WO2005028258A1 - Verfahren zum energiemanagement - Google Patents

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WO2005028258A1
WO2005028258A1 PCT/EP2004/009380 EP2004009380W WO2005028258A1 WO 2005028258 A1 WO2005028258 A1 WO 2005028258A1 EP 2004009380 W EP2004009380 W EP 2004009380W WO 2005028258 A1 WO2005028258 A1 WO 2005028258A1
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WO
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energy
consumers
consumer
switched
time interval
Prior art date
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PCT/EP2004/009380
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French (fr)
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Ottmar Gehring
Harro Heilmann
Andreas Schwarzhaupt
Erik Sieglin
Gernot Spiegelberg
Wolfgang Stahl
Armin Sulzmann
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Daimlerchrysler Ag
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Publication date
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Priority to EP04764362A priority patent/EP1663718A1/de
Priority to US10/569,826 priority patent/US8378520B2/en
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising 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 depolarising 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—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 the load in a network
    • 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—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/46—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ICE-powered 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
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for energy management according to claim 1.
  • DE 199 60 079 A1 discloses a method for switching various classes of consumers on and off by means of switching elements in the context of energy management carried out by a control unit, in particular in a motor vehicle.
  • the switching elements are controlled so that the selected priorities for controlling the switching elements can be changed dynamically during operation. This makes it possible to adapt the switching priorities depending on the operating status during operation.
  • the consumers are switched off by changing the switching priority so that the perceptibility of the operating states is suppressed as far as possible.
  • the priorities can also be changed according to person-specific criteria.
  • the period of time that elapses or may elapse between the switching command and execution is to be taken into account directly in the (closing) switching sequence.
  • the inventive method for energy management enables predictive control of vehicle electrical system components. For this purpose, it is constantly calculated how much energy is available in the following time interval ⁇ t. From the requests to connect consumers, it is determined how much energy is required in the following time interval. If more energy than required is available, requests for connection are implemented with a time delay or certain consumers are switched off.
  • the predictive mode of operation can cause large fluctuations in the power consumption in the vehicle electrical system be reduced. This is possible, among other things, because power consumption peaks, which are caused by the very high inrush current of electric actuators and solenoid valves, are better distributed over time.
  • FIG. 1 shows a flow chart of the method for energy management according to the invention
  • FIGS. 2-1 to 2-3 show a flow chart of a subroutine of the inventive method for energy management
  • FIG. 3 shows a sequence diagram of a further subroutine of the method for energy management according to the invention shown in FIG. 1.
  • FIG. 1 is a flowchart of a method for energy management according to the invention.
  • step S2 the state of the generator and one or more energy stores is continuously determined in step S1.
  • step S2 it is determined from these status data whether the generator is running or not. If it is recognized in step S2 that the generator is not running, that is to say has failed, then step proceeds 53 advanced in which an emergency operation is carried out. The subroutine performing this emergency operation is described in more detail below with reference to FIG. 3. On the other hand, if it is recognized in step S2 that the generator is running, the sequence proceeds to step in normal operation
  • step S1 the amount of energy available in the following time interval .DELTA.t is calculated on the basis of the status data of the generator and energy store / s determined in step S1.
  • step S5 connection requests are received from consumers who wish to be connected for the following time interval ⁇ t.
  • step S6 an energy required on the basis of the connection requests received from consumers in step S5 is determined in the following time interval ⁇ t. It is then checked in step S7 whether the energy determined in step S6 due to all the connection requests is above the available energy determined in step S4. If not, i.e. In step S7 it is determined that the available energy is sufficient to fulfill all connection requests, in step S8 all consumers wishing to be connected are connected in the following time interval ⁇ t. Then the process returns to the beginning.
  • step S9 a subroutine is carried out in step S9, through which a selection of consumers to be connected in the following time interval is made and then to Start is returned.
  • requests for connection are implemented with a time delay or certain consumers are switched off.
  • the predictive mode of operation can greatly reduce fluctuations in the power consumption in the vehicle electrical system. This is possible because power peaks caused by the very high inrush current of electric servomotors and solenoid valves are better distributed over time.
  • step S9 The subroutine according to step S9 will now be explained in more detail with reference to FIGS. 2-1 to 2-3. through which a selection of consumers to be connected in the following time interval ⁇ t is made.
  • Class I includes non-switchable consumers, e.g. the engine control. Class I consumers are in any case immediately supplied with energy. Class II consumers include conditionally switchable consumers, i.e. switchable consumers that have a safety relevance. After all, consumers in classes III to N are switchable consumers that have no safety relevance and are distributed over several classes. The classification criterion in classes III to N is the loss of comfort for the driver in the event of failure. In the method for energy management according to the invention, consumers belonging to classes II to N are switched. The division of consumers into classes can be done dynamically while driving, e.g. depending on external factors.
  • step S9 in the subroutine for the selection of consumers to be connected in the following time interval ⁇ t according to step S9 in FIG. 1, as shown in FIG. 2-1, a minimum switch-on time of preemptive consumers that are switched on is first reduced by a time interval ⁇ t in step S9-0.
  • a query is then carried out in step S9-1 as to whether there are class I consumers who wish to be connected for the following time interval ⁇ t. Since the class I consumers are non-switchable consumers with safety relevance, it is then checked in step S9-2 whether the available energy determined in step S4 is sufficient for the connection of all consumers wishing to be connected in the following time interval ⁇ t class I is.
  • step S9-2 If it is determined in step S9-2 that the energy is sufficient for all class I consumers wishing to be connected, then step S9-5 is followed by a connection of the class I consumer / s wishing to be connected in the following time interval ⁇ t , However, if it is determined in step S9-2 that the available energy determined in step S4 is not sufficient for the connection of all those who wish to connect in the following time interval Class I consumers, one or more preemptive consumers in the following time interval ⁇ t are switched off in step S9-3, depending on the amount of energy missing for connection.
  • Preemptive consumers are consumers that can be switched off when they are already switched on.
  • the tolerance time T L of the switched-off preemptive consumer (s) is set to the value for its maximum tolerance time T L , m a x in the following time interval ⁇ t.
  • T L maximum tolerance time
  • m a x in the following time interval ⁇ t.
  • energy management they are taken into account like a "non-preemptive" consumer waiting to be connected.
  • An example of a preemptive consumer is the seat heating. If it is switched on, it can be switched off at any time and must then within its maximum tolerance time Tj. m a x can be switched on again.
  • step S9-5 the consumer (s) of class I wishing to be connected is connected in the following time interval ⁇ .
  • step S9-6 it is checked whether there is still any energy left after switching on the class I consumers. If this is the case, it is checked in step S9-7 whether there is a consumer of classes II to N wishing to be connected in the following time interval ⁇ T. If this is the case, in step S9-8 a tolerance time T L of each consumer wishing to be connected in the following time interval ⁇ T is set to a maximum tolerance time T L / tnax , which can be different for each consumer.
  • the maximum tolerance time T L / max corresponds to the maximum period that can be tolerated between the switching request for the electrical consumer and the actual connection under the aspect of safety or under the aspect of comfort for the driver.
  • step S9-9 the consumer that is not yet selected and has the highest priority, that is, the lowest class, and the lowest tolerance time T L for an activation in the following time interval .DELTA.t is selected.
  • step S9-10 it is checked whether there is still energy for a further connection in the following time interval ⁇ t. If this is the case, the process returns to step S9-9 and the consumer, which has not yet been selected and has the highest priority and the lowest tolerance time T L, is selected. Steps S9-9 and S9-10 are repeated until it is recognized that there is no more energy left or the energy is no longer sufficient for connection.
  • step S9-11 a check is carried out to determine whether there are switched-on preemptive consumers with a minimum switch-on duration of less than or equal to 0. If this is not the case, the process proceeds directly to step S9-15. If this is the case, however, one or more of these preemptive consumers are switched off in step S9-12 until the energy is sufficient or all consumers of this type have been deactivated. Then in step S9-13 the tolerance time T L is set to a maximum tolerance time T Lm a x and the status of the preemptive consumer is set from "activated" to "waiting for connection". In the next step S9-14 it is checked whether there is still energy available. If so, return to step S9-9, otherwise proceed to step S9-15.
  • Steps S9-11 to S9-14 can optionally only be carried out for consumers up to class II.
  • step S9-15 the consumer (s) selected are connected in the following time interval ⁇ t.
  • step S9-16 the tolerance time T of the consumers connected in step S9-15 as well as that of the class I consumers connected in step S9-5 is set to 0 in the following time interval ⁇ t.
  • step S9-17 either following step S9-16 or following step S9-6, if it has been decided that there is no more energy left, the tolerance time T L of the consumers that have not yet been connected but wish to be connected Time interval ⁇ t reduced.
  • step S9-18 It is then checked in step S9-18 whether, in particular due to the reduction in the tolerance time T L in step S9-17, the tolerance time TL of at least one consumer that has not yet been switched on is equal to or less than zero. If this is not the case, the process returns to the beginning. However, if it is determined in step S9-18 that the tolerance time T L of at least one consumer who is not yet connected and wishes to be connected is equal to or less than zero, a first emergency operation I is carried out in step S9-19, in which the entire class of consumer that is not yet switched on and wishes to be switched on, whose tolerance time T L is equal to or less than 0, is switched off for a predetermined time period ti.
  • an emergency operation II is provided in step S3 in FIG. 1 if it is recognized in step S2 that the generator is not running.
  • the sequence of this subroutine "emergency operation II" is shown in FIG. 3. If the subroutine "emergency operation II" is switched over in step S3, all consumers of classes III to N, i.e. all consumers that do not belong to the classes of non-switchable, conditionally switchable and thus safety-relevant consumers are deactivated. To avoid endangering the driver, the driver is then asked in step S3-2 to bring the vehicle to a standstill as quickly as possible. Then the process ends.

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zum Energiemanagement, durch das starke Schwanungen des Stromverbrauchs im Bordnetz reduziert, insbesondere Stromverbrauchsspitzen, die durch einen sehr hohen Einschaltstrom von elektrischen Stellmotoren und Magnetventilen entstehend, zeitlich besser verteilt werden. Um dies zu erreichen, arbeitet des erfindungsgemäße Verfahren zum Energiemanagement prädiktiv, d.h. es ermittelt sowohl die im folgenden Zeitintervall vorhandene Energie als auch den aufgrund von Zuschaltwünschen erforderlichen Energiebedarf und wählt zuzuschaltende Verbraucher entsprechend ihrer Priorität und einer gegenwärtigen Toleranzzeit, innerhalb derer ein Verbraucher nach Äußerung seines Zuschaltwunsches spätestens eingeschaltet werden muss, aus. Hierbei wird die Toleranzzeit laufend angepasst.

Description

Verfahren zum Energiemanagement
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Energiemanagement nach Patentanspruch 1.
Aufgrund des zunehmenden Bedarfs an elektrischer Energie im Fahrzeug, beispielsweise durch die Drive-by-Wire-Technik sowie daraus resultierenden großen Schwankungen im zeitlichen Verlauf des Energieverbrauchs wird ein Verfahren zum Energie- management immer wichtiger. Vor allem muss bei einem derartigen Verfahren beachtet werden, dass die Fähigkeit des Systems jederzeit ausreichend elektrische Energie liefern zu können, in hohem Maße sicherheitsrelevant ist.
Aus der DE 199 60 079 AI ist beispielsweise ein Verfahren zur Ein- bzw. Abschaltung von verschiedenen Klassen von Verbrauchern mittels Schaltelementen im Rahmen eines von einem Steuergerät durchgeführten Energiemanagements, insbesondere in einem Kraftfahrzeug bekannt. Die Ansteuerung der Schaltelemente erfolgt so, dass die gewählten Prioritäten für die AnSteuerung der Schaltelemente während des Betriebes, also dynamisch verändert werden können. Damit ist eine betriebzu- standsabhängige Anpassung der Schaltprioritäten während des laufenden Betriebs möglich. Die Abschaltung von Verbrauchern erfolgt mittels Veränderung der Schaltpriorität so, dass die Wahrnehmbarkeit der Betriebszustände möglichst unterdrückt wird. Dabei können die Prioritäten auch nach personenspezifischen Kriterien verändert werden.
Bei diesem und anderen bisher bekannten Verfahren zum Energiemanagement besteht das Problem, dass sie unter anderem nicht ausreichend sind, da bei Bordnetzen mit einem oder zwei Stromkreisen jeweils ein ganzer Stromkreis abgeschaltet wird, oder sie von der Logik her sehr komplex und im Nachhinein nur schwer zu erweitern sind. Bei solchen Verfahren werden Verbraucher häufig nach einer statisch oder dynamisch festgelegten Priorität geschaltet. Dies berücksichtigt zwar sehr gut den Aspekt der Betriebssicherheit, der Komfort bzw. die Akzeptanz des Fahrers sind jedoch nur indirekt berücksichtigt. Für den Fahrer ist nämlich primär die Zeit zwischen Schaltbefehl und -ausführung von Bedeutung. Zudem erfolgt bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren ein Energiemanagement nur reaktiv, d.h. Verbraucher werden erst abgeschaltet, nachdem ein Energiemangel aufgetreten ist. Verbraucher wie z.B. elektrische Motoren sind in diesem Fall bereits angelaufen und haben durch den geflossenen Einschaltstrom die Batterie belastet. Es ist nicht möglich, Bordne zkomponenten prädiktiv anzusteuern.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren zum Energiemanagement derart weiterzubilden, dass eine prädiktive Ansteuerung von Bordnetzkomponenten möglich ist, so dass eine Belastung der Batterie durch direkt wieder abzuschaltende Verbraucher vermieden wird. Außerdem soll die Zeitspanne, die zwischen Schaltbefehl und - ausführung verstreicht bzw. maximal verstreichen darf bei der (Zu) Schaltreihenfolge direkt berücksichtigt werden.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Energiemanagement mit den Merkmalen nach Patentanspruch 1 gelöst . In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Insbesondere ist durch das erfindungsgemäße Verfahren zum E- nergiemanagement eine prädiktive Steuerung von Bordnetzkomponenten möglich. Dazu wird ständig berechnet, wie viel Energie im folgenden Zeitintervall Δt zur Verfügung steht. Aus den Wünschen zur Zuschaltung von Verbrauchern wird ermittelt, wie viel Energie im folgenden Zeitintervall benötigt wird. Wird mehr Energie als vorhanden benötigt, so werden Wünsche zur Zuschaltung zeitverzögert umgesetzt bzw. es werden bestimmte Verbraucher abgeschaltet. Durch die prädiktive Arbeitsweise können starke Schwankungen des Stromverbrauchs im Bordnetz reduziert werden. Dies ist unter anderem möglich, da Stromverbrauchsspitzen, die durch den sehr hohen Einschaltstrom von elektrischen Stellmotoren und Magnetventilen entstehen, zeitlich besser verteilt werden.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, die nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben werden, offensichtlich.
Dabei zeigen:
Figur 1 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Energiemanagement,
Figuren 2-1 bis 2-3 ein Ablaufdiagramm einer in Figur 1 gezeigten Unterroutine des erfindungsgemäßen Verfahrens zum E- nergiemanagement und
Fig. 3 ein Abiaufdiagramm einer weiteren in Figur 1 gezeigten Unterroutine des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Energiemanagement .
Im Folgenden wird nun zunächst ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Energiemanagement unter Bezugnahme auf Fig. 1 genauer beschrieben.
Fig. 1 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Energiemanagement .
Im Gegensatz zu bisherigen Energiemanagementsystemen, bei denen ein Eingriff erst nach Feststellung einer Energiemangels durch Abschalten von Verbrauchers erfolgt, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Energiemanagement eine prädiktive Steuerung von Bordnetzkomponenten verwirklicht. Dazu wird ständig in Schritt Sl der Zustand von Generator und einem oder mehreren Energiespeichern ermittelt . In Schritt S2 wird aus diesen Zustandsdaten bestimmt, ob der Generator läuft oder nicht . Wenn in Schritt S2 erkannt wird, dass der Generator nicht läuft, d.h. ausgefallen ist, wird zu Schritt 53 fortgeschritten, in dem ein Notbetrieb ausgeführt wird. Die diesen Notbetrieb durchführende Unterroutine wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Figur 3 noch genauer beschrieben. Wenn hingegen in Schritt S2 erkannt wird, dass der Generator läuft, schreitet der Ablauf im Normalbetrieb fort zu Schritt
54 in dem anhand der in Schritt Sl ermittelten Zustandsdaten von Generator und Energiespeicher/n berechnet wird, wie viel Energie im folgenden Zeitintervall Δt zur Verfügung steht.
Anschließend werden in Schritt S5 Zuschaltwünsche von Verbrauchern empfangen, die für das folgende Zeitintervall Δt eine Zuschaltung wünschen. Im folgenden Schritt S6 wird eine aufgrund von den in Schritt S5 empfangenen Zuschaltwünschen von Verbrauchern im folgenden Zeitintervall Δt benötigte E- nergie ermittelt. Darauffolgend wird in Schritt S7 überprüft, ob die in Schritt S6 ermittelte aufgrund aller Zuschaltwünsche erforderliche Energie über der in Schritt S4 bestimmten zur Verfügung stehenden Energie liegt . Wenn dies nicht der Fall ist, d.h. in Schritt S7 ermittelt wird, dass die zur Verfügung stehende Energie für die Erfüllung aller Zuschalt- wünsche ausreichend ist, so werden in Schritt S8 alle eine Zuschaltung wünschenden Verbraucher im folgenden Zeitintervall Δt zugeschaltet. Danach kehrt der Ablauf zum Beginn zurück. Wenn jedoch in Schritt S7 festgestellt wird, dass die zur Erfüllung aller Zuschaltwünsche von Verbrauchern erforderliche Energie mehr als die zur Verfügung stehende Energie ist, so wird in Schritt S9 eine Unterroutine durchgeführt, durch die eine Auswahl von im folgenden Zeitintervall zuzuschaltenden Verbrauchern erfolgt und anschließend zum Start zurückgekehrt wird. In dieser Unterroutine in Schritt S9 werden Wünsche zur Zuschaltung zeitverzögert umgesetzt bzw. es werden bestimmte Verbraucher abgeschaltet. Durch die prädiktive Arbeitsweise können starke Schwankungen des Stromverbrauchs im Bordnetz reduziert werden. Dies ist möglich, da Stromverbrauchsspitzen, die durch den sehr hohen Einschaltstrom von elektrischen Stellmotoren und Magnetventilen entstehen, zeitlich besser verteilt werden.
Nachfolgend wird nun auf die Unterroutine gemäß Schritt S9 unter Bezugnahme auf die Figuren 2-1 bis 2-3 genauer einge- gangen, durch die eine Auswahl von im folgenden Zeitintervall Δt zuzuschaltenden Verbrauchern erfolgt .
Prinzipiell werden die Verbraucher in mehrere Klassen eingeteilt. Klasse I umfasst nicht-schaltbare Verbraucher, z.B. die Motorsteuerung. Die Verbraucher der Klasse I werden auf jeden Fall sofort mit Energie versorgt. Verbraucher der Klasse II umfassen bedingt-schaltbare Verbraucher, d.h. schaltbare Verbraucher, die eine Sicherheitsrelevanz aufweisen. Schließlich sind Verbraucher der Klassen III bis N schaltbare Verbraucher, die keine Sicherheitsrelevanz haben und auf mehrere Klassen verteilt werden. Das Einteilungskriterium in die Klassen III bis N ist der Komfortverlust für den Fahrer bei Ausfall . Geschaltet werden beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Energiemanagement Verbraucher, die den Klassen II bis N zugehören. Die Einteilung der Verbraucher in Klassen kann dynamisch während des Fahrbetriebs erfolgen, z.B. abhängig von äußeren Faktoren.
Zunächst wird in der Unterroutine zur Auswahl von im folgenden Zeitintervall Δt zuzuschaltenden Verbrauchern gemäß Schritt S9 in Figur 1, wie in Figur 2-1 gezeigt, zunächst in Schritt S9-0 eine Mindesteinschaltdauer von eingeschalteten preemptiven Verbrauchern um ein Zeitintervall Δt verringert. Anschließend wird in Schritt S9-1 eine Abfrage durchgeführt, ob Verbraucher der Klasse I vorhanden sind, die eine Zuschaltung für das folgende Zeitintervall Δt wünschen. Da es sich bei den Verbrauchern der Klasse I um nicht-schaltbare Verbraucher mit Sicherheitsrelevanz handelt, wird dann in Schritt S9-2 überprüft, ob die in Schritt S4 ermittelte zur Verfügung stehende Energie ausreichend für die Zuschaltung aller eine Zuschaltung im folgenden Zeitintervall Δt wünschenden Verbraucher der Klasse I ist. Wenn in Schritt S9-2 bestimmt wird, dass die Energie für alle eine Zuschaltung wünschenden Verbraucher der Klasse I ausreichend ist, erfolgt anschließend in Schritt S9-5 eine Zuschaltung des bzw. der eine Zuschaltung wünschenden Verbraucher/s der Klasse I im folgenden Zeitintervall Δt . Wenn jedoch in Schritt S9-2 bestimmt wird, dass die in Schritt S4 ermittelte zur Verfügung stehende Energie nicht ausreichend für die Zuschaltung aller eine Zuschaltung im folgenden Zeitintervall wünschenden Verbraucher der Klasse I ist, werden in Schritt S9-3 je nach der Menge der fehlenden Energie für eine Zuschaltung einer oder mehrere preemptive Verbraucher im folgenden Zeitintervall Δt abgeschaltet.
"Preemptive" Verbraucher sind dabei Verbraucher, die in bereits eingeschaltetem Zustand abgeschaltet werden können. In Schritt S9-4 wird die Toleranzzeit TL des/der abgeschalteten preemptiven Verbraucher im folgenden Zeitintervall Δt auf den Wert für ihre maximale Toleranzzeit TL,max gesetzt. So werden sie im Energiemanagement berücksichtigt wie ein "nicht- preemptiver" Verbraucher, der auf seine Zuschaltung wartet. Ein Beispiel für einen preemptiven Verbraucher ist die Sitzheizung. Wenn sie eingeschaltet ist, kann sie jederzeit abgeschaltet werden und muss dann innerhalb ihrer maximalen Toleranzzeit Tj.max wieder zugeschaltet werden.
Anschließend erfolgt in Schritt S9-5 eine Zuschaltung des/der eine Zuschaltung wünschenden Verbraucher/s der Klasse I im folgenden Zeitintervall Δ .
In einem nächsten Schritt S9-6 wird überprüft, ob nach dem Zuschalten der Verbraucher der Klasse I noch Energie übrig ist. Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt S9-7 überprüft, ob eine Zuschaltung im folgenden Zeitintervall ΔT wünschende Verbraucher der Klassen II bis N vorhanden sind. Wenn dies der Fall ist, wird in Schritt S9-8 eine Toleranzzeit TL jedes einen Zuschaltung im folgenden Zeitintervall ΔT wünschenden Verbrauchers auf eine maximale Toleranzzeit TL/tnax gesetzt, die für jeden Verbraucher unterschiedlich sein kann. Die maximale Toleranzzeit TL/max entspricht dem Zeitraum, der maximal zwischen dem Schaltwunsch für den elektrischen Verbraucher und der tatsächlichen Zuschaltung unter dem Aspekt der Sicherheit bzw. unter dem Aspekt des Komforts für den Fahrer hinnehmbar ist . Die maximalen Toleranzzeiten können abhängig von z.B. Fahrzuständen dynamisch während des Fahrbetriebs verändert werden. Anschließend wird in Schritt S9-9 der eine Zuschaltung wünschende, noch nicht ausgewählte Verbraucher mit höchster Priorität, d.h. niedrigster Klasse, und niedrigster Toleranzzeit TL für eine Zuschaltung im folgenden Zeitintervall Δt ausgewählt. Danach wird in Schritt S9-10 überprüft, ob noch Energie für eine weitere Zuschaltung im folgenden Zeitintervall Δt vorhanden ist. Wenn dies der Fall ist, wird zu Schritt S9-9 zurückgekehrt und wiederum der eine Zuschaltung wünschende, noch nicht ausgewählte Verbraucher mit höchster Priorität und niedrigster Toleranzzeit TL ausgewählt. Die Schritte S9-9 und S9-10 werden solange wiederholt, bis erkannt wird, dass keine Energie mehr übrig ist bzw. die Energie für keine Zuschaltung mehr ausreicht. Anschließend wird in einem Schritt S9-11 ü- berprüft, ob eingeschaltete preemptive Verbraucher mit einer Mindesteinschaltdauer kleiner oder gleich 0 vorhanden sind. Wenn dies nicht der Fall ist, wird direkt zu Schritt S9-15 fortgeschritten. Wenn dies jedoch der Fall ist, dann werden einer oder mehrere dieser preemptiven Verbraucher in Schritt S9-12 abgeschaltet, bis die Energie ausreichend ist oder alle Verbraucher dieser Art deaktiviert wurden. Anschließend wird in Schritt S9-13 die Toleranzzeit TL auf eine maximale Toleranzzeit TLmax gesetzt und der Status des preemptiven Verbrauchers von "aktiviert" auf "auf Zuschaltung wartend" gesetzt. Im nächsten Schritt S9-14 wird überprüft, ob noch Energie zur Verfügung steht. Wenn dies der Fall ist, wird zu Schritt S9-9 zurückgekehrt, ansonsten wird zu Schritt S9-15 fortgeschritten. Die Schritte S9-11 bis S9-14 können optional auch nur für Verbraucher bis zur Klasse II durchgeführt werden. Im Schritt S9-15 werden der bzw. die ausgewählten Verbraucher im folgenden Zeitintervall Δt zugeschaltet. Anschließend wird in Schritt S9-16 die Toleranzzeit T der in Schritt S9-15 zugeschalteten Verbraucher ebenso wie die der in Schritt S9-5 zugeschalteten Verbraucher der Klasse I im folgenden Zeitintervall Δt auf 0 gesetzt.
Danach wird in Schritt S9-17 entweder folgend auf Schritt S9- 16 oder folgende auf Schritt S9-6, wenn dort entschieden wurde, dass keine Energie mehr übrig ist, die Toleranzzeit TL der noch nicht zugeschalteten, aber eine Zuschaltung wünschenden Verbraucher um das Zeitintervall Δt verringert. Zudem ist es ergänzend auch optional noch in diesem Schritt auf die Priorität des Verbrauchers bis maximal zur Klasse III schrittweise zu erhöhen, damit die Wahrscheinlichkeit seiner Zuschaltung im übernächsten Zeitintervall Δt erhöht wird und er nicht aufgrund zahlreicher Zuschaltwünsche niedrigerer Klassen mit höherer Priorität unverhältnismäßig lange auf seine Zuschaltung warten muss .
Darauffolgend wird in Schritt S9-18 überprüft, ob insbesondere durch die Verringerung der Toleranzzeit TL in Schritt S9- 17 die Toleranzzeit TL zumindest eines noch nicht zugeschalteten Verbrauchers gleich oder kleiner als Null ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird zum Anfang des Ablaufs zurückgekehrt. Wenn jedoch in Schritt S9-18 festgestellt wird, dass die Toleranzzeit TL zumindest eines noch nicht zugeschalteten, eine Zuschaltung wünschenden Verbrauchers gleich oder kleiner als Null ist, wird in Schritt S9-19 ein erster Notbetrieb I ausgeführt, im dem die gesamte Klasse des noch nicht zugeschalteten, eine Zuschaltung wünschenden Verbrauchers, dessen Toleranzzeit TL gleich oder kleiner als 0 ist, für einen vorbestimmten Zeitraum ti abgeschaltet wird.
Anschließend wird zum Beginn des Ablaufs zurückgekehrt.
Zusätzlich ist in Schritt S3 in Fig. 1 für den Fall, dass in Schritt S2 erkannt wird, dass der Generator nicht läuft, ein Notbetrieb II vorgesehen. Der Ablauf dieser Unterroutine "Notbetrieb II" ist in Fig. 3 gezeigt. Wenn in Schritt S3 auf die Unterroutine "Notbetrieb II" umgeschaltet wird, werden in Schritt S3-1 alle Verbraucher der Klassen III bis N, d.h. alle Verbraucher, die weder zu den Klassen der nicht- schaltbaren noch bedingt-schaltbaren und somit sicherheitsrelevanten Verbraucher gehören, deaktiviert. Um eine Gefährdung des Fahrers zu vermeiden wird dieser anschließend in Schritt S3-2 aufgefordert, das Fahrzeug schnellstmöglich zum Stillstand zu bringen. Danach endet der Ablauf.
Da sowohl im Notbetrieb I in Schritt S9-15 als auch im Notbetrieb II in den Schritten S3, S3-1 sowie S3-2 sichergestellt wird, dass schaltbare und bedingt-schaltbare Verbraucher, d.h. Verbraucher der Klassen I und II auch weiterhin abhängig von ihrer Toleranzzeit TL geschaltet werden, wird eine Gefährdung des Fahrers bedingt durch Ausfälle von Energiespeichern und/oder des Generators soweit möglich ausgeschlossen. Durch das weiterhin durchgeführte Schalten der Verbraucher der Klasse II abhängig von ihrer Toleranzzeit TL werden Verbrauchsspitzen vermieden und der/die Energiespeicher, wie beispielsweise die Batterie/n werden geschont. Dies führt zu einer schnelleren Erholung des/der Energiespeicher, beispielsweise der Batterie/n. Insbesondere wird im Notbetrieb II so ein längerer Betrieb mit der noch in dem/den Energiespeicher/n, beispielsweise in der/den Batterien gespeicherten Energie ermöglicht, als dies ohne Eingriff des Energiemanagements der Fall wäre.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Energiemanagement, insbesondere zum Energiemanagement des Bordnetzes eines Fahrzeugs mit einem Generator, zumindest einem Energiespeicher sowie Verbrauchern, die in mehrere Klassen einteilbar sind, mit den Schritten, Ermitteln von Zustand von Generator und Energiespeicher/n (Sl), Bestimmen von in einem folgenden Zeitintervall Δt zur Verfügung stehender Energie aus den ermittelten Zustands- daten von Generator und Energiespeicher/n (S4) , Empfangen von Zuschaltwünschen von Verbrauchern für das folgende Zeitintervall Δt (S5) , Ermitteln von im folgenden Zeitintervall Δt aufgrund von Zuschaltwünschen erforderlicher Energie (S6) , Überprüfen, ob die erforderliche Energie größer als die zur Verfügung stehende Energie ist (S7) , wenn die zur Verfügung stehende Energie ausreichend ist, Erfüllen aller Zuschaltwünsche der Verbraucher im folgenden Zeitintervall (S8) , oder, wenn die zur Verfügung stehende Energie nicht ausreichend ist, Auswählen von im folgenden Zeitintervall Δt zuzuschaltendem/n Verbraucher/n entsprechend der zur Verfügung stehenden Energie sowie einer Priorität und einer Toleranzzeit (TL) der entsprechenden Verbraucher (S9) .
2. Verfahren zum Energiemanagement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Auswählen von im folgenden Zeitintervall Δt zuzuschaltenden/r Verbraucher/n die folgenden Schritte um- fasst :
Verringern der Mindesteinschaltdauer von eingeschalteten preemptiven Verbrauchern um ein Zeitintervall Δt (S9-0) , Überprüfen, ob nicht-schaltbare Verbraucher eine Zuschaltung wünschen (S9-1) , wenn dies der Fall ist, Überprüfen, ob die zur Verfügung stehende Energie ausreichend für alle eine Zuschaltung wünschenden nicht-schaltbaren Verbraucher ist (S9-2) , wenn die Energie nicht ausreichend ist, Abschalten preemptiver Verbraucher im folgenden Zeitintervall Δt (S9-3) und Setzen einer Toleranzzeit (TL) des/der abgeschalteten preemptiven Verbraucher/s im folgenden Zeitintervall auf eine maximale Toleranzzeit
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(S9-4) , anschließend ebenso wie im Fall, dass die zur Verfügung stehende Energie für alle eine Zuschaltung wünschenden nicht-schaltbaren Verbraucher ausreichend ist, Zuschalten des/der eine Zuschaltung wünschenden bedingt-schaltbaren Verbraucher im folgenden Zeitintervall ΔT (S9-5) , wenn keine nicht-schaltbaren Verbraucher eine Zuschaltung wünschen bzw. nach Zuschaltung des/der eine Zuschaltung wünschenden nicht-schaltbaren Verbraucher/s, Überprüfen, ob noch Energie zur Verfügung steht (S9-6) , wenn dies der Fall ist, Überprüfen, ob im folgenden Zeit- intervall schaltbare und bedingt-schaltbare Verbraucher verschiedener Klassen eine Zuschaltung im folgenden Zeit- intervall wünschen (S9-7) , wenn dies der Fall ist, Setzen einer Toleranzzeit (TL) jedes eine Zuschaltung im folgenden Zeitintervall wünschenden Verbrauchers auf eine maximale Toleranzzeit (TL,max) (S9-8) und von eine Zuschaltung wünschendem, noch nicht ausgewähltem Verbraucher mit höchster Klasse und niedrigster Toleranzzeit (TL) , solange, bis keine Energie mehr zur Verfügung steht (S9-9, S9-10) ,
Überprüfen, ob eingeschaltete preemptive Verbraucher mit einer Mindesteinschaltdauer kleiner oder gleich null vor- handen sind ( S9 - 11 ) , wenn dies der Fall ist, Abschalten einer oder mehrerer dieser Verbraucher bis die Energie ausreichend ist oder alle Verbraucher dieser Art deaktiviert sind (S9-12) , anschließend Setzen der Toleranzzeit (TL) auf eine maximale Toleranzzeit (TL, ma ) und Setzen des Verbraucherstatus von "aktiviert" auf "auf Zuschaltung wartend" (S9- 13) ,
Überprüfen, ob noch Energie vorhanden ist (S9-14) , wenn noch Energie vorhanden ist (S9-14) , Rückkehr zu Schritt S9-9, wenn keine Energie mehr vorhanden ist, oder, wenn kein eingeschalteter preemptiver Verbraucher mit einer Mindesteinschaltdauer kleiner oder gleich Null vorhanden ist,
Zuschalten des/der ausgewählten Verbraucher/s im folgenden Zeitintervall (S9-15) und Setzen der Toleranzzeit
(TL) dieses/r Verbraucher im folgenden Zeitintervall Δt auf 0 (S9-16) und, wenn die Zuschaltung erfolgt ist bzw. festgestellt wurde, dass keine Energie mehr zur Zuschaltung von schaltbaren Verbrauchern vorhanden ist, Verringern der Toleranzzeit
(T ) noch nicht zugeschalteter, auf eine Zuschaltung wartender Verbraucher um Δt (S9-17) .
Verfahren zum Energiemanagement nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass wenn keine schaltbaren Verbraucher eine Zuschaltung wünschen bzw. die Toleranzzeit (TL) noch nicht zugeschalteter, auf eine Zuschaltung wartender Verbraucher verringert wurde, Überprüfen, ob die Toleranzzeit (TL) zumindest eines eine Zuschaltung wünschenden, aber noch nicht zugeschalteten Verbrauchers kleiner oder gleich 0 ist (S9-18) und, wenn dies nicht der Fall ist, Rückkehr zum Anfang, ansonsten, Umschalten auf einen Notbetrieb I (S9-19) , in dem die gesamte Klasse dieses Verbrauchers für einen vor- bestimmten Zeitraum (ti) abgeschaltet wird.
4. Verfahren zum Energiemanagement nach Anspruch 2 oder 3 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Schritte S9-11 bis S9-14 nur für eine Zuschaltung wünschende Verbraucher Klasse II durchgeführt werden.
5. Verfahren zum Energiemanagement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die maximalen Toleranzzeiten (TLmaχ) dynamisch während des Fahrbetriebs verändert werden können.
6. Verfahren zum Energiemanagement nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die maximalen Toleranzzeiten (TLmax) abhängig von Fahrzuständen geändert werden.
7. Verfahren zum Energiemanagement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzlich aus den ermittelten Daten über den Zustand des Generators ermittelt wird, ob der Generator läuft (S2) und, wenn dies der Fall ist, der Ablauf mit dem Bestimmen der zur Verfügung stehenden Energie weitergeht, ansonsten auf einen Notbetrieb II umgeschaltet wird (S3) , in dem alle schaltbaren Verbraucher deaktiviert werden (S3-1) und der Fahrer anschließend aufgefordert wird, dass Fahrzeug zum Stillstand zu bringen (S3-2) .
8. Verfahren zum Energiemanagement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Einteilung der Verbraucher in Klassen dynamisch während des Fahrbetriebs erfolgen kann. Verfahren zum Energiemanagement nach Anspruch 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die dynamische Einteilung der Verbraucher abhängig von äußeren Faktoren erfolgt .
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