DE102022112064A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Ladevorgangs für einen elektrischen Energiespeicher und Nebenaggregatsysteme eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Ladevorgangs für einen elektrischen Energiespeicher und Nebenaggregatsysteme eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Aufladens eines elektrischen Energiespeichers (1) eines Kraftfahrzeugs (10) über eine fahrzeugexterne Energieversorgung (20). Das Verfahren umfasst dabei ein Berechnen eines zeitlichen Soll-Ladeverlaufs zwischen einem Start-Ladezustandswert (SoCStart) und einem vorgegebenen Ziel-Ladezustandswert (SoCZiel) des elektrischen Energiespeichers (1). Ferner umfasst das Verfahren ein Steuern des Aufladens des elektrischen Energiespeichers (1) gemäß dem berechneten zeitlichen Soll-Ladeverlauf. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs eine Rückwärtsberechnungsphase umfasst, in der der zeitliche Soll-Ladeverlauf ausgehend vom Ziel-Ladezustandswert (SoCZiel) zurück in Richtung des Start-Ladezustandswerts (SoCStart) berechnet wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung (11), die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, sowie ein Kraftfahrzeug (10) mit einer ebensolchen Steuereinrichtung (11).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Aufladens eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs über eine fahrzeugexterne Energieversorgung. Ferner betrifft die Erfindung eine Steuereinrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer ebensolchen Steuereinrichtung.
  • Im Stand der Technik sind Elektrofahrzeuge (BEV) und Plugin-Hybridfahrzeuge (PHEV) hinlänglich bekannt. In der Regel verfügen diese Fahrzeuge über einen batterieelektrischen Hochvoltspeicher sowie eine Ladeschnittstelle (z. B. eine Ladebuchse) zur fahrzeugexternen Energieversorgung des Hochvoltspeichers (z. B. an einer stationären Ladestation). Während dieses Ladevorgangs können ggf. auch verschiedene Nebenaggregatesysteme (z. B. eine Batterie- und/oder Innenraumheizung) des Fahrzeugs mit Energie versorgt werden.
  • Hinsichtlich des Aufladevorgangs ist es zumeist wünschenswert, diesen bezüglich eines vorgegebenen Optimierungskriteriums (z. B. einer möglichst kurzen Dauer des Ladevorgangs) zu optimieren. Weitere Beispiele für derartige globale Optimierungskriterien (die zum Teil auch gegensätzlich sein können) sind u. a. eine Lebensdauer des Hochvoltspeichers, eine Energieeffizienz des Ladevorgangs, ein Einhalten von Fahrervorgaben (z. B. ein geplanter Abfahrtszeitpunkt) und/oder ein Erfüllen von Komfortkriterien (z. B. ein thermisches Konditionieren eines Fahrzeuginnenraums).
  • Um derartige Optimierungsprobleme - unter Berücksichtigung verschiedener Randbedingungen (z. B. eine zur Verfügung stehende elektrische Anschlussleistung der Ladestation), möglicher Startbedingungen für den Ladevorgang (z. B. einem Ladezustand und/oder einer Temperatur des Hochvoltspeichers) und/oder der Berücksichtigung eines optional gewünschten Abfahrtszeitpunktes - zu lösen, gibt es bekannte mathematische Optimierungsverfahren (z. B. das Verfahren der modellbasierten prädiktiven Regelung). Diese Verfahren haben jedoch in der Regel den wesentlichen Nachteil, dass sie sehr rechen- und speicherintensiv sind und zudem eine Kostenfunktion gefunden werden muss, die das Optimum eines Optimierungsproblems möglichst genau abbildet. Im besten Fall kann damit zwar das globale Optimum für das Problem gefunden werden, jedoch mit deutlichen Nachteilen hinsichtlich der Berechnungseffizienz, der Komplexität und damit auch der Testbarkeit und Reproduzierbarkeit des Verfahrens.
  • Ferner ist bekannt, dass der Ladevorgang bzw. Ladeverlauf möglichst derart bestimmt werden sollte, dass zur Schonung des elektrischen Energiespeichers extreme Ladezustände, wie z. B. eine Vollladung oder komplette Entladung, weitestgehend vermieden werden sollten. Entsprechend kann es ggf. vorteilhaft sein, den Energiespeicher möglichst lange in einem mittleren Ladezustand (z. B. 50% SoC) zu „lagern“ (sog. Ladepause) und den Energiespeicher erst kurz vor einer Abfahrt des Fahrzeugs auf einen hohen Ziel-Ladezustand (z. B. 100 % SoC) aufzuladen.
  • Bei einer üblichen (zeitlichen) Vorwärtsberechnung bzw. einer Suche im Parameterraum eines möglichen zeitlichen Soll-Ladeverlaufs kann es aufgrund der zunächst unbekannten Dauer der Ladepause rechenintensiv sein, einen möglichst optimalen Verlauf zu finden. So wird bei einer zu kurzen Pause der Ziel-Ladezustand zu früh erreicht, während bei einer zu langen Ladepause der Ziel-Ladezustand unter Umständen gar nicht mehr erreicht werden kann. Diese Situation wird nochmals verkompliziert, falls zudem auch verschiedene Ladeleistungen und/oder verschiedene Ladeströme mitberücksichtigt werden sollen.
  • Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers bereitzustellen. Bevorzugt ist es hierbei eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache und möglichst wenig rechenintensive Möglichkeit zum Berechnen bzw. Prädizieren eines Ladeverlaufs (z. B. mittels eines Fahrzeugsteuergeräts) bereitzustellen, gemäß diesem sodann ein Aufladen bzw. Steuern des Aufladens des Energiespeichers erfolgen kann.
  • Diese Aufgaben können mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
  • Gemäß einem ersten unabhängigen Aspekt wird hierzu ein Verfahren bereitgestellt. Bevorzugt dient das Verfahren zum Steuern eines Aufladens eines elektrischen Energiespeichers (z. B. einer Hochvoltbatterie) eines Kraftfahrzeugs (z. B. eines Elektrofahrzeugs) über eine fahrzeugexterne Energieversorgung (z. B. über eine Ladestation). Das Verfahren kann im Folgenden daher auch als Steuerverfahren bezeichnet werden.
  • Das Verfahren umfasst ein Berechnen eines zeitlichen Soll-Ladeverlaufs zwischen einem, vorzugsweise vorgegebenen, Start-Ladezustandswert (SoCStart) und einem, vorzugsweise vorgegebenen, Ziel-Ladezustandswert (SoCZiel) des elektrischen Energiespeichers. Der Soll-Ladeverlauf kann somit einen (zukünftigen) Verlauf eines Ladezustands (engl. state of charge, SoC) des elektrischen Energiespeichers als Funktion der Zeit beschreiben. Bevorzugt erfolgt das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs mittels eines Systemmodells. Das Systemmodell, welches als abstraktes Abbild der realen Gegebenheiten verstanden werden kann, kann dabei Parameter des elektrischen Energiespeichers, des Kraftfahrzeugs und/oder der Energieversorgung (wie z. B. aktueller Ladezustand, Zelltemperatur, verfügbare Ladeleistung) sowie ggf. weitere Randbedingungen (wie z. B. ein geplanter Abfahrtszeitpunkt und/oder eine Ladestromvorgabe) umfassen, was im Folgenden noch eingehender beschrieben werden wird.
  • Weiterhin umfasst das Verfahren ein Steuern des Aufladens des elektrischen Energiespeichers gemäß dem berechneten zeitlichen Soll-Ladeverlauf. Lediglich beispielhaft können hierzu entsprechende Steuergrößen bzw. Steuerbefehle an Komponenten des Kraftfahrzeugs (wie z. B. eine Ladeschaltung, Hochvoltschütze etc.) ausgegeben werden. Bevorzugt erfolgt das Steuern in Abhängigkeit des berechneten Soll-Ladeverlaufs dabei derart, dass der tatsächliche Verlauf des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers möglichst dem berechneten Soll-Ladeverlauf entspricht.
  • Das Verfahren zeichnet sich nun dadurch aus, dass das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs eine Rückwärtsberechnungsphase umfasst. In dieser Rückwärtsberechnungsphase wird der zeitliche Soll-Ladeverlauf ausgehend vom Ziel-Ladezustandswert (zeitlich) zurück in Richtung des Start-Ladezustandswerts berechnet. D. h. bevorzugt erfolgt das Berechnen des Soll-Ladeverlaufs in der Rückwärtsberechnungsphase ausgehend von SoCZiel in Richtung Vergangenheit. Anschaulich gesprochen kann das Berechnen des Soll-Ladeverlaufs in der Rückwärtsberechnungsphase bezogen auf eine positive Zeitachse (Abszisse) somit von rechts nach links erfolgen. Der Vorteil hiervon ist, dass dadurch eine Berechnungsmethode bereitgestellt wird, mittels derer auf einfache Weise ein Soll-Ladeverlauf ermittelt werden kann, der ein Aufladen des Energiespeichers umfasst und der eine ggf. verbleibende Restzeit (z. B. falls SoCStart im Zuge der Rückwärtsberechnung bereits „in der Zukunft“ erreicht wird) - quasi automatisch - als mögliche Ladepause ausgibt. Weiterhin ermöglicht der vorgenannte Ansatz auf vorteilhafte Weise - wie nachfolgend noch eingehender beschrieben werden wird - mögliche (Vor-)Konditionierungsphasen (z. B. eine Fahrzeuginnenraum- und/oder Energiespeichertemperierung) miteinzubeziehen. Da der Start derartiger (Vor-)Konditionierungsphasen zeitbasiert ist, d. h. davon abhängig ist, wie lange der Ladevorgang dauert, kann auf Basis einer Rückwärtsrechnung eine valide Rechnung erfolgen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt kann, falls der Start-Ladezustandswert kleiner als ein vorgegebener Schwellen-Ladezustandswert (SoCSchwelle) ist, das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs eine Vorladephase umfassen. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch, z. B. im Fall eines sehr niedrigen Ladezustands des Energiespeichers, zunächst eine gewisse (Grund-)Verfügbarkeit von Energie im Energiespeicher sichergestellt werden. Lediglich beispielhaft kann der vorgegebene, d. h. zuvor festgelegte, Schwellen-Ladezustandswert dabei ein SoC-Wert zwischen 40 % und 60 % (bezogen auf eine Vollladung des elektrischen Energiespeichers von 100 %) sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der vorgegebener Schwellen-Ladezustandswert 50 %. D. h. gemäß dieser Ausführungsform kann der Schritt des Berechnens eine Vorladephase umfassen, falls in einer Abfrage bzw. Überprüfung festgestellt wird, dass SoCStart < 50 % ist.
  • In der Vorladephase kann der zeitliche Soll-Ladeverlauf ausgehend vom Start-Ladezustandswert vorwärts zum Schwellen-Ladezustandswert berechnet werden. Im Gegensatz zum Berechnen in der Rückwärtsberechnungsphase kann das Berechnen des Soll-Ladeverlaufs in der Vorladephase somit in Richtung Zukunft erfolgen. Mit anderen Worten kann in der Vorladephase der Soll-Ladeverlauf ausgehend von SoCStart chronologisch, d. h. in Richtung der positiven Zeitachse (von links nach rechts), bis zum Schwellen-Ladezustandswert (SoCSchwelle) berechnet werden. Lediglich beispielhaft kann so z. B. im Fall, dass der Start-Ladezustandswert lediglich 10 % beträgt zunächst eine Vorwärtsberechnung (Vorladephase) des Soll-Ladeverlaufs von SoCStart bis zum vorgebeben Schwellen-Ladezustandswert (z. B. 50 %) erfolgen, während anschließend eine Rückwärtsberechnung (Rückwärtsberechnungsphase) von SoCZiel (z. B. 95 %) zum vorgegeben Schwellen-Ladezustandswert (z. B. 50 %) erfolgen kann. Bevorzugt erfolgt in der Vorladephase keine Konditionierung (z. B. eine Konditionierung eines Fahrzeuginnenraums und/oder des elektrischen Energiespeichers). Entsprechend soll in der Vorladephase vorzugsweise keine (zeitlich basierte) Schätzung über die Dauer der Konditionierung erfolgen bzw. miteingeplant werden, weshalb in dieser Phase eine Vorwärtsberechnung ausreichend sein kann.
  • Nach einem weiteren Aspekt kann das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs in der Vorladephase in Abhängigkeit eines maximal möglichen Ladestroms und/oder einer maximal möglichen Ladeleistung zum elektrischen Energiespeicher erfolgen. Der maximal mögliche Ladestrom bzw. die maximal mögliche Ladeleistung kann hierbei durch die fahrzeugexterne Energieversorgung (Verfügbarkeit) und/oder durch Limitierungen durch das Kraftfahrzeug (z. B. dessen Ladeinfrastruktur) und/oder des elektrischen Energiespeichers (z. B. aufgrund dessen Zelltemperatur) bestimmt bzw. vorgegeben sein. Der maximal mögliche Ladestrom kann bevorzugt auch als maximal erzielbarer Ladestrom verstanden werden. Zudem oder alternativ kann auch die maximal mögliche Ladeleistung als maximal erzielbare Ladeleistung verstanden werden. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch ein möglichst schnelles Laden des Energiespeichers auf den Schwellen-Ladezustandswert erreicht werden, sodass in möglichst kurzer Zeit bereits eine gewisse (Grund-)Verfügbarkeit sichergestellt werden kann.
  • Zudem oder alternativ kann das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs in der Vorladephase vor dem Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs in der Rückwärtsberechnungsphase erfolgen. D. h. in zeitlicher Hinsicht kann zunächst die Vorladephase und später (z. B. direkt im Anschluss an die Vorladephase) die Rückwärtsberechnungsphase ausgeführt werden. Der Soll-Ladeverlauf kann somit in Abschnitten, die in einer definierten Reihenfolge berechnet werden, ermittelt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann der vorgegebene Ziel-Ladezustandswert ein Ladezustandswert des Energiespeichers bei einer geplanten Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs sein. Lediglich beispielhaft kann der vorgegebene Ziel-Ladezustandswert ein SoC-Wert von 100% bei einer geplanten, d. h. zukünftigen, Abfahrt in 5 Stunden oder bei einer Abfahrt morgen 8:00 Uhr sein. Die geplante Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs kann dabei z. B. über eine Nutzereingabe verfügbar sein. Alternativ kann die geplante Abfahrtszeit ggf. auch auf Basis der bisherigen Fahrhistorie (z. B. Fahrgewohnheiten des Fahrers) geschätzt werden. Auf vorteilhafte Weise kann so eine bedarfsgerechte Timer-Ladefunktion bereitgestellt werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt kann das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs in der Rückwärtsberechnungsphase ein Bestimmen (z. B. Berechnen) eines möglichen Soll-Ladeverlaufs in Abhängigkeit einer Ladestromvorgabe (= Schritt a) umfassen. Als Ladestromvorgabe kann hierbei bevorzugt ein (z. B. probeweise) vorgegebener Ladestromverlauf (z. B. ein konstanter Ladestrom von 16 Ampere) oder Ladeleistungsverlauf verstanden werden, in Abhängigkeit dessen sodann die Berechnung des möglichen Soll-Ladeverlaufs erfolgt. Entsprechend kann der mögliche Soll-Ladeverlauf auch als ein (z. B. vorläufiger) Soll-Ladeverlaufanwärter oder Soll-Ladeverlaufkandidat bezeichnet werden.
  • Weiterhin kann das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs in der Rückwärtsberechnungsphase ein Wiederholen des vorgenannten Schritts a) umfassen, wobei beim wiederholten Durchführen des Schritts a) die Ladestromvorgabe reduziert wird. Beispielsweise kann die Ladestromvorgabe von anfänglich 16 Ampere beim wiederholten Bestimmen eines möglichen Soll-Ladeverlaufs auf 14 Ampere, 12 Ampere, 10 Ampere etc. reduziert werden. Weiterhin kann der Schritt a) hierbei solange wiederholt werden, bis entweder eine End-Ladestromvorgabe (z. B. in Form einer festgelegten Mindeststrommenge, unterhalb derer ein Aufladen technisch nicht mehr praktikabel wäre) erreicht wird (= erste Abbruchbedingung) oder der (als letztes) bestimmte mögliche Soll-Ladeverlauf bis zur geplanten Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs kein Aufladen des elektrischen Energiespeichers bis zum Ziel-Ladezustandswert ermöglicht (= zweite Abbruchbedingung).
  • Im Fall der ersten Abbruchbedingung, d. h. falls die End-Ladestromvorgabe erreicht wird, kann ein auf Grundlage der End-Ladestromvorgabe bestimmter bzw. berechneter möglicher Soll-Ladeverlauf bzw. Soll-Ladeverlaufanwärter als Soll-Ladeverlauf ausgewählt werden. Im Fall der zweiten Abbruchbedingung kann der letzte mögliche Soll-Ladeverlauf bzw. Soll-Ladeverlaufanwärter als Soll-Ladeverlauf ausgewählt werden, welcher bis zur geplanten Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs noch ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers bis zum Ziel-Ladezustandswert ermöglicht. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine einfache Berechnungsvorschrift bereitgestellt werden, die über die Wahl der Schrittweite, mit der die Ladestromvorgabe reduziert wird, hinsichtlich Genauigkeit und Rechenzeit bedarfsgerecht an eine unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten anpassbar ist. Ein weiterer Vorteil hiervon ist, dass das Verfahren möglichst einfach, z. B. in Form eines Zustandsautomaten, implementiert werden kann.
  • Um auf vorteilhafte Weise eine besonders einfache Berechnung zu ermöglichen, kann - gemäß einem weiteren Aspekt - die Ladestromvorgabe einen zeitlich konstanten Ladestromwert und/oder eine Abfolge zeitlich konstanter Ladestromwerte umfassen. Bevorzugt umfasst die Ladestromvorgabe ausschließlich einen zeitlich konstanten Ladestromwert oder ausschließlich eine Abfolge zeitlich konstanter Ladestromwerte. Zudem oder alternativ kann die Ladestromvorgabe auch, vorzugsweise ausschließlich, einen zeitlich konstanten Ladeleistungswert und/oder, vorzugsweise ausschließlich, eine Abfolge zeitlich konstanter Ladeleistungswerte umfassen.
  • Nach einem weiteren Aspekt kann die Ladestromvorgabe über nur einen Zwischenschritt auf die End-Ladestromvorgabe reduziert werden. D. h. bevorzugt umfasst das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs in der Rückwärtsberechnungsphase (z. B. höchstens) drei Ladestromvorgaben, welche auch als Start-Ladestromvorgabe, Zwischen-Ladestromvorgabe und End-Ladestromvorgabe bezeichnet werden können. Beispielsweise kann es sich bei der (anfänglichen) Start-Ladestromvorgabe um eine maximale mögliche Ladestromvorgabe, bei der (letzten) End-Ladestromvorgabe um eine minimale mögliche Ladestromvorgabe und bei der Zwischen-Ladestromvorgabe um eine Ladestromvorgabe zwischen der maximalen und minimalen Ladestromvorgabe handeln. Erfinderseitig wurde festgestellt, dass hierdurch auf vorteilhafte Weise für die meisten praktisch relevanten Fälle bereits eine ausreichende Genauigkeit erzielt werden kann.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann, falls auf Grundlage der Ladestromvorgabe ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers bis zum Ziel-Ladezustandswert bis zur geplanten Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs möglich ist, der berechnete Soll-Ladeverlauf eine Ladepause umfassen. Wird beispielsweise festgestellt, dass mit einer (z. B. gegebenen) Ladestromvorgabe ausgehend von SoCZiel (aufgrund der Rückwärtsberechnung) SoCStart in einer Stunde erreicht werden kann, die Zeit bis zur geplanten Abfahrtszeit insgesamt jedoch fünf Stunden beträgt, so kann im Soll-Ladeverlauf z. B. eine Ladepause von vier Stunden (oder weniger) vorgesehen werden. In der Ladepause kann der berechnete Soll-Ladeverlauf dabei einen im Wesentlichen konstanten Wert (z. B. SoCStart) aufweisen. Zudem oder alternativ kann auch bereits der mögliche Soll-Ladeverlauf eine Ladepause umfassen, falls auf Grundlage der Ladestromvorgabe ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers bis zum Ziel-Ladezustandswert bis zur geplanten Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs möglich ist. In der Ladepause soll vorzugsweise kein Aufladen des elektrischen Energiespeichers erfolgen. Bevorzugt ist der konstanten Wert hierbei kleiner als der vorgegebene Ziel-Ladezustandswert. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch (chronologisch betrachtet) möglichst lange ein mittlerer SoC-Wert eingestellt sein, bis erst kurz vor der geplanten Abfahrtszeit ein Aufladen auf SoCZiel erfolgt.
  • Nach einem weiteren Aspekt kann der konstante Wert, welchen der berechnete Soll-Ladeverlauf in der Ladepause aufweist, der Start-Ladezustandswert sein. Dies ist vorteilhaft, falls SoCStart bereits einen entsprechend hohen Wert aufweist, bei dem kein Vorladen (z. B. auf SoCSchwelle) nötig ist. Alternativ kann der konstante Wert, welchen der berechnete Soll-Ladeverlauf in der Ladepause aufweist, auch der Schwellen-Ladezustandswert (SoCSchwelle) sein. Letzteres ist vorteilhaft, falls das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs die Vorladephase umfasst und SoCStart < SoCSchwelle gilt. D. h. in dieser Ausführungsform kann zunächst ein Aufladen auf SoCSchwelle (z. B. zur Sicherstellung einer eine gewisse (Grund-)Verfügbarkeit von Energie im Energiespeicher) erfolgen und dann ggf. eine Ladepause vorgesehen werden, in der der Ladezustand des Energiespeichers auf SoCSchwelle gehalten wird, bis letztlich das Aufladen auf SoCZiel, erfolgt.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs eine Innenraum-Konditionierphase umfassen. In der Innenraum-Konditionierphase kann der Soll-Ladeverlauf in Abhängigkeit eines Betriebs einer, vorzugsweise elektrisch betreibbaren, Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs berechnet werden. Beispielsweise kann es gerade bei Kraftfahrzeugen mit großen Innenraumvolumen, wie beispielsweise Omnibussen, vorteilhaft sein, ein Klimatisieren bzw. Konditionieren des Innenraums bereits während des Ladevorgangs vorzunehmen, um zu vermeiden, dass nach der Abfahrt ein Großteil der zuvor aufgeladenen Energiemenge zum Konditionieren des Innenraums aufgewendet werden muss und nicht zum Vortrieb zur Verfügung steht (weniger Reichweite). Bevorzugt wird in der Innenraum-Konditionierphase der Soll-Ladeverlauf dabei derart berechnet, dass ein zum Laden des elektrischen Energiespeichers maximal zur Verfügung stehender Ladestrom um einen (ersten) Betrag reduziert ist, der zum Betreiben der Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung benötigt wird. Zudem oder alternativ kann in der Innenraum-Konditionierphase der Soll-Ladeverlauf dabei auch derart berechnet werden, dass eine zum Laden des elektrischen Energiespeichers maximal zur Verfügung stehende Ladeleistung um einen (zweiten) Betrag reduziert ist, der zum Betreiben der Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung benötigt wird. Der jeweilige (erste bzw. zweite) Betrag, der zum Betreiben der Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung benötigt wird, kann dabei z. B. aus einem Unterschied zwischen einer aktuellen Ist-Temperatur im Innenraum des Kraftfahrzeugs und einer, vorzugsweise vorgegebenen, Soll-Temperatur, die der Innenraum bei der geplanten Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs aufweisen soll, ermittelt werden. Alternativ kann der jeweilige Betrag auch fest vorgegeben sein, z. B. in Form eines konstanten Ladestromwerts bzw. Ladeleistungswerts. Bevorzugt umfasst der Schritt des Steuerns des Aufladens des elektrischen Energiespeichers gemäß dem (z. B. zuvor) berechneten zeitlichen Soll-Ladeverlauf hierbei auch ein entsprechendes Ansteuern bzw. Betreiben der Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch insgesamt ein Konditionieren des Innenraums des Kraftfahrzeugs bei dem beschriebenen Steuerverfahren mitberücksichtigt werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt kann das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs zumindest eine Energiespeicher-Konditionierphase umfassen. In der Energiespeicher-Konditionierphase kann der Soll-Ladeverlauf in Abhängigkeit eines Betriebs einer, vorzugsweise elektrisch betreibbaren, Energiespeicher-Klimatisierungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs berechnet werden. Beispielsweise kann es zur Schonung des Energiespeichers vorteilhaft sein, diesen, falls er eine niedrige Temperatur aufweisen sollte, vor dem Laden vorzuwärmen oder, falls er eine hohe Temperatur aufweisen sollte, abzukühlen. Mit anderen Worten kann der Energiespeicher vorkonditioniert werden. Bevorzugt wird in der Energiespeicher-Konditionierphase der Soll-Ladeverlauf derart berechnet, dass ein zum Laden des elektrischen Energiespeichers maximal zur Verfügung stehender Ladestrom um einen (ersten) Betrag reduziert ist, der zum Betreiben der Energiespeicher-Klimatisierungsvorrichtung benötigt wird. Zudem oder alternativ kann in der Energiespeicher-Konditionierphase der Soll-Ladeverlauf dabei auch derart berechnet werden, dass eine zum Laden des elektrischen Energiespeichers maximal zur Verfügung stehende Ladeleistung um einen (zweiten) Betrag reduziert ist, der zum Betreiben der Energiespeicher-Klimatisierungsvorrichtung benötigt wird.
  • Wie vorstehend bereits im Zusammenhang mit der Innenraum-Konditionierphase beschrieben worden ist, kann auch bei der Energiespeicher-Konditionierphase der jeweilige (erste bzw. zweite) Betrag, der zum Betreiben der Energiespeicher-Klimatisierungsvorrichtung benötigt wird, fest vorgeben, d. h. konstant sein, oder abhängig von einem Unterschied zwischen einer aktuellen Ist-Temperatur des Energiespeichers und einer, vorzugsweise vorgegebenen, Soll-Temperatur des Energiespeichers sein. Bevorzugt umfasst der Schritt des Steuerns des Aufladens des elektrischen Energiespeichers gemäß dem (z. B. zuvor) berechneten zeitlichen Soll-Ladeverlauf hierbei auch ein entsprechendes Ansteuern bzw. Betreiben der Energiespeicher-Klimatisierungsvorrichtung. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch insgesamt ein möglichst optimaler Ladebetrieb des Energiespeichers sichergestellt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs zumindest eine Druckluftsystem-Konditionierphase umfassen. In der Druckluftsystem-Konditionierphase kann der Soll-Ladeverlauf in Abhängigkeit eines Betriebs einer, vorzugsweise elektrisch betreibbaren, Druckluftsystem-Klimatisierungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs berechnet werden. Mit anderen Worten kann das Druckluftsystem vorkonditioniert werden. Insbesondere bei Nutzfahrzeugen (z. B. bei LKWs oder Omnibussen), welche aufgrund der vorhandenen in der Regel Druckluftbremse und/oder Luftfederung über ein ausgedehntes Druckluftsystem verfügen, kann es vorteilhaft sein, ein Klimatisieren bzw. Konditionieren des Druckluftsystems bereits während des Ladevorgangs vorzunehmen, um zu vermeiden, dass nach der Abfahrt ein Großteil der zuvor aufgeladenen Energiemenge zum Konditionieren des Druckluftsystem aufgewendet werden muss und nicht zum Vortrieb zur Verfügung steht (weniger Reichweite). Bevorzugt wird in der Druckluftsystem-Konditionierphase der Soll-Ladeverlauf derart berechnet, dass ein zum Laden des elektrischen Energiespeichers maximal zur Verfügung stehender Ladestrom um einen (ersten) Betrag reduziert ist, der zum Betreiben der Druckluftsystem-Klimatisierungsvorrichtung benötigt wird. Zudem oder alternativ kann in der Druckluftsystem-Konditionierphase der Soll-Ladeverlauf dabei auch derart berechnet werden, dass eine zum Laden des elektrischen Energiespeichers maximal zur Verfügung stehende Ladeleistung um einen (zweiten) Betrag reduziert ist, der zum Betreiben der Druckluftsystem-Klimatisierungsvorrichtung benötigt wird. Das Konditionieren des Druckluftsystems kann hierbei auch zeitgleich mit dem Konditionieren des Innenraums erfolgen. Entsprechend kann die Druckluftsystem-Konditionierphase und die Innenraum-Konditionierphase zusammen erfolgen, wobei in diesem Fall auch von einer Fahrzeug-Konditionierphase gesprochen werden kann.
  • Nach einem weiteren Aspekt kann das Verfahren zyklisch (z. B. alle 60 Sekunden) durchgeführt werden. Dies kann dabei solange erfolgen, bis der elektrische Energiespeicher auf den Ziel-Ladezustandswert aufgeladen ist. Vorzugsweise wird herbei, d. h. in jedem Zyklus, jeweils der gesamte Soll-Ladeverlauf zwischen SoCStart und SoCZiel berechnet, wobei bevorzugt SoCStart jeweils dem aktuellen SoC-Wert des elektrischen Energiespeichers entspricht bzw. als dieser festgelegt wird. Bevorzugt erfolgt zudem oder alternativ zu einem „Updaten“ von SoCStart dabei auch ein Aktualisieren der Parameter des Systemmodells (z. B. auf Basis aktueller Messgrößen des Kraftfahrzeugs). Auf vorteilhafte Weise kann durch das zyklische Berechnen (immer basierend auf den aktuellen Systemzustand) auf geänderte Randbedingungen reagiert werden und damit insgesamt ein möglichst zuverlässiges Verfahren bereitgestellt werden. Weiterhin können dadurch auf vorteilhafte Weise Modellungenauigkeiten ausgeglichen werden.
  • Zudem oder alternativ kann der Soll-Ladeverlauf mehrere vorgegebene Abschnitte aufweisen, die in einer vorbestimmten Reihenfolge berechnet werden. D. h. das Berechnen des gesamten Soll-Ladeverlaufs kann sequentiell bzw. abschnittsweise erfolgen. In den vorgegebenen Abschnitten können dabei verschiedene Randbedingungen (z. B. verschiedene Ladestromvorgaben) bei der Berechnung des entsprechenden Soll-Ladeverlaufabschnitts gelten. Beispielsweise kann der Soll-Ladeverlauf einen Vorladeabschnitt aufweisen, der mittels der vorgenannten Vorladephase berechnet wird bzw. wurde. Zudem oder alternativ kann der Soll-Ladeverlauf einen Energiespeicher-Konditionierabschnitt umfassen, der mittels der vorgenannten Energiespeicher-Konditionierphase berechnet wird bzw. wurde. Zudem oder alternativ kann der Soll-Ladeverlauf einen Innraum-Konditionierabschnitt umfassen, der mittels der vorgenannten Innenraum-Konditionierphase berechnet wird bzw. wurde. Zudem oder alternativ kann der Soll-Ladeverlauf auch einen Ladepausenabschnitt, in dem kein Aufladen erfolgt, einen Energiespeicherladeabschnitt, in dem ausschließlich ein Laden des Energiespeichers erfolgt, und/oder einen Pufferabschnitt zur Kompensation von Rechenungenauigkeiten aufweisen. Die Anzahl an vorgegebenen Soll-Ladeverlaufabschnitten kann dabei im Verlauf der vorgenannten zyklischen Berechnung variieren. Beispielsweise kann sich die Anzahl an Abschnitten reduzieren, da diese infolge des Steuerns des Ladevorgangs bereits durchlaufen bzw. durchgeführt wurden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Verfahren ferner ein Empfangen zumindest einer der folgenden Größen umfassen: eine Nutzer-Vorgabe (z. B. einer geplanten Abfahrtszeit und/oder einer Ziel-Innenraumtemperatur), eine Energiespeicherinformation (z. B. eine Zelltemperatur des elektrischen Energiespeichers), eine Fahrzeuginformation (z. B. ein Leistungsbedarf von Nebenaggregaten des Kraftfahrzeugs) und eine Energieversorgungsinformation (z. B. eine maximal verfügbare Ladeleistung der fahrzeugexternen Energieversorgung). Das Empfangen kann bspw. mittels einer Empfangseinrichtung (z. B. einer Empfangseinrichtung für elektrische Signale) erfolgen. Ferner kann das Empfangen der Energieversorgungsinformation z. B. über eine Signalleitung eines mit dem Energiespeicher verbundenen Ladekabels erfolgen. Weiterhin kann das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs unter Berücksichtigung der empfangenen zumindest einen Größe erfolgen. D. h. das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs kann in Abhängigkeit der empfangen Nutzer-Vorgabe, Fahrzeuginformation und/oder Energieversorgungsinformation erfolgen. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch sowohl ein Aktualisieren von Systemparametern als auch ein Anpassen des Verfahrens an Nutzervorgaben ermöglicht werden.
  • Ein weiterer unabhängiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist hierbei eingerichtet, ein Verfahren, wie in diesem Dokument offenbart, durchzuführen. Die Steuereinrichtung kann somit ausgebildet sein, den zeitlichen Soll-Ladeverlauf zu berechnen und den elektrischen Energiespeicher, das Kraftfahrzeug (z. B. Fahrzeugkomponenten) und/oder die fahrzeugexterne Energieversorgung zur Durchführung des hier beschriebenen Steuerverfahrens anzusteuern. Bevorzugt wird somit insbesondere das Steuern des Aufladens des elektrischen Energiespeichers gemäß dem (z. B. zuvor) berechneten zeitlichen Soll-Ladeverlauf von der Steuereinrichtung veranlasst und/oder ausgeführt. Dabei sollen alle im Zusammenhang mit dem (Steuer-)Verfahren beschriebenen Merkmale auch im Zusammenhang mit der Steuereinrichtung offenbart und beanspruchbar sein. Entsprechendes soll auch umgekehrt gelten. Weiterhin kann die Steuereinrichtung - für derartige Steuergeräte im Allgemeinen übliche - Komponenten wie z. B. einen Prozessor, eine oder mehrere Kommunikationsschnittstellen (Dateneingänge/Signalausgänge) und/oder einen Speicher aufweisen.
  • Ein weiterer unabhängiger Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Kraftfahrzeug (z. B. einen PKW oder LKW), wobei das Kraftfahrzeug eine Steuereinrichtung, wie in diesem Dokument offenbart, aufweist. Hierbei sollen alle im Zusammenhang mit der Steuereinrichtung bzw. dem Steuerverfahren beschriebenen Merkmale auch im Zusammenhang mit dem Kraftfahrzeug offenbart und beanspruchbar sein. Entsprechendes soll auch umgekehrt gelten. Bevorzugt handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug dabei um ein Nutzfahrzeug, d. h. ein Kraftfahrzeug, das durch seine Bauart und Einrichtung speziell zum Transport von Gütern und/oder zum Ziehen eines oder mehrerer (z. B. landwirtschaftlicher) Anhängerfahrzeuge ausgelegt ist. Beispielsweise kann das Nutzfahrzeug ein Lastkraftwagen, ein Sattelschlepper, ein Baustellenfahrzeug und/oder eine landwirtschaftliche Maschine (z. B. ein Traktor) sein. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich jedoch auch um einen Personenkraftwagen (PKW) handeln.
  • Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Ladevorgangs eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 2 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Aufladens eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs über eine fahrzeugexterne Energieversorgung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 3 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Aufladens eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs über eine fahrzeugexterne Energieversorgung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
    • 4 ein berechneter Soll-Ladeverlauf und eine zugehörige Ladestromvorgabe gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 5 mehrere berechnete Soll-Ladeverläufe und zugehörige Ladestromvorgaben gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
    • 6 eine schematische Darstellung einer Implementierung eines Verfahrens zum Steuern eines Aufladens eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs über eine fahrzeugexterne Energieversorgung als Zustandsautomat gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, sodass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ladevorgangs eines Kraftfahrzeugs 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Kraftfahrzeug 10 ist beispielhaft als ein Lastkraftwagen ausgeführt. Es ist auch möglich, dass das Kraftfahrzeug 10 z. B. als ein Omnibus, eine Baumaschine, eine Landmaschine oder ein Personenkraftwagen ausgebildet ist.
  • Das Kraftfahrzeug 10 kann einen elektrischen Energiespeicher 1 aufweisen. Bevorzugt ist der Energiespeicher 1 ein Hochvolt-Energiespeicher. D. h. der Energiespeicher 1 kann bspw. eine Gleichspannung zischen 60 V und 1,5 kV, besonders bevorzugt zwischen 400 V und 850 V, aufweisen. Das Kraftfahrzeug 10 kann ferner z. B. ein Elektrofahrzeug (BEV) oder ein Plugin-Hybridfahrzeug (PHEV) sein.
  • Das Kraftfahrzeug 10 kann eine Ladeschnittstelle (z. B. eine Ladebuchse) zur Verbindung mit einer fahrzeugexternen Energieversorgung 20 umfassen. Bei der fahrzeugexternen Energieversorgung 20 kann es sich bevorzugt um eine stationäre Energieversorgung 20 handeln. Beispielsweise kann die fahrzeugexterne Energieversorgung 20 eine (z. B. öffentliche) Ladestation sein. Mittels der Ladeschnittstelle kann der elektrische Energiespeicher 1 mit Energie von der fahrzeugexternen Energieversorgung 20 geladen werden.
  • Das Kraftfahrzeug 10 und die fahrzeugexternen Energieversorgung 20 können dabei zur Stromübertragung über eine elektrisch leitende Ladeverbindung (z. B. eine Steckverbindung) verbunden sein. Die Ladeverbindung kann bspw. ein Kabel sein, wobei ein erstes Ende des Kabels mit der fahrzeugexternen Energieversorgung 20 elektrisch leitend verbunden ist und ein zweites Ende des Kabels mit dem Kraftfahrzeug 10 elektrisch leitend verbunden ist.
  • Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner eine Steuereinrichtung 11 auf, die eingerichtet ist, ein Steuerverfahren wie in diesem Dokument beschrieben durchzuführen. Die Steuereinrichtung 11 kann somit zum Steuern eines Aufladens des elektrischen Energiespeichers 1 des Kraftfahrzeugs 10 über die fahrzeugexterne Energieversorgung 20 eingerichtet sein. Entsprechend kann die Steuereinrichtung 11 ausgebildet sein, einen zeitlichen Soll-Ladeverlauf zwischen einem Start-Ladezustandswert SoCStart und einem Ziel-Ladezustandswert SoCZiel des elektrischen Energiespeichers 1 zu berechnen. Vorzugsweise erfolgt das Berechnen hierbei modellbasiert, d. h. auf Grundlage eines Systemmodells. Das Systemmodell kann z. B. das Verhalten und/oder Eigenschaften des elektrischen Energiespeichers 1, des Kraftfahrzeugs 10 und/oder der Energieversorgung 20 beschreiben, z. B. mittels mathematischer Gleichungen. Ferner kann das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs in Abhängigkeit einer Ladestromvorgabe erfolgen. Als Ladestromvorgabe kann hierbei bevorzugt ein vorgegebener (z. B. ein abschnittsweise konstanter) Ladestromverlauf oder Ladeleistungsverlauf verstanden werden.
  • Weiterhin kann die Steuereinrichtung 11 einen Prozessor, einen Speicher und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen. Die Steuereinrichtung 11 kann bevorzugt ausgebildet sein, über die zumindest eine Kommunikationsschnittstelle eine Nutzer-Vorgabe (z. B. eine geplante Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs 10), eine Fahrzeuginformation (z. B. eine Zelltemperatur des elektrischen Energiespeichers 1) und/oder eine Energieversorgungsinformation (z. B. eine maximal verfügbare Ladeleistung der fahrzeugexternen Energieversorgung 20) zu empfangen. Hierzu kann die Steuereinrichtung 11 in Kommunikationsverbindung mit einer Eingabeeinrichtung (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs 10 (z. B. in Form eines Infotainment-Systems) stehen. Zudem oder alternativ kann die Steuereinrichtung 11 (z. B. über die Ladeverbindung) in Kommunikationsverbindung mit der fahrzeugexternen Energieversorgung 20 und/oder ein oder mehreren Steuergeräten (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs 10 stehen. Insgesamt können der Steuereinrichtung 11 somit eine Mehrzahl von Daten bzw. Informationen betreffend das Kraftfahrzeug 10, den Energiespeichers 1 und/oder die fahrzeugexterne Energieversorgung 20 zur Verfügung gestellt werden.
  • Neben dem Empfangen von Daten bzw. Informationen kann die Steuereinrichtung 11 ferner ausgebildet sein, das Aufladen des elektrischen Energiespeichers 1 zu steuern. Bevorzugt erfolgt das Steuern hierbei gemäß dem (z. B. zuvor) berechneten zeitlichen Soll-Ladeverlauf. Hierzu kann die Steuereinrichtung 11 ausgebildet sein, über die zumindest eine Kommunikationsschnittstelle entsprechende Steuerbefehle bzw. Steuersignale an Komponenten des Kraftfahrzeugs 10, den Energiespeicher 1 und/oder die fahrzeugexterne Energieversorgung 20 auszugeben. Lediglich beispielhaft kann die Steuereinrichtung 11 somit ausgebildet sein, einen Stromfluss von der Energieversorgung 20 zum Energiespeicher 1 zu starten und/oder Nebenaggregate des Kraftfahrzeugs 10 (z. B. eine Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung, eine Energiespeicher-Klimatisierungsvorrichtung und/oder eine Druckluftsystem-Klimatisierungsvorrichtung) zu aktivieren oder zu deaktivieren.
  • 2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Aufladens eines elektrischen Energiespeichers 1 eines Kraftfahrzeugs 10 über eine fahrzeugexterne Energieversorgung 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Bevorzugt wird das Verfahrens dabei von einer Steuereinrichtung 11, wie in diesem Dokument beschrieben, durchgeführt. Weiterhin kann das Verfahren (z. B. nur) dann durchgeführt werden, wenn das Kraftfahrzeug 10 über eine Ladeverbindung zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 1 mit der fahrzeugexternen Energieversorgung 20 verbunden ist.
  • Im Schritt S1 erfolgt ein Berechnen eines zeitlichen Soll-Ladeverlaufs zwischen einem Start-Ladezustandswert SoCStart und einem Ziel-Ladezustandswert SoCZiel des elektrischen Energiespeichers 1. Der Soll-Ladeverlauf kann dabei auch als „Ladeplan“ oder „Ladeprofil“ bezeichnet werden. Bevorzugt ist der Start-Ladezustandswert SoCStart dabei ein aktueller Ladezustandswert des elektrischen Energiespeichers 1 (z. B. zum Zeitpunkt des Durchführens des Berechnens). Entsprechend kann das Verfahren ferner ein Ermitteln und/oder Empfangen eines aktuellen Ladezustandswerts des elektrischen Energiespeichers 1 (z. B. zur Verwendung als SoCStart) umfassen. Der Ziel-Ladezustandswert SoCZiel kann ein vorgegebener Ziel-Ladezustandswert sein. Beispielsweise kann SoCZiel ein fester Wert (z. B. 100% SoC) sein. Alternativ kann SoCZiel auch von einem Nutzer über eine Eingabeeinrichtung vorgebbar sein. Wie ferner bereits durch den Ausdruck „Aufladen“ verdeutlich wird, soll bevorzugt SoCStart < SoCZiel gelten.
  • Weiterhin kann der zeitliche Soll-Ladeverlauf den Soll-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 1 über die Zeit beschreiben, was im Zusammenhang mit 4 und 5 nochmals verdeutlicht werden wird. Bevorzugt kann der Soll-Ladeverlauf dabei durch eine (ggf. abschnittsweise definierte) Funktion beschrieben werden, wobei Zeitwerten jeweils ein Soll-Ladezustandwert zugeordnet ist. Vorzugsweise beschreibt der Soll-Ladeverlauf dabei einen zukünftigen Verlauf des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers 1. Entsprechend kann das Berechnen auch als Prädizieren bezeichnet werden.
  • Das Berechnen kann ferner ein modellbasiertes Berechnen sein. Bevorzugt kann das Berechnen somit auf Grundlage eines (z. B. mathematischen) Modells, welches auch als Systemmodell bezeichnet werden kann, erfolgen. Vorzugsweise modelliert dieses Systemmodell die Eigenschaften bzw. das Verhalten des elektrischen Energiespeichers 1, des Kraftfahrzeugs 10 und/oder der Energieversorgung 20. D. h. alle für die Berechnung des Soll-Ladeverlaufs relevanten Komponenten können z. B. über Teilmodelle/Kennfelder (z. B. thermisches und elektrisches Batteriemodell) in einer (System-)Funktion berücksichtigt sein.
  • Diese Funktion kann als Basis für die Prädiktion des Soll-Ladeverlaufs dienen. Lediglich beispielhaft kann das Systemmodell bzw. die Systemfunktion ein oder mehrere der folgenden Parameter umfassen: einen Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 1, eine Temperatur des elektrischen Energiespeichers 1, ein maximal möglicher Ladestrom des elektrischen Energiespeichers 1, eine thermische Verlustleistung des elektrischen Energiespeichers 1, eine maximal verfügbare Ladeleistung der Energieversorgung 20, eine aktuelle Uhrzeit, eine geplante Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs 10. Das Systemmodell kann dabei z. B. in einem Speicher der Steuereinrichtung 11 hinterlegt sein.
  • Ferner umfasst das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs eine Rückwärtsberechnungsphase. In der Rückwärtsberechnungsphase wird der zeitliche Soll-Ladeverlauf ausgehend vom Ziel-Ladezustandswert SoCZiel zurück in Richtung des Start-Ladezustandswerts SoCStart berechnet. Beispielsweise kann der Soll-Ladeverlauf in der Rückwärtsberechnungsphase ausgehend von SoCZiel zurück bis SoCStart berechnet werden, falls kein Vorladen erfolgt. Falls hingegen ein Vorladen vorgesehen ist, kann der Soll-Ladeverlauf in der Rückwärtsberechnungsphase bspw. ausgehend von SoCZiel zurück bis SoCSchwelle berechnet werden. In der Rückwärtsberechnungsphase kann das Berechnen auch als ein rückwärtsgerichtetes Berechnen bezeichnet werden. Hierbei kann der Soll-Ladeverlauf ausgehend von einem am weitesten in der Zukunft liegenden Ladezustandswert (SoCZiel) zurück in Richtung Gegenwart berechnet werden.
  • Im Schritt S2 erfolgt sodann ein Steuern des Aufladens des elektrischen Energiespeichers 1 gemäß dem (z. B. zuvor) berechneten zeitlichen Soll-Ladeverlauf. D. h. das Ergebnis der Berechnung bzw. Prädiktion kann somit als Grundlage für die Steuerung des Systems dienen. Hierzu können im Anschluss an die Berechnung bzw. Ladeplanung die entsprechenden Komponenten des Gesamtsystems gemäß dem berechneten Soll-Ladeverlauf angesteuert werden, vorzugsweise derart, dass der tatsächliche Ladeverlauf möglichst dem berechneten Soll-Ladeverlauf entspricht. Beispielsweise kann auf Basis des berechneten Soll-Ladeverlaufs zu definierten Zeitpunkten notwendige Nebenaggregate angesteuert und von der Ladestation 20 der benötigte Ladestrom angefordert werden.
  • Bevorzugt wird das Verfahren bzw. die Schritte S1 und S2 dabei zyklisch, d. h. in fest definierten Zeitintervallen (z. B. alle 60 Sekunden), wiederholt. In jedem Zyklus wird dabei der gesamte (verbleibende) Soll-Ladeverlauf, vorzugsweise auf Basis aktuell gemessener Fahrzeuggrößen (z. B. aktueller SoC des Energiespeichers 1, aktuelle Innenraumtemperatur des Kraftfahrzeugs 10, etc.) berechnet. Aufgrund der zyklischen Neuberechnung auf Basis der aktuellen Messgrößen können auf vorteilhafte Weise Ungenauigkeiten der Prädiktion mit hinreichender Genauigkeit ausgeglichen werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch das zyklische Berechnen (z. B. immer basierend auf den aktuellen Systemzustand) jederzeit auf geänderte Randbedingungen reagiert und somit quasi eine Art von geschlossener Regelkreis realisiert werden kann.
  • 3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Aufladens eines elektrischen Energiespeichers 1 eines Kraftfahrzeugs 10 über eine fahrzeugexterne Energieversorgung 20 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Zusätzlich zu der vorstehend im Zusammenhang mit 2 beschriebenen Ausführungsform weist das vorliegende Verfahren dabei weitere optionale Schritte auf.
  • So kann im Schritt S10 ein Abfragen bzw. Feststellen erfolgen, ob eine Ladeanforderung vorliegt oder nicht. Als Ladeanforderung kann dabei bevorzugt ein Statusindikator verstanden werden, welcher angibt, ob ein Ladevorgang gestartet bzw. initiiert werden soll. Beispielsweise kann eine Ladeanforderung durch ein Drücken eines Schalters durch einen Nutzer und/oder durch ein Einstecken eines Ladekabels in die Ladeschnittstelle des Kraftfahrzeugs 10 ausgelöst werden.
  • Im Schritt S11 kann ein Abfragen einer Nutzereingabeeinrichtung und/oder ein Empfangen einer Nutzer-Vorgabe erfolgen. Die Nutzereingabeeinrichtung kann z. B. ein Touchpad in einem Cockpit des Kraftfahrzeugs 10 sein. Alternativ kann die Nutzereingabeeinrichtung auch ein mobiles Endgerät (z. B. einem Smartphone) sein. Das Empfangen der Nutzer-Vorgabe kann dabei von der Nutzereingabeeinrichtung erfolgen. Beispiele für mögliche NutzerVorgaben können sein: eine geplante Abfahrtszeit, ein Lademoduswunsch (z. B. ein Schnellladen oder ein Timerladen), ein gewünschter Ziel-Ladezustandswert und/oder ein Konditionierungswusch (z. B. in Form einer gewünschten Innenraumtemperatur zur geplanten Abfahrtszeit).
  • Im Schritt S12 kann ein Abfragen der fahrzeugexternen Energieversorgung 20 und/oder ein Empfangen einer Energieversorgungsinformation erfolgen. Das Empfangen der Energieversorgungsinformation kann bevorzugt von der fahrzeugexternen Energieversorgung 20 erfolgen. Beispielsweise kann von der fahrzeugexternen Energieversorgung 20 die Energieversorgungsinformation abgefragt bzw. empfangen werden, was der maximale verfügbare Ladestrom der Energieversorgung 20 ist und/oder was die maximal verfügbare Ladeleistung der Energieversorgung 20 ist.
  • Im Schritt S13 kann ein Abfragen des elektrischen Energiespeichers 1 und/oder ein Empfangen einer Energiespeicherinformation erfolgen. Die Energiespeicherinformation kann z. B. eine aktuelle Temperatur des Energiespeichers 1, ein maximaler vom Energiespeicher 1 aufnehmbarer Ladestrom und/oder ein aktueller Ladezustand des Energiespeichers 1 sein. Das Empfangen der Energiespeicherinformation kann bevorzugt von dem elektrischen Energiespeicher 1 erfolgen.
  • Im Schritt S14 kann ein Abfragen eines Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs 10 und/oder ein Empfangen einer Fahrzeuginformation erfolgen. Vorzugsweise ist das Nebenaggregat eine Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung, eine Energiespeicher-Klimatisierungsvorrichtung und/oder eine Druckluftsystem-Klimatisierungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs 10. Das Empfangen der Fahrzeuginformation kann bevorzugt von dem Nebenaggregat erfolgen. Die Fahrzeuginformation kann beispielsweise eine Zeit zum Betreiben des Nebenaggregats und/oder ein Leistungsbedarf des Nebenaggregats sein.
  • Im Schritt S15 kann das - vorstehend bereits im Detail ausgeführte - Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs zwischen SoCStart und SoCZiel des elektrischen Energiespeichers 1 erfolgen. Das Berechnen bzw. Prädizieren des Soll-Ladeverlaufs kann hierbei wiederum auf Basis eines Systemmodells erfolgen. Bevorzugt weist das Systemmodell dabei ein thermisches und/oder elektrisches Modell des elektrischen Energiespeichers 1 auf. Dem Systemmodell kann hierzu z. B. der abgefragte bzw. empfangene aktuelle Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 1, der gewünschte Ziel-Ladezustandswert und/oder die aktuelle Temperatur des Energiespeichers 1 sein. Ferner kann dem Systemmodell eine Ladestromvorgabe (z. B. ein probeweise angesetzter Ladestromwert) übergeben werden. Über das Systemmodell kann sodann der Soll-Ladeverlauf und insbesondere z. B. eine Zeit bis zum Erreichen des gewünschten Ziel-Ladezustandswerts, eine Gesamt-Energiemenge zum Aufladen des Energiespeichers 1 auf den Ziel-Ladezustandswert und/oder eine Temperatur des Energiespeichers 1 nach dem Aufladen auf den Ziel-Ladezustandswert berechnet werden.
  • Im Schritt S16 erfolgt sodann das - vorstehend bereits im Detail ausgeführte - Steuern des Aufladens des elektrischen Energiespeichers 1 gemäß dem berechneten zeitlichen Soll-Ladeverlauf. Vorzugsweise erfolgt dabei ein entsprechendes Ansteuern der fahrzeugexternen Energieversorgung 20, des elektrischen Energiespeichers 1 und/oder des Nebenaggregats des Kraftfahrzeugs 10.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Verfahren zyklisch, d. h. in festen Zeitintervallen, wiederholt wird. Da hierbei durch das regelmäßige Abfragen bzw. Empfangen die jeweiligen Größen bzw. Informationen aktualisiert werden, kann auf vorteilhafte Weise auf sich verändernde Randbedingungen reagiert werden und somit quasi ein geschlossener Regelkreis realisiert werden.
  • 4 zeigt einen berechneten Soll-Ladeverlauf (oben) und eine zugehörige Ladestromvorgabe (unten) gemäß einem Ausführungsbeispiel. Vorliegend beschreibt der Soll-Ladeverlauf exemplarisch einen (zeitlichen) Verlauf eines Ladezustands (SoC) des elektrischen Energiespeichers 1 zwischen einem Start-Ladezustandswert SoCStart und einem Ziel-Ladezustandswert SoCZiel des elektrischen Energiespeichers 1 als Funktion der Zeit. SoCStart kann dabei bevorzugt ein aktueller Ladezustandswert des elektrischen Energiespeichers 1 sein. SoCStart kann somit auch als Ist-Ladezustandswert bezeichnet werden. SoCZiel kann bevorzugt ein Ladezustandswert des Energiespeichers 1 bei einer geplanten Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs 10 sein.
  • Wie vorliegend beispielhaft dargestellt ist, kann der Soll-Ladeverlauf mehrere Abschnitte aufweisen. Zur besseren Unterscheidung wurden die Abschnitte beispielhaft mit den Ziffern von 1 bis 6 durchnummeriert. Entsprechend kann auch die (unten dargestellte) zugehörige Ladestromvorgabe mehrere Abschnitte aufweisen. Diese wurden ebenfalls entsprechend beispielhaft mit den Ziffern von 1 bis 6 durchnummeriert. Die Ladestromvorgabe kann bevorzugt einen (vorgesehenen) Verlauf einer zum elektrischen Energiespeicher 1 fließende Ladeleistung beschreiben. Der Soll-Ladeverlauf kann dabei aus der Ladestromvorgabe resultieren. D. h. der Soll-Ladeverlauf kann in Abhängigkeit der Ladestromvorgabe berechnet worden sein. Bevor hierbei im Detail auf die Art der Berechnung eingegangen werden soll, soll zunächst auf den grundsätzlichen Ablauf des Aufladevorgangs eingegangen werden.
  • Der Soll-Ladeverlauf kann einen ersten Abschnitt aufweisen, in dem ein Vorladen des elektrischen Energiespeichers 1 ausgehend von einem Start-Ladezustandswert SoCStart auf einen Schwellen-Ladezustandswert SoCSchwelle erfolgt. Entsprechend kann dieser erste Abschnitt auch als Vorladeabschnitt bezeichnet werden. Im Vorlade-Abschnitt kann ein Aufladen mit einer maximal möglichen Ladeleistung als Ladestromvorgabe vorgesehen sein, vorzugsweise zur Minimierung einer Dauer des ersten Abschnitts bzw. einer Dauer bis SoCSchwelle ausgehend von SoCStart erreicht wird. Im Vorlade-Abschnitt kann die Ladestromvorgabe konstant sein. Entsprechen kann der Soll-Ladeverlauf linear ansteigen.
  • Weiterhin kann der Soll-Ladeverlauf bzw. die Ladestromvorgabe einen zweiten Abschnitt aufweisen, in dem eine Ladepause erfolgt. Dieser Abschnitt kann daher auch als Ladepausenabschnitt bezeichnet werden. In der Ladepause bzw. dem Ladepausenabschnitt kann im Wesentlichen kein Zuführen von Ladung zum Energiespeicher 1 erfolgen. Entsprechend kann die Ladestromvorgabe hier im Wesentlichen eine konstante Ladeleistung von Null oder nur eine sehr geringe Ladeleistung (z. B. zur Versorgung von Nebenaggregaten) aufweisen. Der Soll-Ladeverlauf kann in der Ladepause auf SoCSchwelle somit stagnieren.
  • Ferner kann der Soll-Ladeverlauf bzw. die Ladestromvorgabe einen dritten Abschnitt aufweisen, in dem ein Konditionieren des elektrischen Energiespeichers 1 mittels einer elektrisch betreibbaren Energiespeicher-Klimatisierungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs erfolgt. Entsprechend kann dieser Abschnitt auch als Energiespeicher-Konditionierabschnitt bezeichnet werden. Auf vorteilhafte Weise kann der nachfolgende Ladevorgang sodann bei einer lebensdaueroptimierten Temperatur des Energiespeichers 1 durchgeführt werden. Im dritten Abschnitt kann somit weiterhin kein Zuführen von Ladung zum Energiespeicher 1 erfolgen. Entsprechend kann die Ladestromvorgabe auch weiterhin eine konstante Ladeleistung von Null aufweisen bzw. der Soll-Ladeverlauf weiterhin einen Wert von SoCSchwelle aufweisen. In diesem Abschnitt kann jedoch die Energiespeicher-Klimatisierungsvorrichtung mit Strom von der fahrzeugexternen Energieversorgung 20 betrieben werden. Entsprechend kann die zum Laden des elektrischen Energiespeichers 1 (theoretisch) zur Verfügung stehende Ladeleistung um einen Betrag reduziert sein, der zum Betreiben der Energiespeicher-Klimatisierungsvorrichtung benötigt wird.
  • Weiterhin kann der Soll-Ladeverlauf bzw. die Ladestromvorgabe einen vierten Abschnitt aufweisen, in dem ein Aufladen des Energiespeichers 1 erfolgt. Vorzugsweise erfolgt in diesem Abschnitt vorrangig oder ausschließlich ein Laden des Energiespeichers 1. Der Abschnitt kann daher auch als Energiespeicherladeabschnitt bezeichnet werden. Bevorzugt erfolgt das Aufladen hierbei mittels einer lebensdaueroptimierten Ladeleistung, auf deren Bestimmung im Zusammenhang mit 5 genauer eingegangen werden wird. Im beispielhaft dargestellten Fall wurde der Soll-Ladeverlauf im vierten Abschnitt dabei auf Grundlage einer maximal möglichen Ladeleistung berechnet (vgl. Ladestromvorgabe unten). Die Ladeleistung bzw. die Ladestromvorgabe kann hierbei vorzugsweise konstant sein. Entsprechend kann der Soll-Ladeverlauf ausgehend von SoCSchwelle linear auf einen Wert kleiner als SoCZiel, ansteigen.
  • Anstelle eines kontinuierlichen Weiterladens bis SoCZiel, ist in der vorliegenden exemplarischen Ausführung ein optionales Konditionieren einer Fahrzeugkomponente (z. B. eines Innenraums und/oder eines Druckluftsystems des Kraftfahrzeugs) mittels einer elektrisch betreibbaren Klimatisierungsvorrichtung (z. B. einer Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung oder einer Druckluftsystem-Klimatisierungsvorrichtung) des Kraftfahrzeugs 10 vorgesehen. Hierzu kann der Soll-Ladeverlauf bzw. die Ladestromvorgabe einen fünften Abschnitt aufweisen, in dem ein ebensolches Konditionieren erfolgt. Dieser Abschnitt kann daher auch als Innenraum-Konditionierabschnitt bzw. Fahrzeug-Konditionierabschnitt bezeichnet werden. In diesem Abschnitt kann somit die Klimatisierungsvorrichtung mit Strom von der fahrzeugexternen Energieversorgung 20 betrieben werden. Entsprechend kann die zum Laden des elektrischen Energiespeichers 1 zur Verfügung stehende Ladeleistung um einen Betrag reduziert sein, der zum Betreiben der Klimatisierungsvorrichtung benötigt wird. Die Ladestromvorgabe weist dementsprechend einen konstanten Ladeleistungswert auf, der geringer als der maximal mögliche Ladeleistungswert bzw. als der Ladeleistungswert des vorherigen vierten Abschnitts ist. Entsprechend steigt der Soll-Ladeverlauf langsamer als zuvor im vierten Abschnitt (linear) an. Am Ende des fünften Abschnitts kann sodann SoCZiel erreicht werden.
  • Um mögliche Ungenauigkeiten bei der Berechnung auszugleichen, kann der Soll-Ladeverlauf bzw. die Ladestromvorgabe einen sechsten Abschnitt aufweisen, der als Pufferzeit vorgesehen ist. Der Abschnitt kann auch als Pufferabschnitt bezeichnet werden. Entsprechend kann im sechsten Abschnitt kein Laden des Energiespeichers 1 erfolgen. Der Soll-Ladeverlauf kann im sechsten Abschnitt somit auf SoCZiel stagnieren.
  • Während der Soll-Ladeverlauf bzw. die Ladestromvorgabe die vorstehend beschriebene zeitliche Abfolge von (nacheinander) erfolgenden Abschnitten aufweisen können, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Berechnung des entsprechenden Soll-Ladeverlaufs nicht ausschließlich chronologisch entlang der positiven Zeitachse erfolgt. Dies ist vorteilhaft, da zu Beginn der Berechnung die jeweiligen Dauern der entsprechenden Abschnitte (z. B. die Dauer der Ladepause) unbekannt sind. So könnte bei einer üblichen (zeitlichen) Vorwärtsberechnung des Soll-Ladeverlaufs z. B. die Dauer der Ladepause zu lange angesetzt werden, sodass SoCZiel nicht zur geplanten Abfahrtszeit erreicht wird. Im Falle einer zu kurzen Ladepause würde SoCZiel hingegen zu schnell erreicht werden, wodurch sich der Energiespeicher 1 lange in einem wenig batterieschonenden vollgeladenen Zustand befinden würde.
  • Entsprechend ist vorgesehen, dass das Berechnen des Soll-Ladeverlaufs eine Rückwärtsberechnungsphase umfasst, in der der zeitliche Soll-Ladeverlauf ausgehend von SoCZiel zurück in Richtung SoCStart berechnet wird. Im vorliegenden exemplarischen Fall kann die Rückwärtsberechnungsphase ein Berechnen des Soll-Ladeverlaufs im zweiten, dritten, vierten, fünften und sechsten Abschnitt umfassen, wobei die entsprechenden Abschnitte gerade rückwärts durchlaufen bzw. berechnet werden. D. h. der Soll-Ladeverlauf zwischen dem Beginn des zweiten Abschnitts und dem Ende des sechsten Abschnitts kann bezogen auf die positive Zeitachse von rechts nach links erfolgen. Der erste Abschnitt (Vorlade-Abschnitt) soll bevorzugt hingegen durch Vorwärtsplanung berechnet werden. Bevorzugt erfolgt auch das Berechnen dieses Abschnitts (= Vorladephase) vor dem Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs in der Rückwärtsberechnungsphase.
  • Anschaulich gesprochen kann der Soll-Ladeverlauf somit zunächst ausgehend von SoCStart bis SoCSchwelle vorwärts, d. h. bezogen auf die positive Zeitachse von links nach rechts, berechnet werden. Anschließend kann die Berechnung ans Ende, d. h. die geplante Abfahrtszeit, springen und von dort in der Rückwärtsberechnungsphase die Berechnung des Soll-Ladeverlaufs in Richtung Vergangenheit fortsetzten. Das Berechnung in der Rückwärtsberechnungsphase kann somit bevorzugt am weitesten in der Zukunft bei der geplanten Abfahrtszeit und beim vorgegebenen Ziel-Ladezustandswert SoCZiel starten. Da im optionalen sechsten Abschnitt kein Laden vorgesehen ist, kann der Soll-Ladeverlauf sodann eine vorbestimmte Zeitpanne (Pufferzeit) konstant (nach links) verlaufen.
  • Anschließen kann das optionale Berücksichtigen einer Innenraum-Klimatisierung im fünften Abschnitt erfolgen, in der neben einem Laden des Energiespeichers 1 zudem ein Betrieb einer Innenraum-Konditioniervorrichtung erfolgen kann, sodass zum Laden des Energiespeichers 1 nur eine reduzierte maximale Ladeleistung der fahrzeugexternen Energieversorgung 20 zur Verfügung steht. Die Dauer der Innenraum-Konditionierung kann über die Temperaturdifferenz zwischen einer aktuellen Ist-Temperatur und einer vorgegebenen Soll-Temperatur sowie der Heiz- bzw. Kühlleistung der Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung gegeben sein. Ausgehend von SoCZiel (rechter Rand von Abschnitt 5) kann der Soll-Ladeverlauf sodann in Abhängigkeit der zur Verfügung stehenden Ladeleistung (Ladestromvorgabe) und der vorbestimmten Dauer der Innenraum-Konditionierung entgegen der positiven Zeitachse berechnet werden. Anschaulich gesprochen läuft die Zeit bei der Berechnung rückwärts. Entsprechend nimmt der Ladezustand des Energiespeichers 1 zum linken Rand des fünften Abschnitts ab.
  • In der anschließenden Berechnung des Soll-Ladeverlaufs im vierten Abschnitt ist nur ein Laden des Energiespeichers 1 vorgesehen, ohne dass zusätzlich leistungsintensive Nebenaggregate (wie z. B. die Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung) mitversorgt werden sollen. Entsprechend steht zum Laden des Energiespeichers 1 eine höhere Ladeleistung (Ladestromvorgabe) als im vorherigen Abschnitt 5 zur Verfügung. In Abhängigkeit der entsprechenden Ladestromvorgabe erfolgt sodann das Berechnen des Soll-Ladeverlaufs ausgehend vom rechten Rand des vierten Abschnitts bis SoCStart erreicht wird, oder im Fall, dass wie vorliegend zuvor eine Vorladung auf SoCSchwelle erfolgt bis SoCSchwelle erreicht wird (= linker Rand von Abschnitt 4). Die verbleibende Zeit bis zum Beginn des Ladevorgangs bzw. im Fall, dass wie vorliegend zuvor eine Vorladung auf SoCSchwelle erfolgte, bis zum Ende der Vorladephase (= rechter Rand von Abschnitt 1) kann sodann als Ladepause (Abschnitt 2) und/oder zur Konditionierung des Energiespeichers 1 (Abschnitt 3) genutzt werden. Die Zeitdauer der Energiespeicher-Konditionierung kann dabei durch die Temperaturdifferenz zwischen einer aktuellen Ist-Temperatur und einer vorgegebenen Soll-Temperatur des Energiespeichers 1 sowie der Heiz- bzw. Kühlleistung der Energiespeicher-Klimatisierungsvorrichtung gegeben sein. Die Dauer der Ladepause ergibt sich quasi automatisch aufgrund der rückwärtsgerichteten Berechnung. Dieser Umstand kann, wie nachfolgend im Zusammenhang mit 5 beschrieben werden wird, auf vorteilhafte Weise dazu genutzt werden einen möglichst lebensdaueroptimierte Ladeleistung zum Laden der Batterie einzustellen.
  • 5 zeigt mehrere berechnete Soll-Ladeverläufe (links) und zugehörige Ladestromvorgaben (rechts) gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Abbildungen a) bis c) zeigt dabei die verschiedenen Einzelverläufe, die in ) nochmals zum besseren Vergleich übereinander dargestellt sind. Während der erste Abschnitt (Vorlade-Abschnitt) sowie der sechste Abschnitt (Puffer-Abschnitt) bei allen Verläufen identisch sein können, können sich die jeweiligen Verläufe in den Abschnitten 2 bis 5 unterscheiden. Dies kann daraus resultieren, dass die Ladestromvorgaben in den Abschnitten 4 und 5 unterschiedlich gewählt wurden, wodurch sich insbesondere die Dauer des Ladens (Abschnitt 4) und infolgedessen die Dauer der Ladepause (Abschnitt 2) verändert.
  • Im Detail betrifft die oberste Abbildung a) eine maximal mögliche Ladestromvorgabe, welche im Übrigen der vorherigen Darstellung in 4 entspricht. Diese kann somit auch als Start-Ladestromvorgabe bezeichnet werden.
  • Abbildung b) betrifft eine im Vergleich zur Situation in a) geringere Ladestromvorgabe. Diese kann auch als Zwischen-Ladestromvorgabe bezeichnet werden. Sowohl in Abschnitt 4 als auch in Abschnitt 5 weist die Ladestromvorgabe b) dabei einen geringeren Wert als die Ladestromvorgabe a) auf. Während die Dauer der Konditionierphase(n) hiervon unabhängig ist, da diese nur durch die Leistung der entsprechenden Klimatisierungsvorrichtung bestimmt wird (welche in allen Fällen als gleich angenommen ist), verlängert sich durch die geringere Ladeleistung die Dauer bis der Energiespeicher 1 geladen ist. Ferner führt die geringere Ladeleistung zu einem flacheren Soll-Ladeverlauf in Abschnitt 4 und 5 sowie zu einer kürzeren Ladepause (Abschnitt 2).
  • ) betrifft eine im Vergleich zur Situation in b) nochmals geringere Ladestromvorgabe. Diese kann auch als End-Ladestromvorgabe bezeichnet werden. Bevorzugt handelt es sich bei der End-Ladestromvorgabe um eine minimal mögliche Ladestromvorgabe. Als diese kann bspw. eine Vorgabe verstanden werden, die ein gerade noch praktikables Aufladen des Energiespeichers 1 ermöglicht. Sowohl in Abschnitt 4 als auch in Abschnitt 5 weist die Ladestromvorgabe c) dabei einen geringeren Wert als die Ladestromvorgabe b) auf. Durch die geringere Ladeleistung verlängert sich entsprechend wiederum die Dauer bis der Energiespeicher 1 geladen ist und verkürzt sich die Ladepause (Abschnitt 2). Ferner führt die geringere Ladeleistung wiederum zu einem flacheren Soll-Ladeverlauf in Abschnitt 4 und 5.
  • Hinsichtlich der Wahl der Ladestromvorgabe besteht Konkurrenz zwischen einerseits für ein lebensdaueroptimiertes Laden einen möglichst geringen Ladestrom bzw. Ladeleistung zu wählen, andererseits jedoch ein Laden bis zur geplanten Abfahrtszeit zu ermöglichen. Zur Lösung dieses Konflikts kann hierbei das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs in der Rückwärtsberechnungsphase bevorzugt derart erfolgen, dass zunächst ein möglicher Soll-Ladeverlauf in Abhängigkeit einer ersten Ladestromvorgabe berechnet wird. Der entsprechende (vorläufige) Soll-Ladeverlauf kann hierbei auch als Soll-Ladeverlaufanwärter oder Soll-Ladeverlaufkandidat bezeichnet werden. Bevorzugt handelt es sich bei der ersten Ladestromvorgabe um eine maximal mögliche Ladestromvorgabe (z. B. wie in Abbildung a) dargestellt). Falls mit der entsprechenden Ladestromvorgabe ein Aufladen des Energiespeichers 1 möglich ist, kann sodann ein weiterer Soll-Ladeverlaufanwärter in Abhängigkeit einer zweiten Ladestromvorgabe berechnet werden, wobei die zweite Ladestromvorgabe im Vergleich zur ersten Ladestromvorgabe reduziert ist. Beispielsweise kann die zweite Ladestromvorgabe der in Abbildung b) dargestellten Situation entsprechen. Falls festgestellt wird, dass auch mit der zweiten Ladestromvorgabe ein Aufladen des Energiespeichers 1 bis zur geplanten Abfahrtszeit möglich ist, kann sodann ein weiterer Soll-Ladeverlaufanwärter in Abhängigkeit einer dritten Ladestromvorgabe berechnet werden, wobei die dritte Ladestromvorgabe im Vergleich zur zweiten Ladestromvorgabe nochmals reduziert ist. Bevorzugt handelt es sich bei der dritten Ladestromvorgabe um eine minimal mögliche Ladestromvorgabe. Beispielsweise kann die dritte Ladestromvorgabe der in ) dargestellten Situation entsprechen. Kann auch mit der dritten Ladestromvorgabe ein Aufladen des Energiespeichers 1 bis zur geplanten Abfahrtszeit ermöglicht werden, so kann die dritte Ladestromvorgabe als einzustellende Ladestromvorgabe und der (dritte) Soll-Ladeverlaufanwärter als einzustellender Soll-Ladeverlauf ausgewählt werden. Falls hingegen der dritte Soll-Ladeverlaufanwärter oder bereits ein vorheriger Soll-Ladeverlaufanwärter kein Aufladen des elektrischen Energiespeichers 1 bis zur geplanten Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs 10 ermöglicht, kann die letztmögliche Ladestromvorgabe als einzustellende Ladestromvorgabe und der letztmögliche Soll-Ladeverlaufanwärter als einzustellender Soll-Ladeverlauf ausgewählt werden. Auf vorteilhafte Weise kann so eine iterative Strategie zum Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs bereitgestellt werden, welche bspw. in Form eines Zustandsautomaten implementiert werden kann, was nachfolgend unter Bezugnahme auf 6 ausgeführt werden wird.
  • 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Implementierung eines Verfahrens zum Steuern eines Aufladens eines elektrischen Energiespeichers 1 eines Kraftfahrzeugs 10 über eine fahrzeugexterne Energieversorgung 20 in Form eines Zustandsautomats gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dieser ist vorliegend für den beispielhaften Fall gezeigt, dass der Start-Ladezustandswert SoCStart kleiner als ein vorgegebener Schwellen-Ladezustandswert SoCSchwelle ist und das Verfahren eine optionale Vorladephase (Z1) aufweist.
  • Der Zustandsautomat kann hierbei eine Mehrzahl von Zuständen (Schritten) aufweisen, die wie nachfolgend beschrieben durchlaufen werden können, wobei in den jeweiligen Zuständen vorbestimmte Aktionen ausgeführt werden können.
  • Der Zustandsautomat kann hierbei einen ersten Zustand Z1 aufweisen. Der erste Zustand Z1 kann auch als „Vorladephase“ bezeichnet werden. Der erste Zustand Z1 kann die Variable Start-SoC, Target-SoC und l_charge aufweisen. Die Variable Start-SoC kann einen Startwert des in diesem Zustand bzw. dieser Phase zu berechnenden Soll-Ladeverlaufs bezeichnen. Start-SoC kann im Zustand Z1 ein aktueller, d. h. derzeitiger, SoC-Wert des elektrischen Energiespeichers 1 sein, der auch als Act-SoC bezeichnet werden kann. Der aktuelle SoC-Wert kann beispielsweise zu Beginn der Vorladephase ermittelt (z. B. ausgelesen) werden. Die Variable Target-SoC kann einen Endwert des in diesem Zustand bzw. dieser Phase zu berechnenden Soll-Ladeverlaufs bezeichnen. Target-SoC kann im Zustand Z1 ein - auch als Bulk-SoC bezeichenbarer - vorgegebener Schwellen-Ladezustandswert (z. B. 50 % SoC) sein. Die Variable l_charge kann eine vorgegebene Ladestromvorgabe (z. B. einen Ladestrom- oder Ladeleistungsverlauf) bezeichnen. Bevorzugt ist die Ladestromvorgabe ein konstanter Wert. Um auf vorteilhafte Weise ein möglichst schnelles Vorladen des Energiespeicher 1 zu ermöglichen, kann die Ladestromvorgabe bevorzugt ein möglichst großer Wert sein. Beispielsweise kann l_charge ein maximal von der fahrzeugexternen Energieversorgung 20 verfügbarer Ladestrom (l_max) sein, der um einen vorbestimmten Strombetrag (l_aux) zum Betreiben von Nebenaggregaten des Kraftfahrzeugs 10 abgezogen ist. Bevorzugt handelt es sich dabei um Nebenaggregate, die während des Vorladens des Energiespeichers 1 mit dem entsprechenden Betrag betrieben werden. Im Zustand Z1 kann der Soll-Ladeverlauf ausgehend vom Startwert (Start-SoC) vorwärts zum Endwert (Target-SoC) unter Berücksichtigung von l_charge (z. B. mithilfe eines Systemmodells) berechnet werden. Weiterhin kann im Zustand Z1 eine Dauer des Vorladens, d. h. eine Dauer bis der Soll-Ladeverlauf (auf Grundlage des Systemmodells) den Endwert ausgehend vom Startwert erreichet, ermittelt werden. Diese Dauer kann hierbei als t_bulk bezeichnet werden.
  • Ferner kann der Zustandsautomat einen zweiten Zustand Z2 aufweisen. Der zweite Zustand Z2 kann auch als „Rückwärtsberechnungsphase - Max“ bezeichnet werden. Der zweite Zustand Z2 kann die Variable Start-SoC, Target-SoC und l_charge aufweisen. Die Variable Start-SoC kann einen Startwert des in diesem Zustand bzw. dieser Phase zu berechnenden Soll-Ladeverlaufs bezeichnen. Start-SoC kann im Zustand Z2 ein zu erreichender Ziel-Ladezustandswert des elektrischen Energiespeichers 1 sein, der auch als End-SoC bezeichnet werden kann. Dieser kann beispielsweise durch eine Nutzereingabe (z. B. in Form eines Ladezustandswunsches) oder durch einen fest vorgebeben Wert (z. B. 100% SoC) gegeben sein. Die Variable Target-SoC kann einen Endwert des in diesem Zustand bzw. dieser Phase zu berechnenden Soll-Ladeverlaufs bezeichnen. Target-SoC kann im Zustand Z2 ein - auch als Bulk-SoC bezeichenbarer - vorgegebener Schwellen-Ladezustandswert (z. B. 50 % SoC) sein. Bevorzugt ist der Wert von Bulk-SoC des zweiten Zustands Z2 identisch zum Wert von Target-SoC im Zustand 1. Weiterhin gilt bevorzugt Bulk-SoC < End-SoC. Mit anderen Worten soll die Berechnung des Soll-Ladeverlaufs im zweiten Zustand bezüglich dem Ladezustand bzw. der Zeit rückwärts erfolgen. D. h. von einem hohen (z. B. letztlich zu erreichenden) SoC-Wert starten und zurück zu einem niedrigeren Schwellen-Ladezustandswert erfolgen. Die Variable l_charge kann eine vorgegebene Ladestromvorgabe (z. B. einen Ladestrom- oder Ladeleistungsverlauf) bezeichnen. Die Ladestromvorgabe kann sich dabei aus einem von der fahrzeugexternen Energieversorgung 20 bezogenen Ladestrom (l_max), einen vorbestimmten Strombetrag (l_aux) zum Betreiben von Nebenaggregaten des Kraftfahrzeugs 10 und einem vorbestimmten Strombetrag (l_aux) zum Betreiben einer Klimatisierungsvorrichtung (z. B. einer Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung) des Kraftfahrzeugs 10 (l_hvac(t_hvac)) zusammensetzen. Bevorzugt handelt es sich bei dem vorbestimmten Strombetrag um einen möglichst hohen vorgebeben Strombetrag. Weiterhin kann die Ladestromvorgabe zeitlich variieren, d. h. ein vorgegebener Ladestrom und/oder eine vorgegebene Ladeleistung als Funktion der Zeit sein. Der zeitliche Verlauf kann dabei vorgegeben sein. Bevorzugt kann insbesondere der vorbestimmten Strombetrag (l_aux) zum Betreiben einer Klimatisierungsvorrichtung nur für eine vorbestimmte Zeit einen Wert ungleich Null aufweisen, was vorzugsweise einem zeitweisen Betreiben Klimatisierungsvorrichtung entsprechen kann. Bevorzugt ist l_charge dabei durch l_max - l_aux - l_hvac(t_hvac) gegeben. Im Zustand Z2 kann der Soll-Ladeverlauf somit vom Startwert (Start-SoC) zum Endwert (Target-SoC) unter Berücksichtigung von l_charge (z. B. mithilfe eines Systemmodells) berechnet werden. Weiterhin kann im Zustand Z2 eine Dauer berechnet werden, bis der Soll-Ladeverlauf (auf Grundlage des Systemmodells) den Endwert ausgehend vom Startwert erreichet. Diese Dauer kann als t_max bezeichnet werden.
  • Ferner kann der Zustandsautomat einen dritten Zustand Z3 aufweisen. Im dritten Zustand Z3 kann eine Abfrage erfolgen, ob die Summe der zuvor ermittelten Dauern t_bulk und t_max eine vorbestimmte, als t_departure bezeichenbare, Dauer überschreiten. Bevorzugt stellt t_departure dabei eine Zeit zu einer geplanten Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs 10 dar. Falls festgestellt wird, dass die Summe aus t_bulk und t_max größer oder gleich t_departure ist, springt der Zustandsautomat zum Zustand Z9, in dem keine weitere Berechnung erfolgt, sondern das Aufladen des elektrischen Energiespeichers 1 gemäß dem berechneten Soll-Ladeverlauf gesteuert wird. Anschaulich gesprochen kann dies dahingehend verstanden werden, dass die Zeit bis zur geplanten Abfahrtszeit (bereits) zu gering ist um mit der vorgegebenen Ladestromvorgabe ein entsprechendes Aufladen zu erreichen, sodass möglichst umgehend mit dem Laden begonnen werden sollte.
  • Falls das Ermitteln jedoch ergibt, dass mit der vorgegebenen Ladestromvorgabe ein Aufladen bis zur geplanten Abfahrtszeit erreicht werden kann, d. h. falls die Summe aus t_bulk und t_max kleiner als t_departure ist, springt der Zustandsautomat zu einem vierten Zustand Z4, welcher auch als „Rückwärtsberechnungsphase - Mid“ bezeichnet werden kann. In diesem kann nun versucht werden, ob sich zur Schonung des elektrischen Energiespeichers 1 das Aufladen auch mit einer kleineren Ladestromvorgabe realisieren lässt.
  • Der vierte Zustand Z4 stellt lediglich eine Modifikation des zweiten Zustands Z2 dar. Entsprechend kann auch der vierte Zustand Z4 wiederum die Variablen Start-SoC, Target-SoC und l_charge aufweisen. Bevorzugt sind die Variablen Start-SoC und Target-SoC dabei identisch zum Zustand Z2 definiert und weisen dieselben Werte auf. Ebenso wie im zweiten Zustand Z2 kann auch im vierten Zustand Z4 das Berechnen des Soll-Ladeverlaufs bezüglich dem Ladezustand bzw. der Zeit rückwärts erfolgen. D. h. von einem hohen (z. B. letztlich zu erreichenden) SoC-Wert starten und zurück zu einem niedrigeren Schwellen-Ladezustandswert erfolgen. Die weitere Variable l_charge kann wiederum eine vorgegebene Ladestromvorgabe (z. B. einen Ladestrom- oder Ladeleistungsverlauf) bezeichnen. Diese Ladestromvorgabe kann sich dabei aus einem von der fahrzeugexternen Energieversorgung 20 bezogenen Ladestrom (l_mid), einen vorbestimmten Strombetrag (l_aux) zum Betreiben von Nebenaggregaten des Kraftfahrzeugs 10 und einem vorbestimmten Strombetrag (l_aux) zum Betreiben einer Klimatisierungsvorrichtung (z. B. einer Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung) des Kraftfahrzeugs 10 (l_hvac(t_hvac)) zusammensetzen. Während l_aux und l_hvac(t_hvac) dabei wie im Zustand Z2 definiert sein können, kann l_mid einen kleineren Wert als l_max im Zustands Z2 aufweisen. Mit anderen Worten kann l_mid < l_max gelten. Die Ladestromvorgabe kann dabei wiederum insgesamt zeitlich variieren, d. h. ein vorgegebener Ladestrom und/oder eine vorgegebene Ladeleistung als Funktion der Zeit sein. Der zeitliche Verlauf kann dabei vorgegeben sein. Bevorzugt können dabei l_aux und l_hvac(t_hvac) denselben zeitlichen Verlauf wie im Zustand Z2 aufweisen, während l_mid vorzugsweise länger als l_max einen Wert ungleich Null aufweist. Dies kann daraus resultieren, dass infolge des geringen Ladestroms eine längere Zeit zum Laden benötigt wird. Bevorzugt ist l_charge dabei durch l_mid - l_aux - l_hvac(t_hvac) gegeben. Im Zustand Z4 kann der Soll-Ladeverlauf somit vom Startwert (Start-SoC) zum Endwert (Target-SoC) unter Berücksichtigung von l_charge (z. B. mithilfe eines Systemmodells) berechnet werden. Weiterhin kann im Zustand Z4 wiederum eine Dauer berechnet werden, bis der Soll-Ladeverlauf (auf Grundlage des Systemmodells) den Endwert ausgehend vom Startwert erreichet. Diese Dauer kann als t_mid bezeichnet werden.
  • Ferner kann der Zustandsautomat einen fünften Zustand Z5 aufweisen. Im fünften Zustand Z5 kann eine Abfrage erfolgen, ob die Summe der zuvor ermittelten Dauern t_bulk und t_mid eine vorbestimmte, als t_departure bezeichenbare, Dauer überschreiten. Bevorzugt stellt t_departure dabei eine Zeit zu einer geplanten Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs 10 dar. Falls festgestellt wird, dass die Summe aus t_bulk und t_mid größer oder gleich t_departure ist, springt der Zustandsautomat zum vorstehend beschriebene Zustand Z9, in dem keine weitere Berechnung erfolgt, sondern das Aufladen des elektrischen Energiespeichers 1 gemäß dem berechneten Soll-Ladeverlauf gesteuert wird. Falls das Ermitteln jedoch ergibt, dass mit der vorgegebenen Ladestromvorgabe ein Aufladen bis zur geplanten Abfahrtszeit erreicht werden kann, d. h. falls die Summe aus t_bulk und t_mid kleiner als t_departure ist, springt der Zustandsautomat zu einem sechsten Zustand Z6, welcher auch als „Rückwärtsberechnungsphase - Min“ bezeichnet werden kann. In diesem kann nun (erneut) versucht werden, ob sich zur Schonung des elektrischen Energiespeichers 1 das Aufladen auch mit einer (noch) kleineren Ladestromvorgabe realisieren lässt.
  • Der sechste Zustand Z6 stellt ebenfalls lediglich eine Modifikation des zweiten Zustands Z2 bzw. des vierten Zustands Z4, dar. Entsprechend kann auch der sechste Zustand Z6 wiederum die Variablen Start-SoC, Target-SoC und l_charge aufweisen. Bevorzugt sind die Variablen Start-SoC und Target-SoC dabei identisch zum Zustand Z2 bzw. Z4 definiert und weisen dieselben Werte auf. Ebenso wie im zweiten und vierten Zustand Z2 und Z4 kann auch im sechsten Zustand Z6 das Berechnen des Soll-Ladeverlaufs bezüglich dem Ladezustand bzw. der Zeit rückwärts erfolgen. D. h. von einem hohen (z. B. letztlich zu erreichenden) SoC-Wert starten und zurück zu einem niedrigeren Schwellen-Ladezustandswert erfolgen. Die weitere Variable l_charge kann wiederum eine vorgegebene Ladestromvorgabe (z. B. einen Ladestrom- oder Ladeleistungsverlauf) bezeichnen. Diese Ladestromvorgabe kann sich dabei aus einem von der fahrzeugexternen Energieversorgung 20 bezogenen Ladestrom (l_min), einen vorbestimmten Strombetrag (l_aux) zum Betreiben von Nebenaggregaten des Kraftfahrzeugs 10 und einem vorbestimmten Strombetrag (l_aux) zum Betreiben einer Klimatisierungsvorrichtung (z. B. einer Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung) des Kraftfahrzeugs 10 (l_hvac(t_hvac)) zusammensetzen. Während l_aux und l_hvac(t_hvac) dabei wie im Zustand Z2 bzw. Z4 definiert sein können, kann l_min einen kleineren Wert als l_mid im Zustands Z4 aufweisen. Mit anderen Worten kann l_min < l_mid gelten. Die Ladestromvorgabe kann dabei wiederum insgesamt zeitlich variieren, d. h. ein vorgegebener Ladestrom und/oder eine vorgegebene Ladeleistung als Funktion der Zeit sein. Der zeitliche Verlauf kann dabei vergebenen sein. Bevorzugt können dabei l_aux und l_hvac(t_hvac) denselben zeitlichen Verlauf wie im Zustand Z2 bzw. Z4 aufweisen, während l_min vorzugsweise länger als l_mid einen Wert ungleich Null aufweist. Dies kann daraus resultieren, dass infolge des geringen Ladestroms eine längere Zeit zum Laden benötigt wird. Bevorzugt ist l_charge dabei durch l_min - l_aux - l_hvac(t_hvac) gegeben. Im Zustand Z6 kann der Soll-Ladeverlauf vom Startwert (Start-SoC) zum Endwert (Target-SoC) unter Berücksichtigung von l_charge (z. B. mithilfe eines Systemmodells) berechnet werden. Weiterhin kann im Zustand Z6 wiederum eine Dauer berechnet werden, bis der Soll-Ladeverlauf (auf Grundlage des Systemmodells) den Endwert ausgehend vom Startwert erreicht. Diese Dauer kann als t_min bezeichnet werden.
  • Ferner kann der Zustandsautomat einen siebten Zustand Z7 aufweisen. Im siebten Zustand Z7 kann eine Abfrage erfolgen, ob die Summe der zuvor ermittelten Dauern t_bulk und t_min eine vorbestimmte, als t_departure bezeichenbare, Dauer überschreiten. Bevorzugt stellt t_departure dabei eine Zeit zu einer geplanten Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs 10 dar. Falls festgestellt wird, dass die Summe aus t_bulk und t_min größer oder gleich t_departure ist, springt der Zustandsautomat zum vorstehend beschriebene Zustand Z9, in dem keine weitere Berechnung erfolgt, sondern das Aufladen des elektrischen Energiespeichers 1 gemäß dem berechneten Soll-Ladeverlauf gesteuert wird. Falls das Ermitteln jedoch ergibt, dass mit der vorgegebenen Ladestromvorgabe ein Aufladen bis zur geplanten Abfahrtszeit erreicht werden kann, d. h. falls die Summe aus t_bulk und t_min kleiner als t_departure ist, springt der Zustandsautomat zu einem achten Zustand Z8, welcher auch als „Ladepausenphase“ bezeichnet werden kann.
  • Theoretisch könnte das Reduzieren der Ladestromvorgabe und eine weitere Überprüfen der Dauer noch auch mehrmals fortgesetzt werden. Vorliegend ist jedoch beispielhaft vorgesehen, dass nach Erreichen von l_min keine weitere Reduzierung erfolgt. Im Zustand Z8 kann sodann eine Ladepause berechnet werden, welche eine Zeitspanne zwischen dem Erreichen des Schwellen-Ladezustandswert durch Vorwärtsberechnung in der „Vorladephase“ und dem Erreichen des Schwellen-Ladezustandswert durch Rückwärtsberechnung in der „Rückwärtsberechnungsphase - Min“ definieren kann. Hierzu kann der Zustand Z8 die Variable t_pause aufweisen. Diese kann hierbei durch t_departure - t_bulk - t_min - t_precond gegeben sein. Die Größen t_bulk und t_min stellen dabei vorzugsweise wieder die zuvor ermittelten Dauern dar. Bevorzugt handelt es sich bei t_departure wiederum um eine Zeit zu einer geplanten Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs 10. Die Größe t_precond kann hierbei eine Zeit zum Konditionieren des Energiespeichers 1 bezeichnen. Bevorzugt erfolgt das Konditionieren des Energiespeichers 1 zwischen der Ladepause und dem Laden des Energiespeichers 1. Die Dauer t_precond kann über eine Temperaturdifferenz zwischen einer aktuellen Ist-Temperatur und einer vorgegebenen Soll-Temperatur sowie einer vorgegebenen Heiz- bzw. Kühlleistung einer Energiespeicher-Klimatisierungsvorrichtung gegeben sein.
  • Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
  • Bezugszeichenliste
    • 11
    Elektrischer Energiespeicher
    10
    Kraftfahrzeug
    11
    Steuereinrichtung
    20
    Energieversorgung

Claims (16)

  1. Verfahren zum Steuern eines Aufladens eines elektrischen Energiespeichers (1), vorzugsweise einer Hochvoltbatterie, eines Kraftfahrzeugs (10) über eine fahrzeugexterne Energieversorgung (20), vorzugsweise eine Ladestation, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: - Berechnen eines zeitlichen Soll-Ladeverlaufs zwischen einem Start-Ladezustandswert (SoCStart) und einem Ziel-Ladezustandswert (SoCZiel) des elektrischen Energiespeichers (1); und - Steuern des Aufladens des elektrischen Energiespeichers (1) gemäß dem berechneten zeitlichen Soll-Ladeverlauf; dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs eine Rückwärtsberechnungsphase umfasst, in der der zeitliche Soll-Ladeverlauf ausgehend vom Ziel-Ladezustandswert (SoCZiel) zurück in Richtung des Start-Ladezustandswerts (SoCStart) berechnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, falls der Start-Ladezustandswert (SoCStart) kleiner als ein vorgegebener Schwellen-Ladezustandswert (SoCSchwelle) ist, das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs eine Vorladephase umfasst, in der der Soll-Ladeverlauf ausgehend vom Start-Ladezustandswert (SoCStart) vorwärts zum Schwellen-Ladezustandswert (SoCSchwelle) berechnet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs in der Vorladephase in Abhängigkeit eines maximal möglichen Ladestroms und/oder einer maximal möglichen Ladeleistung zum elektrischen Energiespeicher (1) erfolgt, vorzugsweise zur Minimierung einer Dauer bis der Schwellen-Ladezustandswert (SoCSchwelle) ausgehend von Start-Ladezustandswert (SoCStart) erreicht wird; und/oder b) dass das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs in der Vorladephase vor dem Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs in der Rückwärtsberechnungsphase erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der vorgegebene Ziel-Ladezustandswert (SoCZiel) ein Ladezustandswert des Energiespeichers (1) bei einer geplanten Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs (10) ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs in der Rückwärtsberechnungsphase Folgendes umfasst: a) Bestimmen eines möglichen Soll-Ladeverlaufs in Abhängigkeit einer Ladestromvorgabe; und b) Wiederholen von Schritt a), wobei beim wiederholten Durchführen des Schritts a) die Ladestromvorgabe reduziert wird und wobei Schritt a) solange wiederholt wird bis: b1) eine End-Ladestromvorgabe erreicht wird oder b2) der bestimmte mögliche Soll-Ladeverlauf bis zur geplanten Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs (10) kein Aufladen des elektrischen Energiespeichers (1) bis zum Ziel-Ladezustandswert (SoCZiel) ermöglicht.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestromvorgabe einen zeitlich konstanten Ladestromwert oder eine Abfolge zeitlich konstanter Ladestromwerte umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestromvorgabe über nur einen Zwischenschritt auf die End-Ladestromvorgabe reduziert wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass, falls auf Grundlage der Ladestromvorgabe ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers (1) bis zum Ziel-Ladezustandswert (SoCZiel) bis zur geplanten Abfahrtszeit des Kraftfahrzeugs (10) möglich ist, der berechnete Soll-Ladeverlauf eine Ladepause umfasst, in der der Soll-Ladeverlauf einen konstanten Wert kleiner als der vorgegebene Ziel-Ladezustandswert (SoCZiel) aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der konstante Wert der Start-Ladezustandswert (SoCStart) oder der Schwellen-Ladezustandswert (SoCSchwelle) ist.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs eine Innenraum-Konditionierphase umfasst, in der der Soll-Ladeverlauf in Abhängigkeit eines Betriebs einer elektrisch betreibbaren Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs (10) berechnet wird, vorzugsweise derart, dass ein zum Laden des elektrischen Energiespeichers (1) maximal zur Verfügung stehender Ladestrom um einen Betrag reduziert ist, der zum Betreiben der Innenraum-Klimatisierungsvorrichtung benötigt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs zumindest eine Energiespeicher-Konditionierphase umfasst, in der der Soll-Ladeverlauf in Abhängigkeit eines Betriebs einer elektrisch betreibbaren Energiespeicher-Klimatisierungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs (10) berechnet wird, vorzugsweise derart, dass ein zum Laden des elektrischen Energiespeichers (1) maximal zur Verfügung stehender Ladestrom um einen Betrag reduziert ist, der zum Betreiben der Energiespeicher-Klimatisierungsvorrichtung benötigt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs zumindest eine Druckluftsystem-Konditionierphase umfasst, in der der Soll-Ladeverlauf in Abhängigkeit eines Betriebs einer elektrisch betreibbaren Druckluftsystem-Klimatisierungsvorrichtung des Kraftfahrzeugs (10) berechnet wird, vorzugsweise derart, dass ein zum Laden des elektrischen Energiespeichers (1) maximal zur Verfügung stehender Ladestrom um einen Betrag reduziert ist, der zum Betreiben der Druckluftsystem-Klimatisierungsvorrichtung benötigt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zyklisch, vorzugsweise alle 60 Sekunden, durchgeführt wird, solange bis der elektrische Energiespeicher (1) auf den Ziel-Ladezustandswert (SoCZiel) aufgeladen ist.
  14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: - Empfangen zumindest einer der folgenden Größen: - eine Nutzer-Vorgabe, z. B. einer geplanten Abfahrtszeit und/oder einer Ziel-Innenraumtemperatur des Kraftfahrzeugs (10); - eine Energiespeicherinformation, z. B. eine Zelltemperatur des elektrischen Energiespeichers (1), - eine Fahrzeuginformation, z. B. ein Leistungsbedarf von Nebenaggregaten des Kraftfahrzeugs (10); und - eine Energieversorgungsinformation, wie z. B. eine maximal verfügbare Ladeleistung; wobei das Berechnen des zeitlichen Soll-Ladeverlaufs unter Berücksichtigung der empfangenen zumindest einen Größe erfolgt.
  15. Steuereinrichtung (11), die eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche durchzuführen.
  16. Kraftfahrzeug (10), vorzugsweise Nutzfahrzeug, aufweisend eine Steuereinrichtung (11) nach Anspruch 15.
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