DE102022112029A1 - Method for controlling an operating strategy - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Betriebsstrategie eines Fahrzeuges (1), wobei ein Betriebshofmanagementsystem (2) mit einem Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem (2.1) mit einer einstellbaren Gesamtanschlussleistung zum Laden des Fahrzeuges (1) mittels elektrischer Energie oder zum Tanken von Wasserstoff vorgesehen ist und das Fahrzeug (1) ein Fahrzeugsteuerungssystem (5) mit einer Anzahl von Betriebsstrategien aufweist, wobei ein bidirektionales Datenübertragungssystem (4) zum Datenaustausch zwischen Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem (2.1), Betriebshofmanagementsystem (2) und Fahrzeugsteuerungssystem (5) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass- ein Fahrzeug (1), welches lädt oder tankt, dem Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem (2.1) mitteilt, welche Menge elektrischer Energie und/oder Wasserstoff von dem Fahrzeug (1) für eine vorgegebene Zielreichweite auf einer vorgegebenen geplanten Strecke benötigt wird,- ein momentan auf der Strecke fahrendes Fahrzeug (1) dem Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem (2.1) mitteilt, welche Flexibilität zur Anpassung der Betriebsstrategien verfügbar ist, um die Zielreichweite zu erreichen und- mittels des Lade-/Tank- und Energiemanagementsystems (2.1) ein Ladeplan für das zu ladende Fahrzeug (1) oder zukünftig zu ladende Fahrzeug (1) bestimmt wird, wobei der Ladeplan zur Minimierung der Gesamtanschlussleistung und/oder zur Minimierung von Betriebskosten des Fahrzeuges (1) optimiert wird.The invention relates to a method for controlling an operating strategy of a vehicle (1), with a depot management system (2) with a charging/tank and energy management system (2.1) with an adjustable total connected load for charging the vehicle (1) using electrical energy or for refueling of hydrogen is provided and the vehicle (1) has a vehicle control system (5) with a number of operating strategies, with a bidirectional data transmission system (4) for data exchange between charging / tank and energy management system (2.1), depot management system (2) and vehicle control system ( 5) is trained. According to the invention, it is provided that a vehicle (1), which is charging or refueling, communicates to the charging/tanking and energy management system (2.1) the amount of electrical energy and/or hydrogen from the vehicle (1) for a predetermined target range on a predetermined planned route is required, - a vehicle (1) currently driving on the route communicates to the charging/tank and energy management system (2.1) which flexibility is available for adapting the operating strategies in order to achieve the target range and - by means of the charging / Tank and energy management system (2.1) a charging plan for the vehicle to be charged (1) or future vehicle (1) to be charged is determined, with the charging plan being optimized to minimize the total connected load and/or to minimize the operating costs of the vehicle (1). .
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Betriebsstrategie eines Fahrzeuges mit einer elektrischen Antriebseinheit, wobei ein Betriebshofmanagementsystem mit einem Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem mit einer einstellbaren Gesamtanschlussleistung zum Laden des Fahrzeuges mittels elektrischer Energie oder zum Tanken von Wasserstoff vorgesehen ist und das Fahrzeug ein Fahrzeugsteuerungssystem mit einer Anzahl von Betriebsstrategien aufweist, wobei ein bidirektionales Datenübertragungssystem zum Datenaustausch zwischen Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem, Betriebshofmanagementsystem und Fahrzeugsteuerungssystem ausgebildet ist.The invention relates to a method for controlling an operating strategy of a vehicle with an electric drive unit, with a depot management system having a charging/tank and energy management system with an adjustable total connected load for charging the vehicle using electrical energy or for refueling with hydrogen and the vehicle Vehicle control system having a number of operating strategies, wherein a bidirectional data transmission system for data exchange between charging / tank and energy management system, depot management system and vehicle control system is formed.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Betriebsstrategie eines Fahrzeuges mit einer elektrischen Antriebseinheit anzugeben.The invention is based on the object of specifying a method for controlling an operating strategy of a vehicle with an electric drive unit.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.The object is achieved according to the invention by a method which has the features specified in claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent claims.
Ein Verfahren zur Steuerung einer Betriebsstrategie eines Fahrzeuges mit einer elektrischen Antriebseinheit sieht vor, dass ein Betriebshofmanagementsystem mit einem Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem mit einer einstellbaren Gesamtanschlussleistung zum Laden des Fahrzeuges mittels elektrischer Energie oder zum Tanken von Wasserstoff vorgesehen ist und das Fahrzeug ein Fahrzeugsteuerungssystem mit einer Anzahl von Betriebsstrategien aufweist, wobei ein bidirektionales Datenübertragungssystem zum Datenaustausch zwischen Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem, Betriebshofmanagementsystem und Fahrzeugsteuerungssystem ausgebildet ist. Erfindungsgemäß teilt auf Anfrage ein Fahrzeug, welches in einem Betriebshof momentan lädt oder tankt oder geladen oder getankt worden ist, dem Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem mit, welche Menge elektrischer Energie und/oder Wasserstoff das Fahrzeug für eine vorgegebene Zielreichweite auf einer vorgegebenen geplanten Strecke benötigt. Ein momentan auf der Strecke fahrendes Fahrzeug teilt dem Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem mit, welche Flexibilität zur Anpassung der Betriebsstrategien verfügbar ist, um die Zielreichweite zu erreichen und mittels des Lade-/Tank- und Energiemanagementsystems wird unter Berücksichtigung der mitgeteilten Flexibilität ein Ladeplan für das zu ladende Fahrzeug oder zukünftig zu ladende Fahrzeug bestimmt, wobei der Ladeplan zur Minimierung der Gesamtanschlussleistung und/oder zur Minimierung von Betriebskosten des Fahrzeuges optimiert wird.A method for controlling an operating strategy of a vehicle with an electric drive unit provides that a depot management system with a charging/tank and energy management system with an adjustable total connected load for charging the vehicle using electrical energy or for refueling with hydrogen is provided and the vehicle has a vehicle control system with a number of operating strategies, wherein a bidirectional data transmission system is designed for data exchange between charging/tank and energy management system, depot management system and vehicle control system. According to the invention, upon request, a vehicle that is currently charging or refueling or being charged or refueled in a depot tells the charging/tanking and energy management system what amount of electrical energy and/or hydrogen the vehicle needs for a specified target range on a specified planned range route required. A vehicle currently driving on the route communicates to the charging/tanking and energy management system what flexibility is available to adapt the operating strategies in order to achieve the target range and using the charging/tanking and energy management system a charging plan is created taking into account the communicated flexibility determined for the vehicle to be charged or the vehicle to be charged in the future, the charging plan being optimized to minimize the total connected load and/or to minimize the operating costs of the vehicle.
Das Fahrzeug ist insbesondere ein batterieelektrischer Bus mit zusätzlichen Brennstoffzellen, um eine Reichweite des Busses zu erhöhen.In particular, the vehicle is a battery-electric bus with additional fuel cells in order to increase the range of the bus.
Durch Anwendung des Verfahrens können die Betriebskosten, das heißt die Kosten für einen Verbrauch an elektrischer Energie und Wasserstoff zum Betrieb des Fahrzeuges, insbesondere bei variablen Preisen, durch Nutzung der Flexibilität in Bezug auf elektrische Energie und Wasserstoff minimiert werden. Insbesondere kann ein Wasserstoffverbrauch des Fahrzeuges verringert und eine erforderliche Reichweite des Fahrzeuges gesteuert werden.By using the method, the operating costs, ie the costs for consuming electrical energy and hydrogen for operating the vehicle, in particular with variable prices, can be minimized by using the flexibility with regard to electrical energy and hydrogen. In particular, hydrogen consumption of the vehicle can be reduced and a required range of the vehicle can be controlled.
Darüber hinaus kann die Flexibilität in Bezug auf den Verbrauch von elektrischer Energie und Wasserstoff genutzt werden, um ein Lade-/Tank und Energiemanagement, zum Beispiel durch Vermeidung von Lastspitzen, zu optimieren.In addition, the flexibility in terms of the consumption of electrical energy and hydrogen can be used to create a charging/tank and to optimize energy management, for example by avoiding peak loads.
Zudem besteht eine Möglichkeit zur Einbindung betrieblicher Informationen in eine Steuerung einer Brennstoffzellenleistung des Fahrzeuges und mittels des Verfahrens kann eine Flexibilität in einer Einsatzsteuerung von Fahrzeugen erhöht werden. Eine Bedienung einer Steuerung kann mittels des Verfahrens verbessert werden und ein Aufwand zur Steuerung kann für Mitarbeiter eines Betriebshofes, insbesondere eines Verkehrsbetriebes, verringert werden.In addition, there is a possibility of integrating operational information into a control of a fuel cell performance of the vehicle, and the method can be used to increase flexibility in the use control of vehicles. Operation of a control can be improved by means of the method, and the control effort for employees of a depot, in particular a transport company, can be reduced.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing.
Dabei zeigt die:
-
1 schematisch eine Übersicht eines Verfahrens zur Steuerung einer Betriebsstrategie eines Fahrzeuges.
-
1 schematically an overview of a method for controlling an operating strategy of a vehicle.
Die einzige Figur zeigt eine Übersicht eines Verfahrens zur Steuerung einer Betriebsstrategie eines Fahrzeuges 1, insbesondere eines batterieelektrischen Busses, welcher zur Erhöhung seiner Reichweite zusätzlich Brennstoffzellen aufweist. Insbesondere ist das Fahrzeug 1, also der Bus, einem Betriebshof, insbesondere einem Verkehrsbetriebshof, zugehörig und wird beispielsweise zur Personenbeförderung eingesetzt.The only figure shows an overview of a method for controlling an operating strategy of a vehicle 1, in particular a battery-electric bus, which also has fuel cells to increase its range. In particular, the vehicle 1, ie the bus, belongs to a depot, in particular a transport depot, and is used, for example, to transport people.
Bei einer Steuerung eines solchen Fahrzeuges 1 besteht ein Zielkonflikt, dass die Brennstoffzellen allein nicht eine erforderliche Leistung erbringen können, so dass elektrische Energie eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeuges 1 zur Sicherstellung eines Fahrbetriebes des Fahrzeuges 1 zur Verfügung gestellt werden muss.When controlling such a vehicle 1, there is a conflict of objectives that the fuel cells alone cannot provide the required power, so that electrical energy from an electrical energy store of the vehicle 1 must be made available to ensure that the vehicle 1 can be driven.
Insbesondere wird zum Erreichen einer maximalen Reichweite die Leistung der Brennstoffzellen derart gesteuert, dass bereits zu Beginn eines Fahrbetriebes des Fahrzeuges 1 die Brennstoffzellen elektrische Leistung zur Verfügung stellen.In particular, in order to achieve a maximum range, the power of the fuel cells is controlled in such a way that the fuel cells already provide electrical power at the start of driving operation of the vehicle 1 .
Für eine Vielzahl von Verkehrsbetrieben ist es Ziel, einen Verbrauch an Wasserstoff zu minimieren und möglichst viel elektrische Energie des elektrischen Energiespeichers des jeweiligen Fahrzeuges 1 zum Betrieb des Fahrzeuges 1 zu nutzen, da Wasserstoff im Vergleich zu elektrischer Energie kostenintensiver ist.The aim of a large number of transport companies is to minimize consumption of hydrogen and to use as much electrical energy as possible from the electrical energy store of the respective vehicle 1 to operate the vehicle 1, since hydrogen is more expensive than electrical energy.
Sind eine für eine zurückzulegende Strecke erforderliche Reichweite des Fahrzeuges 1 und ein damit verbundener Energiebedarf des Fahrzeuges 1 bekannt, so kann der Verbrauch an Wasserstoff minimiert werden und eine Betriebsstrategie des Fahrzeuges 1 wird derart gesteuert, dass möglichst viel mittels des elektrischen Energiespeichers zur Verfügung gestellte elektrische Energie für den Betrieb des Fahrzeuges 1 genutzt wird.If the range of vehicle 1 required for a route to be covered and the associated energy requirement of vehicle 1 are known, the consumption of hydrogen can be minimized and an operating strategy for vehicle 1 is controlled in such a way that as much electrical energy as possible made available by means of the electrical energy store is used Energy for the operation of the vehicle 1 is used.
In bestimmten Situationen des Fahrbetriebes des Fahrzeuges 1 kann es trotz höherer Kosten für Wasserstoff sinnvoll sein, weniger elektrische Energie zu nutzen, um beispielsweise Lastspitzen in Bezug auf eine Anschlussleistung von Ladesäulen 3 des Betriebshofes weitestgehend zu vermeiden oder aufgrund kurzzeitig höherer Energiekosten, insbesondere Stromkosten.In certain driving situations of the vehicle 1, it can make sense, despite higher costs for hydrogen, to use less electrical energy, for example in order to largely avoid peak loads in relation to a connected load of
Einem Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem 2.1, welches einem Betriebshofmanagementsystem 2 zugeordnet ist, ist eine momentane Reichweite des Fahrzeuges 1 nicht bekannt. Dabei ist die momentane Reichweite des Fahrzeuges 1 abhängig von einem Füllstand eines Wasserstofftankes des Fahrzeuges 1, eines Ladestandes des elektrischen Energiespeichers des Fahrzeuges 1 und einer gewählten Betriebsstrategie des Fahrzeuges 1. Darüber hinaus ist dem Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem 2.1 üblicherweise nicht bekannt, welche Menge an elektrischer Energie an einer Ladesäule 3 geladen werden muss, um eine streckenabhängige Reichweite zu erreichen.A charging/tank and energy management system 2.1, which is assigned to a
Um einen Betrieb des Fahrzeuges 1 in Bezug auf zur Verfügung stehende Betriebsstrategien zu optimieren, ist im Folgenden ein Verfahren beschrieben. A method is described below in order to optimize operation of the vehicle 1 in relation to available operating strategies.
Das Verfahren wird mittels des Betriebshofmanagementsystems 2 zur Stell- und Ladeplatzverwaltung etc., des Lade-/Tank- und Energiemanagementsystems 2.1, eines bidirektionalen Datenübertragungssystems 4 und eines Fahrzeugsteuerungssystems 5 ausgeführt.The method is carried out by means of the
Das bidirektionale Datenübertragungssystem 4 verknüpft dabei das Betriebshofmanagementsystem 2, das Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem 2.1 und das Fahrzeugsteuerungssystem 5, so dass eine Kommunikation zwischen diesen möglich ist, unabhängig davon, wo sich das Fahrzeug 1 befindet.The bidirectional
Insbesondere wird mittels des Datenübertragungssystems 4, dem Betriebshofmanagementsystem 2 und dem Lade-/Tank-Energiemanagementsystem 2.1 ein Ladeplan mit einer optimierten Ladestrategie und eine Steuerung der Betriebsstrategien ermittelt. Dazu werden in dem Datenübertagungssystem 4 und/oder einer anderen geeigneten Rechnereinheit dazu erforderliche Berechnungen durchgeführt.In particular, a charging plan with an optimized charging strategy and a control of the operating strategies is determined by means of the
Ein Fahrzeug 1, welches momentan im Betriebshof elektrische Energie an einer Ladesäule 3 lädt oder Wasserstoff an einer Tanksäule 6 tankt oder geladen oder getankt worden ist, teilt dem Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem 2.1 auf Anfrage mit, welche Menge elektrische Energie und/oder Wasserstoff das Fahrzeug 1 für eine vorgegebene Zielreichweite auf einer vorgegebenen geplanten Strecke benötigt.A vehicle 1, which is currently charging electrical energy at a
Ein sich auf der Strecke befindliches Fahrzeug 1 teilt dem Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem 2.1 über das Datenübertragungssystem 4 mit, welche Flexibilität zur Anpassung der Betriebsstrategien verfügbar ist, um die Zielreichweite zu erreichen. Dabei bezieht sich die Flexibilität insbesondere auf die Nutzung einer fahrzeugseitig zur Verfügung stehenden Menge an Wasserstoff und elektrischer Energie.A vehicle 1 on the route communicates to the charging/tanking and energy management system 2.1 via the
Mittels des Lade-/Tank- und Energiemanagementsystems 2.1 wird dann unter Berücksichtigung der vorhandenen Flexibilität ein Ladeplan zum Laden elektrischer Energie optimiert, um insbesondere eine Gesamtanschlussleistung der Ladesäulen 3 und/oder Tanksäulen 6 zu minimieren.Using the charging/tank and energy management system 2.1, a charging plan for charging electrical energy is then optimized, taking into account the existing flexibility, in order in particular to minimize a total connected load of the
Alternativ oder zusätzlich wird der Ladeplan dahingehend optimiert, Betriebskosten, insbesondere Kosten für elektrische Energie und/oder Wasserstoff unter Berücksichtigung variabler Preise zu minimieren.Alternatively or additionally, the charging plan is optimized to minimize operating costs, in particular costs for electrical energy and/or hydrogen, taking variable prices into account.
Dabei entsteht oftmals ein Zielkonflikt, welcher anhand von Kostenfaktoren optimiert werden muss. Anschließend sendet das Lade-/Tank- und Energiemanagementsystem 2.1 basierend auf den Ladeplan Steuerungssignale an das Fahrzeug 1, um dessen Betriebsstrategie anzupassen.This often results in a conflict of objectives, which must be optimized based on cost factors. The charging/tank and energy management system 2.1 then sends control signals to the vehicle 1 based on the charging plan in order to adapt its operating strategy.
Dadurch, dass auch auf der Strecke fahrende Fahrzeuge 1 in Bezug auf ihre Betriebsstrategie gesteuert werden, können auch zukünftige Ladevorgänge beeinflusst werden.Due to the fact that vehicles 1 driving on the route are also controlled with regard to their operating strategy, future charging processes can also be influenced.
Beispielsweise lädt ein Fahrzeug 1 im Betriebshof zwischen zwei Umläufen elektrische Energie an einer Ladesäule 3 nach, wobei in dieser Zeit mit einer Lastspitze einer Gesamtanschlussleistung gerechnet wird. Mittels des Lade-/Tank- und Energiemanagementsystems 2.1 wird eine Betriebsstrategie für das Fahrzeug 1 ermittelt und über das Datenübertragungssystem 4 an das Fahrzeug 1 übermittelt. In diesem Fall ist vorgesehen, dass die Betriebsstrategie des Fahrzeuges 1 derart angepasst wird, dass das Fahrzeug 1 einen höheren Verbrauch an Wasserstoff und einen niedrigeren Verbrauch an elektrischer Energie aufweist. Fährt das Fahrzeug 1 dann in den Betriebshof, muss aufgrund der auf der Strecke angepassten Betriebsstrategie des Fahrzeuges 1 weniger elektrische Energie nachgeladen werden. Dadurch kann das Risiko eines Auftretens einer Lastspitze verringert werden. Dazu ist weiterhin erforderlich, dass eine Verfügbarkeit einer Ladeinfrastruktur sowie eine Belegung der Tanksäulen 6 für Wasserstoff berücksichtigt werden. Aus diesem Grund besteht eine Schnittstelle zu dem Betriebshofmanagementsystem 2.For example, a vehicle 1 recharges electrical energy at a
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- Betriebshofmanagementsystemdepot management system
- 2.12.1
- Lade-/Tank-EnergiemanagementsystemCharge/tank energy management system
- 33
- Ladesäulecharging station
- 44
- Datenübertragungssystemdata transmission system
- 55
- Fahrzeugsteuerungssystemvehicle control system
- 66
- Tanksäulegas pump
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- EP 3135529 A1 [0002]EP 3135529 A1 [0002]
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CN117301899A (en) * | 2023-11-29 | 2023-12-29 | 江西五十铃汽车有限公司 | Wireless charging method and system for electric automobile |
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-
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- 2022-05-13 DE DE102022112029.5A patent/DE102022112029A1/en active Pending
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