DE102022201750A1

DE102022201750A1 - Verfahren und System zum Energiemanagement eines Kraftfahrzeugs, welches einen von einem Hilfsaggregat angetriebenen Container befördert

Info

Publication number: DE102022201750A1
Application number: DE102022201750.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kapp; Carsten Loevenich; Sebastian Martin; Yannick Port; Ulrich Karrer; Stephan Revidat
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2022-02-21
Filing date: 2022-02-21
Publication date: 2023-08-24
Also published as: KR20230125759A; US20230264675A1

Abstract

Ein Verfahren zum Energiemanagement eines Kraftfahrzeugs, welches einen von einem Hilfsaggregat angetriebenen Container befördert, umfasst Bestimmen der gesamten auf dem Kraftfahrzeug verfügbaren Energieressourcen für den Antrieb des Kraftfahrzeugs und für den Antrieb des Containers; Bestimmen eines ersten Energieanteils der gesamten Energieressourcen, welcher erforderlich ist, um den Container mit dem Hilfsaggregat entlang einer Route des Kraftfahrzeugs anzutreiben; Bestimmen eines zweiten Energieanteils der gesamten Energieressourcen, welcher erforderlich ist, um mindestens einen Hauptmotor des Kraftfahrzeugs anzutreiben, um mit dem Kraftfahrzeug entlang der Route des Kraftfahrzeugs ein Ziel zu erreichen; und Umverteilen mindestens eines Teils der gesamten Energieressourcen von dem Hilfsaggregat zu dem mindestens einen Hauptmotor des Kraftfahrzeugs oder umgekehrt in Abhängigkeit von dem ersten Energieanteil und dem zweiten Energieanteil.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Energiemanagement eines Kraftfahrzeugs, welches einen von einem Hilfsaggregat angetriebenen Container befördert. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen System.
Hintergrund
Aufgrund einer Kombination von Faktoren wie Umweltbelangen, hohen Ölpreisen und dem potenziellen Ölfördermaximum hat die Entwicklung von saubereren alternativen Kraftstoffen und fortschrittlichen Antriebssystemen für Fahrzeuge für viele Regierungen und Fahrzeughersteller weltweit hohe Priorität erlangt. In den letzten Jahren wurden daher zunehmend verschiedene Lösungen in Erwägung gezogen für Fahrzeuge, die mit alternativen Kraftstoffen betrieben werden. Ein besonderes Beispiel hierfür sind Wasserstofffahrzeuge, die Wasserstoff als Treibstoff verwenden. Bei solchen Fahrzeugen wird die chemische Energie des Wasserstoffs in mechanische Energie umgewandelt, indem der Wasserstoff entweder in einem Verbrennungsmotor verbrannt wird oder in einer Brennstoffzelle mit Sauerstoff reagiert, um Elektromotoren anzutreiben.
Im Prinzip können Wasserstofffahrzeuge an Wasserstofftankstellen betankt werden, ähnlich wie Erdöl oder andere Kraftstoffe an einer Tankstelle getankt werden können. Allerdings sind die Wasserstofftankstellen heute noch recht begrenzt, und eine flächendeckende Wasserstoffinfrastruktur ist eine Herausforderung für die Zukunft. In dieser Hinsicht würden Notbetriebsfunktionen (englisch: „limp-home functionalities“) sicherstellen, dass die Fahrzeuge die nächste (verfügbare) Wasserstofftankstelle erreichen können. Eine Erhöhung der möglichen Reichweite wäre auch als Sicherheits- und Komfortmaßnahme in Notfällen hilfreich.
Vor allem bei beheizten/gekühlten Lastkraftwagen, welche temperaturkontrollierte Containern transportieren und diese rechtzeitig ausliefern müssen, kann das Erreichen des Zielortes entscheidend sein. Diese Art von Lastkraftwagen befördert in der Regel einen Container (entweder direkt und/oder mit Hilfe eines Anhängers, auf dem sich der Container befindet), welcher von einem Hilfsaggregat angetrieben wird, d.h. einer Vorrichtung, die Energie für andere Funktionen als die Fortbewegung liefert. Genauer gesagt sind diese in der Regel entweder mit einem Generator (in der Regel noch auf Dieselbasis, aber Wasserstoff und andere alternative Kraftstoffe bieten attraktive Alternativen) oder mit einer speziellen elektrischen Batterie (diese Variante wird in den letzten Jahren immer häufiger eingesetzt) ausgestattet. Heutzutage ist die Berechnung von Routen auf der Grundlage von Echtzeitdaten möglich, aber angesichts der begrenzten Verteilung von alternativen Tankstellen und/oder unter Berücksichtigung möglicher unvorhergesehener Ereignisse wäre es wünschenswert, wenn die Reichweite solcher Lkw während des Betriebs kurzfristig erhöht werden könnte, um unerwünschte Stopps zu vermeiden.
Die Druckschrift US 9,481,354 B2 aus dem Stand der Technik beschreibt Notbetriebsverfahren für Hybridfahrzeuge.
Zusammenfassung der Erfindung
Somit besteht ein Bedarf, Lösungen zu finden, um Lkw mit angetriebenen Containern hinsichtlich ihrer Reichweite und ihres Tankbedarfs flexibler zu machen.
Zu diesem Zweck stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein System gemäß Anspruch 8 und ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 15 bereit.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Energiemanagement eines Kraftfahrzeugs, welches einen von einem Hilfsaggregat angetriebenen Container befördert, Bestimmen der gesamten auf dem Kraftfahrzeug verfügbaren Energieressourcen für den Antrieb des Kraftfahrzeugs und für den Antrieb des Containers; Bestimmen eines ersten Energieanteils der gesamten Energieressourcen, welcher erforderlich ist, um den Container mit dem Hilfsaggregat entlang einer Route des Kraftfahrzeugs anzutreiben; Bestimmen eines zweiten Energieanteils der gesamten Energieressourcen, welcher erforderlich ist, um mindestens einen Hauptmotor des Kraftfahrzeugs anzutreiben, um mit dem Kraftfahrzeug entlang der Route des Kraftfahrzeugs ein Ziel zu erreichen; und Umverteilen mindestens eines Teils der gesamten Energieressourcen von dem Hilfsaggregat zu dem mindestens einen Hauptmotor des Kraftfahrzeugs oder umgekehrt in Abhängigkeit von dem ersten Energieanteil und dem zweiten Energieanteil.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein System zum Energiemanagement eines Kraftfahrzeugs, welches einen von einem Hilfsaggregat angetriebenen Container befördert, mindestens einen Hauptmotor für den Antrieb des Kraftfahrzeugs; ein Hilfsaggregat zum Antrieb des Containers; und eine Energiemanagement-Steuerung, welche dazu ausgebildet ist, die gesamten Energieressourcen zu bestimmen, welche auf dem Kraftfahrzeug für den Antrieb des Kraftfahrzeugs und für den Antrieb des Containers verfügbar sind, einen ersten Energieanteil der gesamten Energieressourcen zu bestimmen, welcher erforderlich ist, um den Container mit dem Hilfsaggregat entlang einer Route des Kraftfahrzeugs anzutreiben, eine zweiten Energieanteil der gesamten Energieressourcen zu bestimmen, welcher erforderlich ist, um den mindestens einen Hauptmotor des Kraftfahrzeugs anzutreiben, um mit dem Kraftfahrzeug entlang der Route des Kraftfahrzeugs ein Ziel zu erreichen, und mindestens einen Teil der gesamten Energieressourcen von dem Hilfsaggregat an den mindestens einen Hauptmotor des Kraftfahrzeugs oder umgekehrt in Abhängigkeit von dem ersten Energieanteil und dem zweiten Energieanteil umzuverteilen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeug ein System gemäß der Erfindung.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, zumindest einen Teil der Energie, die ursprünglich entweder für den Antrieb des Containers oder für den Antrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen war, unter bestimmten Umständen umzuleiten und dem jeweils anderen Zweck zuzuführen. Durch diese Art des Energiemanagements über normalerweise getrennte Systeme hinweg kann der Betrieb eines Kraftfahrzeugs, welche beheizte oder gekühlte Güter transportiert, verbessert werden, insbesondere für den Fall, dass die Energiereserven eines der jeweiligen Systeme knapp werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Lastkraftwagen in der Regel mindestens zwei Energiequellen mitführen, die ursprünglich für unterschiedliche Zwecke reserviert sind, prinzipiell aber auch für den jeweils anderen Zweck genutzt werden können. So könnte beispielsweise die in der Batterie einer Containereinheit gespeicherte elektrische Energie auch für den Antrieb eines Elektromotors des Fahrzeugs genutzt werden und umgekehrt. Außerdem kann Kraftstoff, der ursprünglich für den Antrieb eines Generators vorgesehen war, auch für den Antrieb eines Verbrennungsmotors verwendet werden und umgekehrt.
Wenn beispielsweise einem mit Wasserstoff betriebenen Lkw, der einen Kühlcontainer mit sich führt, der Kraftstoff ausgeht und eine Tankstelle aufgrund der Wasserstoffreserven im Tank des Lkw nicht mehr erreicht werden kann, kann die Energie des Kühlcontainers, z.B. die elektrische Energie einer Containerbatterie oder der Wasserstoffkraftstoff eines Generatorsatzes, genutzt werden, um die Reichweite des Lkw zu vergrößern, sodass das Fahrzeug die nächste Tankstelle und/oder ein alternatives näheres Ziel erreichen kann.
Alternativ kann die verfügbare Energie auch vom Antriebssystem des Fahrzeugs auf das Hilfstriebwerk des Containers übertragen werden. Beispielsweise kann das System feststellen, dass die ursprünglich für das Hilfsaggregat reservierte Energie nicht ausreicht, um den Container bis zum geplanten Zielort mit Energie zu versorgen. In diesem Fall kann Energie aus dem Antriebssystem, z.B. elektrische Energie einer Antriebsbatterie, in das Hilfsaggregat umgeleitet werden, um das Transportgut bis zum Erreichen des Zielortes oder zumindest bis zum Erreichen einer Tankstelle zu retten. Sinkt die Gesamtenergiereserve unter einen kritischen Wert, kann das Fahrzeug sogar angehalten werden, sodass die Restenergie zum Antrieb des Containers genutzt werden kann, um das Transportgut zu einem späteren Zeitpunkt in einem adäquaten Zustand bergen zu können.
Es versteht sich, dass der hierin verwendete Begriff „Fahrzeug“ oder ein anderer ähnlicher Begriff Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie beispielsweise Personenkraftwagen umfasst, einschließlich Sport Utility Vehicles (SUV), Bussen, Lastkraftwagen, verschiedenen Nutzfahrzeugen und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybridfahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen beinhaltet (z.B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl stammen). Vorliegend wird unter einem Hybridfahrzeug ein Fahrzeug verstanden, welches zwei oder mehr Energiequellen aufweist, zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Energiemanagement-Steuerung dazu ausgebildet sein, die Energieressourcen von dem Hilfsaggregat auf den mindestens einen Hauptmotor umzuverteilen, falls das Kraftfahrzeug ansonsten nicht in der Lage wäre, das Ziel zu erreichen.
Daher wird in dieser Ausführungsform zumindest ein Teil der Energie, die für den Antrieb des Containers vorgesehen ist, stattdessen zur Unterstützung des Antriebssystems des Kraftfahrzeugs verwendet. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Umverteilung der verfügbaren Energie zu realisieren. In einem Beispiel kann das Antriebssystem des Kraftfahrzeugs mit Wasserstoff aus einer Container-Generatoreinheit versorgt werden, um eine Brennstoffzelle und/oder einen mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotor zu versorgen. In einem anderen Beispiel kann eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie aus dem Hilfsaggregat des Containers gespeist werden, z.B. direkt aus einer dort eingesetzten Batterie oder durch vorherige Verbrennung von Kraftstoff in einem Generatoraggregat des Containers.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Energiemanagement-Steuerung dazu ausgebildet sein, das Ziel auf ein alternatives Ziel und/oder eine erreichbare Tankstelle zu ändern, falls das Ziel auch durch Umverteilung der Energieressourcen aus dem Hilfsaggregat nicht erreicht werden kann.
Das Kraftfahrzeug kann über ein Steuergerät verfügen, das ständig die verfügbaren und benötigten Energieanteile für die jeweiligen Fahrzeugsysteme auswertet und dann je nach Ergebnis seiner Berechnungen entscheiden kann, dass ein geplantes Ziel aufgrund veränderter Umstände nicht mehr erreicht werden kann. Zum Beispiel kann ein ursprünglich geplantes Ziel nicht mehr erreichbar sein, weil eine Tankstelle auf dem Weg dorthin unerwartet geschlossen oder außer Betrieb ist, die ursprünglich als potenzielle Tankstelle für das Fahrzeug in Betracht gezogen wurde.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Energiemanagement-Steuerung dazu ausgebildet sein, eine Aufforderung oder einen Steuerbefehl zum Anhalten des Kraftfahrzeugs auszugeben, wenn die gesamten Energieressourcen zum Antreiben des Containers mit dem Hilfsaggregat benötigt werden sind.
So kann ein Kraftfahrzeug angehalten und die gesamte verfügbare Energie genutzt werden, um die Waren zu kühlen (und/oder zu heizen) und in gutem Zustand zu halten. Die gesamte verfügbare Energie kann vom Antriebssystem auf den Container übertragen werden, um die Waren so lange wie möglich/notwendig unter optimalen Bedingungen zu halten. Das System des Fahrzeugs kann einen Notruf zum Betanken des Fahrzeugs an der aktuellen Position absetzen oder den Bediener auffordern, einen solchen Notruf abzusetzen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Energiemanagement-Steuerung dazu ausgebildet sein, zumindest einen Teil der gesamten Energieressourcen umzuverteilen, indem es Kraftstoff und/oder elektrische Energie zwischen dem Hilfsaggregat und dem mindestens einen Hauptmotor des Kraftfahrzeugs umleitet.
So kann in einem Beispiel der Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs mit Kraftstoff, z.B. Wasserstoff, direkt aus dem Containtersystem anstelle des normalen Kraftstofftanks des Fahrzeugs versorgt werden, z.B. aus einem speziellen Wasserstofftank eines Containergenerators. In einem anderen Beispiel kann eine Antriebsbatterie des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt werden, die aus dem Generatorsystem des Containers (z.B. einem Generator, der mit Diesel oder einem alternativen Kraftstoff betrieben wird) und/oder aus einer elektrischen Batterie stammt, die normalerweise den Container versorgt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der umgeleitete Kraftstoff Wasserstoff umfassen.
Obwohl wasserstoffbetriebene Kraftfahrzeuge (sowohl mit Brennstoffzelle als auch mit Verbrennungsmotor) bisher nur selten auf der Straße zu finden sind, nimmt ihre Zahl stetig zu. Derzeit sind weltweit hauptsächlich zwei Fülldrücke gebräuchlich, nämlich H70 oder 700 bar einerseits und der ältere Standard H35 oder 350 bar andererseits. Unabhängig vom jeweiligen System sind alle diese Fahrzeuge mit Hochdruck-Wasserstofftanks (350 bar oder 700 bar) nach internationalen Standards ausgestattet, die sich z.B. bei Sattelschleppern hinter der Fahrerkabine befinden. Zukünftig sind auch verflüssigtes H2 oder komprimiertes verflüssigtes H2 Energiequellen für einen CO2-neutralen Transport, da einige Fahrzeughersteller diese aufgrund der höheren Energiedichte (J/m³) favorisieren.
In ähnlicher Weise können dieselbetriebene Stromaggregate von Kühlcontainern durch umweltfreundliche Technologien ersetzt werden, insbesondere durch Brennstoffzellen oder Generatoren auf Wasserstoffbasis. Der jeweilige Container kann dann auch mit einem speziellen Wasserstoffsystem, insbesondere einem speziellen Wasserstofftank, ausgestattet werden. Der in einem solchen Fahrzeug gespeicherte Wasserstoff kann somit nicht nur zur Versorgung des Antriebssystems des Kraftfahrzeugs, sondern auch zur Versorgung des Hilfsenergieaggregats des Containers verwendet werden. Auf der Grundlage der gleichen internationalen Normen für Wasserstofftanks ist ein Austausch von Wasserstoff aus einem solchen Behälter in die Kraftstofftanks des Fahrzeugs (oder umgekehrt) technisch möglich. In diesem Sinne könnte sogar eine Leckage des Wasserstofftanks am Kühlcontainer überbrückt werden, indem Wasserstoff aus dem Hauptkraftstofftank des Fahrzeugs umgeleitet wird.
Zu diesem Zweck können ein oder mehrere Druckregelventile am Fahrzeug angebracht werden, um den Wasserstoffaustausch über flexible Schläuche zu ermöglichen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Hilfsaggregat dazu ausgebildet sein, seine Leistung zum Heizen oder Kühlen des Containers zur bereitzustellen.
So kann es sich bei dem angetriebenen Container insbesondere um einen gekühlten oder beheizten Container handeln, z.B. für die Lieferung von Lebensmitteln, Medikamenten usw.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Figurenliste
Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Erfindung vermitteln und bilden einen Bestandteil der vorliegenden Offenbarung. Sie veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen der Erfindung und viele der genannten Vorteile der Erfindung ergeben sich im Hinblick auf die folgende detaillierte Beschreibung. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes ausgeführt ist.

1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem System zum Energiemanagement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt schematisch ein System zum Energiemanagement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wie es in dem Fahrzeug von 1 verwendet werden kann.
3 zeigt schematisch ein System zum Energiemanagement gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, wie es in dem Fahrzeug von 1 verwendet werden kann.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Energiemanagement des Kraftfahrzeugs von 1.

Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele veranschaulicht und beschrieben werden, wird dem Fachmann klar sein, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder gleichwertigen Implementierungen die dargestellten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ersetzen können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Im Allgemeinen deckt die Anmeldung sämtliche Anpassungen oder Variationen der hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ab.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 100 mit einem System 10 zum Energiemanagement gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Zwei beispielhafte Ausführungsformen eines solchen Systems 10 sind in den 2 und 3 schematisch näher dargestellt. 4 zeigt schließlich ein Flussdiagramm eines Verfahrens M zum Energiemanagement des Kraftfahrzeugs der 1.
Bei dem Fahrzeug 100 dieser Ausführungsform kann es sich beispielsweise um einen Bus, einen Lkw oder ein anderes Nutzfahrzeug handeln, das mit umweltfreundlichen Energiequellen als Hauptantriebsquelle für die Fortbewegung betrieben wird.
In einer bestimmten beispielhaften Ausführungsform kann das Fahrzeug 100 ein Elektrofahrzeug sein, das über eine Antriebsbatterie 11 verfügt, die einen Hauptmotor 1 mit elektrischer Energie versorgt.
In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann das Fahrzeug 100 ein Fahrzeug mit Wasserstoffverbrennungsmotor (HICEV) sein, bei dem es sich um eine modifizierte Version des herkömmlichen benzinbetriebenen Verbrennungsmotors handelt, der in seinem Verbrennungsmotor Wasserstoff anstelle von Benzin verbrennt. Der Hauptmotor 1 wäre in diesem Fall ein wasserstoffbetriebener Verbrennungsmotor, der von einem Kraftstofftank 4 mit gasförmigem Wasserstoff versorgt werden kann. Ein solcher Wasserstofftank 4 kann den gängigen Hochdrucknormen von 350 bar oder 700 bar entsprechen und z.B. hinter einer Fahrerkabine des Fahrzeugs 100 angeordnet sein.
Alternativ kann das Fahrzeug 10 auch mit einer Brennstoffzellenumwandlung betrieben werden, bei der der Wasserstoff durch Brennstoffzellen in Strom umgewandelt wird, der dann einen Elektromotor als Hauptmotor 1 antreibt. Bei beiden Verfahren ist das einzige Nebenprodukt des verbrauchten Wasserstoffs Wasser, und der Prozess ist völlig frei von CO2-Emissionen, was ein Grund ist, warum Wasserstoff ein besonders attraktiver alternativer Kraftstoff ist.
In anderen beispielhaften Ausführungsformen kann das Fahrzeug 100 einen Hybrid-Antriebsstrang aufweisen, der zwei oder mehr Hauptmotoren 1 umfasst, z.B. einen Elektromotor und einen mit Wasserstoff betriebenen Verbrennungsmotor. Es versteht sich, dass in anderen Ausführungsformen auch andere herkömmliche oder alternative Kraftstoffe verwendet werden können, z. B. Erdgas, Flüssigerdgas, Flüssiggas usw.
Das dargestellte Kraftfahrzeug 100 umfasst außerdem einen gekühlten Container 3, der von einem Hilfsaggregat 2 angetrieben wird und für den Transport von gekühlten Waren, z.B. Lebensmitteln oder Medikamenten, ausgelegt ist. Das Hilfsaggregat 2 kann mit umweltfreundlichen Kraftstoffen, z.B. Wasserstoff, betrieben werden und/oder seine elektrische Energie von einer speziellen elektrischen Batterie (nicht dargestellt) erhalten. In diesem Sinne kann der in 1 gezeigte Kraftstofftank 4 auch einen Kraftstofftank 4 des Hilfsaggregats 2 darstellen, der an dem Hilfsaggregat 2 und/oder dem Container 3 angebracht und/oder darin integriert ist. Generell kann das Fahrzeug 100 mehrere Kraftstofftanks 4 aufweisen, z.B. einen Kraftstofftank für das Antriebssystem (z.B. herkömmlicher Diesel oder Wasserstoff) und einen Kraftstofftank für den Container 3 (z.B. ebenfalls Diesel oder Wasserstoff).
Heutzutage haben Nutzfahrzeuge, die mit Strom und/oder Wasserstoff betrieben werden, oft mit ihrer maximalen Reichweite zu kämpfen, um ihre Partner mit den geladenen Waren zu beliefern. Bei Lastkraftwagen mit zusätzlichen Kühlanhängern für Kühlgut wird die Bedeutung der Auslieferung noch wichtiger. Aus diesem Grund wird der Kühllastwagen-Container und/oder -Anhänger in der Regel bereits mit zusätzlich verfügbarer Energie betrieben, die von einem Hilfsaggregat bereitgestellt wird, das z.B. auf Wasserstoff, batterieelektrischer Energie oder von einem Dieselgenerator erzeugter elektrischer Energie basiert.
Um zu verhindern, dass einem solchen Fahrzeug 100 aufgrund unvorhergesehener Umstände (z.B. Verkehr, Umleitung, fehlende Betankungsinfrastruktur usw.) der Treibstoff ausgeht, kann die verfügbare Energie des Kühlwagenanhängers/Containers für besondere Notfälle zusätzlich genutzt werden.
Um die obigen Probleme zu überwinden, ist das vorliegende System 10 der beispielhaften Ausführungsformen von 2 und 3 zum Energiemanagement des Kraftfahrzeugs 100 vorgesehen, um dessen Reichweite und Flexibilität zu erhöhen, insbesondere für Fahrten auf den letzten Kilometern, wie im Folgenden erläutert wird. Die zugrundeliegende Idee ist es, das Transportgut in jeder Situation gekühlt zu halten und/oder einen Ausfall des Fahrzeugs zu vermeiden, wenn ihm der Kraftstoff und/oder die im Antriebssystem gespeicherte elektrische Energie ausgeht.
Dazu werden nicht nur die Energieressourcen des Antriebssystems berücksichtigt (z.B. Strom einer Traktionsbatterie und/oder Wasserstoff in einem normalen Kraftstofftank), sondern zusätzlich auch die verfügbaren Energieressourcen des Kühlcontainers 3. Die gesamte Energienutzung und -verteilung wird dann von einer Energiemanagement-Steuerung 5 unter Berücksichtigung aller relevanten und wichtigen Informationen geregelt.
Genauer gesagt ist die Energiemanagement-Steuerung 5 dazu ausgebildet, die gesamten im Kraftfahrzeug 100 verfügbaren Energieressourcen für den Antrieb des Kraftfahrzeugs 100 und für den Antrieb des Containers 3 zu ermitteln. Beispielsweise kann die Energiemanagement-Steuerung 5 den verfügbaren Kraftstoff und/oder Strom im Antriebssystem sowie im Containersystem (Füllstand der Kraftstofftanks, Batteriestatus usw.) berechnen.
Die Energiemanagement-Steuerung 5 ist ferner dazu ausgebildet, einen ersten Energieanteil der gesamten Energieressourcen zu bestimmen, welcher für den Antrieb des Containers 3 mit dem Hilfsaggregat 2 entlang einer Route des Kraftfahrzeugs 100 erforderlich ist. Zu diesem Zweck können verschiedene Parameter berücksichtigt werden, darunter die erforderliche Kühltemperatur, die Umgebungstemperatur, die Wetterbedingungen, die Kühlparameter der Fracht, z.B. das Gewicht, usw.
Die Energiemanagement-Steuerung 5 ist ferner dazu ausgebildet, einen zweiten Energieanteil der gesamten Energieressourcen zu bestimmen, welcher zum Antrieb des mindestens einen Hauptmotors 1 des Kraftfahrzeugs 100 erforderlich ist, um mit dem Kraftfahrzeug 100 ein Ziel entlang der Route des Kraftfahrzeugs 100 zu erreichen. Die Steuerung 5 kann somit mit einem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs 100 kommunikativ gekoppelt oder in dieses integriert sein, um zusätzliche/obligatorische Zugangsinformationen über die spezifische Route zu erhalten, einschließlich Entfernung, Höhenprofil, Verkehrssituation, Wettervorhersage, gesetzlichen Anforderungen, z.B. Umweltzonen in einer Stadt, und so weiter.
Schließlich ist die Energiemanagement-Steuerung 5 dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von dem ersten Energieanteil und dem zweiten Energieanteil mindestens einen Teil der gesamten Energieressourcen des Hilfsaggregats 2 an den mindestens einen Hauptmotor 1 des Kraftfahrzeugs 100 umzuverteilen oder umgekehrt. Das Ergebnis kann durch verschiedene Berechnungsparameter, Randbedingungen und/oder Prioritäten beeinflusst werden. Zum Beispiel kann die höchste Priorität auf die korrekte Temperaturkontrolle der Fracht gelegt werden.
Zu diesem Zweck kann die Energiemanagement-Steuerung 5 eine intelligente Kostenfunktion verwenden, die sich auf Echtzeitdaten stützt, z.B. Entfernungen zu Zielen und Tankstellen, die Verkehrssituation usw., um zu entscheiden, ob es wichtiger ist, dass das Fahrzeug 100 sein ursprüngliches (oder ein neues alternatives) Ziel erreicht, oder ob eine optimale Lagerung der Waren höchste Priorität hat.
Das entsprechende Verfahren M der 4 umfasst somit unter M1 Bestimmen der gesamten auf dem Kraftfahrzeug 100 verfügbaren Energieressourcen für den Antrieb des Kraftfahrzeugs 100 und für den Antrieb des Containers 3, unter M2 Bestimmen des ersten Energieanteils der gesamten Energieressourcen, welcher für den Antrieb des Containers 3 mit dem Hilfsaggregat 2 entlang einer Route des Kraftfahrzeugs 100 erforderlich ist, unter M3 Bestimmen des zweiten Energieanteils der gesamten Energieressourcen, welcher zum Antreiben mindestens eines Hauptmotors 1 des Kraftfahrzeugs 100 erforderlich ist, um mit dem Kraftfahrzeug 100 entlang der Route des Kraftfahrzeugs 100 ein Ziel zu erreichen, und unter M4 Umverteilen mindestens eines Anteils der gesamten Energieressourcen von dem Hilfsaggregat 2 zu dem mindestens einen Hauptmotor 1 des Kraftfahrzeugs 100 oder umgekehrt in Abhängigkeit von dem ersten Energieanteil und dem zweiten Energieanteil.
Ausgehend von der Strategie der Steuerung 5 können die folgenden beispielhaften Energietransfers berücksichtigt werden:

In einem Beispiel können die Energieressourcen vom Hilfsaggregat 2 auf den mindestens einen Hauptmotor 1 umverteilt werden, falls das Kraftfahrzeug 100 sonst nicht in der Lage wäre, den Zielort zu erreichen. Zu diesem Zweck kann Kraftstoff und/oder elektrische Energie von dem Hilfsaggregat 2 auf den mindestens einen Hauptmotor 1 des Kraftfahrzeugs 100 umgeleitet werden. Beispielsweise kann Wasserstoffkraftstoff vom Hilfsaggregat 2 zu einem Hauptmotor 1 des Kraftfahrzeugs 100 für den Antrieb umgeleitet werden. In ähnlicher Weise kann das Hilfsaggregat 2 elektrische Energie liefern, z.B. aus einer speziellen Batterie und/oder durch Verbrennung von Kraftstoff in einer Generatoreinheit.

Falls das Ziel auch durch Umverteilung der Energieressourcen aus dem Hilfsaggregat 2 nicht erreicht werden kann, kann das geplante Ziel auf ein alternatives Ziel und/oder eine erreichbare Tankstelle geändert werden, an der der Kraftstofftank (die Kraftstofftanks) 4 des Fahrzeugs 100 aufgefüllt werden kann.
In einem anderen Beispiel kann die Steuerung 5 beschließen, eine Aufforderung oder einen Steuerbefehl zum Anhalten des Kraftfahrzeugs 100 auszugeben, wenn die gesamten Energieressourcen für den Antrieb des Containers 3 mit dem Hilfsaggregat 2 erforderlich sind. Der Fahrer des Fahrzeugs 100 kann dann einen Notruf absetzen, um Unterstützung auf der Straße zu erhalten. Alternativ kann das Fahrzeug 100 einen solchen Ruf auch automatisch absetzen. Die gesamte verfügbare Energie kann dann genutzt werden, um die Waren gekühlt und in gutem Zustand zu halten, indem die gesamte verfügbare Energie vom Antriebssystem des Fahrzeugs 100 auf das Hilfsaggregat 2 des Containers 3 übertragen wird, um die Waren so lange wie möglich/notwendig zu kühlen.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Spannungswandler 6 (z. B. ein AC-DC-Wandler) von der Energiemanagement-Steuerung 5 geregelt, um die Spannungspegel zwischen dem Hilfsaggregat 2 und dem Hauptmotor des Antriebssystems des Systems 10, z.B. einem Elektromotor, anzupassen, um elektrische Energie zwischen den beiden Teilen des Systems 10 zu übertragen (die Pfeile in 2 zeigen die Übertragung von elektrischer Energie E zwischen den jeweiligen Komponenten des Systems 10 an).
Typische Fernverkehrs-Lkw verfügen bereits über mehrere Standardanschlüsse zwischen Lkw und Anhänger, wie z.B. Druckluft (für das Bremssystem), elektrische Versorgung (Niederspannung) für den Anhänger (Rücklicht, Bremsleuchten usw.) oder einen Hydraulikanschluss (Drucköl, z.B. für die Hebefunktion des Anhängers). Typische Kühlcontainer auf dem Markt sind bereits mit Stromanschlüssen ausgestattet (für die Stromversorgung auf Schiffen, in Häfen usw.). Wenn ein solcher Container darüber hinaus mit einem Stromaggregat ausgestattet ist, kann die elektrische Energie auch vom Container auf einen Lkw übertragen werden. Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge oder Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge verfügen bereits über einen Stromanschluss zum Aufladen der Batterie, sodass die Hauptinfrastruktur in einem Lkw oft gegeben ist. Die bestehende Infrastruktur zur Verbindung von Kühlcontainer und Lkw kann ebenfalls grundsätzlich gegeben sein, die Kombination der Infrastruktur beider kann lediglich eine Verbindung der verschiedenen Leistungsebenen (z.B. Wechselstrom am Kühlanhänger und Gleichstrom am Lkw) und einen Controller für das gesamte Energiemanagement erfordern.
In der beispielhaften Ausführung von 3 wird ein Steuerventil 7 von der Energiemanagement-Steuerung 5 geregelt, um Wasserstoff (oder anderen Kraftstoff) zwischen einem Hauptmotor 1 und dem Hilfsaggregat 2 zu übertragen. In diesem Fall zeigen die Pfeile entweder die Übertragung von Kraftstoff F oder von elektrischer/mechanischer Energie E/M zwischen den jeweiligen Komponenten des Systems 10 an. Wie in 3 zu sehen ist, sind zwei Kraftstofftanks 4 vorgesehen, einer für das Antriebssystem des Fahrzeugs 100 und einer für das Hilfsaggregat 2.
In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, nicht jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung unmittelbar klar sein. Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis darstellen zu können, sodass Fachleuten ermöglicht wird, die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal zu modifizieren und zu nutzen.
Bezugszeichenliste

1: Hauptmotor
2: Hilfsaggregat
3: Container
4: Kraftstofftank
5: Energiemanagement-Steuerung
6: Spannungswandler
7: Steuerventil
8: Temperaturkontrolle
9: Stromversorgungs-Schnittstelle
10: System zum Energiemanagement
11: Traktionsbatterie
12: Ladegerät
13: Antriebsstrang
100: Kraftfahrzeug
E: elektrische Energieübertragung
F: Kraftstofftransfer
M: mechanische Energieübertragung
M: Verfahren
M1-M4: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 9481354 B2 [0005]

Claims

Verfahren (M) zum Energiemanagement eines Kraftfahrzeugs (100), welches einen von einem Hilfsaggregat (2) angetriebenen Container (3) befördert, wobei das Verfahren (M) umfasst: Bestimmen (M1) der gesamten auf dem Kraftfahrzeug (100) verfügbaren Energieressourcen für den Antrieb des Kraftfahrzeugs (100) und für den Antrieb des Containers (3); Bestimmen (M2) eines ersten Energieanteils der gesamten Energieressourcen, welcher erforderlich ist, um den Container (3) mit dem Hilfsaggregat (2) entlang einer Route des Kraftfahrzeugs (100) anzutreiben; Bestimmen (M3) eines zweiten Energieanteils der gesamten Energieressourcen, welcher erforderlich ist, um mindestens einen Hauptmotor (1) des Kraftfahrzeugs (100) anzutreiben, um mit dem Kraftfahrzeug (100) entlang der Route des Kraftfahrzeugs (100) ein Ziel zu erreichen; und Umverteilen (M4) mindestens eines Teils der gesamten Energieressourcen von dem Hilfsaggregat (2) zu dem mindestens einen Hauptmotor (1) des Kraftfahrzeugs (100) oder umgekehrt in Abhängigkeit von dem ersten Energieanteil und dem zweiten Energieanteil.
Verfahren (M) nach Anspruch 1, wobei die Energieressourcen von dem Hilfsaggregat (2) auf den mindestens einen Hauptmotor (1) umverteilt werden, falls das Kraftfahrzeug (100) ansonsten nicht in der Lage wäre, das Ziel zu erreichen.
Verfahren (M) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ziel auf ein alternatives Ziel und/oder eine erreichbare Tankstelle geändert wird, falls das Ziel auch durch Umverteilung der Energieressourcen aus dem Hilfsaggregat (2) nicht erreicht werden kann.
Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Aufforderung oder ein Steuerbefehl zum Anhalten des Kraftfahrzeugs (100) ausgegeben wird, wenn die gesamten Energieressourcen für den Antrieb des Containers (3) mit dem Hilfsaggregat (2) benötigt werden.
Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Umverteilen mindestens eines Teils der gesamten Energieressourcen das Umleiten von Kraftstoff und/oder elektrischer Energie zwischen dem Hilfsaggregat (2) und dem mindestens einen Hauptmotor (1) des Kraftfahrzeugs (100) umfasst.
Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der umgeleitete Kraftstoff Wasserstoff umfasst.
Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Hilfsaggregat (2) seine Leistung zum Heizen oder Kühlen des Containers (3) bereitstellt.
System (10) zum Energiemanagement eines Kraftfahrzeugs (100), welches einen von einem Hilfsaggregat (2) angetriebenen Container (3) befördert, wobei das System (10) umfasst: mindestens einen Hauptmotor (1) für den Antrieb des Kraftfahrzeugs (100); ein Hilfsaggregat (2) zum Antrieb des Containers (3); und eine Energiemanagement-Steuerung (5), welche dazu ausgebildet ist, die gesamten Energieressourcen zu bestimmen, welche auf dem Kraftfahrzeug (100) für den Antrieb des Kraftfahrzeugs (100) und für den Antrieb des Containers (3) verfügbar sind, einen ersten Energieanteil der gesamten Energieressourcen zu bestimmen, welcher erforderlich ist, um den Container (3) mit dem Hilfsaggregat (2) entlang einer Route des Kraftfahrzeugs (100) anzutreiben, eine zweiten Energieanteil der gesamten Energieressourcen zu bestimmen, welcher erforderlich ist, um den mindestens einen Hauptmotor (1) des Kraftfahrzeugs (100) anzutreiben, um mit dem Kraftfahrzeug (100) entlang der Route des Kraftfahrzeugs (100) ein Ziel zu erreichen, und mindestens einen Teil der gesamten Energieressourcen von dem Hilfsaggregat (2) an den mindestens einen Hauptmotor (1) des Kraftfahrzeugs (100) oder umgekehrt in Abhängigkeit von dem ersten Energieanteil und dem zweiten Energieanteil umzuverteilen.
System (10) nach Anspruch 8, wobei die Energiemanagement-Steuerung (5) dazu ausgebildet ist, die Energieressourcen von dem Hilfsaggregat (2) auf den mindestens einen Hauptmotor (1) umzuverteilen, falls das Kraftfahrzeug (100) ansonsten nicht in der Lage wäre, das Ziel zu erreichen.
System (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Energiemanagement-Steuerung (5) dazu ausgebildet ist, das Ziel auf ein alternatives Ziel und/oder eine erreichbare Tankstelle zu ändern, falls das Ziel auch durch Umverteilung der Energieressourcen aus dem Hilfsaggregat (2) nicht erreicht werden kann.
System (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Energiemanagement-Steuerung (5) dazu ausgebildet ist, eine Aufforderung oder einen Steuerbefehl zum Anhalten des Kraftfahrzeugs (100) auszugeben, wenn die gesamten Energieressourcen zum Antreiben des Containers (3) mit dem Hilfsaggregat (2) benötigt werden sind.
System (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Energiemanagement-Steuerung (5) dazu ausgebildet ist, zumindest einen Teil der gesamten Energieressourcen umzuverteilen, indem es Kraftstoff und/oder elektrische Energie zwischen dem Hilfsaggregat (2) und dem mindestens einen Hauptmotor (1) des Kraftfahrzeugs (100) umleitet.
System (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der umgeleitete Kraftstoff Wasserstoff umfasst.
System (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das Hilfsaggregat (2) dazu ausgebildet ist, seine Leistung zum Heizen oder Kühlen des Containers (3) zur bereitzustellen.
Kraftfahrzeug (100) mit einem System (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 14.