EP1929607A2 - Energiemanagementsystem für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Energiemanagementsystem für ein kraftfahrzeug

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Publication number
EP1929607A2
EP1929607A2 EP06793406A EP06793406A EP1929607A2 EP 1929607 A2 EP1929607 A2 EP 1929607A2 EP 06793406 A EP06793406 A EP 06793406A EP 06793406 A EP06793406 A EP 06793406A EP 1929607 A2 EP1929607 A2 EP 1929607A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy
management system
consumer
class
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06793406A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Schmidt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1929607A2 publication Critical patent/EP1929607A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
    • H02J7/1438—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle in combination with power supplies for loads other than batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/14—Balancing load and power generation in DC networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2105/00—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load
    • H02J2105/30—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles
    • H02J2105/33—Networks for supplying or distributing electric power characterised by their spatial reach or by the load the load networks being external to vehicles, i.e. exchanging power with vehicles exchanging power with road vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/92—Energy efficient charging or discharging systems for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors specially adapted for vehicles

Definitions

  • the invention relates to an energy management system for a motor vehicle.
  • a device for energy distribution in a motor vehicle which has a driven by an internal combustion engine generator which supplies an electrical system with an electrical system.
  • the energy distribution is realized with the aid of a control device which works as an on-board network manager.
  • the control unit is supplied with required information, from which it carries out a control strategy for the regulation of the components of the electrical system and of the internal combustion engine.
  • the energy distribution between the on-board network and the internal combustion engine takes place in accordance with specifiable requirements taking into account the condition that the vehicle electrical system setpoint voltage is within predefinable limits.
  • a method and a device for energy distribution in a motor vehicle which has at least one battery and at least one generator.
  • a hierarchical tax structure is used. This consists of an over- ordered component and these subordinate components for controlling the at least one generator and the at least one battery.
  • interfaces with predetermined communication relationships are provided between the superordinate component and the subordinate components.
  • the communications relationships are jobs that must be fulfilled by the instructed component, requirements that should be met by the requested component, and queries that must be answered by the queried component.
  • the power or voltage to be set is transmitted as an order, and the potential for generating the power of the generator is transmitted as a query.
  • the electrical performance potential of the battery is transmitted between the subordinate component of at least one battery and the superordinate component as a query.
  • This vehicle electrical system has several electrical consumers that are supplied with electrical energy by a generator and a battery. Consumers demand peak power in a first phase after power up and nominal power in a second phase after power up. Furthermore, a control device for carrying out an energy and consumer management is provided. To avoid voltage drops when connecting consumers and to improve vehicle safety, it is proposed to determine the peak and nominal power available in the electrical system after a switch-on request and to delay the switch-on time for the consumer and to initiate supply-increasing measures and / or consumption-reducing measures if not enough top or nominal available. The new consumer will only be switched on if sufficient peak and nominal power can be made available.
  • An energy management system with the features specified in claim 1 has the advantage that a very accurate and differentiated load flow control can be performed. In contrast to known energy management systems, in which a separation of energy producers, energy storage and energy consumers is made, this separation is no longer present in the new energy management system. This makes it possible, for example, to determine exactly for which classes of energy consumers how much energy may be taken, for example, from a battery and for which not.
  • the claimed energy management system is expandable and cross-series can be used.
  • a new on-board network component needs only one priority code and one or more classes are assigned, each consumer at a time can belong to only one class. If the respective associated data are then still stored in the memory, then this data can be used in addition to the previously available data for energy management.
  • This energy management can be performed by the energy manager directly using the stored data processed by the arithmetic unit.
  • the energy manager recognizes, based on the evaluation of the stored data carried out by the arithmetic unit, that the available energy is sufficient only for the existing safety-relevant consumers. consequently he performs a control in the sense that the safety-relevant consumers can remove power from the battery, comfort consumers, however, not.
  • the energy management can also transmit information about the existing energy to the on-board network components associated control units, which in turn then control the respective associated electrical system component.
  • the control intelligence is arranged decentrally with the respective vehicle electrical system component.
  • the class assignment of a vehicle electrical system component is changeable in operation.
  • a class 5 heater that has been shut down by the power manager may after some time go into class 4 to signal that heater shutdown is now noticeable and immediate reconnection of the heater is necessary.
  • a power generator may belong to different classes. In class 0 he gives his maximum possible performance. However, as a virtual consumer, it can also be assigned to a higher class, draw power and thus reduce its power output.
  • a memory may belong to different classes. In class 0 it outputs the maximum possible power output. In a higher class, it can absorb power as a virtual consumer and thus lower its power output or even record overall performance.
  • each power level is considered to be an independent consumer to which a self-determined priority count and one or more classes are assigned.
  • the power of the consumer corresponds to the power required in addition to the previous stage. This improves the integrability of any other consumers into the energy management system without changing its core.
  • Stepless consumers are preferably subdivided into the smallest, meaningfully controllable stages, each stage having its own priority code and one or more classes. This improves the integra- bility of other stepless loads into the energy management system without changing its core.
  • vehicle electrical system components can be assigned different classes, i. H. they can change from one class to another, but at any given time an on-board network component is assigned to only one class.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a first embodiment of an energy management system according to the invention.
  • FIG. 2 shows a sketch for explaining the structure of the memory 3 of FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a sketch for illustrating the assignment of on-board network components to the classes and priority codes.
  • FIG. 4 shows a block diagram of a second embodiment of an energy management system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a first embodiment of an energy management system according to the invention.
  • the energy management system has a power manager 1 having a Computing unit 2 contains.
  • the energy manager 1 communicates with a memory 3 in which data are written and from which data is read out.
  • the energy manager 1 is connected to a power generator 4, an energy store 5 and energy consumers 6, 7 and 8 in connection.
  • the energy generator 4 may be a generator, in the energy storage 5 is a battery.
  • the energy consumers 6, 7, 8 are real energy consumers.
  • the energy consumer 6 is a heating device of the vehicle
  • the energy consumer 7 is a brake control system (ABS) of the vehicle
  • the energy consumer 8 is the car radio of the vehicle. All of the aforementioned energy producers, energy storage and energy consumers are referred to as on-board network components.
  • Class 1 base load (all consumers without information technology signal connection)
  • Class 7 P MAX (Boost, but without subsequent savings potential)
  • the class 0 are therefore associated with all energy generators and energy storage with their maximum possible power output, such as the generator 4 and the battery 5.
  • Class 1 includes all energy consumers that have no information technology signal connection. These include, for example, headlights that are not controlled via a data bus.
  • Class 2 is assigned to all non-influenceable consumers. This means safety-relevant and legally relevant consumers, for example a brake control system, headlights, secondary air pump or electric catalyst heating.
  • Class 3 includes all non-safety-relevant consumers whose disconnection is clearly perceptible in the case of de- gradation. These include, for example, the car radio and the windows.
  • Class 4 is assigned to all non-safety-relevant consumers whose shutdown in the case of degradation is only noticeable to a limited extent. This includes, for example, the seat heating.
  • Class 5 includes all non-safety-relevant consumers whose disconnection is not perceptible in the event of degradation. This includes, for example, the heated rear window.
  • Class 6 is assigned to all non-safety related consumers with always maximum consumption. This includes, for example, the interior heating. Consumers in grades 2-7 can change classes during operation. Class 7 includes all non-safety-relevant consumers with always maximum power consumption, but their activation is not associated with a subsequent savings potential. This includes, for example, at high outside temperatures, the rear window heating.
  • priority codes are defined which provide information about the importance of an on-board network component for energy distribution.
  • FIG. 2 shows a sketch for explaining the structure of the memory 3 of FIG. 1.
  • the memory locations of the memory 3 are organized in matrix form.
  • the total of eight different classes are specified on one axis and, for example, a total of 17 priority codes on the other axis.
  • FIG. 3 shows a sketch for illustrating the assignment of vehicle electrical system components to the classes and priority codes.
  • Each power generator has different operating states. In one of these operating states, it outputs its maximum possible power, which in the case of generator 4 amounts to 2000 W, for example. This operating state is assigned to class 0. The output from the generator in this mode power is negatively balanced in the figure 4, d. H. provided with a minus sign.
  • Each power producer can reduce its power output by purchasing power from one or more so-called virtual consumers in higher classes. This reduction of the output power is in the case of the generator 4, for example at an idle speed reduction (LLD reduction) and a torque reduction.
  • VLD reduction idle speed reduction
  • These virtual consumers are other classes Classes 4 and 5 are assigned, for example, the class 4 generator consumes 600 watts of power and class 5 powers 300 watts. This is illustrated in the following table, in which the last column gives the effective output power of the generator.
  • the generator is an interface to a higher-level control.
  • the generator is given an instruction for the above-mentioned torque reduction of this higher-level control.
  • various possible operating states or types are associated with a power generator, these operating states being represented by a summation of a real power generator and none, one or more virtual power consumers.
  • the virtual energy consumers are enabled or disabled by the energy manager depending on the amount of energy available and the energy demand. From these releases, the operating state to be selected by the generator can be derived directly.
  • Each energy storage device can lower its power output or draw power by obtaining power by means of one or more so-called virtual consumers in higher classes. These virtual consumers are assigned other classes, such as classes 3, 4 and 5.
  • the energy storage takes - as shown in Figure 3 can be seen - in class 3, a power of 600 W, in class 4, a power of 300 W and in class 5, an output of 100W. This is illustrated in the following table, in which the last column gives the effective power of the energy storage.
  • an energy storage device is associated with various possible operating states or types, wherein these operating states are represented by a summation of a real energy producer and none, one or more virtual energy consumers.
  • the virtual consumers are enabled or disabled by the energy manager depending on the amount of energy available and the energy demand.
  • the priority codes 3 and 4 are reserved for further energy stores not provided in the present exemplary embodiment.
  • a secondary air pump of the vehicle This is classified in class 2 and has a power consumption of 250 W.
  • This additional consumer has only one operating state to which class 2 is assigned.
  • This additional consumer has a power consumption of 300 W.
  • This further consumer is, for example, a brake control system.
  • This still further consumer also has only one operating state to which class 2 is assigned. This even more consumer has one Power consumption of 100 W. It can be a headlight.
  • a consumer which can be operated in three power stages.
  • this consumer is a heating element of the vehicle.
  • Each of the consumer's performance levels is considered as a separate, independent consumer.
  • power levels 1 and 2 are classified in class 4 and power level 3 in class 5 respectively.
  • Each of the aforementioned consumers can dynamically change class during operation. For example, if a heating consumer classified in class 5 is shut down by the power management, it may switch to class 4 after a certain amount of time. By This change is indicated that the cut-off of the Schunders is now perceptible.
  • each consumer is uniquely associated with a priority score that does not change.
  • a plurality of consumers can be assigned to a priority code.
  • Each consumer can only belong to one class at a time. Consumers within the meaning of the invention are the consumers themselves in the case of single-level consumers, and always only one switching stage of the consumer in the case of multistage consumers. If consumers with matching priority numbers exist in different classes, then they can always be controlled independently of each other. If, on the other hand, two consumers have the same priority code and the same class, then they can only be switched on and off together.
  • the energy manager 1 performs the energy management using the data stored in the memory 3, which are illustrated in FIG.
  • This stored data which indicate the power consumption or power output of the on-board network components, are read out of the memory 3 by the arithmetic unit 2 of the energy manager 1 and subjected to a computation process.
  • a threshold which is, for example, zero. If one subtracts then the last summand again, then one obtains the largest still possible value, which is smaller than 0. From this it is now possible to derive information about a resulting class and a resulting priority measure, which provide information about which consumers may and may not consume how much energy.
  • this information is used by the energy manager 1 to directly control the individual consumers, for example to switch them off, in order to ensure that the total energy consumed by all consumers remains smaller than that available standing energy.
  • the information mentioned is only transmitted by the energy manager to all on-board network components.
  • a separate control unit is provided in each case, which uses the transmitted information to set the energy absorbed by the on-board network component in the sense of the transmitted information.
  • FIG. 4 shows a block diagram of this second embodiment of an energy management system according to the invention.
  • This embodiment like the embodiment shown in FIG. 1, has an energy manager 1 which comprises a computing unit 2.
  • the energy manager 1 is in communication with the memory 3 in order to read out data therefrom and to write data into it.
  • the information output by the energy manager 1 about the resulting class and the resulting priority code are transmitted to all on-board network components.
  • the onboard power supply component 14 is a generator unit which has a generator control unit 9 and a generator 4.
  • the generator control unit 9 uses the output from the energy manager 1
  • the generator control unit 9 for Ensure that the power output is lowered. This can be achieved that the torque of the generator is lowered and thereby more torque from the engine for the acceleration of the vehicle is available.
  • the vehicle electrical system component 15 is an energy storage unit which has a storage control unit 10 and an energy store 5.
  • the storage control unit 10 uses the information output by the energy manager 1 in order to set the energy consumed by the energy store 5 in the sense of the transmitted information.
  • the memory controller 10 may ensure that any charging of the energy storage device is omitted to ensure that the total energy consumed by all consumers remains smaller than the available energy.
  • the on-board network component 15 may also be a battery unit which has a battery state detection 10 and a battery 5.
  • the battery condition detection notifies the energy manager 1 of the state of the battery.
  • the energy manager 1 controls the battery power indirectly via the vehicle electrical system voltage. This can be done by specifying a target voltage to the generator by a suitable model.
  • the on-board network component 16 is a consumer unit that has a consumer control unit 11 and a consumer 6.
  • the consumer control unit 12 uses the information output by the energy manager 1 to adjust the energy consumed by the consumer 6 in the sense of the transmitted information.
  • the consumer control unit 11 can ensure that the consumer 6 is switched off to ensure that the total energy consumed by all consumers remains smaller than the available energy.
  • the on-board network component 17 is a consumer unit which has a consumer control unit 12 and a consumer 7.
  • the consumer control unit uses the information output by the energy manager 1 to adjust the energy consumed by the consumer 7 in the sense of the information transmitted.
  • the on-board network component 18 is a consumer unit which has a consumer control unit 13 and a consumer 8.
  • the consumer control unit 13 uses the information output by the energy manager 1 in order to set the energy consumed by the consumer 8 in the sense of the transmitted information.
  • the consumer control unit 13 uses the information output by the energy manager 1 in order to set the energy consumed by the consumer 8 in the sense of the transmitted information.
  • each consumer who has a significant switch-on behavior transmits a parameter set (H x , t 1, H 2 , t 2 , "(7) For describing its time behavior to the energy manager 1.
  • Priority code is transmitted. Consumers only send a message to the energy manager in the event of a status change or class change. Further advantages of the invention are high accuracy of the consumer peak load reduction, the scalability and the easy adaptability to customer requirements. Furthermore, the operation of an energy management system according to the invention is easy to understand and apply. New consumers can be more easily integrated into the concept because a standardized interface exists. New components can be automatically detected and integrated into an existing system in the sense of plug & play functionality. In the present invention, a dynamic see prioritization of the electrical system component performance, which allows a scheme with only minimal visibility of the control intervention by the customer. According to the second embodiment described above, which is a decentralized If the consumer model is based on a consumer model, the consumer status is not mapped in the energy manager, since the intelligence with regard to the consumer status is arranged in the consumer himself or at least outside the energy manager.
  • An energy management system can serve as the basis for model-spanning energy management and also for manufacturer-independent, standardized energy management, since each on-board network component is described by a standardized parameter set and has a standard interface. This allows adaptation to different vehicles and equipment levels. In contrast, in known energy management systems it was necessary to consider consumer interfaces for multilevel consumers in a complex manner in the energy manager. By taking each stage as a separate consumer, any consumer can be integrated without having to change the core of the energy management system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energiemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug. Das System weist einen Energiemanager auf, der eine Recheneinheit enthält. Mit dem Energiemanager sind ein Speicher und eine Vielzahl von Bordnetzkomponenten verbunden, bei denen es sich um Energieerzeuger, Energiespeicher und Energieverbraucher handelt. Den Energieerzeugern und den Energiespeichern sind jeweils verschiedene mögliche Betriebszustände zugeordnet, welche als Summation eines Energieerzeugers und keines, eines oder mehrerer sogenannter virtueller Energieverbraucher repräsentiert werden.

Description

Energiemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Energiemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Bisher bekannte Energiemanagementsysteme sind auf ein bestimmtes Fahrzeug und seine spezifischen Verbraucher abgestimmt. Sie lassen sich nicht ohne weiteres auf andere Fahrzeuge übertragen. Somit können Kostenvorteile, die im Falle einer Ubertragbarkeit auf andere Fahrzeuge präsent waren, nicht genutzt werden.
Aus der DE 197 45 849 Al ist eine Einrichtung zur Ener- gieverteilung in einem Kraftfahrzeug bekannt, welches einen von einer Brennkraftmaschine angetriebenen Generator aufweist, der ein Bordnetz mit elektrischer Leistung versorgt. Die Energieverteilung wird dabei mit Hilfe einer Steuereinrichtung, die als Bordnetzmanager arbeitet, rea- lisiert. Der Steuereinheit werden erforderliche Informationen zugeführt, aus denen sie eine Regelstrategie für die Regelung der Komponenten des Bordnetzes und der Brennkraftmaschine durchfuhrt. Die Energieverteilung zwischen Bordnetz und Brennkraftmaschine erfolgt gemäß vor- gebbarer Anforderungen unter Berücksichtigung der Bedingung, dass die Bordnetz-Sollspannung innerhalb vorgebbarer Grenzen liegt.
Aus der DE-198 29 150 Al sind ein Verfahren und eine Vor- richtung zur Energieverteilung in einem Kraftfahrzeug bekannt, welches wenigstens eine Batterie und wenigstens einen Generator aufweist. Dabei wird eine hierarchische Steuerstruktur eingesetzt. Diese besteht aus einer über- geordneten Komponente und dieser untergeordneten Komponenten zur Steuerung des wenigstens einen Generators und der wenigstens einen Batterie. Dabei sind zwischen der übergeordneten Komponente und den untergeordneten Kompo- nenten Schnittstellen mit vorgegebenen Kommunikationsbeziehungen vorgesehen. Bei den Kommunikationsbeziehungen handelt es sich um Aufträge, die von der beauftragten Komponente erfüllt werden müssen, um Anforderungen, die von der angeforderten Komponente erfüllt werden sollten, und um Abfragen, die von der abgefragten Komponente beantwortet werden müssen. Zwischen der untergeordneten Komponente des wenigstens einen Generators und der übergeordneten Komponente wird als Auftrag die einzustellende Leistung bzw. Spannung und als Abfrage das Potential zur Leistungserzeugung des Generators übermittelt. Weiterhin wird zwischen der untergeordneten Komponente der wenigsten einen Batterie und der übergeordneten Komponente als Abfrage das elektrische Leistungspotential der Batterie übermittelt .
Aus der DE 102 32 539 Al sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verwaltung elektrischer Energie in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz bekannt. Dieses Bordnetz weist mehrere elektrische Verbraucher auf, die von einem Gene- rator und einer Batterie mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Verbraucher fordern in einer ersten Phase nach dem Einschalten eine Spitzenleistung und in einer zweiten Phase nach dem Einschalten eine Nennleistung. Weiterhin ist eine Steuereinrichtung zur Durchfüh- rung eines Energie- und Verbrauchermanagements vorgesehen. Zur Vermeidung von Spannungseinbrüchen beim Zuschalten von Verbrauchern und zur Verbesserung der Fahrzeugsicherheit wird vorgeschlagen, nach einer Einschaltanforderung die im Bordnetz verfügbare Spitzen- und Nennleistung zu ermitteln und den Einschaltzeitpunkt für den Verbraucher zeitlich zu verzögern sowie Versorgungsleistung erhöhende Maßnahmen und/oder verbrauchsmindernde Maßnahmen einzuleiten, falls nicht genügend Spitzen- oder Nennleis- tung verfügbar ist. Der neue Verbraucher wird erst dann zugeschaltet, wenn ausreichend Spitzen- und Nennleistung zur Verfügung gestellt werden kann.
Vorteile der Erfindung
Ein Energiemanagementsystem mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine sehr genaue und differenzierte Lastflusssteuerung durchgeführt werden kann. Im Unterschied zu bekannten Energiemanagementsystemen, bei denen eine Trennung von Energieerzeugern, Energiespeichern und Energieverbrauchern vorgenommen wird, ist beim neuen Energiemanagementsystem diese Trennung nicht mehr vorhanden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, genau zu bestimmen, für welche Klassen von Energieverbrauchern wie viel Energie beispielsweise aus einer Batterie entnommen werden darf und für welche nicht.
Mittels der im Anspruch 2 angegebenen Merkmale wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass das beanspruchte Energiemanagementsystem erweiterungsfähig und baureihenübergreifend einsetzbar ist. Einer neuen Bordnetzkomponente braucht lediglich eine Prioritätskennzahl und eine oder mehrere Klassen zugeordnet werden, wobei jeder Verbraucher zu einem Zeitpunkt nur einer Klasse angehören kann. Sind dann weiterhin im Speicher die jeweils zugehörigen Daten abgespeichert, dann können diese Daten zusätzlich zu den bisher vorhandenen Daten zum Energiemanagement verwendet werden.
Dieses Energiemanagement kann vom Energiemanager direkt unter Verwendung der von der Recheneinheit verarbeiteten abgespeicherten Daten durchgeführt werden. Beispielsweise erkennt der Energiemanager anhand der von der Recheneinheit vorgenommenen Auswertung der abgespeicherten Daten, dass die vorhandene Energie lediglich für die vorhandenen sicherheitsrelevanten Verbraucher ausreicht. Folglich führt er eine Steuerung in dem Sinne aus, dass die sicherheitsrelevanten Verbraucher Strom aus der Batterie entnehmen können, Komfortverbraucher hingegen nicht.
Alternativ dazu kann das Energiemanagement auch Informationen über die vorhandene Energie an den Bordnetzkomponenten zugeordnete Steuereinheiten übermitteln, die dann ihrerseits die jeweils zugehörige Bordnetzkomponente steuern. Bei dieser Ausführungsform ist die Steuerintel- ligenz dezentral bei der jeweiligen Bordnetzkomponente angeordnet .
Vorzugsweise ist die Klassenzuordnung einer Bordnetzkomponente im Betrieb veränderbar. Beispielsweise kann eine Heizvorrichtung, die der Klasse 5 zugeordnet und durch den Energiemanager abgeschaltet wurde, nach einiger Zeit in die Klasse 4 wechseln, um zu signalisieren, dass die Abschaltung der Heizvorrichtung nunmehr wahrnehmbar ist und die umgehende Wiedereinschaltung der Heizvorrichtung notwendig ist. Weiterhin kann auch ein Energieerzeuger unterschiedlichen Klassen angehören. In der Klasse 0 gibt er seine maximal mögliche Leistung ab. Er kann aber auch als virtueller Verbraucher einer höheren Klasse zugeordnet sein, Leistung beziehen und somit seine Abgabeleis- tung senken. Ferner kann auch ein Speicher unterschiedlichen Klassen angehören. In der Klasse 0 gibt er die maximal mögliche Abgabeleistung ab. In einer höheren Klasse kann er als virtueller Verbraucher Leistung aufnehmen und somit seine Abgabeleistung senken bzw. insgesamt sogar Leistung aufnehmen.
Vorzugsweise wird beim Vorliegen eines mehrere Leistungsstufen aufweisenden Verbrauchers jede Leistungsstufe als ein unabhängiger Verbraucher betrachtet, welchem eine ei- gene Prioritätskennzahl und ein oder mehrere Klassen zugeordnet sind. Die Leistung des Verbrauchers entspricht dabei der zusätzlich zur vorhergehenden Stufe benötigten Leistung. Dies verbessert die Integrierbarkeit beliebiger weiterer Verbraucher in das Energiemanagementsystem, ohne dessen Kern zu verändern.
Stufenlose Verbraucher werden vorzugsweise in kleinste, sinnvoll regelbare Stufen untergliedert, wobei jeder Stufe eine eigene Prioritätskennzahl und ein oder mehrere Klassen zugeordnet sind. Dies verbessert die Integrier- barkeit weiterer stufenloser Verbraucher in das Energiemanagementsystem, ohne dessen Kern zu verändern.
Allen vorstehend genannten Bordnetzkomponenten können zwar verschiedene Klassen zugeteilt werden, d. h. sie können von einer in eine andere Klasse wechseln, doch ist zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Bordnetzkomponente nur einer Klasse zugeordnet.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Zeichnung.
Zeichnung
Die Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines Energiemanagementsystems gemäß der Er- findung. Die Figur 2 zeigt eine Skizze zur Erläuterung der Struktur des Speichers 3 von Figur 1. Die Figur 3 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung der Zuordnung von Bordnetzkomponenten zu den Klassen und Prioritätskennzahlen. Die Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform eines Energiemanagementsystems gemäß der Erfindung.
Beschreibung
Die Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines Energiemanagementsystems gemäß der Erfindung. Gemäß dieser Ausführungsform weist das Energiemanagementsystem einen Energiemanager 1 auf, der eine Recheneinheit 2 enthält. Der Energiemanager 1 steht mit einem Speicher 3 in Verbindung, in welchen Daten eingeschrieben und aus welchem Daten ausgelesen werden. Weiterhin steht der Energiemanager 1 mit einem Energieerzeuger 4, einem Energiespeicher 5 und Energieverbrauchern 6, 7 und 8 in Verbindung. Bei dem Energieerzeuger 4 kann es sich um einen Generator handeln, bei dem Energiespeicher 5 um eine Batterie. Die Energieverbraucher 6, 7, 8 sind reale Energieverbraucher. Beispielsweise handelt es sich beim Energieverbraucher 6 um eine Heizvorrichtung des Fahrzeugs, beim Energieverbraucher 7 um ein Bremsregelsystem (ABS) des Fahrzeugs und beim Energieverbraucher 8 um das Autoradio des Fahrzeugs. Alle vorgenannten Energieerzeuger, Energiespeicher und Energieverbraucher werden als Bordnetzkomponenten bezeichnet.
Diese Bordnetzkomponenten werden in Klassen eingeteilt. Ein Beispiel für eine derartige Klasseneinteilung ist in der nachfolgenden Tabelle gezeigt:
Tabelle 1
Klasse 0 Erzeuger und Speicher (alle mit maximaler Abgabeleistung)
Klasse 1 Grundlast (alle Verbraucher ohne informationstechnische Signalanbindung)
Klasse 2 Nicht beeinflussbare Verbraucher (sicherheitsrelevante und gesetzlich relevante Verbraucher)
Klasse 3 Nicht sicherheitsrelevante, aber im Degradationsfall deutlich wahrnehmbare Verbraucher
Klasse 4 Wie Klasse 3, aber kaum wahrnehmbare Degradation
Klasse 5 Wie Klasse 3, aber nicht wahrnehmbare Degradation
Klasse 6 -MAX (Boost;
Klasse 7 PMAX (Boost, aber ohne anschließendes Einsparpotential) Der Klasse 0 sind folglich alle Energieerzeuger und Energiespeicher mit ihrer maximal möglichen Abgabeleistung zugeordnet, beispielsweise der Generator 4 und die Batterie 5. Der Klasse 1 gehören alle Energieverbraucher an, die keine informationstechnische Signalanbindung aufweisen. Dazu gehören beispielsweise Scheinwerfer, die nicht über einen Datenbus angesteuert werden. Der Klasse 2 sind alle nicht beeinflussbaren Verbraucher zugeordnet. Damit sind sicherheitsrelevante und gesetzlich relevante Verbraucher gemeint, beispielsweise ein Bremsregelsystem, Scheinwerfer, Sekundärluftpumpe oder elektrische Katalysatorheizung. Der Klasse 3 gehören alle nicht sicherheitsrelevanten Verbraucher an, deren Abschaltung im De- gradationsfall deutlich wahrnehmbar ist. Dazu gehören beispielsweise das Autoradio und die Fensterheber. Der Klasse 4 sind alle nicht sicherheitsrelevanten Verbraucher zugeordnet, deren Abschaltung im Degradationsfall nur in geringem Umfang wahrnehmbar ist. Dazu gehört bei- spielsweise die Sitzheizung. Der Klasse 5 gehören alle nicht sicherheitsrelevanten Verbraucher an, deren Abschaltung im Degradationsfall nicht wahrnehmbar sind. Dazu gehört beispielsweise die Heckscheibenheizung. Der Klasse 6 sind alle nicht sicherheitsrelevanten Verbrau- eher mit stets maximalem Verbrauch zugeordnet. Dazu gehört beispielsweise die Innenraumheizung. Die Verbraucher der Klassen 2-7 können im Betrieb ihre Klassen wechseln. Der Klasse 7 gehören alle nicht sicherheitsrelevanten Verbraucher mit stets maximalem Leistungsverbrauch an, deren Aktivierung aber nicht mit einem nachfolgenden Einsparungspotential verbunden ist. Dazu gehört beispielsweise bei hohen Außentemperaturen die Heckscheibenheizung .
Weiterhin werden Prioritätskennzahlen definiert, die Auskunft über die Wichtigkeit einer Bordnetzkomponente für die Energieverteilung geben. Beispielsweise ist der Prioritätskennzahl PK = 1 der Generator 4, der Prioritäts- kennzahl PK = 2 die Batterie 5, der Prioritätskennzahl PK = 5 die Grundlast und die Sekundärluftpumpe, der Prioritätskennzahl PK = 6 das Bremsregelsystem, der Prioritätskennzahl PK = 7 die Scheinwerfer und den Prioritäts- kennzahlen 14, 15 und 16 drei verschiedene Leistungsstufen eines Verbrauchers zugeordnet, beispielsweise einer HeizVorrichtung .
Die Figur 2 zeigt eine Skizze zur Erläuterung der Struk- tur des Speichers 3 von Figur 1. Wie aus der Figur 3 hervorgeht, sind die Speicherplätze des Speichers 3 matrix- förmig organisiert. Dabei sind auf einer Achse die insgesamt acht verschiedenen Klassen und auf der anderen Achse beispielsweise insgesamt 17 Prioritätskennzahlen angege- ben.
Die Figur 3 zeigt eine Skizze zur Veranschaulichung der Zuordnung von Bordnetzkomponenten zu den Klassen und Prioritätskennzahlen.
Gemäß der Figur 3 ist dem Generator 4, bei dem es sich um einen Leistungserzeuger handelt, die Prioritätskennzahl PK = 1 fest zugeordnet. Jeder Energieerzeuger weist verschiedene Betriebszustände auf. In einem dieser Betriebs- zustände gibt er seine maximal mögliche Leistung ab, die im Falle des Generators 4 beispielsweise 2000 W beträgt. Dieser Betriebszustand ist der Klasse 0 zugeordnet. Die vom Generator in dieser Betriebsart abgegebene Leistung ist in der Figur 4 negativ bilanziert, d. h. mit einem Minuszeichen versehen.
Jeder Leistungserzeuger kann seine Abgabeleistung senken, indem er mittels einem oder mehreren sogenannten virtuellen Verbrauchern in höheren Klassen Leistung bezieht. Diese Reduzierung der Abgabeleistung liegt im Falle des Generators 4 beispielsweise bei einer Leerlaufdrehzahl- Absenkung (LLD-Absenkung) und einer Momentenreduktion vor. Diesen virtuellen Verbrauchern sind andere Klassen zugeordnet, beispielsweise die Klassen 4 und 5, wobei der Generator gemäß der Klasse 4 eine Leistung von 600 W und gemäß der Klasse 5 eine Leistung von 300 W aufnimmt. Dies ist in der folgenden Tabelle veranschaulicht, in welcher in der letzten Spalte die effektive Abgabeleistung des Generators angegeben ist.
Tabelle 2
Erzeuger :
Der Generator stellt eine Schnittstelle zu einer übergeordneten Regelung dar. Beispielsweise wird dem Generator ein Befehl zu der oben angegebenen Momentenreduktion von dieser übergeordneten Regelung vorgegeben.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, sind einem Energieerzeuger verschiedene mögliche Betriebszustände bzw. -arten zugeordnet, wobei diese Betriebszustände durch eine Summation eines realen Energieerzeugers und keines, eines oder mehrerer virtueller Energieverbraucher repräsentiert werden. Die virtuellen Energieverbraucher werden vom Energiemanager in Abhängigkeit von der vorliegenden Energiemenge und dem vorliegenden Energiebedarf freigegeben oder gesperrt. Aus diesen Freigaben kann der vom Generator zu wählende Betriebszustand direkt abgeleitet werden.
Weiterhin ist gemäß der Figur 3 der Batterie 5, bei der es sich um einen Energiespeicher handelt, die Prioritäts- kennzahl PK = 2 zugeordnet. Auch jeder Energiespeicher weist verschiedene Betriebszustände auf. In einem dieser Betriebszustände gibt er seine maximal mögliche Leistung ab, die im Falle der Batterie 5 800 W beträgt. Dieser Betriebszustand ist der Klasse 0 zugeordnet. Die von der Batterie in dieser Betriebsart abgegebene Energie ist in der Figur 4 negativ bilanziert, d. h. mit einem Minuszeichen versehen.
Jeder Energiespeicher kann seine Abgabeleistung senken bzw. Leistung aufnehmen, indem er mittels einem oder mehreren sogenannten virtuellen Verbrauchern in höheren Klassen Leistung bezieht. Diesen virtuellen Verbrauchern sind andere Klassen zugeordnet, beispielsweise die Klassen 3, 4 und 5. Dabei nimmt der Energiespeicher - wie aus der Figur 3 ersichtlich ist - in der Klasse 3 eine Leistung von 600 W, in der Klasse 4 eine Leistung von 300 W und in der Klasse 5 eine Leistung von 100 W auf. Dies ist in der folgenden Tabelle veranschaulicht, in welcher in der letzten Spalte die effektive Leistung des Energie- Speichers angegeben ist.
Tabelle 3
Speicher :
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, sind einem Energiespeicher verschiedene mögliche Betriebszustände bzw. -arten zugeordnet, wobei diese Betriebszustände durch eine Summation eines realen Energieerzeugers und keines, eines oder mehrerer virtueller Energieverbraucher repräsentiert werden. Die virtuellen Verbraucher werden vom Energiemanager in Abhängigkeit von der vorliegenden Energiemenge und dem vorliegenden Energiebedarf freigegeben oder gesperrt.
Die Prioritätskennzahlen 3 und 4 sind weiteren, im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht vorgesehenen Energie- speichern vorbehalten.
Ferner ist in der Figur 3 der Grundlast die Prioritätskennzahl PK = 5 und die Klasse 1 zugeordnet, in welcher eine Leistungsaufnahme von 500 W gegeben ist. Weiterhin ist derselben Prioritätskennzahl PK = 5 ein weiterer
Verbraucher zugeordnet, beispielsweise eine Sekundärluftpumpe des Fahrzeugs. Diese ist in die Klasse 2 eingeordnet und hat eine Leistungsaufnahme von 250 W.
Gemäß der Figur 3 ist einem weiteren Verbraucher die Prioritätskennzahl PK = 6 zugeordnet. Dieser weitere Verbraucher weist nur einen Betriebszustand auf, dem die Klasse 2 zugeordnet ist. Dieser weitere Verbraucher hat eine Leistungsaufnahme von 300 W. Bei diesem weiteren Verbraucher handelt es sich beispielsweise um ein Bremsregelsystem.
Ferner ist gemäß der Figur 3 ein noch weiterer Verbraucher vorgesehen, dem die Prioritätskennzahl PK = 7 zuge- ordnet ist. Dieser noch weitere Verbraucher weist ebenfalls nur einen Betriebszustand auf, dem die Klasse 2 zugeordnet ist. Dieser noch weitere Verbraucher hat eine Leistungsaufnahme von 100 W. Es kann sich dabei um einen Scheinwerfer handeln.
Schließlich ist gemäß der Figur 3 ein Verbraucher vorge- sehen, der in drei Leistungsstufen betreibbar ist. Beispielsweise handelt es sich bei diesem Verbraucher um ein Heizelement des Fahrzeugs. Jede der Leistungsstufen dieses Verbrauchers wird als ein eigener, unabhängiger Verbraucher betrachtet. Der Leistungsstufe 1 ist die Priori- tätskennzahl PK = 14, der Leistungsstufe 2 die Prioritätskennzahl PK = 15 und der Leistungsstufe 3 die Prioritätskennzahl PK = 16 zugeordnet. Weiterhin sind die Leistungsstufen 1 und 2 jeweils in die Klasse 4 und die Leistungsstufe 3 in die Klasse 5 eingeordnet. In der Klasse 4 nimmt der Verbraucher mit der Prioritätskennzahl PK = 14 eine Leistung von 300 W auf. Der Verbraucher mit der Prioritätskennzahl PK = 15 hat in der Klasse 4 eine Leistungsaufnahme von 400 W. Der Verbraucher mit der Prioritätskennzahl PK = 16 hat in der Klasse 5 eine Leistungs- aufnähme von 300 W. Dies ist in der folgenden Tabelle veranschaulicht, in deren letzter Spalte die Gesamtleistung angegeben ist.
Tabelle 4 Verbraucher:
Jeder der vorgenannten Verbraucher kann im Betrieb dynamisch seine Klasse wechseln. Wenn beispielsweise ein Heizverbraucher, der in die Klasse 5 eingeordnet ist, durch das Energiemanagement abgeschaltet wird, kann er nach einer gewissen Zeit in die Klasse 4 wechseln. Durch diesen Wechsel wird angezeigt, dass die vorgenommene Abschaltung des Heizverbrauchers nunmehr wahrnehmbar ist.
Folglich ist bei der vorliegenden Erfindung jedem Verbraucher eindeutig eine Prioritätskennzahl zugeordnet, die sich nicht ändert. Umgekehrt können aber einer Prioritätskennzahl mehrere Verbraucher zugeordnet sein. Jeder Verbraucher kann zu einem Zeitpunkt nur einer Klasse angehören. Verbraucher im Sinne der Erfindung sind bei ein- stufigen Verbrauchern der Verbraucher selbst, bei mehrstufigen Verbrauchern stets nur eine Schaltstufe des Verbrauchers. Sind Verbraucher mit übereinstimmender Prioritätskennzahl in verschiedenen Klassen vorhanden, dann können sie stets unabhängig voneinander angesteuert wer- den. Haben hingegen zwei Verbraucher dieselbe Prioritätskennzahl und dieselbe Klasse, dann können sie nur gemeinsam zu- und abgeschaltet werden.
Der Energiemanager 1 führt das Energiemanagement unter Verwendung der im Speicher 3 abgespeicherten Daten durch, die in der Figur 3 veranschaulicht sind. Diese abgespeicherten Daten, die die Leistungsaufnahme bzw. Leistungsabgabe der Bordnetzkomponenten angeben, werden von der Recheneinheit 2 des Energiemanager 1 aus dem Speicher 3 ausgelesen und einem Rechenvorgang unterworfen. Im Rahmen dieses Rechenvorganges wird ein Gleichgewichtspunkt ermittelt, indem zeilenweise von links nach rechts die angegebenen Leistungswerte solange aufaddiert werden, bis die ermittelte Summe größer ist als ein Schwellenwert, der beispielsweise 0 ist. Zieht man dann den letzten Summanden wieder ab, dann erhält man den größten noch möglichen Wert, der kleiner als 0 ist. Daraus lassen sich nun Informationen über eine resultierende Klasse und eine resultierende Prioritätskennzahl ableiten, die Auskunft darüber enthalten, welche Verbraucher wie viel Energie aufnehmen dürfen und welche nicht. Diese Informationen werden gemäß der ersten Ausführungsform, die in der Figur 1 dargestellt ist, vom Energiemanager 1 dazu verwendet, die einzelnen Verbraucher direkt anzusteuern, beispielsweise auszuschalten, um sicherzu- stellen, dass die von allen Verbrauchern insgesamt aufgenommene Energie kleiner bleibt als die zur Verfügung stehende Energie.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform werden die genannten Informationen vom Energiemanager lediglich an alle Bordnetzkomponenten übertragen. Dort ist jeweils eine eigene Steuereinheit vorgesehen, die die übermittelte Information dazu verwendet, die von der Bordnetzkomponente aufgenommene Energie im Sinne der übermittelten Informationen einzustellen.
Weiterhin ist auch eine Kombination beider vorstehend beschriebener Ausführungsformen möglich.
Die Figur 4 zeigt ein Blockschaltbild dieser zweiten Ausführungsform eines Energiemanagementsystems gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsform weist ebenso wie die in der Figur 1 gezeigte Ausführungsform einen Energiemanager 1 auf, der eine Recheneinheit 2 umfasst. Der Energiemana- ger 1 steht in Verbindung mit dem Speicher 3, um Daten aus diesem auszulesen und um Daten in diesen einzuschreiben .
Die vom Energiemanager 1 ausgegebenen Informationen über die resultierende Klasse und die resultierende Prioritätskennzahl werden an alle Bordnetzkomponenten übertragen. Bei der Bordnetzkomponente 14 handelt es sich um eine Generatoreinheit, die eine Generatorsteuereinheit 9 und einen Generator 4 aufweist. Die Generatorsteuerein- heit 9 verwendet die vom Energiemanager 1 ausgegebenen
Informationen, um die vom Generator 4 abgegebene Energie im Sinne der übermittelten Informationen einzustellen. Beispielsweise kann die Generatorsteuereinheit 9 dafür Sorge tragen, dass die Abgabeleistung gesenkt wird. Dadurch kann erreicht werden, dass das Drehmoment des Generators abgesenkt wird und dadurch mehr Drehmoment vom Verbrennungsmotor für die Beschleunigung des Fahrzeugs zur Verfügung steht.
Bei der Bordnetzkomponente 15 handelt es sich um eine Energiespeichereinheit, die eine Speichersteuereinheit 10 und einen Energiespeicher 5 aufweist. Die Speichersteuer- einheit 10 verwendet die vom Energiemanager 1 ausgegebenen Informationen, um die vom Energiespeicher 5 aufgenommene Energie im Sinne der übermittelten Informationen einzustellen. Beispielsweise kann die Speichersteuereinheit 10 dafür Sorge tragen, dass jegliches Laden des Energiespeichers unterbleibt, um sicherzustellen, dass die von allen Verbrauchern insgesamt aufgenommene Energie kleiner bleibt als die zur Verfügung stehende Energie.
Alternativ dazu kann es sich bei der Bordnetzkomponente 15 auch um eine Batterieeinheit handeln, die eine Batte- riezustandserkennung 10 und eine Batterie 5 aufweist. Die Batteriezustandserkennung meldet dem Energiemanager 1 den Zustand der Batterie. Der Energiemanager 1 steuert die Batterieleistung indirekt über die Bordnetzspannung. Dies kann durch Vorgabe einer Sollspannung an den Generator durch ein geeignetes Modell geschehen.
Bei der Bordnetzkomponente 16 handelt es sich um eine Verbrauchereinheit, die eine Verbrauchersteuereinheit 11 und einen Verbraucher 6 aufweist. Die Verbrauchersteuereinheit 12 verwendet die vom Energiemanager 1 ausgegebenen Informationen, um die vom Verbraucher 6 aufgenommene Energie im Sinne der übermittelten Informationen einzustellen. Beispielsweise kann die Verbrauchersteuereinheit 11 dafür Sorge tragen, dass der Verbraucher 6 abgeschaltet wird, um sicherzustellen, dass die von allen Verbrauchern insgesamt aufgenommene Energie kleiner bleibt als die zur Verfügung stehende Energie. Bei der Bordnetzkomponente 17 handelt es sich um eine Verbrauchereinheit, die eine Verbrauchersteuereinheit 12 und einen Verbraucher 7 aufweist. Die Verbrauchersteuer- einheit verwendet die vom Energiemanager 1 ausgegebenen Informationen, um die vom Verbraucher 7 aufgenommene Energie im Sinne der übermittelten Informationen einzustellen. Beispielsweise kann die Verbrauchersteuereinheit
12 dafür Sorge tragen, dass der Verbraucher 7 abgeschal- tet wird, um sicherzustellen, dass die von allen Verbrauchern insgesamt aufgenommene Energie kleiner bleibt als die zur Verfügung stehende Energie.
Bei der Bordnetzkomponente 18 handelt es sich um eine Verbrauchereinheit, die eine Verbrauchersteuereinheit 13 und einen Verbraucher 8 aufweist. Die Verbrauchersteuereinheit 13 verwendet die vom Energiemanager 1 ausgegebenen Informationen, um die vom Verbraucher 8 aufgenommene Energie im Sinne der übermittelten Informationen einzu- stellen. Beispielsweise kann die Verbrauchersteuereinheit
13 dafür Sorge tragen, dass der Verbraucher 8 abgeschaltet wird, um sicherzustellen, dass die von allen Verbrauchern insgesamt aufgenommene Energie kleiner bleibt als die zur Verfügung stehende Energie.
Weiterhin ist eine Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Verbraucher mit sogenannten Hüllkurven vorgesehen. Zu diesem Zweck übergibt jeder Verbraucher, der ein signifikantes Einschaltverhalten aufweist, einen Pa- rametersatz (Hx, ti; H2, t2," ... ) zur Beschreibung seines Zeitverhaltens an den Energiemanager 1.
Die Leistung des Verbrauchers errechnet sich dann wie folgt:
P(t) = H(t) »PNenn- Mittels einer derartigen standardisierten Beschreibung können alle Verbraucher in guter Näherung abgedeckt werden. Mittels der Hüllkurven kann eine Look-Ahead- Funktionalität erreicht werden. Beispielsweise kann in einem Zeitabstand von 5 Sekunden die Energiebilanz berechnet werden und abhängig vom jeweiligen Berechnungsergebnis weitere Schaltbefehle ausgegeben oder unterdrückt werden. Weiterhin können die Einschaltzeitpunkte von Lasten mit hohem Einschaltimpuls zeitlich entzerrt werden.
Zusammenfassend kann ausgeführt werden, dass bei der vorliegenden Erfindung keine strikte Trennung zwischen Erzeugern, Speichern und Verbrauchern vorgenommen wird. Es kann exakt definiert werden, wofür eine vorhandene Batte- rie entladen werden darf. Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich ohne weiteres in eine übergeordnete Regelung einbinden. Durch das Managementsystem gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung wird der im Fahrzeug vorhandene Bus nur gering belastet, da nur eine Information über eine resultierende Klasse und eine resultierende
Prioritätskennzahl übertragen wird. Von den Verbrauchern wird nur im Falle einer Statusänderung oder eines Wechsels der Klasse eine Nachricht an den Energiemanager gesendet. Weitere Vorteile der Erfindung sind eine hohe Ge- nauigkeit der Verbraucher-Spitzenlastreduktion, die Skalierbarkeit und die leichte Anpassbarkeit an Kundenwünsche. Weiterhin ist die Arbeitsweise eines Energiemanagementsystems gemäß der Erfindung leicht nachvollziehbar und applizierbar. Neue Verbraucher lassen sich in einfa- eher Weise in das Konzept einbinden, da eine standardisierte Schnittstelle existiert. Neue Komponenten können automatisch erkannt und im Sinne einer Plug & Play- Funktionalität in ein bestehendes System integriert werden. Bei der vorliegenden Erfindung erfolgt eine dynami- sehe Priorisierung der Bordnetzkomponentenleistung, was eine Regelung mit nur minimaler Wahrnehmbarkeit der Regeleingriffe durch den Kunden ermöglicht. Gemäß der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform, welcher ein dezen- trales Verbrauchermodell zugrunde liegt, wird der Verbraucherzustand nicht im Energiemanager abgebildet, da die Intelligenz bezüglich des Verbraucherzustandes im Verbraucher selbst oder zumindest außerhalb des Energie- managers angeordnet ist.
Ein Energiemanagementsystem gemäß der Erfindung kann als Grundlage für ein modellübergreifendes Energiemanagement und auch für ein herstellerübergreifendes, standardisier- tes Energiemanagement dienen, da jede Bordnetzkomponente durch einen standardisierten Parametersatz beschrieben wird und eine Standardschnittstelle aufweist. Dies ermöglicht eine Anpassung an verschiedene Fahrzeuge und Ausstattungsgrade. Bei bekannten Energiemanagementsystemen war es im Unterschied dazu notwendig, Verbraucherschnittstellen für mehrstufige Verbraucher in komplizierter Weise im Energiemanager zu berücksichtigen. Durch die Maßnahme, dass jede Stufe als eigener Verbraucher behandelt wird, können beliebige Verbraucher integriert werden, oh- ne dass der Kern des Energiemanagementsystems verändert werden muss.
Bezugszeichenliste
1 Energiemanager
2 Recheneinheit 3 Speicher
4 Energieerzeuger, Generator
5 Energiespeicher, Batterie
6 Erster Energieverbraucher
7 Zweiter Energieverbraucher 8 Dritter Energieverbraucher
9 Generatorsteuereinheit
10 Speichersteuereinheit, Batteriezustandserkennung
11 Verbrauchersteuereinheit
12 Verbrauchersteuereinheit 13 Verbrauchersteuereinheit
14 Generatoreinheit
15 Energiespeichereinheit
16 Verbrauchereinheit
17 Verbrauchereinheit 18 Verbrauchereinheit

Claims

Patentansprüche
1. Energiemanagementsystem für ein Kraftfahrzeug, mit
- einem Energiemanager, der eine Recheneinheit aufweist,
- einem mit dem Energiemanager verbundenen Speicher und - einer Vielzahl von Bordnetzkomponenten, bei denen es sich um Energieerzeuger, Energiespeicher und Energieverbraucher handelt, dadurch gekennzeichnet, dass den Energieerzeugern (4) und den Energiespeichern (5) jeweils verschiede- ne mögliche Betriebszustände zugeordnet sind und diese Betriebszustände jeweils durch eine Summation eines realen Energieerzeugers und keines, eines oder mehrerer virtueller Energieverbraucher repräsentiert werden.
2. Energiemanagementsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherplätze des Speichers (3) matrixförmig organisiert sind, den Bordnetzkomponenten (4,5,6,7,8,14,15,16,17,18) jeweils eine Prioritätskennzahl und eine oder mehrere Klassen zugeordnet sind und im Speicher (3) für jede Bordnetzkomponente und jede zugehörige Klasse Daten abgespeichert sind, die die Energieabgabe oder Energieaufnahme der jeweiligen Bordnetzkomponente für die jeweilige Klasse beschreiben.
3. Energiemanagementsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiemanager (1) das Energiemanagement unter Verwendung von von der Recheneinheit (2) verarbeiteten abgespeicherten Daten durchführt.
4. Energiemanagementsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (2) abgespeicherte Daten aufsummiert und mit mindestens einem Schwellenwert vergleicht.
5 . Energiemanagement s ys tem nach Anspruch 3 oder 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , das s der Energiemanager
(1) die von der Recheneinheit (2) ermittelten Ergebnisda- ten zur Steuerung der Bordnetzkomponenten verwendet.
6. Energiemanagementsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Bordnetzkomponenten (14,15,16,17,18) jeweils eine Steuereinheit (9,10,11,12,13) zugeordnet ist, der Energiemanager (1) die von der Recheneinheit (2) ermittelten Ergebnisdaten der jeweiligen Steuereinheit übermittelt und die jeweilige Steuereinheit die Ergebnisdaten zur Steuerung der jeweiligen Bordnetzkomponente (4,5,6,7,8) verwendet.
7. Energiemanagementsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ergebnisdaten Informationen über eine resultierende Klasse und eine resultierende Prioritätskennzahl enthalten.
8. Energiemanagementsystem nach einem der Ansprüche 2 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klassenzuordnung einer Bordnetzkomponente veränderbar ist.
9. Energiemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Energieverbraucher, der mehrere Leistungsstufen aufweist, jeder Leistungsstufe eine eigene Prioritätskennzahl zugeordnet ist.
10. Energiemanagementsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein stufenloser Energieverbraucher in Stufen untergliedert ist, von denen jede einer definierten Leistungsstufe zu- geordnet ist, und jeder Stufe eine eigene Prioritätskennzahl zugeordnet ist.
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