DE102022002993B4 - Energy management method and energy management system for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Energiemanagement-Verfahren für ein Fahrzeug, wobei
- eine Anzahl elektrischer Verbraucher (8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m) und/oder eine Anzahl von Gruppen elektrischer Verbraucher (8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m) jeweils mittels zumindest eines Halbleiterschalters (7.1 bis 7.n) mit einem Bordnetz des Fahrzeugs koppelbar sind,
- in den Halbleiterschaltern (7.1 bis 7.n) elektrische Ströme erfasst werden und
- eine Energieverteilung aus dem Bordnetz des Fahrzeugs an die Anzahl elektrischer Verbraucher (8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m) und/oder die Anzahl von Gruppen elektrischer Verbraucher (8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m) in einer modellbasierten Ansteuerung der Halbleiterschalter (7.1 bis 7.n) in Abhängigkeit der erfassten elektrischen Ströme durchgeführt wird dadurch gekennzeichnet, dass
- die modellbasierte Ansteuerung auf einem Modell (5) basiert, welches auf eine Optimierung einer Energieeffizienz einer Gesamtheit aller elektrischen Verbraucher (8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m) und/oder Gruppen von elektrischen Verbrauchern (8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m) des Fahrzeugs ausgelegt ist,
- mittels des Modells (5) ein Zustand des Fahrzeugs erfasst und mit einem in einer Softwarekomponente hinterlegten Regelwerk, umfassend Optimierungslogiken zum Energiesparen und Parameter zu einer Wahrung einer funktionalen Sicherheit des Fahrzeugs, und einem aktuellen elektrischen Strom aller elektrischen Verbraucher (8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m) und/oder der Anzahl jeweiliger Gruppen von elektrischen Verbrauchern (8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m) verglichen wird,
- in Abhängigkeit dieses Vergleichs mittels der modellbasierten Ansteuerung der Halbleiterschalter (7.1 bis 7.n) eine jeweilige Anzahl elektrischer Verbraucher (8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m) und/oder eine Anzahl jeweiliger Gruppen von elektrischen Verbrauchern (8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m) aktiviert und/oder deaktiviert werden bzw. wird und/oder ein maximaler in eine Anzahl jeweiliger elektrischer Verbraucher (8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m) und/oder eine Anzahl von Gruppen elektrischer Verbraucher (8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m) geführter elektrischer Strom geregelt und/oder begrenzt wird,
- wobei dann, wenn sich bei einer Fahrt des Fahrzeugs keine Passagiere auf einer Rücksitzbank desselben befinden, elektrische Grundlasten im Bordnetz des Fahrzeugs, welche ausschließlich durch für Passagiere in einem Fond des Fahrzeugs wahrnehmbare Komfortfunktionen hervorgerufen werden, auf 0 Ampere herabgesenkt werden und/oder
- wobei dann, wenn kein Anhänger am Fahrzeug erkannt wird, ein Anhänger-Steuergerät vom Bordnetz des Fahrzeugs getrennt wird, und/oder
- wobei dann, wenn ein Ambientelicht-Steuergerät nicht benötigt wird, dieses deaktiviert wird.
Energy management method for a vehicle, wherein
- a number of electrical consumers (8.1 to 8.m, n.1 to nm) and/or a number of groups of electrical consumers (8.1 to 8.m, n.1 to nm) can each be coupled to an on-board network of the vehicle by means of at least one semiconductor switch (7.1 to 7.n),
- electrical currents are detected in the semiconductor switches (7.1 to 7.n) and
- an energy distribution from the vehicle's on-board network to the number of electrical consumers (8.1 to 8.m, n.1 to nm) and/or the number of groups of electrical consumers (8.1 to 8.m, n.1 to nm) is carried out in a model-based control of the semiconductor switches (7.1 to 7.n) depending on the detected electrical currents, characterized in that
- the model-based control is based on a model (5) which is designed to optimize the energy efficiency of all electrical consumers (8.1 to 8.m, n.1 to nm) and/or groups of electrical consumers (8.1 to 8.m, n.1 to nm) of the vehicle,
- by means of the model (5), a state of the vehicle is recorded and compared with a set of rules stored in a software component, comprising optimization logic for saving energy and parameters for maintaining functional safety of the vehicle, and a current electrical current of all electrical consumers (8.1 to 8.m, n.1 to nm) and/or the number of respective groups of electrical consumers (8.1 to 8.m, n.1 to nm),
- depending on this comparison, by means of the model-based control of the semiconductor switches (7.1 to 7.n), a respective number of electrical consumers (8.1 to 8.m, n.1 to nm) and/or a number of respective groups of electrical consumers (8.1 to 8.m, n.1 to nm) are activated and/or deactivated and/or a maximum in a number of respective electrical consumer (8.1 to 8.m, n.1 to nm) and/or a number of groups of electrical consumers (8.1 to 8.m, n.1 to nm) is regulated and/or limited,
- if there are no passengers on the rear seat of the vehicle when the vehicle is being driven, basic electrical loads in the vehicle's electrical system which are caused exclusively by comfort functions perceptible to passengers in the rear of the vehicle are reduced to 0 amperes and/or
- if no trailer is detected on the vehicle, a trailer control unit is disconnected from the vehicle's electrical system, and/or
- If an ambient light control unit is not required, it is deactivated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Energiemanagement-Verfahren für ein Fahrzeug.The invention relates to an energy management method for a vehicle.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Energiemanagement-System für ein Fahrzeug.The invention further relates to an energy management system for a vehicle.
In der
Die
Aus der
- - einen Halbleiterschalter, der mit der Bordnetz-Komponente elektrisch leitfähig verbunden ist,
- - einen Schaltkreis, der mit dem Halbleiterschalter elektrisch leitfähig verbunden ist und der eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer elektrischen Fehlfunktion des Fahrzeug-Bordnetzes sowie eine Ansteuereinrichtung zum Ansteuern des Halbleiterschalters aufweist, und
- - eine Steuereinheit, die mit dem Schaltkreis kommunikationsfähig verbunden ist,
- - den Halbleiterschalter in Abhängigkeit von einem sicheren Zielzustand „aus“ und einem Einschaltsignal einzuschalten, und dann in Abhängigkeit von der Erfassung einer vorbestimmten elektrischen Fehlfunktion in einen ersten Sicherheitszustand, in dem der Halbleiterschalter ausgeschaltet ist, zu schalten, um die Bordnetz-Komponente vor elektrischen Überlasten zu schützen, und
- - den Halbleiterschalter in Abhängigkeit von einem sicheren Zielzustand „ein“ und einem Einschaltsignal einzuschalten, und dann in Abhängigkeit von der Erfassung einer vorbestimmten elektrischen Fehlfunktion in den ersten Sicherheitszustand zu schalten, und ferner nach einem vorbestimmten Zeitintervall, das 50 µs bis 100 µs beträgt, in Abhängigkeit von dem sicheren Zielzustand „ein“ in einen zweiten Sicherheitszustand zu schalten, in dem der Halbleiterschalter eingeschaltet ist, um eine verfügbarkeitsrelevante Versorgung der Bordnetz-Komponente sicherzustellen, wobei in Abhängigkeit von der erneuten Erfassung der vorbestimmten elektrischen Fehlfunktion erneut in den ersten Sicherheitszustand geschaltet wird.
- - a semiconductor switch that is electrically connected to the on-board network component,
- - a circuit which is electrically connected to the semiconductor switch and which has a detection device for detecting an electrical malfunction of the vehicle electrical system and a control device for controlling the semiconductor switch, and
- - a control unit that is connected to the circuit in a communicative manner,
- - to switch on the semiconductor switch depending on a safe target state “off” and a switch-on signal, and then to switch to a first safety state in which the semiconductor switch is switched off depending on the detection of a predetermined electrical malfunction in order to protect the on-board network component from electrical overloads, and
- - to switch on the semiconductor switch depending on a safe target state "on" and a switch-on signal, and then to switch to the first safety state depending on the detection of a predetermined electrical malfunction, and further, after a predetermined time interval, which is 50 µs to 100 µs, to switch to a second safety state depending on the safe target state "on", in which the semiconductor switch is switched on in order to ensure an availability-relevant supply of the on-board network component, wherein depending on the renewed detection of the previous certain electrical malfunction is switched back to the first safety state.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Energiemanagement-Verfahren und ein neuartiges Energiemanagement-System für ein Fahrzeug anzugeben.The invention is based on the object of specifying a novel energy management method and a novel energy management system for a vehicle.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Energiemanagement-Verfahren, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und durch ein Energiemanagement-System, welches die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by an energy management method which has the features specified in
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.
In einem Energiemanagement-Verfahren für ein Fahrzeug, bei dem eine Anzahl elektrischer Verbraucher und/oder eine Anzahl von Gruppen elektrischer Verbraucher jeweils mittels zumindest eines Halbleiterschalters mit einem Bordnetz des Fahrzeugs koppelbar sind, werden in den Halbleiterschaltern elektrische Ströme erfasst und eine Energieverteilung aus dem Bordnetz des Fahrzeugs an die Anzahl elektrischer Verbraucher und/oder die Anzahl von Gruppen elektrischer Verbraucher wird in einer modellbasierten Ansteuerung der Halbleiterschalter in Abhängigkeit der erfassten elektrischen Ströme durchgeführt.In an energy management method for a vehicle in which a number of electrical consumers and/or a number of groups of electrical consumers can each be coupled to an on-board network of the vehicle by means of at least one semiconductor switch, electrical currents are detected in the semiconductor switches and energy is distributed from the on-board network of the vehicle to the number of electrical consumers and/or the number of groups of electrical consumers in a model-based control of the semiconductor switches depending on the detected electrical currents.
Mittels des Energiemanagement-Verfahrens kann aufgrund der Erfassung der elektrischen Ströme in den Halbleiterschaltern ein hoher Detailgrad vorliegender Energieverbräuche für elektrische Verbraucher in einem Fahrzeug realisiert werden. Dies ermöglicht in einfacher und effizienter Weise eine Ableitung von Maßnahmen zu einer intelligenten Energieverteilung sowie zur Einsparung von elektrischer Energie im entsprechenden Fahrzeug. Weiterhin ermöglicht die Stromerfassung über die Halbleiterschalter, dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt ein Stromverbrauch des Fahrzeugs in einer feinen Granularität bestimmt werden kann. Somit ermöglicht das Energiemanagement-Verfahren eine Erhöhung einer Transparenz über einen Energieverbrauch und Energieeinsparpotenziale in einem Fahrzeug.By means of the energy management process, a high level of detail of the existing energy consumption for electrical consumers in a vehicle can be achieved by recording the electrical currents in the semiconductor switches. This enables measures to be derived for intelligent energy distribution and for saving electrical energy in the corresponding vehicle in a simple and efficient manner. Furthermore, the current recording via the semiconductor switches enables the vehicle's power consumption to be determined at any time with a fine granularity. The energy management process thus enables an increase in transparency regarding energy consumption and energy saving potential in a vehicle.
Dabei ist beispielsweise vorgesehen, dass anstatt einer Schmelzsicherung ein Halbleiterschalter, auch als Halbleitersicherung bezeichnet, zumindest einem elektrischen Verbraucher oder zumindest einer Gruppe von elektrischen Verbrauchern in einem Fahrzeug als Überstromschutzeinrichtung vorgeschaltet ist. Dabei ist es beispielsweise möglich, mittels eines Nebenwiderstands, auch als Shunt bezeichnet, an dem Halbleiterschalter einen durch den zumindest einen dahinterliegenden Verbraucher und/oder durch die zumindest eine dahinterliegende Gruppe von Verbrauchern fließenden elektrischen Strom zu messen. Ein Wert des gemessenen Stroms kann dabei an einer Datenschnittstelle des entsprechenden Halbleiterschalters bereitgestellt werden.For example, instead of a fuse, a semiconductor switch, also referred to as a semiconductor fuse, is connected upstream of at least one electrical consumer or at least one group of electrical consumers in a vehicle as an overcurrent protection device. It is possible, for example, to use a shunt resistor, also referred to as a shunt, on the semiconductor switch to measure an electrical current flowing through the at least one consumer downstream and/or through the at least one group of consumers downstream. A value of the measured current can be provided at a data interface of the corresponding semiconductor switch.
Dabei basiert die modellbasierte Ansteuerung auf einem Modell, welches auf eine Optimierung einer Energieeffizienz einer Gesamtheit aller elektrischen Verbraucher und/oder Gruppen von elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs ausgelegt ist. Dies ermöglicht in einfacher und zuverlässiger Weise eine Optimierung der Energieversorgung aller elektrischen Verbraucher eines Fahrzeugs.The model-based control is based on a model that is designed to optimize the energy efficiency of all electrical consumers and/or groups of electrical consumers in the vehicle. This enables the energy supply of all electrical consumers in a vehicle to be optimized in a simple and reliable manner.
Mittels des Modells wird ein Zustand des Fahrzeugs erfasst und mit einem in einer Softwarekomponente hinterlegten Regelwerk, umfassend Optimierungslogiken zum Energiesparen und Parameter zu einer Wahrung einer funktionalen Sicherheit des Fahrzeugs, und einem aktuellen elektrischen Strom aller elektrischen Verbraucher und/oder der Anzahl jeweiliger Gruppen von elektrischen Verbrauchern verglichen. In Abhängigkeit dieses Vergleichs werden bzw. wird mittels der modellbasierten Ansteuerung der Halbleiterschalter eine Anzahl jeweiliger elektrischer Verbraucher und/oder eine Anzahl von Gruppen elektrischer Verbraucher aktiviert und/oder deaktiviert und/oder ein maximaler in eine Anzahl jeweiliger elektrischer Verbraucher und/oder eine Anzahl von Gruppen elektrischer Verbraucher geführter elektrischer Strom geregelt und/oder begrenzt. Dies ermöglicht eine einfach durchführbare und effiziente Optimierung der Energieeffizienz der elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs. Beispielsweise können mittels einer Steuervorrichtung, welche beispielsweise eine Mikrocontroller-Recheneinheit ist oder umfasst, die Halbleiterschalter zu- und abgeschaltet werden, um den zumindest einen dahinterliegenden Verbraucher stromlos zu schalten. In einem Überlastfall kann dieser Mechanismus beispielsweise automatisch ausgelöst werden. Es ist jedoch auch möglich, dass der Mechanismus manuell und örtlich entfernt über eine entsprechende Datenschnittstelle angesteuert wird. Somit können Ruhe- und Stand-by-Ströme verhindert werden, was zu einer Energieeinsparung führt.The model is used to record a state of the vehicle and compare it with a set of rules stored in a software component, comprising optimization logic for saving energy and parameters for maintaining the functional safety of the vehicle, and a current electrical current of all electrical consumers and/or the number of respective groups of electrical consumers. Depending on this comparison, a number of respective electrical consumers and/or a number of groups of electrical consumers are activated and/or deactivated and/or a maximum electrical current fed to a number of respective electrical consumers and/or a number of groups of electrical consumers is regulated and/or limited by means of the model-based control of the semiconductor switches. This enables the energy efficiency of the vehicle's electrical consumers to be optimized easily and efficiently. For example, the semiconductor switches can be switched on and off by means of a control device, which is or includes a microcontroller processing unit, for example, in order to de-energize at least one consumer behind them. In the event of an overload, this mechanism can be triggered automatically, for example. However, it is also possible for the mechanism to be controlled manually and remotely via a corresponding data interface. This prevents idle and standby currents, which leads to energy savings.
Wenn sich bei einer Fahrt des Fahrzeugs keine Passagiere auf einer Rücksitzbank desselben befinden, werden elektrische Grundlasten im Bordnetz des Fahrzeugs, welche ausschließlich durch für Passagiere in einem Fond des Fahrzeugs wahrnehmbare Komfortfunktionen hervorgerufen werden, auf 0 Ampere herabgesenkt. Solche Funktionen sind beispielsweise Displays oder Sitzsteuergeräte. Sollte beispielsweise ein Passagier im Fond des Fahrzeugs zusteigen und so eine exogene Zustandsänderung des Fahrzeugs hervorrufen, können durch das mittels des Energiemanagement-Systems ausgeführte beschriebene Verfahren entsprechende Zuschaltmaßnahmen unter Wahrung kürzester Aufstartzeiten eingeleitet werden, so dass alle Komfortfunktionen auf der Rücksitzbank wieder zur Verfügung stehen, ohne dass Fahrzeuginsassen Notiz davon nehmen.If there are no passengers on the rear seat when the vehicle is being driven, basic electrical loads in the vehicle's electrical system, which are caused exclusively by comfort functions that are perceptible to passengers in the rear of the vehicle, are reduced to 0 amps. Such functions include displays or seat control units. If, for example, a passenger gets in the rear of the vehicle and thus causes an exogenous change in the state of the vehicle, the described procedure carried out by means of the energy management system initiates appropriate activation measures while maintaining the shortest possible start-up times, so that all comfort functions on the rear seat are available again without the vehicle occupants noticing.
Alternativ oder zusätzlich wird dann, wenn kein Anhänger am Fahrzeug erkannt wird, ein Anhänger-Steuergerät vom Bordnetz des Fahrzeugs getrennt. Somit kann eine Einsparung von Ruhe- oder Stand-by-Strömen erreicht werden.Alternatively or additionally, if no trailer is detected on the vehicle, a trailer control unit is disconnected from the vehicle's electrical system. This can save idle or standby currents.
Alternativ oder zusätzlich wird dann, wenn ein Ambientelicht-Steuergerät nicht benötigt wird, dieses deaktiviert. Somit kann, im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, ein dauerhafter Energieverbrauch des Ambientelicht-Steuergeräts oder ähnlicher Steuergeräte vermieden werden, wenn diese eigentlich nicht benötigt werden.Alternatively or additionally, if an ambient light control unit is not required, it is deactivated. In this way, in contrast to solutions known from the state of the art, permanent energy consumption of the ambient light control unit or similar control units can be avoided when they are not actually required.
In einer möglichen Ausgestaltung des Energiemanagement-Verfahrens wird die modellbasierte Ansteuerung zusätzlich in Abhängigkeit von auf einem Datenbus des Fahrzeugs vorhandenen Informationen durchgeführt. Hierdurch kann eine weitere Steigerung der Energieeffizienz der elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs erzielt werden.In one possible embodiment of the energy management process, the model-based control is also carried out depending on information available on a data bus of the vehicle. This can further increase the energy efficiency of the vehicle's electrical consumers.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Energiemanagement-Verfahrens werden als Informationen des Datenbusses das Fahrzeug und/oder eine Umgebung des Fahrzeugs betreffende Daten verwendet. Somit kann ein Betrieb der elektrischen Verbraucher an einen jeweiligen Fahrzeugzustand und/oder Umgebungsbedingungen angepasst werden. Dies ermöglicht, dass Einschränkungen im Betrieb der elektrischen Verbraucher zur Steigerung der Energieeffizienz beispielsweise einen Fahrbetrieb des Fahrzeugs und/oder Komfortfunktionen für einen Fahrzeuginsassen nicht oder zumindest nur minimal beeinträchtigen.In another possible embodiment of the energy management method, data relating to the vehicle and/or the vehicle's surroundings are used as information on the data bus. This means that operation of the electrical consumers can be adapted to a particular vehicle state and/or environmental conditions. This means that restrictions in the operation of the electrical consumers to increase energy efficiency, for example, do not affect the driving of the vehicle and/or comfort functions for a vehicle occupant, or at least only affect them minimally.
In dem Energiemanagement-System für ein Fahrzeug sind bzw. ist eine Anzahl elektrischer Verbraucher und/oder eine Anzahl von Gruppen elektrischer Verbraucher jeweils mittels zumindest eines Halbleiterschalters mit einem Bordnetz des Fahrzeugs koppelbar. Es ist zumindest eine Erfassungsvorrichtung vorgesehen, welche zur Erfassung von in den Halbleiterschaltern fließenden elektrischen Strömen ausgebildet ist. Weiterhin ist zumindest eine mit der zumindest einen Erfassungsvorrichtung gekoppelte Steuervorrichtung vorgesehen, welche zu einer Energieverteilung aus dem Bordnetz des Fahrzeugs an die Anzahl elektrischer Verbraucher und/oder die Anzahl von Gruppen elektrischer Verbraucher mittels einer modellbasierten Ansteuerung der Halbleiterschalter in Abhängigkeit der erfassten elektrischen Ströme ausgebildet ist.In the energy management system for a vehicle, a number of electrical consumers and/or a number of groups of electrical consumers can each be coupled to an on-board network of the vehicle by means of at least one semiconductor switch. At least one detection device is provided, which is designed to detect electrical currents flowing in the semiconductor switches. Furthermore, at least one control device coupled to the at least one detection device is provided, which is designed to distribute energy from the on-board network of the vehicle to the number of electrical consumers and/or the number of groups of electrical consumers by means of a model-based control of the semiconductor switches depending on the detected electrical currents.
Mittels des Energiemanagement-Systems kann aufgrund der Erfassung der elektrischen Ströme in den Halbleiterschaltern ein hoher Detailgrad vorliegender Energieverbräuche für elektrische Verbraucher in einem Fahrzeug realisiert werden. Dies ermöglicht in einfacher und effizienter Weise eine Ableitung von Maßnahmen zu einer intelligenten Energieverteilung sowie zur Einsparung von elektrischer Energie im entsprechenden Fahrzeug. Weiterhin ermöglicht die Stromerfassung über die Halbleiterschalter, so dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt ein Stromverbrauch des Fahrzeugs in einer feinen Granularität bestimmt werden kann. Somit ermöglicht das Energiemanagement-Verfahren eine Erhöhung einer Transparenz über einen Energieverbrauch und Energieeinsparpotenziale in einem Fahrzeug.By recording the electrical currents in the semiconductor switches, the energy management system can be used to achieve a high level of detail regarding the energy consumption of electrical consumers in a vehicle. This enables measures to be derived for intelligent energy distribution and for saving electrical energy in the relevant vehicle in a simple and efficient manner. Furthermore, current recording via the semiconductor switches means that the vehicle's power consumption can be determined in fine granularity at any time. The energy management process therefore increases transparency regarding energy consumption and energy saving potential in a vehicle.
Dabei ist beispielsweise vorgesehen, dass anstatt einer Schmelzsicherung ein Halbleiterschalter zumindest einem elektrischen Verbraucher oder zumindest einer Gruppe von elektrischen Verbrauchern in einem Fahrzeug als Überstromschutzeinrichtung vorgeschaltet ist. Dabei ist es beispielsweise möglich, mittels eines Nebenwiderstands, auch als Shunt bezeichnet, an dem Halbleiterschalter einen durch den zumindest einem dahinterliegenden Verbraucher und/oder durch die zumindest eine dahinterliegende Gruppe von Verbrauchern fließenden elektrischen Strom zu messen. Ein Wert des gemessenen Stroms kann dabei an einer Datenschnittstelle des entsprechenden Halbleiterschalters bereitgestellt werden.For example, instead of a fuse, a semiconductor switch is connected upstream of at least one electrical consumer or at least one group of electrical consumers in a vehicle as an overcurrent protection device. It is possible, for example, to use a shunt resistor on the semiconductor switch to measure an electrical current flowing through the at least one consumer downstream and/or through the at least one group of consumers downstream. A value of the measured current can be provided at a data interface of the corresponding semiconductor switch.
Hierbei basiert die modellbasierte Ansteuerung auf einem Modell, welches auf eine Optimierung einer Energieeffizienz einer Gesamtheit aller elektrischen Verbraucher und/oder Gruppen von elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs ausgelegt ist. Dies ermöglicht in einfacher und zuverlässiger Weise eine Optimierung der Energieversorgung aller elektrischen Verbraucher eines Fahrzeugs.The model-based control is based on a model that is designed to optimize the energy efficiency of all electrical consumers and/or groups of electrical consumers in the vehicle. This enables the energy supply of all electrical consumers in a vehicle to be optimized in a simple and reliable manner.
Weiterhin erfasst das Modell einen Zustand des Fahrzeugs und vergleicht diesen mit einem in einer Softwarekomponente hinterlegten Regelwerk, umfassend Optimierungslogiken zum Energiesparen und Parameter zu einer Wahrung einer funktionalen Sicherheit des Fahrzeugs, und einem aktuellen elektrischen Strom aller elektrischen Verbraucher und/oder der Anzahl jeweiliger Gruppen von elektrischen Verbrauchern.Furthermore, the model records a state of the vehicle and compares it with a set of rules stored in a software component, comprising optimization logic for saving energy and parameters for maintaining functional safety of the vehicle, and a current electrical current of all electrical consumers and/or the number of respective groups of electrical consumers.
Die Steuervorrichtung aktiviert und/oder deaktiviert in Abhängigkeit dieses Vergleichs mittels der modellbasierten Ansteuerung der Halbleiterschalter eine jeweilige Anzahl elektrischer Verbraucher und/oder eine Anzahl jeweiliger Gruppen von elektrischen Verbrauchern und/oder regelt und/oder begrenzt einen maximalen in einer Anzahl jeweiliger elektrischer Verbraucher und/oder in einer Anzahl von Gruppen elektrischer Verbraucher geführten elektrischen Strom.Depending on this comparison, the control device activates and/or deactivates a respective number of electrical consumers by means of the model-based control of the semiconductor switches. cher and/or a number of respective groups of electrical consumers and/or regulates and/or limits a maximum electrical current carried in a number of respective electrical consumers and/or in a number of groups of electrical consumers.
Weiterhin senkt sie Steuereinheit dann, wenn sich bei einer Fahrt des Fahrzeugs keine Passagiere auf einer Rücksitzbank desselben befinden, elektrische Grundlasten im Bordnetz des Fahrzeugs, welche ausschließlich durch für Passagiere in einem Fond des Fahrzeugs wahrnehmbare Komfortfunktionen hervorgerufen werden, auf 0 Ampere herab. Sollte beispielsweise ein Passagier im Fond des Fahrzeugs zusteigen und so eine exogene Zustandsänderung des Fahrzeugs hervorrufen, können durch das mittels des Energiemanagement-Systems ausgeführte beschriebene Verfahren entsprechende Zuschaltmaßnahmen unter Wahrung kürzester Aufstartzeiten eingeleitet werden, so dass alle Komfortfunktionen auf der Rücksitzbank wieder zur Verfügung stehen, ohne dass Fahrzeuginsassen Notiz davon nehmen.Furthermore, if there are no passengers on the back seat when the vehicle is being driven, the control unit reduces the basic electrical loads in the vehicle's electrical system, which are caused exclusively by comfort functions that can be perceived by passengers in the rear of the vehicle, to 0 amps. If, for example, a passenger gets in the rear of the vehicle and thus causes an exogenous change in the state of the vehicle, the described process carried out using the energy management system can initiate appropriate activation measures while maintaining the shortest possible start-up times, so that all comfort functions on the rear seat are available again without the vehicle occupants noticing.
Alternativ oder zusätzlich trennt die Steuereinheit dann, wenn kein Anhänger am Fahrzeug erkannt wird, ein Anhänger-Steuergerät vom Bordnetz des Fahrzeugs. Somit kann eine Einsparung von Ruhe- oder Stand-by-Strömen erreicht werden.Alternatively or additionally, if no trailer is detected on the vehicle, the control unit disconnects a trailer control unit from the vehicle's electrical system. This can save idle or standby currents.
Alternativ oder zusätzlich deaktiviert die Steuereinheit ein Ambientelicht-Steuergerät, wenn dieses nicht benötigt wird. Somit kann, im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, ein dauerhafter Energieverbrauch des Ambientelicht-Steuergeräts oder ähnlicher Steuergeräte vermieden werden, wenn diese eigentlich nicht benötigt werden.Alternatively or additionally, the control unit deactivates an ambient light control unit when it is not required. In this way, in contrast to solutions known from the state of the art, permanent energy consumption of the ambient light control unit or similar control units can be avoided when they are not actually required.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Energiemanagement-System sind mittels der Steuervorrichtung, welche beispielsweise eine Mikrocontroller-Recheneinheit ist oder umfasst, die Halbleiterschalter zu- und abschaltbar, um den zumindest einen dahinterliegenden Verbraucher stromlos zu schalten. In einem Überlastfall kann dieser Mechanismus beispielsweise automatisch ausgelöst werden. Es ist jedoch auch möglich, dass der Mechanismus manuell und örtlich entfernt über eine entsprechende Datenschnittstelle angesteuert wird. Somit können Ruhe- und Stand-by-Ströme verhindert werden, was zu einer Energieeinsparung führt.In another possible embodiment of the energy management system, the semiconductor switches can be switched on and off by means of the control device, which is or includes a microcontroller processing unit, for example, in order to de-energize at least one consumer behind them. In the event of an overload, this mechanism can be triggered automatically, for example. However, it is also possible for the mechanism to be controlled manually and remotely via a corresponding data interface. This means that idle and standby currents can be prevented, which leads to energy savings.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Energiemanagement-Systems ist die Steuervorrichtung ausgebildet, die modellbasierte Ansteuerung zusätzlich in Abhängigkeit von auf einem Datenbus des Fahrzeugs vorhandenen Informationen durchzuführen. Hierdurch kann eine weitere Steigerung der Energieeffizienz der elektrischen Verbraucher des Fahrzeugs erzielt werden.In another possible embodiment of the energy management system, the control device is designed to carry out the model-based control additionally depending on information available on a data bus of the vehicle. This can further increase the energy efficiency of the vehicle's electrical consumers.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing.
Dabei zeigt:
-
1 schematisch ein Blockschaltbild eines Energiemanagement-Systems eines Fahrzeugs.
-
1 schematic block diagram of an energy management system of a vehicle.
In der einzigen
Das Energiemanagement-System 1 weist eine Steuervorrichtung 2 mit einer Mikrocontroller-Recheneinheit 3 und einer Erfassungsvorrichtung 4 auf. Weiterhin weist das Energiemanagement-System 1 ein Modell 5, eine Spanungsquelle 6, eine Anzahl von Halbleiterschaltern 7.1 bis 7.n und eine Anzahl von elektrischen Verbrauchern 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m auf.The
Das Modell 5 ist als intelligentes Energiemanagement-Modell ausgebildet, welches auf eine Optimierung einer Energieeffizienz einer Gesamtheit aller elektrischen Verbraucher 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m und/oder Gruppen der elektrischen Verbraucher 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m des Fahrzeugs ausgelegt ist.
Die elektrischen Verbraucher 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m oder Gruppen von elektrischen Verbrauchern 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m sind jeweils mittels zumindest eines Halbleiterschalters 7.1 bis 7.n mit der Spannungsquelle 6 koppelbar, wobei die Spannungsquelle 6 in einem Bordnetz des Fahrzeugs integriert ist.The electrical consumers 8.1 to 8.m, n.1 to n.m or groups of electrical consumers 8.1 to 8.m, n.1 to n.m can each be coupled to the
Zur Optimierung der Energieeffizienz werden mittels der Erfassungsvorrichtung 4 in den Halbleiterschaltern 7.1 bis 7.n elektrische Ströme erfasst und der Mikrocontroller-Recheneinheit 3 zugeführt. Beispielsweise wird mittels eines Nebenwiderstands an dem entsprechenden Halbleiterschalter 7.1 bis 7.n ein durch den zumindest einen dahinterliegenden Verbraucher 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m und/oder durch die zumindest eine dahinterliegende Gruppe von Verbrauchern 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m fließender elektrischer Strom gemessen. Ein Wert des gemessenen Stroms kann dabei an einer Datenschnittstelle des entsprechenden Halbleiterschalters 7.1 bis 7.n bereitgestellt werden.To optimize energy efficiency, electrical currents are detected in the semiconductor switches 7.1 to 7.n by means of the
Weiterhin werden der Mikrocontroller-Recheneinheit 3 auf einem Datenbus 9 des Fahrzeugs vorhandenen Informationen I zugeführt, wobei die Mikrocontroller-Recheneinheit 3 auf Basis der erfassten elektrischen Ströme und der Informationen I unter Anwendung des Modells 5 eine Energieverteilung aus dem Bordnetz des Fahrzeugs an die Anzahl elektrischer Verbraucher 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m und/oder die Anzahl von Gruppen elektrischer Verbraucher 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m durch entsprechende Ansteuerung der Halbleiterschalter 7.1 bis 7.n durchführt. Die Informationen I des Datenbusses 9 umfassen dabei das Fahrzeug und/oder eine Umgebung des Fahrzeugs betreffende Daten.Furthermore, information I present on a
Beispielsweise werden in der Steuervorrichtung 2 und/mit der Mikrocontroller-Recheneinheit 3 die elektrischen Ströme der Verbraucher 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m und/oder Anzahl von Gruppen elektrischer Verbraucher 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m zusammengeführt und gegebenenfalls vorverarbeitet. Ein solche Datenvorverarbeitung kann ein Glätten, eine Ausreißer-Bereinigung, eine Skalierung etc. beinhalten. Die vorverarbeiteten Daten können beispielsweise an einer zentralen Schnittstelle, auch als Interface bezeichnet, bereitgestellt werden. Diese Schnittstelle kann dabei bidirektional ausgeführt sein. Das bedeutet, es können nicht nur Stromverbrauchswerte in Echtzeit bereitgestellt werden, sondern es können auch Schalt- und Steuerbefehle aus berechtigen anderen Softwarekomponenten empfangen werden, so dass ein Ein- und Ausschalten der Halbleiterschalter 7.1 bis 7.n auch extern erfolgen kann. Die Mikrocontroller-Recheneinheit 3 trifft dabei keine eigenständigen Entscheidungen.For example, in the
Die Intelligenz wird dabei beispielsweise in zumindest einer vorgelagerten Softwarekomponente abgebildet, welche lesenden und schreibenden Zugriff auf das Interface der Mikrocontroller-Recheneinheit 3 besitzt. Diese Softwarekomponente ist beispielsweise in dem Modell 5 realisiert, welches Eingangsgrößen aus dem Fahrzeug empfangen und verarbeiten kann. So ist das Modell 5 beispielsweise ausgebildet, einen Zustand des Fahrzeugs und dessen Umgebung sowie eine aktuelle Konfiguration des Fahrzeugs zu erfassen und basierend darauf Entscheidungen zum Energiesparen zu treffen. Es besteht dabei beispielsweise die Annahme, dass mit einem Abschalten eines Verbrauchers 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m und/oder einer Anzahl von Gruppen elektrischer Verbraucher 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m mittels eines Halbleiterschalters 7.1 bis 7.n eine Energieeinsparung im Bordnetz des Fahrzeugs erzielt werden kann.The intelligence is mapped, for example, in at least one upstream software component that has read and write access to the interface of the
Die modellbasierte Ansteuerung der Halbleiterschalter 7.1 bis 7.n wird dabei beispielsweise derart durchgeführt, dass eine Optimierung der Energieeffizienz der Gesamtheit aller elektrischen Verbraucher 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m und/oder Gruppen von elektrischen Verbrauchern 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m des Fahrzeugs erzielt wird.The model-based control of the semiconductor switches 7.1 to 7.n is carried out, for example, in such a way that an optimization of the energy efficiency of the entirety of all electrical consumers 8.1 to 8.m, n.1 to n.m and/or groups of electrical consumers 8.1 to 8.m, n.1 to n.m of the vehicle is achieved.
In dieser Ansteuerung wird die jeweilige Anzahl elektrischer Verbraucher 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m und/oder die Anzahl jeweiliger Gruppen von elektrischen Verbrauchern 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m aktiviert und/oder deaktiviert. Alternativ oder zusätzlich wird ein maximaler in eine Anzahl jeweiliger elektrischer Verbraucher 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m und/oder eine Anzahl von Gruppen elektrischer Verbraucher 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m geführter elektrischer Strom geregelt und/oder begrenzt.In this control, the respective number of electrical consumers 8.1 to 8.m, n.1 to n.m and/or the number of respective groups of electrical consumers 8.1 to 8.m, n.1 to n.m are activated and/or deactivated. Alternatively or additionally, a maximum electrical current fed into a number of respective electrical consumers 8.1 to 8.m, n.1 to n.m and/or a number of groups of electrical consumers 8.1 to 8.m, n.1 to n.m is regulated and/or limited.
Erfasst das Modell 5 beispielsweise einen speziellen Zustand des Fahrzeugs, vergleicht es diesen mit einem in der Softwarekomponente hinterlegten Regelwerk sowie mit dem aktuellen elektrischen Strom aller Verbraucher 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m und/oder Anzahl jeweiliger Gruppen von elektrischen Verbrauchern 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m und trifft auf Basis dessen eine Entscheidung zu einem Zu- oder Abschalten eines Verbrauchers 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m und/oder einer Gruppe von elektrischen Verbrauchern 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m. In einem solchen Regelwerk sind beispielsweise sowohl Optimierungslogiken zum Energiesparen als auch Parameter zu einer Wahrung einer funktionalen Sicherheit des Fahrzeugs berücksichtigt. Diese Beurteilung sowie ein Vergleich zwischen Umweltbedingungen und einer Fahrzeugkonfiguration geschieht iterativ in sehr hoher Frequenz, so dass das System weitestgehend unbemerkt im Hintergrund arbeitet.If, for example,
Im Folgenden werden zwei mögliche Beispiele einer Anwendung des Energiemanagement-Systems 1 beschrieben:
- In einem ersten Beispiel befinden sich bei einer Fahrt eines Fahrzeugs keine Passagiere auf einer Rücksitzbank desselben. Dieser Zustand kann durch eine entsprechende optische und/oder taktile Sensorik im Fahrzeug erfasst werden. Das intelligente
Modell 5 verarbeitet diesen Zustand und kann so elektrische Grundlasten im Bordnetz des Fahrzeugs, welche ausschließlich durch für Passagiere in einem Fond des Fahrzeugs wahrnehmbare Komfortfunktionen hervorgerufen werden, auf 0 Ampere herabsenken. Solche Funktionen sind beispielsweise Displays oder Sitzsteuergeräte. Sollte beispielsweise ein Passagier im Fond des Fahrzeugs zusteigen und so eine exogene Zustandsänderung des Fahrzeugs hervorrufen, können durch das mittels des Energiemanagement-Systems 1 ausgeführte beschriebene Verfahren entsprechende Zuschaltmaßnahmen unter Wahrung kürzester Aufstartzeiten eingeleitet werden, so dass alle Komfortfunktionen auf der Rücksitzbank wieder zur Verfügung stehen, ohne dass Fahrzeuginsassen Notiz davon nehmen.
- In a first example, there are no passengers on the back seat of a vehicle when it is being driven. This state can be detected by appropriate optical and/or tactile sensors in the vehicle. The
intelligent model 5 processes this state and can thus reduce electrical base loads in the vehicle's electrical system, which are only caused by comfort functions that can be perceived by passengers in the rear of the vehicle, to 0 amps. Such functions are, for example, displays or seat control units. If, for example, a passenger gets in the rear of the vehicle and thus causes an exogenous change in the state of the vehicle, the described method carried out by means of theenergy management system 1 can initiate appropriate activation measures while maintaining the shortest possible start-up times, so that all comfort functions in the rear seat bank will be available again without the vehicle occupants noticing.
In einem weiteren Beispiel liegt der Fokus auf einer Einsparung von Ruhe- oder Stand-by-Strömen. Hierbei ist es beispielsweise möglich, ein Anhänger-Steuergerät vom Bordnetz des Fahrzeugs zu trennen, wenn - wie in den meisten Fällen üblich - kein Anhänger am Fahrzeug erkannt wird. Gleiches gilt für ein so genanntes Ambientelicht-Steuergerät. Auch dieses kann dann, wenn es nicht benötigt wird, deaktiviert werden. Somit kann, im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen, ein dauerhafter Energieverbrauch des Ambientelicht-Steuergeräts oder ähnlicher Steuergeräte vermieden werden, wenn diese eigentlich nicht benötigt werden.In another example, the focus is on saving idle or standby currents. For example, it is possible to disconnect a trailer control unit from the vehicle's electrical system if - as is usual in most cases - no trailer is detected on the vehicle. The same applies to a so-called ambient light control unit. This can also be deactivated when it is not needed. In this way, in contrast to solutions known from the state of the art, permanent energy consumption of the ambient light control unit or similar control units can be avoided when they are not actually needed.
Somit können mittels des Energiemanagement-Systems 1 elektrische Verbraucher 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m und/oder Gruppen von elektrischen Verbrauchern 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m auf dynamische Art und Weise zu- und abgeschaltet werden und dadurch ein elektrischer Energieverbrauch minimiert werden. Thus, by means of the
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Energiemanagement-SystemEnergy management system
- 22
- SteuervorrichtungControl device
- 33
- Mikrocontroller-RecheneinheitMicrocontroller processing unit
- 44
- ErfassungsvorrichtungDetection device
- 55
- ModellModel
- 66
- SpannungsquelleVoltage source
- 7.1 bis 7.n7.1 to 7.n
- HalbleiterschalterSemiconductor switches
- 8.1 bis 8.m, n.1 bis n.m8.1 to 8.m, n.1 to n.m
- Verbraucherconsumer
- 99
- Datenbus Data bus
- II
- Informationinformation
Claims (5)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022002993B4 true DE102022002993B4 (en) | 2024-07-11 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010002914A1 (en) | 2010-03-16 | 2011-09-22 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for electrical consumption and generation detection |
DE102014222878A1 (en) | 2014-11-10 | 2016-05-12 | Leoni Bordnetz-Systeme Gmbh | Automotive supply network |
DE102016121447B4 (en) | 2016-11-09 | 2023-02-02 | Lisa Dräxlmaier GmbH | Device and method for protecting an on-board network component of a vehicle on-board network |
Patent Citations (3)
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