein zusätzlicher Leistungsbedarf für Funktionen eines Entertainmentsystems oder Ähnliches freigegeben werden. Wünscht ein Benutzer dagegen eine besonders energieeffiziente Fahrweise (ECO Modus), so kann entsprechend auch durch Anpassen der Zielleistung in dem Niedervoltnetz die Leistungsaufnahme und somit der Verbrauch im Niedervoltnetz abgesenkt werden. Darüber hinaus ist es beispielsweise auch möglich, in Abhängigkeit von automatisch ermittelten Betriebszuständen des Elektrofahrzeugs die Zielleistung für den Energiebedarf in dem Niedervoltnetz anzupassen. Beispielsweise kann in Abhängigkeit von dem aktuellen Fahrbetrieb ebenfalls eine Anpassung der Zielleistung für die Niedervoltverbraucher angepasst werden. Zum Beispiel kann bei einer Autobahnfahrt eine andere Zielleistung eingestellt werden, als bei einer Fahrt innerhalb eines Ortes oder bei einem Einparkvorgang.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt zum Einstellen der vorbestimmten Zielleistung in Abhängigkeit von mindestens einem extern vorgegebenen Parameter umfassen. Ein solcher vorgegebener Parameter kann beispielsweise eine Benutzereingabe, ein sensorisch erfasster Parameter wie beispielsweise eine Umgebungstemperatur, oder aber auch Daten umfassen, die von einer entfernten Stelle ausgesendet worden sind. Solche externen Parameter können zum Beispiel einen aktuellen Ladezustand einer Traktionsbatterie in einem Elektrofahrzeug umfassen. Sinkt der Ladezustand in der Traktionsbatterie beispielsweise unter einen vorgegebenen Grenzwert, so kann ggf. die Zielleistung für den Energieverbrauch in dem Niedervoltnetz abgesenkt werden. Gegebenenfalls kann die Zielleistung für den Energieverbrauch im Niedervoltnetz auch in Abhängigkeit von einer Fahrtgeschwindigkeit, sensorisch erfassten Umgebungsparametern, wie beispielsweise Temperatur, Feuchtigkeit, Helligkeit oder Ähnlichem, internen Parametern, wie zum Beispiel Temperatur eines Kühlmediums oder Ähnliches umfassen.
Gegebenenfalls kann auch eine Empfangsvorrichtung vorgesehen sein, welche Daten von einer entfernten Übertragungsvorrichtung, beispielsweise einem Server, einer Cloud oder Ähnlichem empfängt. Die Daten können beispielsweise Verkehrsdaten umfassen. Wird beispielsweise anhand der Verkehrsdaten festgestellt, dass für die Fahrt zu einem Ziel aufgrund der Verkehrssituation ein erhöhter Energiebedarf erforderlich ist, so kann ggf. die Zielleistung in dem Niedervoltnetz abgesenkt werden, um ausreichende Energiereserven für das Erreichen des Ziels bereitstellen zu können. Gegebenenfalls können auch Wetterdaten empfangen werden. Da der Energiebedarf für den Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere auch für ein Elektrofahrzeug, von Witterungsbedingungen wie Luftdruck, Regen etc. abhängt, kann ggf. auch die Zielleistung für den Energieverbrauch im Niedervoltnetz angepasst werden, um die erforderlichen Energiereserven für das Erreichen eines Ziels bereitstellen zu können.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der mindestens eine extern vorgegebene Parameter beispielsweise einen Ladezustand der Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs, eine errechnete erforderliche Energiemenge zum Erreichen eines vorgegebenen Ziels, einen prognostizierten oder ggf. auch fest vorgegebenen Wert für den Energieverbrauch des Elektrofahrzeugs, beispielsweise in Wh/km. Insbesondere kann beispielsweise die erforderliche Energiemenge für das Erreichen eines vorbestimmten Ziels gemäß einer Routenplanung ermittelt werden. Alternativ ist es auch möglich, dass ein Energiebedarf durch aktives Abfragen des Leistungsbedarfs von Komponenten in dem Elektrofahrzeug ermittelt wird. In diesem Fall können die abgefragten Komponenten nach Erhalt einer Anfrage den aktuellen oder prognostizierten Leistungsbedarf zurücksenden. Ferner ist es ebenso möglich, dass die Komponenten des Elektrofahrzeugs ihrerseits aktiv eine Anfrage für einen Leistungsbedarf aussenden. Entsprechend können die von den Komponenten gemeldeten Werte als externe Parameter für die Einstellung der Zielleistung berücksichtigt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt zum Empfangen eines vorgegebenen Ziels oder eine Route zu einem vorgegebenen Ziel. Wird ein vorgegebenes Ziel spezifiziert, so kann daraufhin ggf. eine Routenplanung zu dem vorgegebenen Ziel erfolgen. Unter Verwendung des vorgegebenen Ziels bzw. der vorgegebenen bzw. geplanten Route kann daraufhin ein Energiebedarf für das Erreichen des vorgegebenen Ziels bzw. der Fahrt entlang der geplanten Route berechnet werden. Ist der Energiebedarf für das Erreichen des Ziels bekannt, so kann daraufhin die Zielleistung für den Energieverbrauch im Niedervoltnetz unter Verwendung des berechneten Energiebedarfs für das Erreichen des Ziels eingestellt werden. Insbesondere kann die Zielleistung für den Energieverbrauch im Niedervoltnetz hierbei unter Berücksichtigung des Ladezustands der Traktionsbatterie errechnet und eingestellt werden. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass das Elektrofahrzeug das beabsichtigte Ziel zuverlässig mit der in der Traktionsbatterie zur Verfügung stehenden Energiemenge erreichen kann.
Mit der vorliegenden Erfindung ist es somit möglich, den Energieverbrauch im Niedervoltnetz eines Elektrofahrzeugs gezielt zu beeinflussen. Beispielsweise können einzelne Verbraucher, individuelle Funktionen einzelner Verbraucher oder ggf. auch Gruppen von Verbrauchern individuell beeinflusst werden, um die Leistungsaufnahme im Niedervoltnetz zu steuern. Durch das gezielte individuelle Regulieren der Leistungsaufnahme von Verbrauchern oder einzelner Funktionen von Verbrauchern kann die Leistungsaufnahme im Niedervoltnetz kontrolliert angepasst werden. Insbesondere ist es möglich, die maximale Leistungsaufnahme gemäß vorgegebener Grenzen anzupassen.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierung der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor und im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:

1: eine schematische Darstellung eines Blockschaubilds eines Niedervoltnetzes mit einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
2: eine schematische Darstellung eines Blockschaubilds einer Steuervorrichtung gemäß einer Ausführungsform; und
3: ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zur Steuerung der Leistungsaufnahme in einem Niedervoltnetz gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaubilds eines Niedervoltnetzes NV eines ganz oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. In der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen werden alle Arten von ganz oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen unter dem Begriff Elektrofahrzeuge zusammengefasst.
Dieser Begriff umfasst neben vollständig elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, also explizit auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge, welche neben einer Traktionsbatterie ggf. auch zusätzliche Aggregate, wie zum Beispiel eine Brennstoffzelle oder einen Verbrennungsmotor umfassen.
Das Niedervoltnetz NV ist mittels eines Gleichspannungswandlers 3 mit einem Hochvoltnetz HV gekoppelt. Das Hochvoltnetz HV kann beispielsweise von einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mit elektrischer Energie gespeist werden. Der Gleichspannungswandler 3 kann somit elektrische Energie von dem Hochvoltnetz HV in das Niedervoltnetz NV einspeisen. Ferner kann ein elektrischer Energiespeicher 4, beispielsweise eine Batterie vorgesehen sein, welche ebenfalls elektrische Energie in das Niedervoltnetz NV einspeisen kann. Der elektrische Energiespeicher 4 kann darüber hinaus auch mittels elektrischer Energie aus dem Niedervoltnetz NV aufgeladen werden. Hierzu kann beispielsweise die elektrische Energie genutzt werden, die mittels des Gleichspannungswandlers 3 von dem Hochvoltnetz HV in das Niedervoltnetz NV eingespeist wird.
Darüber hinaus sind an das Niedervoltnetz NV mehrere elektrische Verbraucher 2-i angeschlossen. Bei den elektrischen Verbrauchern 2-i kann es sich grundsätzlich um beliebige elektrische Verbraucher, wie beispielsweise Steuergeräte, Sensoren, Aktoren, Hilfsaggregate, Heizelemente wie zum Beispiel eine Sitzheizung, Gebläse, aber auch Komponenten eines Fahrerassistenzsystems, Multimedia- oder Entertainmentkomponenten sowie beliebige weitere Verbraucher handeln, welche ihre elektrische Energie aus dem Niedervoltnetz NV beziehen. Somit wird der Leistungsbedarf der an das Niedervoltnetz NV angeschlossenen elektrischen Verbraucher 2-i über den Gleichspannungswandler 3 aus dem Hochvoltnetz HV bereitgestellt, wobei ggf. zusätzlich auch elektrische Energie von dem elektrischen Energiespeicher 4 in das Niedervoltnetz NV eingespeist werden kann.
Ferner ist eine Steuervorrichtung 1 zur Steuerung der Leistungsaufnahme in dem Niedervoltnetz NV vorgesehen. Diese Steuervorrichtung 1 ermittelt zunächst die Leistungsaufnahme der in dem Niedervoltnetz NV angeschlossenen Verbraucher 2-i. Hierzu kann beispielsweise der Leistungsfluss von dem Gleichspannungswandler 3 in das Niedervoltnetz NV und der Leistungsfluss von dem elektrischen Energiespeicher 4 in das Niedervoltnetz NV überwacht werden. Die Leistungsaufnahme der an das Niedervoltnetz NV angeschlossenen Verbraucher 2-i ergibt sich damit aus der Summe der durch den Gleichspannungswandler 3 und den elektrischen Energiespeicher 4 in das Niedervoltnetz NV eingespeisten elektrischen Leistung. Hierzu kann beispielsweise an dem Gleichspannungswandler 3 sowie dem elektrischen Energiespeicher 4 jeweils ein Stromsensor vorgesehen sein, welcher den elektrischen Stromfluss von dem Gleichspannungswandler 3 bzw. dem elektrischen Energiespeicher 4 in das Niedervoltnetz NV erfasst und einen zu dem jeweils erfassten Stromwert korrespondierenden Sensorwert an der Steuervorrichtung 1 bereitstellt. Darüber hinaus kann die elektrische Spannung in dem Niedervoltnetz NV sensorisch erfasst werden. Somit ergibt sich die jeweilige elektrische Leistung aus dem Produkt des erfassten Stroms und der elektrischen Spannung in dem Niedervoltnetz NV. Die Leistungsaufnahme der an das Niedervoltnetz NV angeschlossenen Verbraucher kann kontinuierlich, insbesondere periodisch in vorgegebenen Zeitintervallen abgetastet und erfasst werden.
Die Steuervorrichtung 1 vergleicht daraufhin die ermittelte Leistungsaufnahme der an das Niedervoltnetz NV angeschlossenen Verbraucher 2-i mit einem vorgegebenen Wert für eine Zielleistung P_Ziel. Insbesondere kann ein als Intensitätsfaktor I bezeichneter Wert berechnet werden, welcher ein Verhältnis zwischen der Leistungsaufnahme der Verbraucher 2-i in dem Niedervoltnetz NV und der vorgegebenen Zielleistung P_Ziel charakterisiert. Zum Beispiel kann als Intensitätsfaktor I ein Quotient aus der durch die angeschlossenen Verbraucher 2-i aufgenommenen Leistung und der vorgegebenen Zielleistung berechnet werden. Insbesondere kann der Intensitätsfaktor I hierbei auch das Verhältnis zwischen Leistungsaufnahme P_ist durch die angeschlossenen Verbraucher 2-i und der Zielleistung P_Ziel über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg charakterisieren. Hierzu kann zum Beispiel der Verlauf der durch die angeschlossenen Verbraucher 2-i aufgenommenen Leistung und der vorgegebenen Zielleistung über einen Zeitraum hinweg aufintegriert werden. Beispielsweise kann jeweils für die Ermittlung des Intensitätsfaktors I der Quotient aus aufgenommener Leistung und Zielleistung über ein vorgegebenes Zeitintervall bis zu einem aktuellen Zeitpunkt t1 aufintegriert werden. Dieses Zeitintervall von t0 bis t1 kann beispielsweise einen Zeitraum von einer oder einige Sekunden bis hin zu einigen Minuten umfassen. Die Leistungsfreigabe für die Verbraucher 2-i kann dabei so eingestellt werden, dass ein maximaler Intensitätsfaktor I_max nicht überschritten wird. $\int_{t 0}^{t 1} \frac{P_i s t}{P_Z i e l} d t = I \leq I_m a x$
Die Steuervorrichtung 1 kann daraufhin unter Verwendung des berechneten Intensitätsfaktors I die Leistungsaufnahme der Verbraucher 2-i in dem Niedervoltnetz anpassen. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 1 die Leistungsaufnahme zumindest eines oder mehrerer Verbraucher 2-i in dem Niedervoltnetz NV individuell anpassen. Gegebenenfalls ist es auch möglich, mehrere Verbraucher 2-i in dem Niedervoltnetz NV zu einer Gruppe zusammenzufassen und die Anpassung der Leistungsaufnahme dieser Gruppe von Verbrauchern 2-i gemeinsam in Abhängigkeit von dem berechneten Intensitätsfaktor I anzupassen.
Für das Anpassen der Leistungsaufnahme eines Verbrauchers 2-i in dem Niedervoltnetz NV kann beispielsweise ein entsprechender Verbraucher 2-i vollständig aktiviert oder deaktiviert werden. Beispielsweise kann für jeden steuerbaren Verbraucher 2-i oder eine Gruppe von Verbrauchern 2-i jeweils ein individueller Schwellwert spezifiziert werden. Überschreitet der berechnete Intensitätsfaktor I diesen individuellen Schwellwert, so wird der jeweilige Verbraucher oder die jeweilige Gruppe von Verbrauchern 2-i deaktiviert. Unterschreitet der Intensitätsfaktor den Schwellwert, so kann der jeweilige Verbraucher oder die jeweilige Gruppe von Verbrauchern aktiviert werden. Gegebenenfalls kann zwischen dem Aktivieren und Deaktivieren der Verbraucher 2-i auch eine Hysterese vorgesehen sein. In diesem Fall kann bei Überschreiten eines oberen Schwellwertes der jeweilige Verbraucher 2-i deaktiviert werden und daraufhin beim Unterschreiten eines unteren Schwellwerts, welcher in der Regel geringer ist als der obere Schwellwert, der entsprechende Verbraucher wieder aktiviert werden.
Darüber hinaus ist es auch möglich, die Leistungsaufnahme eines oder mehrerer Verbraucher 2-i gezielt zu regulieren und einen Wert für eine maximale Leistungsaufnahme eines Verbrauchers 2-i gezielt einzustellen. Beispielsweise kann zur Begrenzung einer maximalen Leistungsaufnahme eines Verbrauchers 2-i die Funktionalität eines solchen Verbrauchers 2-i gezielt eingeschränkt werden. Zum Beispiel kann bei einer mehrstufigen Heizung, wie zum Beispiel einer Sitzheizung, die maximale Heizleistung in Abhängigkeit von dem berechneten Intensitätsfaktor I begrenzt werden. Analog kann zum Beispiel auch eine maximale Leistung eines mehrstufigen Gebläses in Abhängigkeit von dem berechneten Intensitätsfaktor I begrenzt werden. Umfasst ein Verbraucher 2-i beispielsweise mehrere Funktionalitäten, so ist es ggf. auch möglich, einige dieser Funktionalitäten in Abhängigkeit von dem berechneten Intensitätsfaktor I gezielt zu aktivieren oder deaktivieren und auf diese Weise die maximale Leistungsaufnahme des entsprechenden Verbrauchers 2-i zu regulieren.
Zur Anpassung der Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers 2-i kann beispielsweise eine entsprechende Datenverbindung zur Kommunikation zwischen der Steuervorrichtung 1 und den jeweiligen Verbrauchern 2-i vorgesehen sein. Über eine solche Kommunikationsverbindung kann beispielsweise den jeweiligen Verbrauchern 2-i eine Obergrenze für die Leistungsaufnahme oder ggf. auch eine Einschränkung der Funktionalität zur Begrenzung der Leistungsaufnahme mitgeteilt werden. Daraufhin können die entsprechenden Verbraucher ggf. auch eigenständig ihre Funktion anpassen, um die vorgegebene maximale Leistungsaufnahme nicht zu überschreiten. Darüber hinaus ist es ggf. auch möglich, einzelne Verbraucher durch einfaches Trennen der Energieversorgung zu deaktivieren und durch Wiederherstellen dieser getrennten Verbindung die jeweiligen Verbraucher 2-i wieder zu aktivieren.
Die Steuervorrichtung 1 überwacht somit kontinuierlich die Summe der Leistungsaufnahme der elektrischen Verbraucher 2-i im Niedervoltnetz NV, errechnet aus dem Vergleich zwischen ermitteltem Verbrauch und einer vorgegebenen Zielleistung einen Intensitätsfaktor I und steuert daraufhin zumindest einen Teil der elektrischen Verbraucher 2-i in dem Niedervoltnetz in Abhängigkeit von dem berechneten Intensitätsfaktor I.
Beispielsweise können für einzelne Verbraucher 2-i oder Gruppen von Verbrauchern 2-i jeweils individuelle Intensitätsfaktoren spezifiziert werden. Darüber hinaus können beispielsweise auch ein oder mehrere Verbraucher 2-i vorgesehen sein, welche nicht in ihrer Leistungsaufnahme begrenzt oder deaktiviert werden können oder dürfen. Beispielsweise kann es sich bei solchen Verbrauchern 2-i um sicherheitsrelevante Komponenten handeln. Andere Komponenten dagegen können beispielsweise lediglich den Komfort des Benutzers steigern. Derartige Komponenten können gefahrlos in der Leistungsaufnahme beschränkt oder ggf. vollständig deaktiviert werden, ohne die Sicherheit während des Betriebs des Elektrofahrzeugs zu gefährden.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaubilds einer Steuervorrichtung 1 zur Steuerung der Leistungsaufnahme in einem Niedervoltnetz NV. Bei der Steuervorrichtung 1 gemäß 2 kann es sich beispielsweise um die zuvor beschriebene Steuervorrichtung 1 gemäß 1 handeln. Daher gelten auch die zuvor bereits gemachten Ausführungen in Zusammenhang mit der Steuervorrichtung 1 ebenfalls für die nachfolgend beschriebene Steuervorrichtung 1 gemäß 2.
Die Steuervorrichtung 1 kann beispielsweise eine Erfassungseinrichtung 11, eine Recheneinrichtung 12 sowie eine Steuereinrichtung 13 umfassen. Die Erfassungseinrichtung 11 der Steuervorrichtung 1 kann dabei die Leistungsaufnahme der in dem Niedervoltnetz angeschlossenen Verbraucher 2-i ermitteln. Dies kann beispielsweise durch das Erfassen der Betriebsspannung in dem Niedervoltnetz NV sowie der elektrischen Ströme am Gleichspannungswandler 3 sowie dem elektrischen Energiespeicher 4 erfolgen. Die Ermittlung der Leistungsaufnahme in dem Niedervoltnetz NV kann kontinuierlich, insbesondere periodisch in vorgegebenen Zeitintervallen erfolgen.
Die Recheneinrichtung 12 empfängt die von der Erfassungseinrichtung 11 ermittelte Leistungsaufnahme der Verbraucher 2-i in dem Niedervoltnetz und berechnet daraufhin unter Verwendung einer vorgegebenen Zielleistung für das Niedervoltnetz NV einen Intensitätsfaktor I. Wie zuvor bereits beschrieben, kann dieser Intensitätsfaktor I beispielsweise durch Integration oder Summierung des Quotienten aus ermittelter Leistungsaufnahme in dem Niedervoltnetz und korrespondierender Zielleistung über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg berechnet werden. Bei der Zielleistung kann es sich dabei um einen fest vorgegebenen Wert handeln. Alternativ kann auch, wie nachfolgend noch näher erläutert, die Zielleistung dynamisch angepasst oder ggf. als Funktion in Abhängigkeit von weiteren Parametern spezifiziert werden.
Die Steuereinrichtung 13 empfängt den von der Recheneinrichtung 12 berechneten Intensitätswert. Daraufhin stellt die Steuereinrichtung 13 die maximale Leistungsaufnahme zumindest eines Teils der Verbraucher 2-i in dem Niedervoltnetz NV in Abhängigkeit von dem berechneten Intensitätswert ein. Wie zuvor bereits beschrieben wurde, können hierbei für die einzelnen Verbraucher 2-i individuelle Schwellwerte definiert werden, oberhalb derer ein Verbraucher 2-i deaktiviert oder in seiner Leistungsaufnahme begrenzt wird.
Durch das gezielte Steuern der Leistungsaufnahme in dem Niedervoltnetz NV und das kontrollierte Regulieren der Leistungsaufnahme, sowie ggf. das Aktivieren bzw. Deaktivieren einzelner Verbraucher 2-i kann die Leistungsaufnahme der Verbraucher 2-i in dem Niedervoltnetz NV gezielt angepasst werden. Hierdurch kann insbesondere gewährleistet werden, dass über den Gleichspannungswandler 3 aus dem Hochvoltnetz HV keine übermäßig hohe Menge an elektrischer Energie entnommen wird. Hierdurch kann beispielsweise gewährleistet werden, dass eine ausreichende Energiemenge der in der Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs gespeicherten Energie für den Antrieb und somit für das Erreichen eines vorgegebenen Ziels zur Verfügung steht.
Ist beispielsweise ein gewünschtes Ziel oder eine Fahrtstrecke bekannt, so kann auf Grundlage einer Routenplanung die hierfür benötigte elektrische Energie ermittelt werden. Die so ermittelte elektrische Energiemenge kann mit dem Ladezustand der Traktionsbatterie abgeglichen werden. Daraufhin ist es möglich, aus dem Vergleich von erforderlicher Energiemenge für das Erreichen eines Ziels sowie der in der Traktionsbatterie zur Verfügung stehenden Energie eine Vorgabe für die maximale Zielleistung im Niedervoltnetz zu berechnen. Beispielsweise kann hierzu in der Steuervorrichtung 1 eine Vorrichtung, beispielsweise eine interne Routenplanungseinrichtung 15 vorgesehen sein, welche auf Grundlage eines vorgegebenen Ziels oder einer vorgegebenen Route eine erforderliche Energiemenge berechnet. Hierzu kann in der Vorrichtung 15 beispielsweise eine Routenplanung ausgeführt werden, wie dies aus Navigationssystemen bekannt ist. Insbesondere kann dabei auch die Topologie der Fahrtstrecke sowie ggf. weitere Rahmenbedingungen wie Wetter etc. berücksichtigt werden. Alternativ kann die integrierte Vorrichtung 15 auch direkt von einer externen Routenplanungsvorrichtung, beispielsweise einem externen Navigationssystem, eine bereits berechnete Energiemenge für das Erreichen eines Ziels oder das Befahren einer vorgegebenen Route empfangen.
Die Steuervorrichtung 1 kann darüber hinaus eine weitere Kommunikationseinrichtung 16 umfassen. Diese Kommunikationseinrichtung 16 kann beispielsweise weitere Daten von einem entfernten Server oder einer Cloud empfangen. Beispielsweise kann es sich bei diesen Daten um eine extern berechnete Route, Verkehrsinformationen oder beliebige andere externe Informationen handeln, welche beispielsweise Einfluss auf den Energiebedarf zum Erreichen eines vorgegebenen Ziels haben. Diese weiteren Informationen können beispielsweise zu Beginn oder vor dem Start einer Fahrt empfangen werden. Alternativ können auch während der Fahrt weitere Daten empfangen werden. Die von der Kommunikationseinrichtung 16 empfangenen Daten können ebenfalls mit ausgewertet werden, um einen Leistungsbedarf des Elektrofahrzeugs, insbesondere einen Energiebedarf zum Erreichen eines vorgegebenen Ziels oder zum Befahren einer vorgegebenen Route zu beeinflussen. Entsprechend kann die vorgegebene Zielleistung auch gemäß diesen empfangenen weiteren Daten angepasst werden.
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass beispielsweise ein Benutzer über eine geeignete Schnittstelle, zum Beispiel einen Schalter oder eine graphische Benutzerschnittstelle benutzerspezifische Vorgaben vorgibt. Beispielsweise kann der Benutzer zwischen unterschiedlichen Fahrmodi auswählen. Will ein Benutzer beispielsweise einen besonders sportlichen Fahrmodus, bei welchem ein erhöhter Energiebedarf für den Antrieb zu erwarten ist, so kann entsprechend die vorgegebene Zielleistung für den Verbrauch der elektrischen Verbraucher 2-i in dem Niedervoltnetz NV verringert werden. Auf diese Weise kann ein gestiegener Energieverbrauch für den Antrieb zumindest teilweise kompensiert werden. Wünscht ein Benutzer dagegen einen erhöhten Komfort, beispielsweise in Bezug auf die Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums oder erweiterte Multimediafunktionalitäten, so kann ggf. auch die Zielleistung für die Verbraucher 2-i in dem Niedervoltnetz NV entsprechend angepasst, d.h. erhöht werden. In einem weiteren Betriebsmodus kann ein Benutzer beispielsweise eine besonders energieeffiziente, d.h. sparsame Fahrweise auswählen. In diesem Fall kann ebenfalls die vorgegebene Zielleistung für die Verbraucher 2-i im Niedervoltnetz NV abgesenkt werden. Auf diese Weise kann der Gesamtenergieverbrauch und somit die Reichweite des Elektrofahrzeugs erhöht werden. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige weitere Benutzervorgaben und entsprechende Parametrisierungen möglich. Insbesondere können beispielsweise auch die Schwellwerte, bei welchen die Leistungsaufnahme einzelner Verbraucher 2-i beschränkt bzw. reguliert wird oder einzelne Verbraucher 2-i deaktiviert werden, in Abhängigkeit von einem gewünschten Betriebs-/Fahrmodus angepasst werden.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zur Steuerung der Leistungsaufnahme in einem Niedervoltnetz NV eines Elektrofahrzeugs zugrunde liegt. Das Verfahren kann grundsätzlich beliebige Schritte umfassen, wie sie zuvor bereits in Zusammenhang mit der Steuervorrichtung 1 und dem entsprechenden Niedervoltnetz NV beschrieben worden sind. Analog kann auch das zuvor beschriebene Niedervoltnetz und insbesondere die Steuervorrichtung 1 beliebige Komponenten umfassen, wie sie zur Implementierung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens erforderlich sind.
In Schritt S1 wird zunächst eine Leistungsaufnahme aller in dem Niedervoltnetz NV angeschlossenen Verbraucher 2-i ermittelt. Die Ermittlung kann, wie oben bereits ausgeführt, beispielsweise durch Messen der elektrischen Ströme in das Niedervoltnetz sowie der Betriebsspannung in dem Niedervoltnetz NV berechnet werden.
In Schritt S2 wird daraufhin ein Intensitätsfaktor berechnet. Dieser Intensitätsfaktor wird durch Vergleich der ermittelten Leistungsaufnahme der elektrischen Verbraucher 2-i in dem Niedervoltnetz NV mit einer vorgegebenen Zielleistung berechnet. Beispielsweise kann hierzu ein Quotient aus ermittelter Leistungsaufnahme der elektrischen Verbraucher 2-i und der vorgegebenen Zielleistung berechnet werden. Insbesondere kann der Intensitätsfaktor durch Integration eines solchen Quotienten über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg berechnet werden.
In Schritt S3 erfolgt ein Einstellen der Leistungsaufnahme der Verbraucher 2-i in dem Niedervoltnetz. Die Leistungsaufnahme wird insbesondere in Abhängigkeit von dem berechneten Intensitätsfaktor eingestellt. Zumindest einer oder mehrere der Verbraucher 2-i in dem Niedervoltnetz NV können dabei derart angesteuert werden, dass ihre Leistungsaufnahme angepasst wird, oder ein oder mehrere Verbraucher 2-i bei Überschreiten eines vorgegebenen Intensitätswerts ganz oder teilweise deaktiviert werden.
Wie oben bereits ausgeführt, kann für die Berechnung des Intensitätsfaktors eine feste, konstante Zielleistung vorgegeben werden. Alternativ kann die Zielleistung auch in Abhängigkeit von weiteren Parametern angepasst werden. Beispielsweise ist eine Anpassung der Zielleistung unter Berücksichtigung der für das Erreichen eines vorgegebenen Ziels erforderlichen Energie möglich. Hierzu kann beispielsweise die für das Erreichen des Ziels erforderliche Energiemenge berechnet werden und die berechnete Energiemenge mit dem Ladezustand der Traktionsbatterie in dem Elektrofahrzeug verglichen werden. Gegebenenfalls können auch weitere Parameter, wie beispielsweise Witterungsbedingungen, eine Verkehrssituation oder Ähnliches mit in die Berechnung der Zielleistung einbezogen werden. Somit kann zumindest für jede Fahrt eine individuelle Zielleistung berechnet werden. Darüber hinaus ist es ggf. auch möglich, die Zielleistung für eine Fahrt als Funktion über die Wegstrecke oder die Zeit zu spezifizieren. Beispielsweise kann die vorgegebene Zielleistung in Abhängigkeit der Topographie oder sich ändernden Witterungsbedingungen angepasst werden. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige andere Parameter für das Anpassen der Zielleistung möglich.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine kontrollierte Anpassung der Leistungsaufnahme von elektrischen Verbrauchern in einem Niedervoltnetz eines Elektrofahrzeugs. Die Leistungsaufnahme in dem Niedervoltnetz wird hierzu mit einem vorgegebenen Zielwert verglichen. In Abhängigkeit dieses Vergleichs kann die Leistungsaufnahme einzelner Verbraucher in dem Niedervoltnetz individuell angepasst werden.
Bezugszeichenliste

1: Steuervorrichtung
2-i: Verbraucher
3: Gleichspannungswandler
4: elektrischer Energiespeicher
11: Erfassungseinrichtung
12: Recheneinrichtung
13: Steuereinrichtung
15: Routenplanungseinrichtung
16: Kommunikationseinrichtung
NV: Niedervoltnetz
HV: Hochvoltnetz
S1, S2, S3: Verfahrensschritte

Claims

Verfahren zur Steuerung der Leistungsaufnahme in einem Niedervoltnetz (NV) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, mit den Schritten: Ermitteln (S1) der Leistungsaufnahme aller in dem Niedervoltnetz (NV) angeschlossenen Verbraucher (2-i); Berechnen (S2) eines Intensitätsfaktors unter Verwendung eines Quotienten aus ermittelter Leistungsaufnahme der Verbraucher (2-i) in dem Niedervoltnetz (NV) und einer vorbestimmten Zielleistung; und Einstellen (S3) der Leistungsaufnahme von Verbrauchern (2-i) in dem Niedervoltnetz (NV) in Abhängigkeit des berechneten Intensitätsfaktors.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen (S2) des Intensitätsfaktors unter Verwendung eines Verlaufs der Leistungsaufnahme der Verbraucher (2-i) in dem Niedervoltnetz (NV) über eine vorbestimmte Zeitdauer erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einstellen (S3) der Leistungsaufnahme von Verbrauchern (2-i) in dem Niedervoltnetz (NV) ein Aktivieren oder Deaktivieren von Funktionen der Verbraucher (2-i) in dem Niedervoltnetz (NV) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei für einzelne Verbraucher (2-i) und/oder Gruppen von Verbrauchern (2-i) in dem Niedervoltnetz (NV) individuelle Schwellwerte vorgegeben sind, und der Schritt zum Einstellen (S3) der Leistungsaufnahme von Verbrauchern (2-i) in dem Niedervoltnetz (NV) die Leistungsaufnahme jeweiligen Verbraucher (2-i) oder Gruppen von Verbrauchern (2-i) in Abhängigkeit von dem jeweiligen Schwellwert reguliert, insbesondere aktiviert oder deaktiviert.
Verfahren nach einem der Ansprüche des 1 bis 4, wobei das Ermitteln (S1) der Leistungsaufnahme ein Ermitteln eines Leistungsflusses von einen Hochvoltnetz (HV) in das Niedervoltnetz (NV) und ein Ermitteln eines Leistungsflusses von einer elektrischen Energiespeicher (4) in dem Niedervoltnetz (NV) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Berechnen (S2) des Intensitätsfaktors unter Verwendung einer konstanten vorbestimmten Zielleistung ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Schritt zum Einstellen der vorbestimmten Zielleistung in Abhängigkeit eines Betriebsmodus des zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 7, mit einem Schritt zum Einstellen der vorbestimmten Zielleistung in Abhängigkeit von mindestens einem extern vorgegebenen Parameter.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der mindestens eine extern vorgegebene Parameter einen Ladezustand einer Traktionsbatterie des zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, eine errechnete Energiemenge zum Erreichen eines vorgegebenen Ziels und/oder einen Wert für einen Energieverbrauch des zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, mit einem Schritt zum Empfang eines vorgegebenen Ziels oder eine Route zu einem vorgegebenen Ziel; Berechnen eines Energiebedarfs zum Erreichen des vorgegebenen Ziels; wobei die Zielleistung unter Verwendung des berechneten Energiebedarfs eingestellt wird.
Steuervorrichtung (1) zur Steuerung der Leistungsaufnahme in einem Niedervoltnetz (NV) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, mit: einer Erfassungseinrichtung (11), die dazu ausgelegt ist, eine Leistungsaufnahme aller in dem Niedervoltnetz (NV) angeschlossenen Verbraucher (2-i) zu ermitteln; einer Recheneinrichtung (12), die dazu ausgelegt ist, einen Intensitätsfaktor unter Verwendung eines Quotienten aus ermittelter Leistungsaufnahme der Verbraucher (2-i) in dem Niedervoltnetz (NV) und einer vorbestimmten Zielleistung zu berechnen; und einer Steuereinrichtung (13), die dazu ausgelegt ist, eine Leistungsaufnahme von Verbrauchern (2-i) in dem Niedervoltnetz (NV) in Abhängigkeit des berechneten Intensitätsfaktors einzustellen.
Elektrisches System, mit: mehreren elektrischen Verbrauchern (2-i); einer Steuervorrichtung (1) nach Anspruch 11; wobei die Steuereinrichtung (1) dazu ausgelegt ist, die Leistungsaufnahme einzelner Verbraucher (2-i) in Abhängigkeit des berechneten Intensitätsfaktors individuell anzupassen.
Elektrisches System nach Anspruch 12, wobei mindestens einer der elektrischen Verbraucher (2-i) dazu ausgelegt ist, seine Leistungsaufnahme in Abhängigkeit der von der Steuervorrichtung (1) eingestellten Leistungsaufnahme anzupassen.