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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs im Falle eines bevorstehenden Ladevorgangs an einer Ladestation. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Temperiereinrichtung zum Temperieren eines Energiespeichers.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass bei Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugen, die einen Energiespeicher, zum Beispiel eine Hochvolt-Batterie, aufweisen, diese vor einem bevorstehenden Ladevorgang zu temperieren und zum Beispiel zu kühlen.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2015 118 466 A1 ein Verfahren für ein Elektrofahrzeug, wobei eine Traktionsbatterie des Fahrzeugs bei einer Anzeige, dass das Fahrzeug zu einer Ladestation gefahren wird, vorgekühlt wird. Die Effizienz des Kühlsystems ist dabei maximal, wenn sich das Fahrzeug bewegt.
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Des Weiteren beschreibt die
DE 10 2019 100 786 A1 ein Verfahren zum Steuern eines Batteriemanagementsystems, gemäß welchem eine Antriebsbatterie des Fahrzeugs vor der Fahrzeugabschaltung vorgekühlt wird, wenn sich das Fahrzeug innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eines vorhergesagten Parkplatzes befindet, wobei eine aktuelle Temperatur der Antriebsbatterie niedriger als ein Temperaturschwellenwert ist und eine vorhergesagte geparkte Temperatur für die Antriebsbatterie höher als der Temperaturschwellenwert ist. Hierdurch soll vermieden werden, dass die Antriebsbatterie gekühlt werden muss, während sich das Fahrzeug auf dem Parkplatz befindet, um eine Diskontinuität zwischen dem erwarteten Ladezustand und dem tatsächlichen Ladezustand nach längerer Parkzeit und nach Rückkehr des Fahrers zu vermeiden. Bevorzugt wird dabei der Vorkühlvorgang nicht während der Fahrt durchgeführt, sondern zum Beispiel während eines Ladevorgangs des Kraftfahrzeugs, da dann die Vorkühlung ohne Stromverbrauch der Fahrzeugbatterie durchgeführt werden kann.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Temperieren eines Energiespeichers und eine Temperiereinrichtung bereitzustellen, die ein möglichst effizientes Temperieren des Energiespeichers ermöglichen, und die es zudem erlauben, den Komfort für einen Benutzer im Zusammenhang mit der Durchführung eines Ladevorgangs zu steigern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Temperiereinrichtung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Temperieren eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs im Falle eines bevorstehenden Ladevorgangs an einer Ladestation wird, bevor das Kraftfahrzeug die Ladestation erreicht, überprüft, ob die Ladestation eine Schnellladefunktion zum Laden des Energiespeichers mit einer ersten Ladeleistung bereitstellt und zumindest unter der ersten Bedingung, dass die Ladestation die Schnellladefunktion bereitstellt, der Energiespeicher vor Erreichen der Ladestation gemäß einer vorgegebenen ersten Temperiervorschrift temperiert wird. Weiterhin wird für den Fall, dass die Ladestation eine Schnellladefunktion bereitstellt, vor Erreichen der Ladestation überprüft, ob eine die Ladestation betreffende schallemissionsbedingte Beschränkung vorliegt, wobei der Energiespeicher vor Erreichen der Ladestation gemäß der ersten Temperiervorschrift nur unter der zweiten Bedingung temperiert wird, dass die schallemissionsbedingte Beschränkung nicht vorliegt.
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Die Erfindung beruht dabei gleichzeitig auf mehreren Erkenntnissen: Für die Durchführung eines Ladevorgangs ist es ideal, wenn sich die Temperatur des Energiespeichers dabei in einem idealen Sollbereich befindet. Ist das nicht der Fall, so verzögert sich hierdurch der Ladevorgang beziehungsweise verlängert sich die Ladedauer. Erhitzt sich der Energiespeicher zum Beispiel während des Ladevorgangs zu stark, insbesondere trotz aktiver Kühlung des Energiespeichers, so muss beispielsweise die Ladeleistung reduziert werden, um eine zu starke Überhitzung des Energiespeichers zu vermeiden. Entsprechend ist es also zum Beispiel vorteilhaft, einen Energiespeicher, insbesondere bereits schon vor dem Erreichen einer Ladestation zu kühlen. Gerade was jedoch das Schnellladen mit sehr hohen Ladeleistungen betrifft, z.B. über 100 kW, z.B. mit 150 kW oder mehr, ist es unter Umständen nicht nur vorteilhaft, den Energiespeicher vor einem solchen Ladevorgang zu kühlen, sondern beispielsweise auch zu beheizen. Ist beispielsweise die aktuelle Temperatur des Energiespeichers kurz vor der Durchführung eines solchen Schnellladevorgangs zu niedrig, so kann dieser nicht durchgeführt werden beziehungsweise es muss zunächst mit einer verringerten Ladeleistung geladen werden, da dies andernfalls den Energiespeicher zu stark belasten würde. Entsprechend ist es also sehr vorteilhaft, bei der Temperierung eines Energiespeichers, insbesondere im Rahmen einer Vorkonditionierung, d.h. der auf einen Ladevorgang vorbereitenden Temperierung, vor Erreichen der Ladestation zu unterscheiden, ob der bevorstehende Ladevorgang als Schnellladevorgang durchgeführt werden soll oder nicht. Des Weiteren beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass es unter Umständen sein kann, dass an einer Ladestation, die eine solche Schnellladefunktion, das heißt, ein Laden mit einer sehr hohen Ladeleistung, zum Beispiel über 100 Kilowatt, ermöglicht, dennoch mit einer gegenüber dieser technisch maximal möglichen Ladeleistung reduzierten Ladeleistung geladen werden muss, um schallemissionsspezifische Vorgaben, die für diese Ladestation gelten, einzuhalten. Dies hat den Hintergrund, dass beim elektrischen Laden, vor allem beim Schnellladen mit hohen Ladeleistungen, sehr viel Lärm durch die Ladesäule und/oder das Fahrzeug verursacht wird. Vor allem die Kühleinrichtung eines Fahrzeugs verursacht einen sehr hohen Geräuschpegel beim Laden, wenn diese auf höchster Stufe betrieben wird.
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Dies gilt insbesondere für den elektrischen Klimakompressor und/oder den Kühlerlüfter des Fahrzeugs. Zwar gibt es derzeit noch keine konkreten Anforderungen hinsichtlich Geräuschemissionen beim Laden, die das System Ladesäule und Fahrzeug betrachten. Jedoch gelten für Ladepunkte, das heißt, Ladestationen, allgemeine Lärmgrenzwerte nach TA Lärm, an die sich auch Fahrzeug und Ladesäule halten müssten. TA Lärm bezeichnet hierbei die technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm, die eine allgemeine Verwaltungsvorschrift in der Bundesrepublik Deutschland darstellt, die dem Schutz der Allgemeinheit und der Nachbarschaft vor schädlichen Umwelteinwirkungen durch Geräusche dient. Es ist also denkbar, das teilweise die Ladegeschwindigkeit reduziert werden muss, um solche Lärmgrenzwerte, die im Folgenden auch als Schallemissionsgrenzwerte, insbesondere Gesamtschallemissionsgrenzwerte, oder Geräuschemissionsgrenzwerte bezeichnet sind, einzuhalten, da eine höhere Ladeleistung mit einer höheren Geräuschemission einhergeht. Dabei kann es zudem sein, dass nicht mehr nur die Ladeleistung einer Ladesäule relevant ist, sondern auch die momentane Uhrzeit und der Standort der Ladesäule. Zum Beispiel kann es sein, dass niedrigere Grenzwerte und entsprechend geringere Ladeleistungen zum Beispiel nachts in Wohngebieten gelten, und höhere Grenzwerte, die höhere Leistungen erlauben, in Industriegebieten. Mit anderen Worten kann es also sein, obwohl eine Ladestation prinzipiell zur Bereitstellung einer Schnellladefunktion befähigt ist, diese aktuell aufgrund solcher geräusch- und schallemissionsbedingten Beschränkungen für den bevorstehenden, durchzuführenden Ladevorgang nicht nutzbar ist. Diese Erkenntnis kann nun vorteilhafterweise wiederum genutzt werden, um die Temperierung des Energiespeichers vor dem bevorstehenden Ladevorgang entsprechend anzupassen. Die Temperierung muss dann nämlich nicht mehr für die Durchführung eines solchen Schnellladevorgangs optimiert erfolgen, wenn ein solcher Schnelladevorgang durch die schallemissionsbedingte Beschränkung gar nicht durchführbar ist. Die Erfindung ermöglicht damit vorteilhafterweise, eine angepasste Vorkonditionierung des Energiespeichers unter Berücksichtigung solcher Lärmgrenzwerte oder im allgemeinen von schallemissionsbedingten Beschränkungen. In diesem Fall kann zum Beispiel auf die Vorkonditionierung ganz verzichtet werden, was Energie spart, oder es kann zumindest auf ein Beheizen verzichtet werde oder sogar gezielt auf deutlich tiefere Temperaturen gekühlt werden, damit beim Laden selbst dann nicht mehr gekühlt werden muss oder zumindest mit verringerter Kühlleistung, was den Geräuschpegel reduziert, was wieder höhere Ladeleistungen und damit kürzere Ladezeiten erlaubt. Somit kann die Temperierung im Zuge der Vorkonditionierung des Energiespeichers so gestaltet werden, dass ein geräusch- und zeitoptimierter Ladevorgang durchgeführt werden kann. Folglich kann nicht nur eine energieeffiziente Temperierung des Energiespeichers bereitgestellt werden, sondern gleichzeitig auch der Komfort für einen Benutzer im Zusammenhang mit der Durchführung des Ladevorgangs enorm gesteigert werden.
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Bei einer Ladestation kann es sich dabei im Allgemeinen um eine Ladesäule, insbesondere eine öffentliche Ladesäule, handeln oder auch um eine Station, die mehrere solcher Ladesäulen bereitstellt. Eine jeweilige Ladesäule kann wiederum einen oder mehrere Ladeanschlussmöglichkeiten bereitstellen. Im Falle von mehreren Ladeanschlussmöglichkeiten können beispielsweise auch mehrere Fahrzeuge gleichzeitig an einer Ladesäule geladen werden. Für den Fall, dass die Ladestation mehrere Ladesäulen umfasst, sind diese auf einem räumlich zusammenhängenden, begrenzten Gebiet angeordnet, ähnlich wie eine Tankstelle, die am gleichen Ort mehrere Zapfsäulen bereitstellt. Beispielsweise können die Ladesäulen, die zur gleichen Ladestation gehören, auf einem gemeinsamen Parkplatz oder in einem gemeinsamen Parkhaus oder Ähnlichem angeordnet sein. Für die Ladesäulen der Ladestation gelten damit also die gleichen schallemissionsbedingten Beschränkungen und Schallemissionsgrenzwerte.
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Beim Energiespeicher handelt es sich vorzugsweise um eine Hochvolt-Batterie. Das Kraftfahrzeug kann entsprechend als Elektrofahrzeug ausgebildet sein, wobei der Energiespeicher eine Antriebsbatterie beziehungsweise Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs darstellt. Um vor Erreichen der Ladestation zu überprüfen, ob die Ladestation eine Schnellladefunktion bereitstellt oder nicht, können zum Beispiel Navigationsdaten eines Navigationssystems des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Beispielsweise können derartige Informationen zu Ladestationen in den Kartendaten abgelegt sein. Denkbar wäre es auch, diese Informationen über einen Backendserver, das heißt einen Internetserver, zu beziehen und/oder direkt von der Ladestation. Das Kraftfahrzeug kann also dazu ausgelegt sein, mit einem solchen Backendserver und/oder der Ladestation zu kommunizieren, zum Beispiel über Funk. Auch die Information über das Vorliegen einer schallemissionsbedingten Beschränkung kann entsprechender Weise bezogen werden. Mit anderen Worten kann diese Information ebenfalls bereits in den Kartendaten des Navigationssystems des Kraftfahrzeugs abgelegt sein oder über eine Kommunikationsverbindung zu einer externen Einrichtung, zum Beispiel einem Internetserver oder der Ladestation selbst, bezogen werden. Diese Information kann auch indirekt über den Bezug weiterer Informationen abgeleitet werden, wie dies später näher erläutert wird. Hierdurch kann zum Beispiel die geografische Position der Ladestation genutzt werden. Befindet diese sich beispielsweise in einem Wohngebiet, und gibt es für dieses Wohngebiet Lärmgrenzwerte, so liegt entsprechend eine schallemissionsbedingte Beschränkung vor. Somit kann also das Vorliegen der schallemissionsbedingten Beschränkung in Abhängigkeit von der geografischen Lage beziehungsweise der Position der Ladestation, zum Beispiel in Bezug auf Wohngebiete oder bauliche Einrichtungen wie Krankenhäuser, Alten- und Pflegeheime, Schulen und so weiter abgeleitet werden, sowie optional auch in Abhängigkeit von der aktuellen Uhrzeit oder der prognostizierten Uhrzeit, zu welcher der Ladevorgang stattfinden wird.
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Das Temperieren des Energiespeichers kann mittels einer Temperiereinrichtung des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Diese kann dazu ausgelegt sein, zum Temperieren des Energiespeichers diesen zu beheizen und/oder zu kühlen, je nach Anforderung und Bedarf. Die Art der Temperierung des Energiespeichers kann dabei zusätzlich noch von weiteren Parametern abhängen, die im Folgenden auch als Randbedingungen bezeichnet werden. Diese sind zum Beispiel die aktuelle Temperatur des Energiespeichers, eine aktuelle Umgebungstemperatur, optional die Temperatur am Ort der Ladestation, eine zeitliche und/oder räumliche Entfernung zur Ladestation, ein optimaler Solltemperaturbereich für den Energiespeicher beziehungsweise zum Laden des Energiespeichers, wobei dieser Solltemperaturbereich wiederum abhängig von der beim Laden verwendeten Ladeleistung sein kann, und so weiter. Auch der aktuelle Ladezustand des Energiespeichers kann hierbei berücksichtigt werden. Bei zu niedrigem Ladezustand des Energiespeichers kann beispielsweise auf eine Vorkonditionierung verzichtet werden, um Energie zu sparen und das Erreichen der Ladestation sicherzustellen, selbst wenn dann eine längere Ladezeit beziehungsweise Ladedauer in Kauf genommen werden muss.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Temperieren zumindest zum Teil oder vollständig während der Fahrt, insbesondere bis zum Erreichen der Ladestation durchgeführt. Dies hat gleich mehrere Vorteile. Zum einen kann der Energiespeicher dann rechtzeitig auf die für den Ladevorgang optimale Solltemperatur gebracht werden, bevor das Kraftfahrzeug die Ladestation erreicht, so dass dann bei Erreichen der Ladestation der Energiespeicher bereits optimal temperiert ist. Gerade dann, wenn es sich bei der Ladestation um eine Schnellladestation handelt, für die aktuell schallemissionsbedingte Beschränkungen vorliegen, ist es zum Beispiel sehr vorteilhaft, eine eventuelle Kühlung des Energiespeichers vor Erreichen der Ladestation durchzuführen, damit dann während der Durchführung des Ladevorgangs zum Beispiel auf die Aktivierung eines Kühlerlüfters und/oder elektrischen Klimakompressors zum Kühlen des Energiespeichers verzichtet werden kann, längere Zeit verzichtet werden kann oder diese Komponenten auf einer niedrigeren Leistungsstufe betrieben werden können. Dadurch kann die Geräuschentwicklung während es Ladevorgangs reduziert werden und die Ladeleistung unter Einhaltung dieser Schallemissionsvorgaben maximiert werden. Das Temperieren kann in diesem Fall zum Beispiel so ausgeführt werden, dass der Energiespeicher deutlich stärker abgekühlt wird, als sonst unter normalen Bedingungen erforderlich, das heißt, wenn keine schallemissionsbedingten Beschränkungen vorliegen würden. Aber auch wenn keine schallemissionsbedingten Beschränkungen vorliegen, hat das Temperieren bereits während der Fahrt und vor dem Erreichen der Ladestation große Vorteile. Vor allem wenn der Energiespeicher zur Durchführung einer Schnellladung mit sehr hoher Ladeleistung beheizt werden soll, ist dies vorteilhaft, da dann auch dieses Beheizen des Energiespeichers bereits vor dem Erreichen der Ladestation durchgeführt werden kann, so dass der Energiespeicher dann gleich bei Erreichen der Ladestation mit maximal möglicher Ladeleistung geladen werden kann, da er bereits auf den optimalen Temperaturbereich temperiert wurde. Auch hierdurch kann enorm an Ladezeit eingespart werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Temperieren ausgelöst, wenn ein vorbestimmtes zeitliches und/oder räumliches Entfernungskriterium zur Ladestation erfüllt ist. Befindet sich beispielsweise das Kraftfahrzeug weniger als einen vorbestimmten Schwellenwert von der Ladestation entfernt, zum Beispiel gemäß einer geplanten Fahrroute, wobei diese Entfernung auch in Form einer Zeitdauer bis zum Erreichen der Ladestation angegeben sein kann, so kann entsprechend das Temperieren ausgelöst werden. Auch dieser Auslösezeitpunkt kann dabei noch von weiteren Randbedingungen abhängig sein, zum Beispiel die aktuelle Temperatur des Energiespeichers und/oder die Umgebungstemperatur. Weicht die aktuelle Temperatur des Energiespeichers sehr stark von der für den Ladevorgang optimalen Solltemperatur ab, so kann entsprechend die Temperierung frühzeitiger aktiviert werden, als wenn sich die aktuelle Temperatur des Energiespeichers bereits sehr nahe am Solltemperaturbereich befindet. Auch die Umgebungstemperatur beeinflusst die Zeitdauer, bis der Energiespeicher ausgehend von seiner aktuellen Temperatur auf eine vorgegebene Solltemperatur temperiert wird. Entsprechend kann auch diese den Auslösezeitpunkt, und konkret zum Beispiel den oben genannten Schwellenwert, beeinflussen.
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Dadurch lässt es sich vorteilhafterweise bewerkstelligen, dass die Temperierung rechtzeitig vor Erreichen der Ladestation oder bei Erreichen der Ladestation beendet ist.
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Um eine solche Temperierung vor Erreichen der Ladestation auszulösen, ist es dabei sehr vorteilhaft, auf Navigationsdaten zurückzugreifen, zum Beispiel auf eine aktuelle Route. Aber auch ohne aktive Routenführung ist das Auslösen der Temperierung im Rahmen einer Vorkonditionierung vor der Durchführung des Ladevorgangs möglich. Ist der Energiespeicher beispielsweise fast leer, so kann auf Basis von durch das Navigationssystem bereitgestellten Kartendaten nach einer geeigneten Lademöglichkeit in der Nähe gesucht werden, und dem Fahrer des Fahrzeugs auch entsprechende Vorschläge gemacht werden. Auch in diesem Fall kann zum Beispiel automatisch eine Temperierung noch während der Fahrt aktiviert werden. Denkbar sind zudem auch die Verwendung von lernenden Systemen, zum Beispiel mit künstlicher Intelligenz, die auf Fahrergewohnheiten zurückgreifen, und zum Beispiel vorhersagen können, wann das Kraftfahrzeug mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit an einer Schnellladestation geladen werden soll.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung besteht die schallemissionsbedingte Beschränkung darin, dass für die Ladestation ein Geräuschemissionsgrenzwert vorgegeben ist. Beispielsweise können in den Kartendaten entsprechende geografische Gebiete, in denen solche Emissionsgrenzwerte vorliegen, abgelegt beziehungsweise gespeichert sein. Befindet sich die Ladestation in einem solchen Gebiet, so gilt der für dieses Gebiet geltende Emissionsgrenzwert entsprechend auch für die Ladestation. Das Kraftfahrzeug kann einen solchen Grenzwert aber auch von der Ladestation beziehen oder indirekt über einen Backendserver. Das Vorliegen eines solchen Geräuschemissionsgrenzwerts kann auch aus anderen Informationen abgeleitet werden, wie oben bereits beschrieben.
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Weiterhin kann es sich bei einem solchen Geräuschemissionsgrenzwert um einen Gesamtschallemissionsgrenzwert oder auch nur um einen Restschallemissionsgrenzwert handeln. Unter einem Gesamtschallemissionsgrenzwert kann zum Beispiel ein Grenzwert verstanden werden, der sich auf die insgesamt maximal zulässige Schallemission am Ort der Ladeeinrichtung bezieht. Herrscht am Ort der Ladeeinrichtung, das heißt der Ladestation, bereits ein bestimmter Lärmpegel vor, zum Beispiel durch andere ladende Kraftfahrzeuge, die an der gleichen Ladestation laden, so verbleibt unter Umständen nur noch ein Restschallemissionsgrenzwert, der geringer ist, und der durch den bevorstehenden auszuführenden Ladevorgang nicht überschritten werden darf. Dadurch kann sich die maximal nutzbare Ladeleistung weiter reduzieren. Als Geräuschemissionsgrenzwert kann dem Kraftfahrzeug beispielsweise also ein solcher Gesamtschallemissionsgrenzwert oder auch ein Restschallemissionsgrenzwert zur Verfügung gemacht werden oder das Kraftfahrzeug kann diese Werte auch selbsttätig ermitteln. Hierzu können auch weitere Informationen herangezogen werden, zum Beispiel der aktuelle Belegungszustand der Ladestation, an welcher der Ladevorgang durchgeführt werden soll, ein zukünftiger, prognostizierter Belegungszustand, oder zum Beispiel auch die durch die Ladestation selbst hervorgerufene Geräuschentwicklung während des Ladevorgangs. Auch dies trägt zur Gesamtgeräuschentwicklung bei, so dass das Geräusch beziehungsweise der Lärmpegel, der bei bestimmten Ladeleistungen von der Ladestation selbst erzeugt wird, ebenfalls zur Berechnung einer solchen Restschallemission, beziehungsweise des oben beschriebenen Restschallemissionsgrenzwerts herangezogen werden kann.
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Weiterhin kann es sein, dass gemäß der schallemissionsbedingten Beschränkung eine beim elektrischen Laden an der Ladestation maximal nutzbare Ladeleistung auf eine gegenüber der ersten Ladeleistung verringerte zweite Ladeleistung beschränkt wird. Diese Beschränkung auf die zweite Ladeleistung kann dabei wiederum schallemissionsabhängig sein. Mit anderen Worten hängt dies wiederum davon ab, wie stark der Energiespeicher während des Ladevorgangs zur Erzielung solcher Ladeleistungen gekühlt werden muss. Ist nur eine geringfügige Kühlung erforderlich, so können deutlich höhere Ladeleistungen erzielt werden, ohne die Schallemissionsgrenzwerte zu überschreiten, als wenn eine sehr starke Kühlung erforderlich ist, was zur Begrenzung der Schallemission eine Reduktion der Ladeleistung, insbesondere eine noch stärkere Reduktion der Ladeleistung zur Folge hätte. Denkbar ist es auch, dass es durch schallemissionsbedingte Beschränkungen vorgegeben ist, dass zum Beispiel temporär nicht die maximal von der Ladestation zur Verfügung gestellte Ladeleistung genutzt werden darf, sondern lediglich eine vorgegebene reduzierte Ladeleistung, die die zweite Ladeleistung darstellen kann. Mit anderen Worten kann es sein, dass die Ladestation selbst die Ladeleistung auf die zweite Ladeleistung beschränkt, zum Beispiel nachts oder zu anderen bestimmten Uhrzeiten, um entsprechende Vorgaben bezüglich der Schallemission einzuhalten. Derartige Vorgaben, wie zum Beispiel eine solche reduzierte zweite Ladeleistung, können dem Kraftfahrzeug ebenfalls als Information bereitgestellt werden. In Abhängigkeit davon kann ebenfalls die Temperierung im Zuge der Vorkonditionierung des Energiespeichers entsprechend vorteilhaft angepasst werden.
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Hierfür gibt es mehrere Möglichkeiten, wie eine solch angepasste Temperierung aussehen kann, was nun nachfolgend näher erläutert wird.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für den Fall, dass die schallemissionsbedingte Beschränkung vorliegt, der Energiespeicher vor Erreichen der Ladestation nicht temperiert. Mit anderen Worten kann in diesem Fall einfach auf eine Vorkonditionierung des Energiespeichers vor Erreichen der Ladestation verzichtet werden. Dies hat den Hintergrund, dass an der Ladestation entsprechend ohnehin nicht die Schnellladefunktion zur Verfügung steht und damit ohnehin mit längeren Ladezeiten zu rechnen ist. Der Verzicht auf eine vorhergehende Temperierung des Energiespeichers schlägt sich damit also nicht mehr signifikant in einer Verlängerung der Ladedauer nieder. Stattdessen kann durch den Verzicht auf die vorhergehende Temperierung während der Fahrt Energie gespart werden.
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Ob auf eine solche Temperierung verzichtet wird oder nicht, kann wiederum von weiteren Faktoren abhängig sein. Einer davon ist zum Beispiel die aktuelle Temperatur des Energiespeichers. Dabei ist es vorteilhaft, wenn sichergestellt ist, dass die Temperatur des Energiespeichers, auch während der Fahrt, einen vorbestimmten Schwellenwert nicht unterschreitet. Zu diesem Zweck kann auch während der Fahrt eine Temperierung, insbesondere Kühlung des Energiespeichers, zum Einsatz kommen. Diese kann jedoch dann unabhängig von einem bevorstehenden Ladevorgang ausgeführt werden.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird für den Fall, dass die schallemissionsbedingte Beschränkung vorliegt, der Energiespeicher vor Erreichen der Ladestation gemäß einer von der ersten verschiedenen zweiten Temperierungsvorschrift temperiert. In diesem Fall kann also der Energiespeicher ebenfalls vor Erreichen der Ladestation temperiert werden, jedoch unter anderen Gesichtspunkten und entsprechend gemäß einer anderen Temperiervorschrift, als wenn die Schnellladefunktion an der Schnellladestation genutzt werden könnte. Dies ermöglicht ebenfalls eine energieoptimierte Temperierung des Energiespeichers, und gleichzeitig ein geräuschoptimiertes Laden an der Ladestation.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Temperierung gemäß der zweiten Temperiervorschrift in Abhängigkeit vom Geräuschemissionsgrenzwert durchgeführt. In Abhängigkeit vom Geräuschemissionsgrenzwert können wiederum weitere Parameter ermittelt werden, in Abhängigkeit von welchen die Temperierung durchgeführt wird. Somit kann eine Temperierung erfolgen, die optimal an die im Bereich der Ladestation geltenden schallemissionsbedingten Beschränkungen angepasst ist, wodurch zum Beispiel die Ladezeit optimiert, das heißt minimiert werden kann und/oder Energie gespart werden kann. Beispielsweise kann in Abhängigkeit vom Geräuschemissionsgrenzwert eine maximal mögliche Ladeleistung ermittelt werden, mit der das Kraftfahrzeug beziehungsweise dessen Energiespeicher an der Ladestation geladen werden kann, ohne diesen Geräuschemissionsgrenzwert zu überschreiten. Weiterhin kann dann in Abhängigkeit von der ermittelten maximalen Ladeleistung ermittelt werden, auf welche Temperatur der Energiespeicher vor Erreichen der Ladestation temperiert werden soll, um die maximal mögliche Ladeleistung optimal während des Ladevorgangs ausnutzen zu können.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Energiespeicher beim Temperieren unter bestimmten Randbedingungen gemäß der zweiten Temperiervorschrift weniger stark beheizt und/oder stärker gekühlt als beim Temperieren gemäß der ersten Temperiervorschrift unter den gleichen bestimmten Randbedingungen. Randbedingungen können zum Beispiel die oben bereits beschriebenen sein, zum Beispiel die aktuelle Temperatur des Energiespeichers, eine Umgebungstemperatur, die Entfernung zur Ladestation, und so weiter. Würde beispielsweise, wenn keine schallemissionsbedingten Beschränkungen für eine Schnellladestation vorliegen, der Energiespeicher vor Erreichen der Ladestation beheizt werden, um den Ladevorgang optimal durchführen zu können, so würde der Energiespeicher, wenn nunmehr eine schallemissionsbedingte Beschränkung für die Ladestation vorliegt, gemäß der zweiten Temperiervorschrift entweder weniger stark beheizt werden, gar nicht beheizt, insbesondere gar nicht temperiert werden, oder sogar gekühlt werden. In all diesen Fällen lässt es sich vorteilhafterweise bewerkstelligen, dass der Energiespeicher für den Fall, dass eine schallemissionsbedingte Beschränkung bezüglich der Ladestation vorliegt, die Ladestation mit einer Batterietemperatur erreicht, die gleichzeitig auch eine Anfangstemperatur für den Ladevorgang darstellt, die niedriger ist, als wenn der Energiespeicher gemäß der ersten Temperiervorschrift temperiert worden wäre. Dies hat den Hintergrund, dass bei einer niedrigeren Anfangstemperatur der Energiespeicher während des Ladevorgangs weniger stark gekühlt werden muss oder zeitweise gar nicht gekühlt werden muss oder bei gleichbleibender Kühlleistung die Ladeleistung höher gewählt werden kann. So kann Energie gespart werden und/oder die Ladedauer verkürzt werden, selbst wenn es also an der Ladestation schallemissionsbedingte Beschränkungen gibt, die letztendlich die Ladeleistung limitieren. Für den Fall also, dass der Energiespeicher bei einem Temperieren unter den bestimmten Randbedingungen gemäß der ersten Temperiervorschrift beheizt wird, ist es vorteilhaft, wenn der Energiespeicher bei einem Temperieren unter den gleichen bestimmten Randbedingungen gemäß der zweiten Temperiervorschrift nicht beheizt wird oder weniger stark beheizt wird oder gekühlt wird. Aber auch im anderen Fall, nämlich wenn der Energiespeicher bei einem Temperieren unter solchen bestimmten Randbedingungen gemäß der ersten Temperiervorschrift gekühlt wird, ist es bevorzugt, dass der Energiespeicher bei einem Temperieren unter den bestimmten Randbedingungen gemäß der zweiten Temperiervorschrift anders temperiert wird, und zum Beispiel gar nicht temperiert wird oder noch stärker gekühlt wird. Durch ein noch stärkeres Kühlen lässt sich eine noch tiefere Anfangstemperatur für den Energiespeicher am Start des Ladevorgangs bereitstellen, was die oben bereits beschriebenen Vorteile mit sich bringt. Aber auch durch einen Verzicht auf das Temperieren als Ganzes hat den Vorteil, dass dadurch Energie gespart werden kann. Eine Temperierung macht unter Umständen beim Vorliegen von schallemissionsbedingten Beschränkungen, durch welche die maximale Ladeleistung ohnehin begrenzt ist, unter Umständen aus energetischer Sicht kaum noch Sinn, wenn dadurch die Ladedauer nicht signifikant verkürzt werden kann. Da beim Laden mit geringerer Ladeleistung ohnehin weniger Abwärme entsteht, ist auch der Kühlbedarf geringer, so dass in diesem Fall zum Beispiel auch gänzlich auf eine Temperierung vor dem Erreichen der Ladestation verzichtet werden kann.
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Weiterhin kann die Vorkonditionierung des Energiespeichers, der ohne Beschränkung der Allgemeinheit zur Vereinfachung im Folgenden teilweise einfach als Hochvolt-Batterie bezeichnet wird, zum Beispiel bei aktiver Routenführung automatisch vom Fahrzeug übernommen werden, kann aber auch manuell vom Benutzer beziehungsweise Fahrer aktiviert werden. Soll ein Ladestopp zukünftig beispielsweise in einem Wohngebiet, zum Beispiel nachts, erfolgen, kann es sein, dass die maximale Ladeleistung aufgrund der Lärmgrenzwerte nicht erreicht werden kann - hierdurch verändert sich die Ladedauer. In diesem Fall ist eine angepasste Vorkonditionierung unter Berücksichtigung der Lärmgrenzwerte sehr vorteilhaft und sinnvoll. Bei einer herkömmlichen Vorkonditionierung wird die Hochvolt-Batterie derzeit so temperiert, dass die Batterie bei dem nächsten Ladestopp mit maximaler Leistung geladen werden kann. Die Batterie wird auf eine Temperatur gebracht, entweder erwärmt oder abgekühlt, in der diese die maximale Ladeleistung erreicht. Dies entspricht beispielsweise auch der ersten Temperiervorschrift, wenn es sich bei der Ladestation um eine Schnellladestation handelt und keine schallemissionsbedingten Beschränkungen vorliegen. Die Vorkonditionierung der Hochvolt-Batterie kann nun erweitert werden, insbesondere durch das Vorsehen einer weiteren zweiten Temperiervorschrift, die greift, wenn solche geräuschemissionsbedingten Beschränkungen vorliegen. Dadurch können auch die geltenden Lärmgrenzwerte an den jeweiligen Ladeorten berücksichtigt werden. Die Vorkonditionierung der Hochvolt-Batterie kann dann vorteilhafterweise so gestaltet werden, dass ein geräusch- und zeitoptimierter Ladevorgang durchgeführt werden kann. Die Informationen über die verfügbare Lärmemission, den Standort der Ladesäule beziehungsweise Ladestation, können dem Fahrzeug bereits zur Verfügung stehen oder zur Verfügung gestellt werden. Ist die Hochvolt-Batterie beim Ladestart bereits vorgekühlt, was auch als geräuschoptimierte Vorkonditionierung bezeichnet werden kann, kann längere Zeit ohne beziehungsweise mit geringerer Kühlung geladen werden. Dadurch können wiederum die Komponenten, die fahrzeugseitig zu einer erhöhten Geräuschemission führen, insbesondere der elektrische Klimakompressor und der Kühlerlüfter, länger in einem Betriebspunkt betrieben werden, in dem die erlaubten Lärmgrenzwerte fahrzeugseitig nicht überschritten werden. Mit der erweiterten Strategie der Vorkonditionierung kann ein Geschwindigkeitsvorteil beim Ladevorgang erreicht werden, so dass im Vergleich zu einer geringeren gekühlten Hochvolt-Batterie über einen längeren Zeitraum mit einer höheren Ladeleistung geladen werden kann.
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Die erweiterte Vorkonditionierung kann auch wie die Vorkonditionierung für die maximale Ladeleistung in der Routenführung automatisch über das Fahrzeug oder manuell über den Fahrer aktiviert werden. Das Fahrzeug berechnet aus den vorliegenden Daten, insbesondere dem Lärmgrenzwert, der maximalen Ladeleistung, und so weiter, die notwendige Vorkonditionierung, das heißt Temperierung, der Hochvolt-Batterie, damit ein möglichst schneller Ladevorgang unter Berücksichtigung der Rahmenbedingungen durchgeführt werden kann.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Temperiereinrichtung zum Temperieren eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs im Falle eines bevorstehenden Ladevorgangs an einer Ladestation, wobei die Temperiereinrichtung dazu ausgelegt ist, vor Erreichen der Ladestation zu überprüfen, ob die Ladestation eine Schnellladefunktion zum Laden des Energiespeichers mit einer ersten Ladeleistung bereitstellt, und zumindest unter der ersten Bedingung, dass die Ladestation die Schnellladefunktion bereitstellt, den Energiespeicher vor Erreichen der Ladestation gemäß einer vorgegebenen ersten Temperiervorschrift zu temperieren. Weiterhin ist die Temperiereinrichtung dazu ausgelegt, für den Fall, dass die Ladestation eine Schnellladefunktion bereitstellt, vor Erreichen der Ladestation zu überprüfen, ob eine die Ladestation betreffende schallemissionsbedingte Beschränkung vorliegt, und den Energiespeicher vor Erreichen der Ladestation gemäß der ersten Temperiervorschrift nur unter der zweiten Bedingung, dass die schallemissionsbedingte Beschränkung nicht vorliegt, zu temperieren.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße T em periereinrichtung.
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Die Temperiereinrichtung kann zum Beispiel eine Steuereinrichtung und ein Temperiersystem, zum Beispiel eine Kühleinrichtung, umfassen, die an einen Kühlkreislauf angebunden ist. Durch Temperieren des im Kühlkreislauf zirkulierbaren oder zirkulierenden Kühlmittels kann über dieses Kühlsystem der Energiespeicher gezielt beheizt oder gekühlt werden. Die Steuereinrichtung kann zur Ansteuerung eines solchen Kühlsystems ausgebildet sein.
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Die Steuereinrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.
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Des Weiteren soll auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Temperiereinrichtung oder einer ihrer Ausgestaltungen als zur Erfindung gehörend angesehen werden.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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Dabei zeigt die einzige Fig. ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Temperieren eines Energiespeichers im Zuge einer Vorkonditionierung des Energiespeichers vor einem Ladestopp, das heißt vor einem bevorstehenden Ladevorgang an einer Ladestation.
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Beim Energiespeicher kann es sich zum Beispiel um eine Hochvolt-Batterie handeln, so dass diese im Folgenden auch als Hochvolt-Batterie bezeichnet wird. Das Verfahren beginnt dabei in Schritt S10, in welchem die Vorkonditionierung der Hochvolt-Batterie gestartet wird. Die Vorkonditionierung kann dabei automatisch vom Kraftfahrzeug gestartet werden, zum Beispiel bei aktiver Routenführung und wenn das Kraftfahrzeug sich in vorbestimmter Nähe zur Ladestation befindet, an welcher geladen werden soll, oder sie kann auch manuell von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs aktiviert werden. Unter einer Aktivierung der Vorkonditionierung ist hierbei noch nicht notwendigerweise die Aktivierung der Kühleinrichtung beziehungsweise Temperiereinrichtung des Kraftfahrzeugs zum Durchführen der Vorkonditionierung zu verstehen. Bevor also die Temperiereinrichtung des Kraftfahrzeugs aktiviert wird, können zunächst noch vorbereitende Maßnahmen getroffen werden. Hierzu wird zum Beispiel zunächst in Schritt S12 überprüft, ob es sich bei der Ladestation, an welcher der bevorstehende Ladevorgang durchgeführt werden soll, um eine Ladestation handelt, die eine Schnellladefunktion S bereitstellt. Ist dies beispielsweise nicht der Fall, so kann auch gänzlich auf eine Vorkonditionierung in Schritt S14 verzichtet werden und das Verfahren ist beendet. Handelt es sich bei der Ladestation um eine Schnellladestation, so wird zu Schritt S 16 übergegangen, in welchem überprüft wird, ob für diese Ladestation eine schallemissionsbedingte Beschränkung B vorliegt. Diese kann zum Beispiel in Form eines Schallemissionsgrenzwerts für diese Ladestation vorgegeben sein. Zudem kann eine solche Beschränkung B auch zeitlich begrenzt sein und daher nur temporär für diese Ladestation gelten. In diesem Fall kann, sofern eine solche Beschränkung B vorliegt, auch überprüft werden, ob eine solche Beschränkung B für den Ladezeitpunkt beziehungsweise den prognostizierten Ladezeitpunkt, zu welchem an der Ladestation geladen werden soll, vorliegt. Ist dies nicht der Fall, so wird zu Schritt S18 übergegangen, in welchem eine Temperierung der Hochvolt-Batterie gemäß einer ersten Temperiervorschrift V1 erfolgt. Gemäß dieser Temperiervorschrift V1 kann die Hochvolt-Batterie dann beispielsweise auf eine Temperatur T1 temperiert werden, also gekühlt oder beheizt werden, die für die Durchführung eines Schnellladevorgangs mit maximaler Ladeleistung optimal ist oder in einem vorbestimmten SollTemperaturbereich liegt, der einer bestimmten Schnelllade-Leistung zugeordnet ist, mit welcher an der Schnelladestation S geladen werden kann. Diese erste Temperiervorschrift V1 kann dabei noch von weiteren Randbedingungen R abhängig sein, wie zum Beispiel die aktuelle Temperatur der Hochvolt-Batterie, eine Umgebungstemperatur, und so weiter. Erreicht dann letztendlich das Kraftfahrzeug die Ladestation, so weist die Hochvolt-Batterie die Temperatur T1 auf und ist damit optimal auf den Schnellladevorgang vorbereitet. Somit kann der Energiespeicher mit maximaler Ladeleistung an der Schnellladestation geladen werden, wodurch die Ladezeit minimiert werden kann.
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Wird dagegen in Schritt S16 festgestellt, dass es für die Ladestation, und beispielsweise auch für den Ladezeitpunkt beziehungsweise den Ladezeitraum, in welchem der bevorstehende Ladevorgang durchgeführt werden wird, eine schallemissionsbedingte Beschränkung B vorliegt, so wird zu Schritt S20 übergegangen. Eine solche Beschränkung B kann zum Beispiel in Form eines Schallemissionsgrenzwerts vorliegen, der am Ort der Ladestation nicht überschritten werden kann. In Schritt S20 wird dann eine Vorkonditionierung der Hochvolt-Batterie gemäß einer zweiten Temperiervorschrift V2 durchgeführt. Auch diese kann wiederum von diversen bereits genannten Randbedingungen R abhängen. Im Zuge dieser Vorkonditionierung wird nunmehr der Energiespeicher vor Erreichen der Ladestation auf eine zweite Temperatur T2 temperiert, die insbesondere kleiner ist als die oben genannte erste Temperatur T1. Das heißt also, dass bei einer Temperierung gemäß der zweiten Temperiervorschrift V2 der Energiespeicher bei sonst gleichen Randbedingungen R auf eine niedrigere Solltemperatur T2 temperiert wird als im Falle einer Temperierung gemäß der ersten Temperiervorschrift V1. Erreicht also das Kraftfahrzeug die Ladestation, so weist der Energiespeicher eine entsprechend niedrigere Anfangstemperatur T2 zu Beginn des Ladevorgangs auf. Dies hat wiederum den großen Vorteil, dass im Vergleich zu einer geringeren gekühlten Hochvolt-Batterie über einen längeren Zeitraum mit einer höheren Ladeleistung geladen werden kann, ohne den vorgegebenen Schallemissionsgrenzwert zu überschreiten. Dadurch kann wiederum ein großer Geschwindigkeitsvorteil beim Laden erzielt werden.
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Alternativ ist es auch denkbar, dass im Falle, dass in Schritt S16 festgestellt wird, dass eine schallemissionsbedingte Beschränkung B vorliegt, zu Schritt S14 übergegangen wird, gemäß welchem keine Temperierung durchgeführt wird. Da durch die schallemissionsbedingte Beschränkung B ohnehin nicht mit einer sehr hohen Ladeleistung geladen werden kann, wird hierbei der Energieersparnis durch Verzicht auf die Vorkonditionierung Vorrang gegenüber einer ohnehin nicht signifikant ausfallenden Reduktion der Ladedauer gegeben.
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Diese beiden Varianten können auch miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann ein weiteres Entscheidungskriterium vorgesehen werden, in Abhängigkeit von welchem entschieden wird, ob in diesem Fall, das heißt, wenn eine schallemissionsbedingte Beschränkung vorliegt, keine Temperierung gemäß Schritt S14 oder eine Temperierung gemäß der zweiten Temperiervorschrift gemäß Schritt S20 durchgeführt wird. Ein mögliches Kriterium könnte zum Beispiel ein Fahrerwunsch oder der aktuelle Ladezustand der Hochvolt-Batterie sein. Ist dieser sehr gering, kann zum Beispiel zur energiesparenderen Variante gemäß Schritt S14 übergegangen werden. Sind die aktuellen Außentemperaturen und die aktuelle Batterietemperatur ohnehin sehr niedrig, so kann ebenfalls zu Schritt S14 übergangen werden. Diese optionale Entscheidungsmöglichkeit ist durch den Schritt S22 veranschaulicht.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine fahrzeuginterne Konditionierung für geräusch- und zeitoptimierte Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen und Plugin-Hybriden bereitgestellt werden kann. Mit einer solchen erweiterten Strategie zur Vorkonditionierung kann ein Geschwindigkeitsvorteil beim Ladevorgang einerseits erreicht werden und eine energiesparende Vorkonditionierung andererseits, vor allem unter Berücksichtigung eventueller schallemissionsbedingter Beschränkungen an Ladestationen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015118466 A1 [0003]
- DE 102019100786 A1 [0004]
