WO2022199983A1 - VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES AUSSCHLIEßLICH ELEKTRISCH ANGETRIEBENEN KRAFTFAHRZEUGS UND STEUERGERÄT - Google Patents

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WO2022199983A1
WO2022199983A1 PCT/EP2022/054820 EP2022054820W WO2022199983A1 WO 2022199983 A1 WO2022199983 A1 WO 2022199983A1 EP 2022054820 W EP2022054820 W EP 2022054820W WO 2022199983 A1 WO2022199983 A1 WO 2022199983A1
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motor vehicle
traction battery
charging
charging station
charge
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Markus Eisele
Franz Bitzer
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • 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 operating an exclusively electrically driven motor vehicle. Furthermore, the invention relates to a control unit of a motor vehicle for carrying out the method.
  • a wear-free permanent brake as a drive train component.
  • Such a wear-free permanent brake is typically designed as a hydraulic brake in the form of a retarder.
  • Such a wear-free permanent brake converts kinetic energy into thermal energy during a braking process. The thermal energy can be released to the environment via a cooling system, the cooling system of the commercial vehicle being necessary anyway in order to cool the internal combustion engine of the commercial vehicle.
  • Purely electrically driven commercial vehicles no longer have a combustion engine.
  • the elimination of the internal combustion engine also eliminates the need to cool the internal combustion engine using a cooling system. It is therefore desirable not to have a wear-free permanent brake in the form of a retarder or a hydraulic braking device, since otherwise a correspondingly dimensioned cooling system would have to be kept ready to cool the wear-free permanent brake.
  • a wear-free permanent brake would only be used for braking in exceptional cases, since braking can also be carried out using an electric machine operated as a generator in the commercial vehicle.
  • US 8829848 B2 discloses a battery charging control method for electric vehicles. It is proposed to instruct a driver to charge the traction battery of an electric vehicle at a charging station, to enter a target state of charge of the traction battery for the charging process and then to charge the traction battery at the charging station until this target state of charge is reached. Furthermore, an upper limit value and a lower limit value for the state of charge can be determined from data from a navigation system of the electric vehicle while driving. The electric vehicle is operated depending on a difference between this upper limit value and the lower limit value.
  • US 8083015 B2 discloses a hybrid vehicle and a method for operating a hybrid vehicle.
  • a controller of the hybrid vehicle determines an tilt-up state and a tilt-down state of the hybrid vehicle during running to operate the hybrid vehicle based thereon.
  • DE 10327438 B4 discloses a method for controlling and/or regulating a clutch of a motor vehicle. Depending on data provided by a navigation system of the motor vehicle, a strategy for controlling and/or regulating the clutch that is optimized for the route can be determined.
  • the invention is based on the object of creating a novel method for operating an exclusively electrically driven motor vehicle and a control device for carrying out the method.
  • a defined target state of charge is determined for charging the traction battery at a charging station, depending on position data from the charging station and future route data for the motor vehicle to be charged at the charging station, namely data on at least one gradient of the route to be traveled after charging determined for the traction battery up to which the traction battery is charged at the charging station, with the defined target state of charge for the traction battery being less than a maximum permissible state of charge of the same, in order to be traveled along the route to be traveled by the motor vehicle after charging in the to use at least one gradient of this route via regenerative operation of the at least one electrical machine, which can be recuperated electrical energy for charging the traction battery.
  • an intelligent charging process for an exclusively electrically driven motor vehicle is proposed for the first time, in which, depending on position data of the charging station and depending on route data of the route to be covered after charging at the charging station, the target state of charge for the traction battery for the Charging at the charging station is determined.
  • This defined target state of charge is lower than the maximum permissible state of charge, so that depending on the position data of the charging station and depending on the route data of the route to be covered after charging, the traction battery is not fully charged, but a defined storage capacity remains free.
  • This free storage capacity can then be used to charge the traction battery in the at least one downhill section of the route to be covered after charging via generator operation of at least one electrical machine, without exceeding the maximum permissible charge level of the traction battery. It is thus possible, please include in an exclusively electrically driven commercial vehicle to do without a wear-free permanent brake, in particular a retarder, and a correspondingly dimensioned cooling system.
  • the charging station keeps its position data ready and transmits it to the control unit of the motor vehicle.
  • a GPS system of the motor vehicle or a navigation system of the motor vehicle determines the position data of the charging station and transmits this to the control unit of the motor vehicle.
  • the position data of the charging station can be specified by the driver.
  • the charging station keeps its position data ready and transmits it to the control unit of the motor vehicle.
  • the driver may specify the position data for the charging station, for example with the aid of the driver's mobile phone.
  • a GPS system or the navigation system of the motor vehicle transmits the future route data of the motor vehicle to be charged at the charging station to the control unit of the motor vehicle.
  • the future route data of the motor vehicle to be charged at the charging station are determined as a function of past trips by the motor vehicle and the position data of the charging station.
  • the future route data can be specified by the driver.
  • the motor vehicle in particular the commercial vehicle, does not have a GPS system or navigation system, it is of particular advantage if the future route data can be inferred from past journeys made by the motor vehicle.
  • Commercial vehicles are typically operated along recurring routes. This can be used in the control unit to learn routes and, depending on the position data of the charging station, to deduce route data for the route to be traveled after charging. Alternatively or additionally, it is also possible for the driver to specify the future route data.
  • the defined target state of charge for the traction battery is determined as a function of the mass of the motor vehicle.
  • the mass of the motor vehicle influences that electrical energy which can be obtained during downhill travel in generator operation of the at least one electrical machine and which is then to be stored in the traction battery. It is therefore advantageous to design the target state of charge for the traction battery for the charging process of the charging station as a function of the mass of the motor vehicle, namely to determine the target state of charge during charging at the charging station as a function of the mass of the motor vehicle.
  • At least one of the following measures is taken after charging and during ferry operation of the motor vehicle that follows charging, if the free storage capacity of the traction battery is less than the storage capacity required for recuperation:
  • At least one electrical machine is operated as a motor and at the same time at least one other electrical machine is operated as a generator.
  • the free storage capacity of the traction battery should not be sufficient to store electrical energy gained during recuperation on a downhill gradient. It is of particular advantage either to shift the degree of effectiveness of the electrical machine in the direction of poorer efficiency and/or to limit the driving speed of the motor vehicle on downhill gradients.
  • at least one power take-off or auxiliary consumer of the motor vehicle is preferably additionally operated in order to consume the electrical energy gained at limited driving speed in the area of the auxiliary drive or auxiliary consumer.
  • control unit according to the invention is defined in claim 10.
  • FIG. 2 shows a signal flow diagram for further clarification of the method according to the invention.
  • the invention relates to a method for operating an exclusively electrically driven motor vehicle, in particular a commercial vehicle, namely a method for charging such a motor vehicle at a charging station and, preferably, further measures relating to the subsequent operation of the motor vehicle after charging at the charging station .
  • Fig. 1 shows a highly schematized designed as a commercial vehicle, purely electrically driven motor vehicle 1.
  • the motor vehicle 1 has at least one electric machine 2, which is used to drive the exclusively electrically driven motor vehicle 1. For this required electrical energy is kept in a traction battery 3 of the motor vehicle.
  • the purely electrically driven motor vehicle 1 is in FIG. 1 at a charging station 4 and is coupled to the charging station 4 via a charging cable 5 for charging.
  • the traction battery 3 of the purely electrically driven motor vehicle 1 can be charged via a charging process.
  • Fig. 1 also shows a control unit e of the purely electrically driven motor vehicle 1 and a control unit 7 of the charging station 4.
  • the control unit 6 controls and/or regulates the state of charge of the traction battery 3, also during the charging process of the charging station 4. So there the control device 6 for a charging process before a target state of charge of the traction battery 3, up to which the traction battery 3 is charged during the charging process at the charging station 4.
  • the control unit 7 of the charging station 4 controls in particular the charging power of the charging process, in particular depending on an available power supply.
  • this route 8 includes a gradient.
  • At least one electric machine 2 of the motor vehicle 1 can be operated as a generator in order to brake the motor vehicle 1 and thereby generate electrical energy in a recuperation mode, which can then be stored in the traction battery 3.
  • the present invention it is proposed, for charging the traction battery 3 of the purely electrically driven motor vehicle 1 at the charging station 4, depending on position data of the charging station 4 and depending on future route data of the motor vehicle 1 to be charged at the charging station 4, namely depending on Data of at least one gradient of the driving route 8 to be traveled after charging to determine a defined target state of charge for the traction battery 3 when charging at the charging station 4 .
  • This defined target state of charge of the traction battery 3 for charging the same at the charging station 4 is smaller than a maximum allowable state of charge for the traction battery 3.
  • the traction battery 3 is then charged up to the defined target state of charge, which is less than the maximum permissible state of charge of the traction battery 3.
  • recuperable electrical energy to charge the traction battery 3 along the route 8 to be traveled after charging in the at least one downhill section of the same via generator operation of the at least one electric machine 2, since then here for the traction battery 3 has a sufficiently large free storage capacity.
  • a block 10 visualizes the start of the method according to the invention. It is then checked in a block 11 whether the exclusively electrically driven motor vehicle 1 is connected to a charging station 4 for charging the traction battery 3 of the motor vehicle 1 . If this is the case, block 11 branches to block 12.
  • position data of the charging station 4 are determined and made available to the control unit 6 of the motor vehicle 1.
  • the position data of the charging station 4 can be stored in the control unit 7 of the charging station 4 and made available, with the charging station 4 then providing this position data to the control unit 6 of the motor vehicle 1 .
  • the GPS system or navigation system of the motor vehicle 1 determines the position data of the charging station 4 and transmits it to the control unit 3 of the motor vehicle 1 or transmits it riding. For example, during a charging process at a charging station 4, the posi tion of the charging station 4 corresponds to the position of the motor vehicle 1 to be loaded at the charging station 4.
  • the position data of the charging station 4 can be specified on the driver's side.
  • the position data of the charging station 4 can be determined via the driver's mobile phone and transmitted to the control unit 3 of the motor vehicle 1 . It is also possible for the driver to specify position data for the charging station 4 manually. Air pressure data from the charging station 4 can also be used as position data.
  • future route data of the motor vehicle 1 to be charged at the charging station 4 are determined in a block 13, namely data of the route 8 to be traveled after charging. This also includes data of a downhill gradient route to be traveled after charging 8.
  • This data of the route to be traveled after charging can then, if the motor vehicle 1 has a GPS system or navigation system and the route is entered in this system, from the GPS system or from the navigation system of the motor vehicle be transmitted to the control unit 6 of the motor vehicle. If the motor vehicle does not have a GPS system or navigation system, it is possible to determine the route data for route 8 to be traveled after charging, depending on past trips made by motor vehicle 1 and depending on the position data of charging station 4 .
  • the defined target state of charge for the charging process at the charging station 4 he averages, which is less than the maximum allowable state of charge for the traction battery 3. In this case, it is possible to continue to determine this defined target state of charge as a function of a mass of motor vehicle 1 .
  • the mass of motor vehicle 1 can be determined by motor vehicle 1 on the control side. In the case of a commercial vehicle, it is possible to take a maximum permissible loading mass into account.
  • the charging process of the motor vehicle 1, namely the traction battery 3 of the same is carried out at the charging station 4, with a check being made in a block 16 whether the actual state of charge of the traction battery 3 has reached the state of charge determined in block 14. If this is the case, then in a block 17 the loading process is aborted. If, however, this is not the case, the charging process is continued until the actual state of charge has reached the target state of charge determined in block 14 .
  • block 18 checks whether the free storage capacity of the traction battery 3 in recuperation mode is less than the storage capacity required for recuperation, i.e. whether the free storage capacity of the energy storage device 3 is sufficient is in order to be able to store the electrical energy obtained in recuperation mode in the traction battery 3 . This can be done by checking in block 18 whether the actual state of charge of the traction battery 3 has reached the maximum allowable state of charge of the traction battery 3 .
  • block 19 it is possible in block 19 to operate at least one power take-off or auxiliary consumer of the motor vehicle in order to consume the electrical energy obtained during recuperation immediately and not to store it in the traction battery 3 .
  • an air conditioning system or cooling system of the motor vehicle can be operated to consume electrical energy.
  • the speed of the motor vehicle is limited on the downhill gradient of the route 8 to be traveled.
  • the electrical energy generated during recuperation depends on the speed of motor vehicle 1 .
  • the driving speed of the motor vehicle 1 is then preferably limited to a defined limit value and the electrical energy that is nevertheless generated is operated via the loading of at least one power take-off or auxiliary consumer of the motor vehicle 1 consumed.
  • control of power electronics of the respective electrical machine's 2 can thus be modified in order to reduce the efficiency during recuperation and thus to generate less electrical energy during recuperation. In the case of an asynchronous machine, this can be done, for example, by reducing the magnetic flux and increasing the stator field. When the efficiency is reduced, heat then accumulates, which can be dissipated via the cooling of the respective electrical machine 2 .
  • the purely electrically powered motor vehicle 1 has a plurality of electric machines 2, it is possible in block 19 to operate at least one electric machine 2 as a motor and at the same time at least one other electric machine 2 as a generator.
  • the electrical energy obtained as a generator is then consumed in the respective motor-operated electrical machine 2 .
  • This increases the energy conversion in the electrical machines 2 and increases the losses in the drive, which means that if the storage capacity of the traction battery 3 is not sufficient to store electrical energy, it will consume it or convert it into heat .
  • the invention also relates to a control unit which is set up to automatically carry out the method described above on the control side.
  • This control device is a control device 6 of the purely electrically driven motor vehicle 1, which in particular automatically controls and/or regulates the charging process of the traction battery 3 at a charging station 4, as described above.
  • This control unit is preferably an electronic control unit with hardware and software means.
  • the hardware means include a processor for data processing, a memory for data storage and data interfaces in order to exchange data with the assemblies involved in the execution of the method according to the invention, for example with the control device 7 of the charging station 4, with a possibly existing GPS system or navigation system or the like.
  • the software-side resources include program modules that are implemented in control unit 6 for carrying out the method according to the invention.
  • Reference signs motor vehicle electric machine traction battery charging station charging cable control unit control unit routes block block block block block block block block block block block block block block block block block

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines ausschließlich elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs (1), insbesondere eines Nutzfahrzeugs, welches als Antriebsaggregat mindestens eine elektrische Maschine (2), eine Traktionsbatterie (3) zur Speicherung von Traktionsenergie und ein Steuergerät (6) zur Steuerung und/oder Regelung eines Ladezustands der Traktionsbatterie (3) aufweist, wobei zum Laden der Traktionsbatterie (3) an einer Ladestation (4) abhängig von Positionsdaten der Ladestation (4) und abhängig von zukünftigen Fahrstreckendaten des an der Ladestation (4) zu ladenden Kraftfahrzeugs (1), nämlich von Daten mindestens eines Gefälles einer nach dem Laden zu befahrenden Fahrstrecke (8), ein definierter Soll-Ladezustand für die Traktionsbatterie (3) ermittelt wird, bis zu welchem die Traktionsbatterie (3) an der Ladestation (4) geladen wird, wobei der definierte Soll-Ladezustand kleiner als ein maximal zulässiger Ladezustand der Traktionsbatterie (3) ist, um entlang der nach dem Laden zu befahrenden Fahrstrecke (8) in dem mindestens einen Gefälle derselben über einen generatorischen Betrieb der mindestens einen elektrische Maschine (2) rekuperierbare Energie zum Laden der Traktionsbatterie (3) zu nutzen.

Description

Verfahren zum Betreiben eines ausschließlich elektrisch anqetriebenen
Kraftfahrzeugs und Steuergerät
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines ausschließlich elektrisch an getriebenen Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs zur Durchführung des Verfahrens.
Konventionelle, verbrennungsmotorisch angetriebene Nutzfahrzeuge verfügen als Antriebsstrangkomponente über eine verschleißfreie Dauerbremse. Eine solche ver schleißfreie Dauerbremse ist typischerweise als hydraulische Bremse in Form eines Retarders ausgebildet. Eine solche verschleißfreie Dauerbremse wandelt kinetische Energie bei einem Bremsvorgang in Wärmeenergie. Die Wärmeenergie kann über ein Kühlsystem an die Umgebung abgegeben werden, wobei das Kühlsystem des Nutzfahrzeugs ohnehin erforderlich ist, um den Verbrennungsmotor des Nutzfahr zeugs zu kühlen.
Rein elektrisch angetriebene Nutzfahrzeuge verfügen über keinen Verbrennungsmo tor mehr. Durch den Wegfall des Verbrennungsmotors entfällt auch das Erfordernis, den Verbrennungsmotor über ein Kühlsystem zu kühlen. Daher ist es wünschens wert, auch auf eine verschleißfreie Dauerbremse in Form eines Retarders bzw. einer hydraulischen Bremseinrichtung zu verzichten, da sonst ein entsprechend dimensio niertes Kühlsystem zur Kühlung der verschleißfreien Dauerbremse bereitgehalten werden müsste. Bei rein elektrisch angetriebenen Nutzfahrzeugen würde eine ver schleißfreie Dauerbremse zum Bremsen jedoch nur in Ausnahmefällen genutzt, da auch über eine generatorisch betriebene elektrische Maschine des Nutzfahrzeugs gebremst werden kann.
Das Bremsen eines ausschließlich elektrisch angetriebenen Nutzfahrzeugs über die oder jede elektrische Maschine desselben setzt jedoch voraus, dass eine Traktions batterie des Nutzfahrzeugs ausreichend Speicherkapazität aufweist, um die im gene ratorischen Betrieb der mindestens einen elektrischen Maschine erzeugte elektrische Energie aufnehmen zu können. Da dies nach dem Stand der Technik nicht in jeder Betriebssituation des Nutzfahr zeugs gewährleistet werden kann, ist es bislang nicht möglich, bei rein elektrisch an getriebenen Kraftfahrzeugen, insbesondere bei rein elektrisch angetriebenen Nutz fahrzeugen, auf eine verschleißfreie Dauerbremse zu verzichten. Es besteht jedoch Bedarf daran, die zu ermöglichen.
US 8829848 B2 offenbart ein Batterieladesteuerungsverfahren für Elektrofahr zeuge. Es wird vorgeschlagen, zum Laden der Traktionsbatterie eines Elektrofahr zeugs an einer Ladestation einen Fahrer anzuweisen, einen Soll-Ladezustand der Traktionsbatterie für den Ladevorgang einzugeben und nachfolgend die Traktions batterie bis zum Erreichen dieses Soll-Ladezustands an der Ladestation zu laden. Ferner kann von Daten eines Navigationssystems des Elektrofahrzeugs während der Fahrt ein oberer Grenzwert und ein unterer Grenzwert für den Ladezustand ermittelt werden. Abhängig von einer Differenz zwischen diesem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert wird das Elektrofahrzeug betrieben.
US 8083015 B2 offenbart ein Hybridfahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben ei nes Hybridfahrzeugs bekannt. Ein Steuergerät des Hybridfahrzeugs bestimmt einen Aufneigungs-Zustand und einen Abneigungs-Zustand des Hybridfahrzeugs während der Fahrt, um abhängig hiervon das Hybridfahrzeug zu betreiben.
DE 10327438 B4 offenbart ein Verfahren zum Steuern und/Regeln einer Kupplung eines Kraftfahrzeugs. Abhängig von Daten, die ein Navigationssystem des Kraftfahr zeugs bereitstellt, kann eine an die Fahrstrecke optimierte Strategie zum Steuern und/oder Regeln der Kupplung bestimmt werden.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Ver fahren zum Betreiben eines ausschließlich elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs und ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines ausschließlich elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird zum Laden der Traktionsbatterie an einer Ladestation abhän gig von Positionsdaten der Ladestation und abhängig von zukünftigen Fahrstrecken daten des an der Ladestation zu ladenden Kraftfahrzeugs, nämlich von Daten min destens eines Gefälles der nach dem Laden zu befahrenden Fahrstrecke, ein defi nierter Soll-Ladezustand für die Traktionsbatterie ermittelt, bis zu welchem die Trakti onsbatterie an der Ladestation geladen wird, wobei der definierte Soll-Ladezustand für die Traktionsbatterie kleiner als ein maximal zulässiger Ladezustand derselben ist, um so entlang der nach dem Laden vom Kraftfahrzeug zu befahrenden Fahrstre cke in dem mindestens einen Gefälle dieser Fahrstrecke über einen generatorischen Betrieb der mindestens einen elektrische Maschine rekuperierbare elektrische Ener gie zum Laden der Traktionsbatterie zu nutzen.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals ein intelligenter Ladevorgang für ein ausschließlich elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug vorgeschlagen, bei wel chem abhängig von Positionsdaten der Ladestation sowie abhängig von Fahrstre ckendaten der nach dem Laden an der Ladestation zurückzulegenden Fahrstrecke, der Soll-Ladezustand für die Traktionsbatterie für den Ladevorgang an der Ladesta tion bestimmt wird.
Dieser definierte Soll-Ladezustand ist kleiner als der maximal zulässige Ladezustand, sodass demnach abhängig von den Positionsdaten der Ladestation sowie abhängig von den Fahrstreckendaten der nach dem Laden zurückzu legenden Fahrstrecke die Traktionsbatterie nicht vollständig geladen wird, sondern eine definierte Speicherka pazität frei bleibt. Diese freie Speicherkapazität kann dann genutzt werden, um in dem mindestens einen Gefälle der nach dem Laden zurückzulegenden Fahrstrecke über einen generatorischen Betrieb mindestens einer elektrischen Maschine gewon nene elektrische Energie zum Laden der Traktionsbatterie zu nutzen, ohne den maxi mal zulässigen Ladezustand der Traktionsbatterie zu überschreiten. So ist es mög lich, bei einem ausschließlich elektrisch angetriebenen Nutzfahrzeug auf eine ver schleißfreie Dauerbremse, insbesondere auf einen Retarder, und auf ein entspre chend dimensioniertes Kühlsystem zu verzichten. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung hält die Ladestation ihre Positi onsdaten bereit und übermittelt diese dem Steuergerät des Kraftfahrzeugs. Alternativ oder zusätzlich ermittelt ein GPS-System des Kraftfahrzeugs oder ein Navigations system des Kraftfahrzeugs die Positionsdaten der Ladestation und übermittelt diese dem Steuergerät des Kraftfahrzeugs. Alternativ oder zusätzlich sind die Positionsda ten der Ladestation fahrerseitig vorgebbar.
Dann, wenn das Kraftfahrzeug, insbesondere das Nutzfahrzeug, kein eigenes GPS- System oder Navigationssystem aufweist, ist es von Vorteil, wenn die Ladestation ihre Positionsdaten bereithält und dem Steuergerät des Kraftfahrzeugs übermittelt.
Es ist alternativ oder zusätzlich auch möglich, die Positionsdaten der Ladestation fah rerseitig vorzugeben, zum Beispiel unter Zuhilfenahme eines Mobiltelefons des Fah rers.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung übermittelt ein GPS-System o- der Navigationssystem des Kraftfahrzeugs die zukünftigen Fahrstreckendaten des an der Ladestation zu ladenden Kraftfahrzeugs dem Steuergerät des Kraftfahrzeugs. Al ternativ oder zusätzlich werden abhängig von vergangenen Fahrten des Kraftfahr zeugs und den Positionsdaten der Ladestation die zukünftigen Fahrstreckendaten des an der Ladestation zu ladenden Kraftfahrzeugs ermittelt. Alternativ oder zusätz lich sind die zukünftigen Fahrstreckendaten fahrerseitig vorgebbar.
Dann, wenn das Kraftfahrzeug, insbesondere das Nutzfahrzeug, kein GPS-System oder Navigationssystem aufweist, ist es von besonderem Vorteil, wenn abhängig von vergangenen Fahrten des Kraftfahrzeugs auf die zukünftigen Fahrstreckendaten ge schlossen werden kann. So werden Nutzfahrzeuge typischerweise entlang immer wiederkehrender Fahrstrecken betrieben. Dies kann im Steuergerät dazu genutzt werden, Fahrstrecken zu lernen und abhängig von den Positionsdaten der Ladesta tion auf Fahrstreckendaten der nach dem Laden zu befahrenden Fahrstrecke zu schließen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, die zukünftigen Fahrstre ckendaten fahrerseitig vorzugeben. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der definierte Soll-Ladezu stand für die Traktionsbatterie weiterhin abhängig von einer Masse des Kraftfahr zeugs ermittelt. Die Masse des Kraftfahrzeugs beeinflusst diejenige elektrische Ener gie, die bei einer Gefällefahrt im generatorischen Betrieb der mindestens einen elektrischen Maschine gewonnen werden kann und dann in der Traktionsbatterie zu speichern ist. Daher ist es vorteilhaft, den Soll-Ladezustand für die Traktionsbatterie für den Ladevorgang der Ladestation auch abhängig von der Masse des Kraftfahr zeugs zu gestalten, nämlich den Soll-Ladezustand beim Ladevorgang an der La destation abhängig von der Masse des Kraftfahrzeugs zu ermitteln.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird nach dem Laden und wäh rend eines sich an das Laden anschließenden Fährbetriebs des Kraftfahrzeugs dann, wenn die freie Speicherkapazität der Traktionsbatterie kleiner als die beim Rekupe- rieren benötige Speicherkapazität ist, mindestens einer der folgenden Maßnahmen ergriffen:
Erhöhen des maximal zulässigen Ladezustands für die Traktionsbatterie.
Betreiben mindestens eines Nebenabtriebs oder Nebenverbrauchers des Kraftfahrzeugs.
Verschieben des Betriebspunkts der mindestens einen elektrischen Maschine in Richtung auf einen reduzierten Wirkungsgrad.
Begrenzen der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs im Gefälle.
Bei einem Kraftfahrzeug mit mehreren elektrischen Maschine Betreiben min destens einer elektrischen Maschine als Motor und gleichzeitiges Betreiben mindes tens einer anderen elektrischen Maschine als Generator.
Diese Maßnahmen sind von Vorteil, wenn nach dem Laden und während des Fähr betriebs des Kraftfahrzeugs die freie Speicherkapazität der Traktionsbatterie nicht ausreichend sein sollte, um beim Rekuperieren im Gefälle gewonnene elektrische Energie zu speichern. Dabei ist es von besonderem Vorteil, entweder den Wirkungs grad der elektrischen Maschine in Richtung auf einen schlechteren Wirkungsgrad zu verschieben und/oder die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs im Gefälle zu be grenzen. Dann, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs im Gefälle begrenzt wird, wird vorzugsweise zusätzlich mindestens ein Nebenabtrieb oder Nebenverbraucher des Kraftfahrzeugs betrieben, um die bei begrenzter Fahrgeschwindigkeit gewon nene elektrische Energie im Bereich des Nebenabtriebs oder Nebenverbrauchers zu verbrauchen.
Das erfindungsgemäße Steuergerät ist in Anspruch 10 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nach folgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Fland der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Skizze zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 ein Signalflussdiagramm zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsge mäßen Verfahrens.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines ausschließlich elektrisch an getriebenen Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, und zwar ein Ver fahren zum Laden eines solchen Kraftfahrzeugs an eine Ladestation sowie vorzugs weise weiterhin Maßnahmen, die den nachfolgenden Betrieb des Kraftfahrzeugs nach dem Laden an der Ladestation betreffen.
Fig. 1 zeigt stark schematisiert ein als Nutzfahrzeug ausgebildetes, rein elektrisch an getriebenes Kraftfahrzeug 1. Das Kraftfahrzeug 1 verfügt über mindestens eine elekt rische Maschine 2, die dem Antreiben des ausschließlich elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 1 dient. Hierzu benötigte elektrische Energie wird in einer Traktions batterie 3 des Kraftfahrzeugs bereitgehalten.
Das rein elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug 1 steht in Fig. 1 an einer Ladestation 4 und ist zum Laden über ein Ladekabel 5 mit der Ladestation 4 gekoppelt. Über ei nen Ladevorgang kann so die Traktionsbatterie 3 des rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 1 geladen werden. Fig. 1 zeigt weiterhin ein Steuergerät e des rein elektrisch angetriebenen Kraftfahr zeugs 1 sowie ein Steuergerät 7 der Ladestation 4. Das Steuergerät 6 steuert und/o der regelt den Ladezustand der Traktionsbatterie 3, und zwar auch beim Ladevor gang der Ladestation 4. So gibt das Steuergerät 6 für einen Ladevorgang einen Soll- Ladezustand der Traktionsbatterie 3 vor, bis zu welchem die Traktionsbatterie 3 beim Ladevorgang an der Ladestation 4 geladen wird.
Das Steuergerät 7 der Ladestation 4 steuert insbesondere die Ladeleistung des La devorgangs, insbesondere abhängig von einer zur Verfügung stehenden Netzleis tung.
Fig. 1 visualisiert weiterhin eine nach dem Laden der Traktionsbatterie 3 des rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 1 an der Ladestation 4 vom Kraftfahrzeug 1 zu befahrende Fahrstrecke 8. Diese Fahrstrecke 8 umfasst dabei gemäß Fig. 1 ein Gefälle.
Bei der Fahrt im Gefälle der Fahrstrecke 8 kann mindestens eine elektrische Ma schine 2 des Kraftfahrzeugs 1 generatorisch betrieben werden, um das Kraftfahrzeug 1 zu bremsen und hierbei in einem Rekuperationsbetrieb elektrische Energie zu ge winnen, die dann in der Traktionsbatterie 3 zu speichern ist. Das Speichern dieser im Gefälle gewonnenen elektrischen Energie ist jedoch nur dann möglich, wenn die Traktionsbatterie 3 eine ausreichende freie Speicherkapazität aufweist.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, zum Laden der Traktionsbat terie 3 des rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 1 an der Ladestation 4 ab hängig von Positionsdaten der Ladestation 4 und abhängig von zukünftigen Fahrstre ckendaten des an der Ladestation 4 zu ladenden Kraftfahrzeugs 1 , nämlich abhängig von Daten mindestens eines Gefälles der nach dem Laden zu befahrenden Fahrstre cke 8, einen definierten Soll-Ladezustand für die Traktionsbatterie 3 beim Laden an der Ladestation 4 zu ermitteln. Dieser definierte Soll-Ladezustand der Traktionsbatte rie 3 für das Laden derselben an der Ladestation 4 ist dabei kleiner als ein maximal zulässiger Ladezustand für die Traktionsbatterie 3. Beim Ladevorgang an der Ladestation 4 wird dann die Traktionsbatterie 3 bis zu dem definierten Soll-Ladezustand, der kleiner als der maximal zulässige Ladezustand der Traktionsbatterie 3 ist, geladen. So ist es möglich, entlang der nach dem Laden zu befahrenden Fahrstrecke 8 in dem mindestens einen Gefälle derselben über einen generatorischen Betrieb der mindestens einen elektrischen Maschine 2 rekuperier- bare elektrische Energie zum Laden der Traktionsbatterie 3 zu nutzen, da dann hier für die Traktionsbatterie 3 eine ausreichend große freie Speicherkapazität aufweist.
Weitere Details der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf das Sig nalflussdiagramm der Fig. 2 beschrieben. In Fig. 2 visualisiert ein Block 10 den Start des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nachfolgend wird in einem Block 11 überprüft, ob das ausschließlich elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug 1 an einer Ladestation 4 für einen Ladevorgang der Traktionsbatterie 3 des Kraftfahrzeugs 1 angeschlossen ist. Ist dies der Fall, so wird ausgehend von Block 11 auf Block 12 verzweigt.
Im Block 12 werden Positionsdaten der Ladestation 4 ermittelt und dem Steuergerät 6 des Kraftfahrzeugs 1 bereitgestellt. Die Positionsdaten der Ladestation 4 können dabei im Steuergerät 7 der Ladestation 4 abgelegt sein und bereitgehalten werden, wobei dann die Ladestation 4 diese Positionsdaten dem Steuergerät 6 des Kraftfahr zeugs 1 bereitstellt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass dann, wenn das Kraftfahrzeug 1 ein GPS-System oder ein Navigationssystem aufweist, das GPS- System oder Navigationssystem des Kraftfahrzeugs 1 die Positionsdaten der La destation 4 ermittelt und dem Steuergerät 3 des Kraftfahrzeugs 1 übermittelt bzw. be reitstellt. So stimmt nämlich bei einem Ladevorgang an einer Ladestation 4 die Posi tion der Ladestation 4 mit der Position des an der Ladestation 4 zu ladenden Kraft fahrzeugs 1 überein. Alternativ oder zusätzlich ist es weiterhin möglich, die Positions daten der Ladestation 4 fahrerseitig vorzugeben. So können zum Beispiel die Positi onsdaten der Ladestation 4 über ein Mobiltelefon des Fahrers ermittelt und an das Steuergerät 3 des Kraftfahrzeugs 1 übertragen werden. Auch ist es möglich, dass der Fahrer Positionsdaten der Ladestation 4 manuell vorgibt. Auch können Luftdruckda ten der Ladestation 4 als Positionsdaten genutzt werden. Nach dem Ermitteln der Positionsdaten der Ladestation 4 in Block 12 werden nach folgend in einem Block 13 zukünftige Fahrstreckendaten des an der Ladestation 4 zu ladenden Kraftfahrzeugs 1 ermittelt, nämlich Daten der nach dem Laden zu befah renden Fahrstrecke 8. Hierzu zählen auch Daten eines Gefälles der nach dem Laden zu befahrenden Fahrstrecke 8. Diese Daten der nach dem Laden zu befahrenden Fahrstrecke können dann, wenn das Kraftfahrzeug 1 ein GPS-System oder Navigati onssystem aufweist und die Fahrstrecke in diesem System eingegeben ist, vom GPS-System oder vom Navigationssystem des Kraftfahrzeugs an das Steuergerät 6 des Kraftfahrzeugs übermittelt werden. Sollte das Kraftfahrzeug kein GPS-System o- der Navigationssystem aufweisen, so ist es möglich, die Fahrstreckendaten der nach dem Laden zu befahrenden Fahrstrecke 8 abhängig von vergangenen Fahrten des Kraftfahrzeugs 1 und abhängig von den Positionsdaten der Ladestation 4 zu ermit teln. So ist es zum Beispiel möglich, anhand der von dem Laden an der Ladestation 4 zurückgelegten Fahrstrecke über einen Neigungssensor des Kraftfahrzeugs 1 er fasste Steigungsdaten und Gefälledaten der vor dem Laden zurückgelegten Fahr strecke aufzusummieren bzw. aufzuintegrieren und dann aus einem Vergleich der aufsummierten bzw. aufintegrierten Steigungsdaten und Gefälledaten darauf zu schließen, ob nach dem Laden des Kraftfahrzeugs 1 an der Ladestation 4 eine Fahrt in einem Gefälle wahrscheinlich ist. Bei Nutzfahrzeugen können insbesondere auch immer wiederkehrende Fahrstreckendaten berücksichtigt werden, die steuerungssei tig vorgegeben oder gelernt sind. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, Daten der nach dem Laden zu befahrenden Fahrstrecke 8 fahrerseitig vorzugeben.
Nach der Ermittlung der Positionsdaten der Ladestation4 in Block 12 und nach der Ermittlung der Daten der nach dem Laden zu befahrenden Fahrstrecke 8 in Block 13 wird dann in einem Block 14 abhängig von den in den Blöcken 12 und 13 bestimmten Daten der definierte Soll-Ladezustand für den Ladevorgang an der Ladestation 4 er mittelt, der kleiner als der maximal zulässige Ladezustand für die Traktionsbatterie 3 ist. Hierbei ist es möglich, diesen definierten Soll-Ladezustand weiterhin abhängig von einer Masse des Kraftfahrzeugs 1 zu ermitteln. Die Masse des Kraftfahrzeugs 1 kann steuerungsseitig vom Kraftfahrzeug 1 ermittelt werden. Bei einem Nutzfahrzeug ist es möglich, eine maximal zulässige Beladungsmasse desselben zu berücksichti gen. Nachfolgend wird in einem Block 15 der Ladevorgang des Kraftfahrzeugs 1 , nämlich der Traktionsbatterie 3 desselben, an der Ladestation 4 durchgeführt, wobei in einem Block 16 überprüft wird, ob der Ist-Ladezustand der Traktionsbatterie 3 den in Block 14 ermittelten Ladezustand erreicht hat. Ist dies der Fall, so wird in einem Block 17 der Ladevorgang abgebrochen. Ist dies hingegen nicht der Fall, so wird der Ladevor gang fortgesetzt, bis der Ist-Ladezustand den in Block 14 bestimmten Soll-Ladezu stand erreicht hat.
Nach Beendigung des Ladevorgangs 17 wird während der nachfolgenden Fahrt des rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs 1 in Block 18 überprüft, ob im Rekupe- rationsbetrieb die freie Speicherkapazität der Traktionsbatterie 3 kleiner ist als die beim Rekuperieren benötigte Speicherkapazität, ob also die freie Speicherkapazität des Energiespeichers 3 ausreichend ist, um die im Rekuperationsbetrieb gewonnene elektrische Energie in der Traktionsbatterie 3 speichern zu können. Dies kann dadurch erfolgen, dass in Block 18 überprüft wird, ob der Ist-Ladezustand der Trakti onsbatterie 3 den maximal zulässigen Ladezustand der Traktionsbatterie 3 erreicht hat.
Wird in Block 18 festgestellt, dass die freie Speicherkapazität der Traktionsbatterie 3 bei einer Fahrt im Gefälle, also im Rekuperationsbetrieb, nicht ausreichend ist, um die beim Rekuperieren gewonnene elektrische Energie in der Traktionsbatterie 3 zu speichern, so wird ausgehend von Block 18 auf Block 19 verzweigt, wobei dann in Block 19 mindestens eine Ersatzmaßnahme ergriffen wird.
Es ist möglich, dass in Block 19 der maximal zulässige Ladezustand für die Trakti onsbatterie 3 temporär erhöht wird, um die beim Rekuperieren erzeugte elektrische Energie zu speichern.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, in Block 19 mindestens einen Nebenabtrieb oder Nebenverbraucher des Kraftfahrzeugs zu betreiben, um die beim Rekuperieren gewonnene elektrische Energie gleich zu verbrauchen und nicht in der Traktionsbat terie 3 zu speichern. So kann zum Beispiel ein Klimasystem oder Kühlsystem des Kraftfahrzeugs betrie ben werden, um elektrische Energie zu verbrauchen. In diesem Zusammenhang ist es von besonderem Vorteil, wenn im Gefälle der zu befahrenden Fahrstrecke 8 die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs begrenzt wird. Die beim Rekuperieren erzeug bare elektrische Energie ist von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 abhängig. Ist also die Speicherkapazität der Traktionsbatterie 3 nicht mehr ausreichend, um beim Rekuperieren gewonnene elektrische Energie zu speichern, so wird dann vor zugsweise die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 auf einen definierten Grenzwert beschränkt und die dennoch erzeugte elektrische Energie über den Be trieb mindestens eines Nebenabtriebs oder Nebenverbrauchers des Kraftfahrzeugs 1 verbraucht.
Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, den Betriebspunkt der mindestens ei nen elektrischen Maschine 2 in Richtung auf einen reduzierten Wirkungsgrad zu ver schieben. So kann die Ansteuerung einer Leistungselektronik der jeweiligen elektri schen Maschine 2 modifiziert werden, um den Wirkungsgrad beim Rekuperieren zu verringern und so beim Rekuperieren weniger elektrische Energie zu erzeugen. Dies kann bei einer Asynchronmaschine zum Beispiel durch Reduzierung des magneti schen Flusses und durch Erhöhung des Statorfeldes erfolgen. Bei Reduzierung des Wirkungsgrads fällt dann Wärme an, die über die Kühlung der jeweiligen elektrischen Maschine 2 abgeführt werden kann.
Sollte das rein elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug 1 mehrere elektrische Maschi nen 2 aufweisen, so ist es in Block 19 möglich, mindestens eine elektrische Ma schine 2 als Motor und gleichzeitig mindestens eine andere elektrische Maschine 2 als Generator zu betreiben. Die generatorisch gewonnene elektrische Energie wird dann in der jeweiligen motorisch betriebenen elektrischen Maschine 2 verbraucht. Hierdurch wird der Energieumsatz in den elektrischen Maschinen 2 erhöht und die Verluste im Antrieb steigen, wodurch in dem Fall, in dem die Speicherkapazität der Traktionsbatterie 3 nicht ausreichend ist, um gewonnene elektrische Energie zu spei chern, diese zu verbrauchen bzw. in Wärme zu wandeln. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät, welches eingerichtet ist, das oben be schriebene Verfahren automatisch steuerungsseitig auszuführen. Bei diesem Steuer gerät handelt es sich um ein Steuergerät 6 des rein elektrisch angetriebenen Kraft fahrzeugs 1 , welches insbesondere den Ladevorgang der Traktionsbatterie 3 an ei ner Ladestation 4, wie oben beschrieben, automatisch steuert und/oder regelt. Bei diesem Steuergerät handelt es sich vorzugweise um ein elektronisches Steuergerät mit hardwareseitigen und softwareseitigen Mitteln. Zu den hardwareseitigen Mitteln zählen ein Prozessor zur Datenverarbeitung, ein Speicher zur Datenspeicherung und Datenschnittstellen, um mit den an der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfah rens beteiligten Baugruppen Daten auszutauschen, so zum Beispiel mit dem Steuer gerät 7 der Ladestation 4, mit einem ggf. vorhandenen GPS-System oder Navigati onssystem oder dergleichen. Zu den softwareseitigen Mitteln zählen Programmbau steine, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Steuergerät 6 implementiert sind.
Bezugszeichen Kraftfahrzeugs elektrische Maschine Traktionsbatterie Ladestation Ladekabel Steuergerät Steuergerät Fahrstrecken Block Block Block Block Block Block Block Block Block Block

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben eines ausschließlich elektrisch angetriebenen Kraft fahrzeugs (1 ), insbesondere eines Nutzfahrzeugs, welches als Antriebsaggregat min destens eine elektrische Maschine (2), eine Traktionsbatterie (3) zur Speicherung von Traktionsenergie und ein Steuergerät (6) zur Steuerung und/oder Regelung ei nes Ladezustands der Traktionsbatterie (3) aufweist, wobei zum Laden der Trakti onsbatterie (3) an einer Ladestation (4) abhängig von Positionsdaten der Ladestation (4) und abhängig von zukünftigen Fahrstreckendaten des an der Ladestation (4) zu ladenden Kraftfahrzeugs (1 ), nämlich von Daten mindestens eines Gefälles einer nach dem Laden zu befahrenden Fahrstrecke (8), ein definierter Soll-Ladezustand für die Traktionsbatterie (3) ermittelt wird, bis zu welchem die Traktionsbatterie (3) an der Ladestation (4) geladen wird, wobei der definierte Soll-Ladezustand kleiner als ein maximal zulässiger Ladezustand der Traktionsbatterie (3) ist, um entlang der nach dem Laden zu befahrenden Fahrstrecke (8) in dem mindestens einen Gefälle derselben über einen generatorischen Betrieb der mindestens einen elektrische Ma schine (2) rekuperierbare Energie zum Laden der Traktionsbatterie (3) zu nutzen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (4) ihre Positionsdaten bereithält und dem Steuergerät (6) des Kraftfahrzeugs (1 ) übermittelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein GPS- System oder Navigationssystem des Kraftfahrzeugs (1 ) die Positionsdaten der La destation (4) ermittelt und dem Steuergerät (6) des Kraftfahrzeugs (1 ) übermittelt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionsdaten der Ladestation (4) fahrerseitig vorgebbar sind.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein GPS-System oder Navigationssystem des Kraftfahrzeugs (1 ) die zukünftigen Fahrstreckendaten des an der Ladestation (4) zu ladenden Kraftfahrzeugs (1 ) dem Steuergerät (6) des Kraftfahrzeugs übermittelt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von vergangenen Fahrten des Kraftfahrzeugs (1 ) und den Positionsdaten der Ladestation (4) die zukünftigen Fahrstreckendaten des an der Ladestation (4) zu ladenden Kraftfahrzeugs (1) ermittelt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zukünftigen Fahrstreckendaten fahrerseitig vorgebbar sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der definierte Soll-Ladezustand für die Traktionsbatterie (3) weiterhin abhängig von einer Masse des Kraftfahrzeugs (1 ) ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Laden und während eines Fährbetriebs des Kraftfahrzeugs (1 ) dann, wenn die freie Speicherkapazität der Traktionsbatterie (3) kleiner als die beim Rekuperie- ren benötige Speicherkapazität ist, mindestens einer der folgenden Maßnahmen er griffen wird:
Erhöhen des maximal zulässigen Ladezustands für die Traktionsbatterie (3), Betreiben mindestens eines Nebenabtriebs oder Nebenverbrauchers des Kraftfahrzeugs (1 ),
Verschieben des Betriebspunkts der mindestens einen elektrischen Maschine (2) in Richtung auf einen reduzierten Wirkungsgrad,
Begrenzen der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (1) im Gefälle, bei einem Kraftfahrzeugs (1) mit mehreren elektrischen Maschinen (2) Betrei ben mindestens einer elektrischen Maschine (2) als Motor und gleichzeitiges Betrei ben mindestens einer anderen elektrischen Maschine (2) als Generator.
10. Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe eingerichtet ist das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 automatisch steue rungsseitig auszuführen.
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