DE102022122764A1

DE102022122764A1 - Verfahren zur Dimensionierung mindestens eines rekuperationsfähigen Verbrauchers, Verfahren zur Dimensionierung eines Energiebordnetzes und Verfahren zum Betrieb

Info

Publication number: DE102022122764A1
Application number: DE102022122764.2A
Authority: DE
Inventors: Joachim Froeschl; Hartmut Proebstle
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-09-08
Filing date: 2022-09-08
Publication date: 2024-03-14

Abstract

Ein Verfahren zur Dimensionierung zumindest eines rekuperationsfähigen Verbrauchers (25) eines Kraftfahrzeugs (10), mit den folgenden Schritten:- Ermitteln (S1) einer durchschnittlichen Sollleistungsaufnahme (PSoll, Mittel) des zumindest einen rekuperationsfähigen Verbrauchers (25) in einem definierten Zeitraum (tDef),- Ermitteln (S2) einer Rekuperationsenergie (H, H1, H2) des rekuperationsfähigen Verbrauchers (25), welche der rekuperationsfähige Verbraucher (25) aufnimmt, und- Dimensionieren (S3) des rekuperationsfähigen Verbrauchers (25) derart, dass der rekuperationsfähige Verbraucher (25) eine Auslegungsleistung (PAusl) hat, die geringer als die durchschnittliche Sollleistungsaufnahme (PSoll,Mittel) ist, wobei die über den definierten Zeitraum (tDef) integrierte Differenz der durchschnittlichen Sollleistungsaufnahme (PSoll,Mittel) und der Auslegungsleistung (PAusl) der Rekuperationsenergie (H) entspricht.

Description

Die Erfindung bezieht sich generell auf ein Verfahren zur Dimensionierung zumindest eines rekuperationsfähigen Verbrauchers eines Kraftfahrzeugs, auf ein Verfahren zur Dimensionierung eines Energiebordnetzes eines Kraftfahrzeugs und auf ein Verfahren zum Betreiben von zumindest einem rekuperationsfähigen Verbraucher eines Kraftfahrzeugs.
Moderne Kraftfahrzeuge weisen typischerweise zahlreiche elektrische Verbraucher auf, die für unterschiedliche Zwecke vorgesehen sind, nämlich für einen verbesserten Komfort und/oder eine größere Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs. Insofern kann es bei den elektrischen Verbrauchern um eine Scheibenheizung, eine Sitzheizung, eine Pumpe oder ähnliches handeln. Der Energieverbrauch durch die elektrischen Verbraucher hat einen Einfluss auf den generellen Energieverbrauch der Kraftfahrzeuge. Dieser ist wiederum direkt mit dem CO₂ Ausstoß bei Kraftfahrzeugen verbunden, die durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden. Demgegenüber ist der Energieverbrauch der elektrischen Verbraucher auch wichtig für die Reichweite von Kraftfahrzeugen, die zumindest teilweise elektrisch angetrieben werden, insbesondere vollständig elektrisch angetrieben werden.
Im Stand der Technik ist es bekannt, Rekuperationsenergie zu benutzen, um die für den Antrieb des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs vorgesehene Fahrzeugantriebsbatterie wieder aufzuladen, wodurch die Reichweite verlängert werden kann. Die dafür notwendige Rekuperationsenergie kann etwa bei einem Bremsvorgang des Kraftfahrzeugs gewonnen werden.
Die DE 10 2013 214 814 A1 schlägt vor, die Rekuperationsenergie direkt an rekuperationsfähige Verbraucher zu leiten, also elektrische Verbraucher, die Rekuperationsenergie aufnehmen, (zwischen-)speichern und/oder in eine andere Energieform umwandeln können. Hierdurch werden Lade- und Entladeverluste reduziert, da es nicht mehr notwendig ist, die Rekuperationsenergie zunächst in der Fahrzeugantriebsbatterie zwischenzuspeichern und dann bereitzustellen.
Die DE 10 2011 123 117 B3 schlägt vor die Leistung von elektrischen Verbrauchern zu reduzieren, abhängig von der Entfernung des Kraftfahrzeugs zu einem bestimmten Routenpunkt, wie etwa einem Stopppunkt. Dadurch kann Energie durch die vorzeitige Reduktion der Leistung vor Erreichen des Ziels eingespart werden, was auch den Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs reduziert.
Die DE 10 2011 004 542 A1 beschreibt die Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers in einem elektrischen Bordnetz eines Kraftfahrzeugs für den Fall, dass eine Erhöhung der Batterieladespannung einsetzt. Die Batterieladespannung wird dabei unter anderem in Abhängigkeit von Bremsvorgängen erhöht, in denen die Rekuperation einsetzt. Die Erhöhung der Batterieladespannung führt zu einer erhöhten Leistungsaufnahme durch die elektrischen Verbraucher, was ungewünscht ist, da hierdurch das Rekuperationsvermögen verringert wird. Daher soll diese zusätzliche Leistungsaufnahme durch die jeweiligen Verbraucher kompensiert werden, indem eine Degradation mindestens eines elektrischen Verbrauchers vorgesehen ist, also eine aktive Ansteuerung des elektrischen Verbrauchers, um dessen Leistungsaufnahme zu reduzieren.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren haben die elektrischen Verbraucher eine unnötigerweise erhöhte Leistungsaufnahme, sodass die erhaltene Rekuperationsenergie nicht vollständig für die Reichweitenerhöhung zur Verfügung steht. Dem kann nur dadurch entgegengewirkt werden, dass die elektrischen Verbraucher aktiv angesteuert werden, um ihre Leistungsaufnahme zu reduzieren, was jedoch eine entsprechend hohe Steuer- bzw. Regelungslogik erfordert, was mit hohen Kosten verbunden ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme zu lösen und dabei die Reichweite von zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Dimensionierung zumindest eines rekuperationsfähigen Verbrauchers eines Kraftfahrzeugs. Es wird eine durchschnittliche Sollleistungsaufnahme des zumindest einen rekuperationsfähigen Verbrauchers in einem definierten Zeitraum ermittelt. Weiter wird eine Rekuperationsenergie des rekuperationsfähigen Verbrauchers ermittelt, welche der rekuperationsfähige Verbraucher aufnimmt.
Der rekuperationsfähige Verbraucher wird dann derart dimensioniert, dass der rekuperationsfähige Verbraucher eine Auslegungsleistung hat, die geringer als die durchschnittliche Sollleistungsaufnahme ist. Dabei entspricht die über den definierten Zeitraum integrierte Differenz der durchschnittlichen Sollleistungsaufnahme und der Auslegungsleistung der Rekuperationsenergie.
Dies erlaubt es, einen rekuperationsfähigen (elektrischen) Verbraucher derart zu dimensionieren, dass die Leistungsaufnahme generell reduziert ist, da die Auslegungsleistung gegenüber der durchschnittlichen Sollleistungsaufnahme reduziert ist. Die Sollleistung entspricht dabei insbesondere der Leistung, die ein elektrischer Verbraucher aufweisen müsste, um im Betrieb mit dieser Leistung über den definierten Zeitraum seine Funktion zu erfüllen. Die Auslegungsleistung kann demgegenüber auch als Nennleistung bezeichnet werden. Es ist daher nicht mehr nötig, den elektrischen Verbraucher aktiv hinsichtlich seiner Leistungsaufnahme zu steuern, insbesondere in Abhängigkeit der vorliegenden Rekuperation, wie dies im Stand der Technik noch nötig war. Aufgrund der nicht mehr notwendigen Steuerung der Leistungsaufnahme können Kosten eingespart werden.
Da die über den definierten Zeitraum integrierte Differenz der durchschnittlichen Sollleistungsaufnahme und der Auslegungsleistung der Rekuperationsenergie entspricht, ist sichergestellt, dass die insgesamt zur Verfügung stehende Energie gleich ist, also keine Betriebs- oder Nutzungseinschränkung erfolgt. Mit anderen Worten kompensieren sich die zeitlich integrierte Differenz der durchschnittlichen Sollleistungsaufnahme und der Auslegungsleistung mit der aufgenommenen Rekuperationsenergie. Dies ergibt sich auch durch Formel 1: $\int (P_{Soll} (t) - P_{Aus} (t)) dt = E_{Rek}$
Darin ist

PSoll: die Sollleistungsaufnahme,
PAus: die Auslegungsleistung, und
ERek: die Rekuperationsenergie.

Der Integralbereich läuft dabei über den definierten Zeitraum t_Def.
Der definierte Zeitraum t_Def kann dabei der Zeit des Betriebs des rekuperationsfähigen Verbrauchers entsprechen, in der keine Rekuperation erfolgt.
Grundsätzlich sind rekuperationsfähige Verbraucher solche (elektrische) Verbraucher, die Rekuperationsenergie aufnehmen, speichern und/oder in eine andere Energieform umwandeln können.
Da der rekuperationsfähige Verbraucher hinsichtlich seiner Leistung kleiner dimensioniert ist, also die Auslegungsleistung geringer als die durchschnittliche Sollleistungsaufnahme ist, kann der rekuperationsfähige Verbraucher kostengünstiger hergestellt werden. Insgesamt reduzieren sich somit die Kosten weiter.
Ein Aspekt sieht vor, dass die Rekuperationsenergie basierend auf zumindest einer Annahme bezüglich des Betriebs des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. Dies erlaubt es, situativ und betriebsabhängig die zu erwartende Rekuperationsenergie zu ermitteln und dementsprechend den rekuperationsfähigen Verbraucher auszulegen. Die Annahme kann grundsätzlich länderspezifische und/oder geografische Vorgaben für die Nutzung des Kraftfahrzeugs einbeziehen. Beispielsweise sind die Niederlande flach, wohingegen Österreich gebirgig ist. Dies führt zu anderen Möglichkeiten in Bezug auf das Rekuperationsverhalten, da in Österreich von einem vermehrten Bremsen ausgegangen wird, also einem grundsätzlich höheren Rekuperationspotenzial.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass beim Dimensionieren des rekuperationsfähigen Verbrauchers berücksichtigt wird, ob der rekuperationsfähige Verbraucher direkt mit einer Rekuperationsenergiequelle gekoppelt ist oder über einen Energiespeicher, insbesondere einem Hochvoltspeicher des Kraftfahrzeugs. Dies ermöglicht eine Anpassung der Dimensionierung des rekuperationsfähigen Verbrauchers an dessen Einbausituation.
Eine Kopplung eines rekuperationsfähigen Verbrauchers über einen zwischengeschalteten Energiespeicher, insbesondere einen Hochspannungsspeicher des Kraftfahrzeugs wie der Fahrzeugantriebsbatterie, erlaubt es Rekuperationsenergie in dem Energiespeicher zwischen zu speichern, wenn diese nicht anderweitig gebraucht wird. Allerdings ist dies mit Lade- und Entladeverlusten verbunden, sodass die Rekuperationseffizienz vermindert ist.
Eine direkte Kopplung der Rekuperationsenergiequelle zum rekuperationsfähigen Verbraucher erlaubt es, die zuvor beschriebenen Lade- und Entladeverluste zu vermeiden, wodurch die Rekuperationseffizienz verbessert wird und grundsätzlich mehr Rekuperationsenergie zur Verfügung steht, insbesondere auch für den rekuperationsfähigen Verbraucher. Damit kann die Dimensionierung des rekuperationsfähigen Verbrauchers entsprechend weiter angepasst werden. Da mehr Rekuperationsenergie zur Verfügung steht, kann dies also entsprechend in der Dimensionierung des rekuperationsfähigen Verbrauchers berücksichtigt werden. Mit anderen Worten wird die Differenz der durchschnittlichen Sollleistungsaufnahme und der Auslegungsleistung größer.
Als Rekuperationsenergiequelle kann eine Rekuperationsenergieerzeugungseinheit vorgesehen sein, beispielsweise ein Bremssystem mit Bremsenergierückgewinnung. Bei einem solchen Bremssystem wird die Bremskraft mindestens teilweise in elektrische Energie überführt, die als Rekuperationsenergie zur Verfügung steht.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist vorgesehen, dass es sich bei dem rekuperationsfähigen Verbraucher um einen direktversorgten rekuperationsfähigen Verbraucher handelt. Der rekuperationsfähige Verbraucher ist direkt mit der Rekuperationsenergiequelle verbunden, also ohne zwischengeschaltetem Energiespeicher wie der Fahrzeugantriebsbatterie.
Wie zuvor beschrieben, erlaubt es die direkte Kopplung der Rekuperationsenergiequelle zum rekuperationsfähigen Verbraucher, die zuvor beschriebenen Lade- und Entladeverluste zu vermeiden.
Ferner kann der rekuperationsfähige Verbraucher derart dimensioniert werden, dass der rekuperationsfähige Verbraucher in einem Rekuperationsbetrieb in Überlast betrieben wird.
Insbesondere kann der rekuperationsfähige Verbraucher in einem bestimmten Zeitraum oberhalb der Auslegungsleistung, optional sogar oberhalb der Sollleisungsaufnahme, betrieben werden. Dabei kann der rekuperationsfähige Verbraucher durch den Betrieb in Überlast eine Funktion ausführen. Insbesondere wird der rekuperationsfähige Verbraucher aber nur während der Rekuperationszeit in Überlast betrieben. Danach sinkt die Leistungsaufnahme im rekuperationsfähigen Verbraucher wieder auf die der Auslegungsleistung ab, sodass der rekuperationsfähige Verbraucher nicht mehr in Überlast betrieben wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann der zumindest eine rekuperationsfähige Verbraucher ein elektrischer Verbraucher sein, der Energie speichern und/oder elektrische Energie in eine andere Energieform wandeln kann.
Rekuperationsfähige Verbraucher sind demnach insbesondere elektrische Verbraucher, die Rekuperationsenergie aufnehmen, speichern und/oder in eine andere Energieform wandeln können. Dies sind in der Regel thermische Systeme, die also insbesondere geeignet sind, elektrische Energie in Wärmeenergie umzuwandeln. Allerdings können auch Pumpensysteme, Kühler und/oder Lüfter als rekuperationsfähige Verbraucher ausgebildet sein, da diese die elektrische Energie in kinetische und/oder potenzielle Energie wandeln.
Elektrische Verbraucher, die nicht rekuperationsfähig sind, also rekuperationsunfähige Verbraucher, sind solche, die keine Rekuperationsenergie speichern können oder nicht in der Lage sind, Rekuperationsenergie umzuwandeln. Ein Beispiel stellt die Beleuchtung eines Kraftfahrzeugs dar.
Beispielsweise ist der zumindest eine rekuperationsfähige Verbraucher eine Heckscheibenheizung, eine Wasserpumpe, ein Kühler oder ein Lüfter. Diese Vielfalt verschiedener elektrischer Verbraucher, die als rekuperationsfähige Verbraucher eingesetzt werden können, erlaubt es, die Herstellungskosten des gesamten Kraftfahrzeugs zu reduzieren, da verschiedene Komponenten kleiner dimensioniert werden können. Zudem lässt sich eine flexible Dimensionierung implementieren, insbesondere im Hinblick auf die Dimensionierung eines Energiebordnetzes eines Kraftfahrzeugs.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass mehrere rekuperationsfähige Verbraucher gleichzeitig dimensioniert werden, indem eine insgesamt zur Verfügung stehende Rekuperationsenergie für das Kraftfahrzeug ermittelt wird, die auf die mehreren rekuperationsfähigen Verbraucher verteilt wird, sodass für jeden der mehreren rekuperationsfähigen Verbraucher eine eigene Rekuperationsenergie ermittelt wird, basierend auf der die mehreren rekuperationsfähigen Verbraucher dimensioniert werden. Dies erlaubt es mehrere rekuperationsfähige Verbraucher eines gesamten Energiebordnetzes eines Kraftfahrzeugs gleichzeitig zu dimensionieren. Die insgesamt zur Verfügung stehende Rekuperationsenergie, welche zuvor ermittelt worden ist, kann somit mehreren rekuperationsfähigen Verbrauchern zur Verfügung gestellt werden, sodass diese entsprechend dimensioniert werden können. Dabei kann berücksichtigt werden, dass ein erster rekuperationsfähiger Verbraucher ein größeres Potenzial zur Effizienzsteigerung liefert als ein zweiter rekuperationsfähiger Verbraucher, sodass dem ersten rekuperationsfähigen Verbraucher ein größerer Anteil der insgesamt zur Verfügung stehenden Rekuperationsenergie zugewiesen wird.
Demnach wird die Aufgabe auch durch ein Verfahren zum Dimensionieren eines Energiebordnetzes eines Kraftfahrzeugs gelöst. Das Energiebordnetz weist zumindest einen rekuperationsfähigen Verbraucher auf. Dabei wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Dimensionierung zumindest eines rekuperationsfähigen Verbrauchers eines Kraftfahrzeugs, wie eingehend beschrieben, durchgeführt, um den zumindest einen rekuperationsfähigen Verbraucher des Energiebordnetzes zu dimensionieren. Es wird zusätzlich zumindest eine weitere Komponente des Energiebordnetzes entsprechend der Dimensionierung des zumindest einen rekuperationsfähigen Verbrauchers ausgelegt. Dies können insbesondere ein Kabelbaum des Energiebordnetzes, der Kabelquerschnitt zumindest eines Kabels des Energiebordnetzes und/oder ein Wandler sein. Aufgrund der im Vergleich zum Stand der Technik ausgelegten Komponenten, die auf die Sollleistungsaufnahme ausgelegt sind, ist es erfindungsgemäß möglich, den rekuperationsfähigen Verbraucher mit einer gegenüber der Sollleistungsaufnahme geringeren Auslegungsleistung zu dimensionieren, wodurch Komponenten entsprechend anders dimensioniert werden können, die mit dem rekuperationsfähigen Verbraucher zusammenwirken. Hierdurch lassen sich weitere Kosten einsparen, da Kabel mit einem geringeren Querschnitt verwendet werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Dimensionierung von mindestens einem rekuperationsfähigen Verbraucher in einem Energiebordnetz eines Kraftfahrzeugs kann dabei einen der folgenden Schritte umfassen.
Es kann ein Energiebordnetzplan bereitgestellt werden, der mindestens zwei Verbraucher umfasst, wobei die Verbraucher gemäß dem Energiebordnetzplan mit mindestens einem von einer Energiequelle, einem Energiespeicher und/oder einer Rekuperationsenergiequelle elektrisch derart verbunden sind, um ein Energiebordnetz zu bilden.
Es kann die Leistung über die Zeit gemäß dem Energiebordnetzplan berechnet werden. Weiter kann mindestens ein rekuperationsfähiger Verbraucher im Energiebordnetzplan identifiziert werden. Der rekuperationsfähige Verbraucher kann dimensioniert werden, wobei zunächst eine durchschnittliche Sollleistungsaufnahme des zumindest einen rekuperationsfähigen Verbrauchers in einem definierten Zeitraum ermittelt wird. Weiter wird eine Rekuperationsenergie des rekuperationsfähigen Verbrauchers ermittelt, welche der rekuperationsfähige Verbraucher (gemäß einem angewandten Modell) aufnimmt. Der rekuperationsfähige Verbraucher wird derart dimensioniert, dass der rekuperationsfähige Verbraucher eine Auslegungsleistung hat, die geringer als die durchschnittliche Sollleistungsaufnahme ist. Dabei entspricht die über den definierten Zeitraum integrierte Differenz der durchschnittlichen Sollleistungsaufnahme und der Auslegungsleistung der Rekuperationsenergie.
Die Dimensionierung des mindestens einen rekuperationsfähigen Verbrauchers kann auf einer Simulation der Nutzung des Energiebordnetzes beruhen. Die Simulation der Nutzung des Energiebordnetzes kann länderspezifische und/oder geografische Vorgaben für die Nutzung des Energiebordnetzes miteinbeziehen. Insbesondere wird die Dauer und Leistung der Rekuperation berücksichtigt. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Dimensionierung länderspezifisch erfolgt. Beispielsweise sind die Niederlande flach, wohingegen Österreich gebirgig ist. Dies führt zu anderen Anforderungen an das Energiemanagement in einem Energiebordnetz, sowie zu anderen Möglichkeiten, bzw. Anforderungen in Bezug auf eine Rekuperation.
Alternativ oder zusätzlich kann die gefahrene Durchschnitts- und/oder Höchstgeschwindigkeit in die Dimensionierung einbezogen werden. Diese kann den (durchschnittlichen) Energieverbrauch erhöhen oder reduzieren. In Deutschland gibt es Autobahnen, auf denen abschnittsweise keine Geschwindigkeitsbegrenzung einzuhalten ist, wohingegen auch größere Landstraßenabschnitte gefahren werden müssen. Allerdings gibt es auch Bereiche, die dicht besiedelt sind. Die Verstädterung führt dabei zu erhöhten Energieverbräuchen, da häufiges Anfahren, etwa an roten Ampeln erforderlich ist, wodurch mehr Energie verbraucht wird. Auch kann das Fahren bei hohen Geschwindigkeiten zu einem erhöhten Energieverbrauch führen. Andere Länder können sich indes durch eine starke geografische Abgrenzung zwischen Land und Stadt auszeichnen, wie etwa die USA. Dort gibt es urbane Zentren, die dicht besiedelt sind, allerdings auch große Landabschnitte mit geringer Bevölkerungsdichte. Nennenswerte Straßenabschnitte ohne Geschwindigkeitsbegrenzung gibt es in den USA indes nicht. Die (geplante bzw. planmäßige) Verwendung eines Kraftfahrzeugs und der damit einhergehende Energieverbrauch kann damit zur Dimensionierung des mindestens einen rekuperationsfähigen Verbrauchers beitragen. Entsprechendes gilt für ein Energiebordnetz, in dem erfindungsgemäß mindestens ein rekuperationsfähiger Verbraucher dimensioniert werden kann.
Weiter wird die Aufgabe nach einem unabhängigen Aspekt durch ein Verfahren zum Betreiben von zumindest einem rekuperationsfähigen Verbraucher eines Kraftfahrzeugs gelöst. Dabei ist der rekuperationsfähige Verbraucher hinsichtlich einer zuvor bestimmten Auslegungsleistung dimensioniert worden. Insbesondere ist der rekuperationsfähige Verbraucher gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Dimensionierung zumindest eines rekuperationsfähigen Verbrauchers eines Kraftfahrzeugs, wie eingehend beschrieben, dimensioniert worden. Dabei wird der zumindest eine rekuperationsfähige Verbraucher in einem Rekuperationsbetrieb in Überlast betrieben.
Im Energiebordnetz kann eine Energiebordnetzsteuerung vorgesehen sein. Rekuperationsenergie wird aus mindestens einer Rekuperationsenergiequelle an mindestens einen rekuperationsfähigen Verbraucher direkt zugeleitet. Ein Zeitpunkt zur Bereitstellung einer Rekuperationsenergie für den mindestens einen rekuperationsfähigen Verbraucher wird bestimmt. Die Verteilung der Rekuperationsenergie an den mindestens einen rekuperationsfähigen Verbraucher oder an den Energiespeicher wird initialisiert. Bei Vorliegen von mehreren rekuperationsfähigen Verbrauchern wird die Zulieferung von Rekuperationsenergie an die einzelnen rekuperationsfähigen Verbraucher basierend auf einer Priorisierung durch die Energiebordnetzsteuerung, insbesondere dynamisch, durchgeführt.
Die zuvor beschriebenen Aspekte und Vorteile werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert, wodurch die beanspruchten Gegenstände und die durch diese ausgebildeten bzw. bereitgestellten Vorteile genauer beleuchtet werden. Darin sind gleichartige und/oder gleichwirkende Merkmale, bzw. Strukturen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In den Zeichnungen zeigen

1 ein Schema eines Kraftfahrzeugs mit Energiebordnetz;
2 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Dimensionierung zumindest eines rekuperationsfähigen Verbrauchers eines Kraftfahrzeugs;
3A ein Leistung-über-Zeit Diagramm eines beispielhaften Verbrauchers des Kraftfahrzeugs ohne Degradation und ohne Rekuperation;
3B ein Leistung-über-Zeit Diagramm eines rekuperationsfähigen Verbrauchers des Kraftfahrzeugs mit Rekuperation, aber ohne Degradation;
3C ein Leistung-über-Zeit Diagramm eines rekuperationsfähigen Verbrauchers des Kraftfahrzeugs mit Degradation, aber ohne Rekuperation;
4A ein Leistung-über-Zeit Diagramm eines Systems mit gesenkter Auslegungsleistung mit Rekuperation, wobei das System einen rekuperationsfähigen Verbraucher umfasst;
4B ein Leistung-über-Zeit Diagramm eines Systems mit gesenkter Auslegungsleistung mit Rekuperation, wobei das System zwei rekuperationsfähige Verbraucher umfasst;
4C eine schematische Darstellung der Rekuperationsenergiequote Q_R;
5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Dimensionierung eines Energiebordnetzes; und
6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines rekuperationsfähigen Verbrauchers.

1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem Antriebssystem 12, das Räder 14 des Kraftfahrzeugs 10 antreibt, um das Kraftfahrzeug 10 zu bewegen.
Das Antriebssystem 12 kann einen Elektromotor umfassen, der mit einer Batterie 16 verbunden ist, die die für den Betrieb des Elektromotors notwendige elektrische Energie bereitstellt. Daher wird die Batterie 16 auch als Fahrzeugantriebsbatterie bezeichnet. Die Batterie 16 entspricht also einem Energiespeicher. Insofern handelt es sich bei der Batterie 16 um einen Hochspannungsspeicher.
Um die elektrische Energie von der Batterie 16 an den Elektromotor zu übertragen, ist ein Energiebordnetz 18 vorgesehen. Das Energiebordnetz 18 verfügt über ein Energiebordnetzsteuersystem 20, das grundsätzlich ausgebildet ist, die zur Verfügung stehende Energie über einen Kabelbaum des Energiebordnetzes 18 an unterschiedliche elektrische Verbraucher 19 zu verteilen.
Neben dem Elektromotor können nämlich weitere elektrische Verbraucher 19 vorgesehen sein, die an das Energiebordnetz 18 angebunden sind. Die elektrische Energie, die für den Betrieb dieser elektrischen Verbraucher 19 notwendig ist, wird also ebenfalls von der Batterie 16 bereitgestellt und über das Energiebordnetz 18 verteilt. Dies wird nachfolgend noch im Detail beschrieben.
Das Kraftfahrzeug 10 hat eine Rekuperationsenergiequelle 22 in Form von Bremsen, die dazu dienen, das Kraftfahrzeug 10 zu verlangsamen. Beim Bremsen wird also kinetische Energie in eine andere Energieform umgewandelt.
Auch wenn hier ein System mit vier generatorischen Bremsen/Bremsmotoren gezeigt ist, wird üblicherweise eine elektrische Maschine (E-Maschine) im Antriebsystem 12 bzw. Antrieb vorgesehen, die motorisch und generatorisch betrieben werden kann. Gegebenenfalls kann eine derartige Anordnung je Achse gesehen werden, beispielsweise bei einem elektrischen Allrad-Antrieb.
Um die Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 10 zu erhöhen kann eine Rekuperation vorgesehen sein. Dabei sind die Bremsen, also die Rekuperationsenergiequelle 22, derart konfiguriert, dass beim Bremsvorgang mindestens ein Teil der Bremsenergie als elektrische Energie zurückgewonnen wird, die auch als Rekuperationsenergie H bezeichnet wird. Die Rekuperationsenergie H kann über das Energiebordnetz 18 in die Batterie 16 gespeist und dort (zwischen-)gespeichert werden. Dazu können die Bremsen, also die Rekuperationsenergiequelle 22, über Leitungen 24 mit der Batterie 16 direkt verbunden sein.
Die elektrischen Verbraucher 19 und das Energiebordnetzsteuersystem 20 können über Kabel 24 (direkt) mit der Batterie 16 verbunden sein. Dadurch wird gewonnene Rekuperationsenergie H, beispielsweise die der Bremsen 22, über die Kabel 24 zunächst in die Batterie 16 eingespeist und bei Bedarf wieder aus der Batterie 16 an die Verbraucher über die Kabel 24 geleitet.
Die elektrischen Verbraucher 19 können zudem rekuperationsfähige elektrische Verbraucher 25 umfassen. Die rekuperationsfähigen elektrischen Verbraucher 25 zeichnen sich dadurch aus, dass sie ihrerseits in der Lage sind, Rekuperationsenergie H aufzunehmen und zwischenzuspeichern. Dabei beziehen die rekuperationsfähigen Verbraucher 25 direkt Energie von Rekuperationsquellen, beispielsweise den Bremsen 22.
Zur Aufnahme der Rekuperationsenergie H sind die rekuperationsfähigen Verbraucher 25 über Kabel 26 direkt mit den Rekuperationsquellen verbunden.
Hierdurch ist sichergestellt, dass die zurückgewonnene Rekuperationsenergie H nicht erst in die Batterie 16 eingespeist werden muss, bevor sie bereitgestellt werden kann, sondern direkt den rekuperationsfähigen Verbrauchern 25 zur Verfügung gestellt wird. Dadurch können Lade- und Entladeverluste minimiert werden, wodurch die Effizienz steigt.
Die Effizienz kann weiter dadurch gesteigert werden, dass mindestens ein rekuperationsfähiger Verbraucher 25 mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens 28 dimensioniert worden ist, wie dies schematisch in 2 dargestellt ist, worauf nachfolgend eingegangen wird.
Beim Verfahren 28 zur Dimensionierung des rekuperationsfähigen Verbrauchers 25 kann in einem ersten Schritt S1 eine durchschnittliche Sollleistungsaufnahme P_Soll,Mittel des zumindest einen rekuperationsfähigen Verbrauchers 25 in einem definierten Zeitraum t_Def ermittelt werden.
In einem weiteren Schritt S2 kann anschließend eine Rekuperationsenergie H des rekuperationsfähigen Verbrauchers 25 ermittelt werden, die der rekuperationsfähige Verbraucher 25 typischerweise aufnimmt.
Der definierte Zeitraum t_Def entspricht demnach einem Zeitraum, in dem keine Rekuperationsenergie H aufgenommen wird.
In einem daran anschließenden Schritt S3 kann der rekuperationsfähige Verbraucher 25 derart dimensioniert werden, dass der rekuperationsfähige Verbraucher 25 eine Auslegungsleistung P_Ausl hat, die geringer ist als die durchschnittliche Sollleistungsaufnahme P_Soll,Mittel.
Dabei entspricht die über den definierten Zeitraum t_def integrierte Differenz der durchschnittlichen Sollleistungsaufnahme P_Soll,Mittel und der Auslegungsleistung P_Ausl der Rekuperationsenergie H.
Um das erfindungsgemäße Verfahren 28 weiter zu veranschaulichen, werden in 3 zunächst in drei unterschiedlichen Diagrammen 30, 32, 34 die Leistung P über die Zeit t dargestellt, die den Verlauf der Leistungsaufnahme eines elektrischen Verbrauchers 19 von im Stand der Technik verwendeten Systemen darstellen. In den jeweiligen Diagrammen ist die Leistung P auf der y-Achse über die Zeit t auf der x-Achse aufgetragen.
Das Integral, also die Fläche unter dem Graph, stellt demnach den Energiebedarf A des elektrischen Verbrauchers 19 dar.
Die entsprechende Leistungsaufnahme erfolgt dabei für eine gewisse Zeit, also bis zum maximalen Betriebszeitpunkt T, an dem der geforderte Energiebedarf gedeckt ist.
Dies ist schematisch im Diagramm 30 der 3A veranschaulicht. In 3A wird zur Vereinfachung eine konstante Leistung P über die Zeit t als Referenz angenommen, etwa der mittleren Sollleistung bzw. der durchschnittlichen Sollleistungsaufnahme P_Soll,Mittel des elektrischen Verbrauchers 19.
Im Diagramm 32 der 3B wird demgegenüber der Verlauf einer Leistungsaufnahme mit Rekuperation dargestellt. Es wird dabei also zusätzliche Energie, sogenannte Rekuperationsenergie H, zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ gewonnen, die dem elektrischen Verbraucher 19 zur Verfügung gestellt werden kann. Diese zusätzliche Energie H kann dabei über die Differenz der mittleren Sollleistungsaufnahme P_Soll,Mittel und der Rekuperationsleistung P_Rek im Zeitraum t1 bis t2 berechnet werden, also mittels des entsprechenden Integrals. Die zusätzliche Rekuperationsenergie H ermöglicht es, dass der elektrische Verbraucher 19 für einen kürzeren Zeitraum betrieben wird. Mit anderen Worten kann aufgrund der zusätzlichen Rekuperationsenergie H eine Reduktion der Betriebszeit erreicht werden. Der elektrische Verbraucher 19 muss nämlich nur noch bis zum Zeitpunkt T1 betrieben werden, statt dem maximalen Betriebszeitpunkt T, welcher noch ohne Rekuperation benötigt wurde, um die gleiche Energiemenge zur Verfügung zu stellen. Die zusätzliche Rekuperationsenergie H entspricht dabei der aufgrund der verkürzten Zeit, also dem Zeitraum T1 bis T, eingesparten Energie C, welche in 3B schraffiert gezeigt ist. Damit ist die Betriebszeit des elektrischen Verbrauchers 19 im Vergleich zur Referenz, wie im Diagramm 30 in 3A gezeigt, reduziert. Zudem wird weniger Energie aus der Batterie 16 entnommen, da die Rekuperationsenergie H zuvor mittels Rekuperation gewonnen wurde.
Das Diagramm 34 der 3C veranschaulicht das Prinzip der Degradation bei einem elektrischen Verbraucher 19. Zu einem Zeitpunkt t₁ kann die Leistung des elektrischen Verbrauchers 19 reduziert werden, was einem Beginn der Degradation entspricht. Zu einem Zeitpunkt t₂ wird die Leistung wieder auf das Leistungsniveau vor Beginn der Degradation zum Zeitpunkt t₁ erhöht. Dadurch ergibt sich in dem Zeitfenster von t₁ bis t₂ ein geringerer Energiebetrag. Dabei wird dem elektrischen Verbraucher 19 auch entsprechend weniger Energie zur Verfügung gestellt. Der Differenzenergiebeitrag D kann dabei gemäß dem zeitlichen Integral von t1 bis t2 über die Differenz von mittlerer Sollleistung P_Soll,Mittel und einer Degradationsleistung P_D ermittelt werden. Damit die Gesamtenergie für den Betrieb des elektrischen Verbrauchers 19 dennoch zur Verfügung gestellt wird, muss dieser entsprechend länger betrieben werden, nämlich bis zum Zeitpunkt T2. Damit muss der elektrische Verbraucher 19 über den eigentlich vorgesehenen maximalen Betriebszeitpunkt T, welcher im Fall ohne Degradation vorgesehen ist, hinaus betrieben werden, verglichen mit der Referenz, wie in 3A gezeigt. In dem Zeitraum T bis T2 wird dabei eine zusätzliche Energie E eingebracht, die der zuvor eingesparten Energie entspricht, also dem Differenzenergiebeitrag D. Insofern ist dieselbe Energiemenge trotz Degradation der Leistung in den elektrischen Verbraucher 19 eingebracht worden, aber über einen längeren Zeitraum im Vergleich zum Fall ohne Degradation, welcher in 3A gezeigt ist.
4A zeigt ein Diagramm 36 eines elektrischen Verbrauchers 19, der ein rekuperationsfähiger Verbraucher 25 ist und durch ein erfindungsgemäßes Verfahren 28 dimensioniert wurde.
Dabei wurde der rekuperationsfähige Verbraucher 25 derart dimensioniert, dass er eine Auslegungsleistung P_Ausl aufweist, die über die definierte Zeit t_Def geringer ist als die mittlere Solleistung P_Soll,Mittel.
Die insgesamt dem rekuperationsfähigen Verbraucher 25 zur Verfügung gestellte Energie berechnet sich aus der über den definierten Zeitraum t_Def integrierten Auslegungsleistung P_Ausl und der zusätzlichen Rekuperationsenergie H. Wie aus 4A deutlich wird, umfasst der definierte Zeitraum t_Def die Zeiträume 0 bis t₁ und von t₂ bis T. Die insgesamt dem rekuperationsfähigen Verbraucher 25 zur Verfügung gestellte Energie entspricht exakt der über die gesamte Zeit integrierten durchschnittlichen Sollleistungsaufnahme P_Soll,Mittel, also in der Zeit von 0 bis T, was gestrichelt dargestellt ist.
Insofern entspricht die über den definierten Zeitraum t_Def, also im Zeitraum 0 bis t₁ und im Zeitraum t₂ bis T, integrierte Differenz der durchschnittlichen Sollleistungsaufnahme P_Soll,Mittel und der Auslegungsleistung P_Ausl, was als eingesparte Energie G bezeichnet werden kann, der Rekuperationsenergie H, welche im Zeitraum t₁ bis t₂ erhalten wird, wie dies in den 4A und 4C dargestellt ist.
Anders als in dem in 3B gezeigten Fall wird der rekuperationsfähige Verbraucher 25 weiterhin bis zum maximalen Betriebszeitpunkt T betrieben, auch wenn zusätzliche Rekuperationsenergie H vorliegt, da die Rekuperationsenergie H für den einzelnen rekuperationsfähigen Verbraucher 25 der eingesparten Energie G entspricht, welche durch die Auslegung des rekuperationsfähigen Verbraucher 25 eingespart werden konnte. Diese im definierten Zeitraum t_Def eingesparte Energie G berechnet sich, wie bereits erläutert, mittels des zeitlichen Integrals über den Zeitraum der Rekuperation zwischen t₁ und t₂ der Differenz der Leistungsaufnahme P_Rek. mit Rekuperation und der Auslegungsleistung P_Ausl. Im Zeitraum t₁ bis t₂ wird der eine rekuperationsfähige Verbraucher 25 demnach durch die Rekuperationsenergie H in einem Toleranzbereich des rekuperationsfähigen Verbrauchers 25 in Überlast betrieben.
4C zeigt dabei schematisch wie sich der Energiereduktionsbetrag G und der Rekuperationsenergiebetrag H entsprechen, was in der Rekuperationsenergiequote 38 resultiert. Diese wird auch als Q_R = H/G bezeichnet. Damit kann das System über den gleichen definierten Zeitraum t_Def bis zum Endzeitpunkt T betrieben werden, indem die Rekuperationsenergie genutzt wird, um den rekuperationsfähigen Verbraucher 25 anders auszulegen. Bei mehreren rekuperationsfähigen Verbrauchern 25, wie in 4B gezeigt, ergibt sich G aus der Summe der einzelnen Energiereduktionsbeträge zum Gesamtenergiereduktionsbetrag G12.
4B zeigt zum Vergleich mit der 4A ein Diagramm 40 für ein Kraftfahrzeug mit zwei rekuperationsfähigen Verbrauchern 25. Dabei weist das Gesamtsystem eine entsprechende Auslegungsleistung P_Ausl auf. Ohne Rekuperation wäre der Energieverbrauch um den Energiebeitrag G12 reduziert. Dessen Berechnung wurde zuvor eingehend beschrieben. Zusätzlich zu den Rekuperationsenergien H1, H2 nehmen die beiden rekuperationsfähigen Verbraucher 25 im definierten Zeitraum t_Def, genauer in den jeweiligen Zeiträumen 0 bis t₁, t₂ bis t₃ und t₄ bis T, jeweils Leistung auf. Grundsätzlich entspricht die Gesamtrekuperationsenergie H_Ges der Summe der Rekuperationsenergien H1 und H2, die aufgenommen wurden. Die Rekuperationsenergiequote 38 berechnet sich entsprechend.
Beispiele für rekuperationsfähige Verbraucher 25 sind u.a. Sitzheizungen 42 in Sitzen 44 des Kraftfahrzeugs. Diese Sitzheizungen 42 dienen dabei dem Komfortempfinden von Passagieren, die in den Sitzen 44 Platz nehmen können. Die Passagiere sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt, aber deren Anwesenheit wird durch Haltegurte 46 schematisch verdeutlicht. Die rekuperationsfähigen Verbraucher 25 sind aber nicht auf Sitzheizungen 42 beschränkt, sondern auch andere Heizungen können vorgesehen sein. Auch Pumpen 48, etwa für Wasser oder Kühlflüssigkeit von Klimaanlagen, können rekuperationsfähige Verbraucher 25 sein, genauso wie ein Kühler 50 und/oder ein Lüfter 52. Ein weiteres Beispiel wäre eine Heckscheibenheizung 54, angeordnet in einer Heckscheibe 56 zur Beheizung der Heckscheibe 56, um diese ggf. von Schnee oder Eis zu befreien. Insofern handelt es sich beim rekuperationsfähigen Verbraucher 25 um einen elektrischen Verbraucher, der Energie speichern und/oder elektrische Energie in eine andere Energieform wandeln kann. Ein Beispiel für nicht rekuperationsfähige, also rekuperationsunfähige Verbraucher sind die Frontscheinwerfer 58. Diese sind nicht in der Lage eine Rekuperationsenergie aufzunehmen bzw. diese zwischenzuspeichern.
Im Folgenden wird eine beispielhafte Übersicht über die Dimensionierung verschiedener rekuperationsfähiger Verbraucher 25 gegeben. Dabei wird die Dimensionierung einer Heckscheibenheizung 54, einer Wärmepumpe 60, einer Wasserpumpe 48, eines Kühlers 50 oder eines Lüfters 52 mit Bezug auf 4A skizziert.
Tabelle 1 zeigt die Dimensionierung eines als Heckscheibenheizung 54 ausgebildeten rekuperationsfähigen Verbrauchers 25. Dabei ist die Heckscheibe für eine durchschnittlichen Sollleistungsaufnahme P_Soll,Mittel von 480 Watt vorgesehen, die bei einer Spannung von 12 V mit 40 A betrieben wird. Bei einer Betriebsdauer von 10 min für eine Enteisung wird demnach eine Energie von 288 kWs benötigt. In diesem Zeitraum wird eine Rekuperationsdauer von 80 s mit einer Rekuperationsleistung von 270 W bei 15 V angenommen. Dies entspricht einer Rekuperationsenergie H von 21,6 kWs, sodass der (herkömmliche) Energiebedarf des rekuperationsfähigen Verbrauchers 25 um diesen Energiebetrag gesenkt werden kann. Hieraus ergibt sich eine Rekuperationsquote nach der unten dargestellten Formel von 0,075.

Die Heckscheibenheizung 54 kann dann derart ausgelegt werden, dass sie eine Auslegungsleistung P_Ausl von 444 W hat, was einer Reduktion des Dauerstroms um 3 A entspricht. Bei einer direkten Rekuperation, wenn also keine Batterie 16 für die Zwischenspeicherung der Rekuperationsenergie H verwendet wird, können weitere 2,16 kWs gespart werden, wenn ein Ladungswirkungsgrad von 90 % angenommen wird. Tabelle 1

Durchschnittliche Sollleistungsaufnahme:	P = 480 W
Energie, notwendig zur Enteisung T = 10 min:	E = 288 kWs
Rekuperationsdauer in T = 10 min:	T_R = 80 s
Rekuperationsleistung bei 15 V:	ΔP = 270 W
Rekuperationsenergie:	E_Red = 21,6 kWs
Rekuperationsquote:	QR = E_Red / E = 0,075
Auslegungsleistung:	P_R = P * (1-Q_R) = 444 W
Reduzierung Dauerstrom:	ΔI_Red = 3 A
Reduzierung Ladeverluste bei η = 90 %:	ΔE_L = 2,16 kWs

Tabelle 2 zeigt dabei die Dimensionierung eines als Wärmepumpe 60 ausgebildeten rekuperationsfähigen Verbrauchers 25. Dabei wird entsprechend wie zu Tabelle 1 beschrieben vorgegangen. Tabelle 2

Durchschnittliche Sollleistungsaufnahme (12V/80A)	P = 960 W
Energie bei Betriebsdauer T = 25 min:	E = 1.440 kWs
Rekuperationsdauer in T = 25 min:	T_R = 380 s
Rekuperationsleistung bei 15 V:	ΔP = 540 W
Rekuperationsenergie:	E_Red = 205,2 kWs
Rekuperationsquote:	QR = E_Red / E = 0,1425
Auslegungsleistung:	P_R = 823,2 W
Reduzierung Dauerstrom	ΔI_Red = 12 A
Reduzierung Ladeverluste bei η = 90 %	ΔE_L = 20,52 kWs

Tabelle 3 zeigt dabei die Dimensionierung eines als Wasserpumpe 48 ausgebildeten rekuperationsfähigen Verbrauchers 25. Dabei wird entsprechend wie zu Tabelle 1 beschrieben vorgegangen. Tabelle 3

Durchschnittliche Sollleistungsaufnahme (12V/20A):	P = 240 W
Energie bei Betriebsdauer T = 15 min:	E = 216 kWs
Rekuperationsdauer in T = 15 min:	T_R = 120 s
Rekuperationsleistung bei 15 V:	ΔP = 135 W
Rekuperationsenergie:	E_Red = 16,2 kWs
Rekuperationsquote:	QR = E_Red / E = 0,075
Auslegungsleistung:	P_R = 222 W
Reduzierung Dauerstrom	ΔI_Red = 2,5 A
Reduzierung Ladeverluste bei η = 90 %	ΔE_L = 1,62 kWs

Grundsätzlich kann die Rekuperationsenergie, insbesondere die Rekuperationsdauer und/oder die Rekuperationsleistung, angenommen werden, wobei länderspezifische und/oder geografische Vorgaben für die Nutzung des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden.
Darüber hinaus kann beim Dimensionieren des rekuperationsfähigen Verbrauchers 25 berücksichtigt werden, ob der rekuperationsfähige Verbraucher 25 die Rekuperationsenergie H direkt von der Rekuperationsquelle erhält oder ob diese in der Batterie 16 zwischengespeichert wird. Wie anhand der vorstehenden Tabellen deutlich wird, kann durch direkte Verwertung der Rekuperationsenergie H aufgrund der minimierten Ladeverluste weitere Energie eingespart werden.
Wenn der rekuperationsfähige Verbraucher 25 die Rekuperationsenergie H direkt erhält, dann handelt es sich um einen direktversorgten rekuperationsfähigen Verbraucher 25.
5 zeigt schematisch ein Verfahren 62 zum Dimensionieren des Energiebordnetzes 18 des Kraftfahrzeugs 10, das zumindest einen rekuperationsfähigen Verbraucher 25 aufweist.
Dabei kann in einem ersten Schritt A1 ein Energiebordnetzplan zur Verfügung gestellt werden, in dem in einem weiteren Schritt A2 der zumindest eine rekuperationsfähige Verbraucher 25 identifiziert wird.
Dieser wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren 28, wie es in 2 schematisch dargestellt ist, in Schritt A3 dimensioniert, um den zumindest einen rekuperationsfähigen Verbraucher 25 des Energiebordnetzes 18 zu dimensionieren.
Dabei kann zusätzlich zumindest eine weitere Komponente des Energiebordnetzes 18 entsprechend der Dimensionierung des zumindest einen rekuperationsfähigen Verbrauchers 25 dimensioniert werden. Dies kann ein Kabelbaum des Energiebordnetzes 18, der Kabelquerschnitt zumindest eines Kabels 24, 26 des Energiebordnetzes 18 und/oder ein Wandler sein. Der Kabelbaum, der Kabelquerschnitt des zumindest einen Kabels 24, 26 des Energiebordnetzes 18 und/oder der Wandler können entsprechend auch mit dem Verfahren 28, wie es in 2 gezeigt ist, in einem Schritt A4 des Verfahrens 62 dimensioniert werden.
Insofern können weitere Kosten eingespart werden, da die Kabel 24, 26 beispielsweise mit einem geringeren Kabelquerschnitt vorgesehen sein können, da der Dauerstrom aufgrund der Auslegung geringer ist, wie aus den vorherigen Tabellen unter anderem hervorgeht.
6 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren 64 zum Betreiben von zumindest einem rekuperationsfähigen Verbraucher 25 des Kraftfahrzeugs, wobei der rekuperationsfähige Verbraucher 25 hinsichtlich einer zuvor bestimmten Auslegungsleistung P_Ausl dimensioniert worden ist, insbesondere gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren 28 wie in 2 gezeigt.
Dazu wird zunächst in Schritt B1 eine elektrisch leitfähige Verbindung 62 zwischen dem mindestens einen rekuperationsfähigen Verbraucher 25 und der Rekuperationsenergiequelle, etwa den Bremsen 22, aufgebaut bzw. geschlossen. Dadurch nimmt der mindestens eine rekuperationsfähige Verbraucher 25 in Schritt B2 Rekuperationsenergie H auf. Dabei wird der zumindest eine rekuperationsfähige Verbraucher 25 in einem Rekuperationsbetrieb B3 in Überlast betrieben, also oberhalb der Auslegungsleistung P_Ausl.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013214814 A1 [0004]
DE 102011123117 B3 [0005]
DE 102011004542 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Dimensionierung zumindest eines rekuperationsfähigen Verbrauchers (25) eines Kraftfahrzeugs (10), mit den folgenden Schritten: - Ermitteln (S1) einer durchschnittlichen Sollleistungsaufnahme (P_Soll,Mittel) des zumindest einen rekuperationsfähigen Verbrauchers (25) in einem definierten Zeitraum (t_Def), - Ermitteln (S2) einer Rekuperationsenergie (H) des rekuperationsfähigen Verbrauchers (25), welche der rekuperationsfähige Verbraucher (25) aufnimmt, und - Dimensionieren (S3) des rekuperationsfähigen Verbrauchers (25) derart, dass der rekuperationsfähige Verbraucher (25) eine Auslegungsleistung (P_Ausl) hat, die geringer als die durchschnittliche Sollleistungsaufnahme (P_Soll,Mittel) ist, wobei die über den definierten Zeitraum (t_Def) integrierte Differenz der durchschnittlichen Sollleistungsaufnahme (P_Soll,Mittel) und der Auslegungsleistung (P_Ausl) der Rekuperationsenergie (H, H1, H2) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekuperationsenergie (H, H1, H2) basierend auf zumindest einer Annahme bezüglich des Betriebs des Kraftfahrzeugs (20) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Dimensionieren (S3) des rekuperationsfähigen Verbrauchers (25) berücksichtigt wird, ob der rekuperationsfähige Verbraucher direkt mit einer Rekuperationsenergiequelle (22) gekoppelt ist oder über einen Energiespeicher (16), insbesondere einem Hochspannungsspeicher des Kraftfahrzeugs (10).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem rekuperationsfähigen Verbraucher (25) um einen direktversorgten rekuperationsfähigen Verbraucher handelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der rekuperationsfähige Verbraucher (25) derart dimensioniert (S3) wird, dass der rekuperationsfähige Verbraucher (25) in einem Rekuperationsbetrieb in Überlast betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine rekuperationsfähige Verbraucher (25) ein elektrischer Verbraucher ist, der Energie speichern und/oder elektrische Energie in eine andere Energieform wandeln kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine rekuperationsfähige Verbraucher (25) eine Heckscheibenheizung (54), eine Sitzheizung (42), eine Wasserpumpe (48), ein Kühler (50) oder ein Lüfter (52) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere rekuperationsfähige Verbraucher (25) gleichzeitig dimensioniert werden, indem eine insgesamt zur Verfügung stehende Rekuperationsenergie (H) für das Kraftfahrzeug (10) ermittelt wird, die auf die mehreren rekuperationsfähigen Verbraucher (25) verteilt wird, sodass für jeden der mehreren rekuperationsfähigen Verbraucher (25) eine eigene Rekuperationsenergie (H1, H2) ermittelt wird, basierend auf der die mehreren rekuperationsfähigen Verbraucher (25) dimensioniert (S3) werden.
Verfahren zur Dimensionieren eines Energiebordnetzes (18) eines Kraftfahrzeugs (10), das zumindest einen rekuperationsfähigen Verbraucher (25) aufweist, wobei das Verfahren zur Dimensionierung zumindest eines rekuperationsfähigen Verbrauchers (25) eines Kraftfahrzeugs (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen durchgeführt wird, um den zumindest einen rekuperationsfähigen Verbraucher (25) des Energiebordnetzes (18) zu dimensionieren (S3), und wobei zusätzlich zumindest eine weitere Komponente des Energiebordnetzes (18) entsprechend der Dimensionierung des zumindest einen rekuperationsfähigen Verbrauchers (25) ausgelegt wird, insbesondere ein Kabelbaum des Energiebordnetzes (18), der Kabelquerschnitt zumindest eines Kabels (24, 26) des Energiebordnetzes (18) und/oder ein Wandler.
Verfahren zum Betreiben von zumindest einem rekuperationsfähigen Verbraucher (25) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei der rekuperationsfähige Verbraucher (25) hinsichtlich einer zuvor bestimmten Auslegungsleistung (P_Ausl) dimensioniert (S3) worden ist, insbesondere gemäß dem Verfahren zur Dimensionierung zumindest eines rekuperationsfähigen Verbrauchers (25) eines Kraftfahrzeugs (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und wobei der zumindest eine rekuperationsfähige Verbraucher (25) in einem Rekuperationsbetrieb in Überlast betrieben wird.