Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Leistung eines elektrischen Verbrauchers

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung der Leistung eines elektrischen Verbrauchers in einem elektrischen System eines Fahrzeugs, wobei das elektrische System eine elektrische Energiequelle und mindestens einen ersten elektrischen Verbraucher umfasst und die Energiequelle einen Ladungszustand aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Logikeinheit und ein elektrisches System, einen Antriebsstrang mit einem entsprechenden elektrischen System sowie ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.

Stand der Technik

Elektrische Systeme in Fahrzeugen weisen elektrische Energiequellen zur Versorgung von mindestens einem oder mehreren elektrischen Verbrauchern auf. Die Energiequelle eines elektrischen Systems weist einen Ladungszustand auf, der mit zunehmendem Betrieb der Verbraucher abnimmt. In Abhängigkeit der Leistung der einzelnen Verbraucher nimmt der Ladungszustand der Energiequelle unterschiedlich schnell ab. Mit Zunahme der leistungsstarken Verbraucher in elektrischen Systemen von Fahrzeugen nimmt die Bedeutung und Notwendigkeit eines Energiemanagementsystems zur Regelung und Verteilung der elektrischen Energie in dem System zu. Bereits beim parallelen Betrieb oder gleichzeitigen Einschalten zweier leistungsstarker Verbraucher kann die Leistungsfähigkeit einer Energiequelle überschritten werden und zu einem Zusammenbruch der Energieversorgung in dem elektrischen Netz führen. Ein Beispiel für zwei leistungsstarke Verbraucher in einem Fahrzeug sind eine elektrische Maschine, die den Antrieb eines Fahrzeugs unterstützt, und ein elektrisch angetriebener Turbo- lader, der die Ansaugluft für einen konventionellen Verbrennungsmotor komprimiert. Ein Überschreiten der Leistungsfähigkeit der Energiequelle führt zu einem Absinken der Spannung an den Verbrauchern, so dass ein bestimmungsgemäßer oder angeforderter Betrieb der elektrischen Verbraucher nicht mehr gewähr- leistet werden kann. Zur Vermeidung derartiger Zustände in elektrischen Systemen sind Lösungen für eine verbesserte Regelung der Leistung eines elektrischen Verbrauchers in einem elektrischen System notwendig.

Offenbarung der Erfindung

Es wird ein Verfahren zur Regelung der Leistung eines elektrischen Verbrauchers in einem elektrischen System eines Fahrzeugs bereitgestellt. Das elektrische System umfasst eine elektrische Energiequelle und mindestens einen ers- ten elektrischen Verbraucher. Die Energiequelle weist einen Ladungszustand auf. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Ermitteln des Leistungsbedarfs des ersten elektrischen Verbrauchers in einem zukünftigen Zeitabschnitt; Regeln der Leistung des ersten elektrischen Verbrauchers in dem zukünftigen Zeitabschnitt in Abhängigkeit des Ladungszustands und des ermittelten Leis- tungsbedarfs.

Es wird ein Verfahren zur Regelung der Leistung eines elektrischen Verbrauchers bereitgestellt. Der Verbraucher ist Teil eines elektrischen Systems eines Fahrzeugs, welches eine elektrische Energiequelle umfasst, die einen Ladungs- zustand aufweist. In dem Verfahren wird der Leistungsbedarf des ersten elektrischen Verbrauchers in einem zukünftigen Zeitabschnitt ermittelt. Hierzu ist ein Mittel vorhanden, welches die Ermittlung des Leistungsbedarfs ermöglicht, welcher in einem zukünftigen Zeitabschnitt von dem ersten elektrischen Verbraucher angeforderte werden wird. In Abhängigkeit dieses ermittelten Leistungsbedarfs und des Ladungszustands der Energiequelle wird die Leistung des ersten elektrischen Verbrauchers in dem zukünftigen Zeitabschnitt geregelt. Vorteilhaft wird ein Verfahren zur Regelung der Leistung mindestens eines elektrischen Verbrauchers bereitgestellt, welches einen bestimmungsgemäßen Betrieb des mindestens einen Verbrauchers in einem zukünftigen Zeitabschnitt gewährleistet. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das elektrische System den ersten und einen zweiten elektrischen Verbraucher. Die Leistung des zweiten elektrischen Verbrauchers, insbesondere mindestens eines zweiten elektrischen Verbrauchers, wird in Abhängigkeit der verbleibenden Energie im elektrischen System geregelt.

Es wird ein elektrisches System bereitgestellt, welches mindestens den ersten und einen zweiten elektrischen Verbraucher umfasst. Der erste elektrische Verbraucher soll priorisiert betrieben werden. Das bedeutet, dass der erste elektrische Verbraucher jederzeit bestimmungsgemäß oder gemäß einer im elektrischen System vorliegenden Anforderung betrieben werden soll. Mindestens ein zweiter elektrischer Verbraucher kann gegebenenfalls mit einer geringeren als der angeforderten Leistung betrieben werden. Somit wird der zweite elektrische Verbraucher insbesondere nicht jederzeit bestimmungsgemäß oder gemäß einer im elektrischen System vorliegenden Anforderung betrieben. Der bestimmungsgemäße Betrieb des ersten elektrischen Verbrauchers wird höher priorisiert, da dieser insbesondere für den Betrieb eines Gesamtsystems, in welches das elektrische System eingebunden ist, relevanter ist. Für diesen ersten elektrischen Verbraucher wird der Leistungsbedarf in einem zukünftigen Zeitabschnitt ermittelt. In Abhängigkeit des ermittelten Leistungsbedarfs und des Ladungszustands der Energiequelle wird der erste elektrische Verbraucher in dem zukünftigen Zeitabschnitt geregelt. Der mindestens eine folglich niedriger priorisierte zweite elektrische Verbraucher wird entsprechend der im elektrischen System verbleibenden elektrischen Leistung geregelt. Das bedeutet, dass der zweite Verbraucher nicht entsprechend einer Anforderung seitens des elektrischen Systems, Gesamtsystems oder eines Fahrers betrieben wird, sondern gegebenenfalls mit einer geringeren Leistung entsprechend der im elektrischen System bei bestimmungsgemäßen Betrieb des ersten Verbrauchers verbleibenden elektrischen Energie oder Leistung im elektrischen System. Zur Regelung des mindestens einen zweiten Verbrauchers wird bevorzugt die verbleibende elektrische Energie ermittelt. Vorteilhaft wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem mindestens ein erster elektrischer Verbraucher, der für ein Gesamtsystem als relevant betrachtet wird, entsprechend seines Leistungsbedarfs in dem zukünftigen Zeitabschnitt geregelt wird. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird der zukünftige Zeitabschnitt, für den der Leistungsbedarf des ersten Verbrauchers ermittelt wird und in dem der erste Verbraucher geregelt wird, mittels eines Startzeitpunkts und einer Zeitdauer vorgegeben. Der zukünftige Zeitabschnitt weist einen Startzeitpunkt auf, der in der Zukunft liegt, insbesondere einige Sekunden oder Zeiteinheiten, beispielsweise 2 bis 4 Sekunden. Der zukünftige Zeitabschnitt weist eine Zeitdauer auf, die insbesondere eine Sekunden- oder Zeiteinheiten, beispielsweise 5 bis 10 Sekunden aufweist. Der zukünftige Zeitabschnitt liegt somit in der Zukunft, so dass ein Energiemanagementsystem den Betrieb in dem zukünftigen Zeitabschnitt vorbereiten kann. Sollte die Energie für den Betrieb zweier elektrischer Verbraucher, insbesondere Hochleistungsverbraucher, nicht ausreichen, so wird beispielsweise der erste elektrische Verbraucher gemäß der angeforderten Leistung betrieben und der Betrieb eines zweiten elektrischen Verbrauchers eingeschränkt oder gar eingestellt. Vorteilhaft ist somit der bestimmungsgemäße Betrieb des ersten elektrischen Verbrauchers gewährleistet.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird der Leistungsbedarf des ers- ten elektrischen Verbrauchers in dem zukünftigen Zeitabschnitt in Abhängigkeit von Umgebungsparametern ermittelt. Insbesondere wird der Leistungsbedarf des ersten elektrischen Verbrauchers in Abhängigkeit von Betriebsparametern eines Antriebsstrangs, eines Verbrennungsmotors oder in Abhängigkeit von Navigationsdaten ermittelt.

Die Ermittlung des Leistungsbedarfs des ersten elektrischen Verbrauchers in dem zukünftigen Zeitabschnitt erfolgt in Abhängigkeit von Umgebungsparametern. Beispielsweise könnte eine elektrische Heizung in Abhängigkeit einer geringen Temperatur eines Antriebsstrangs betrieben werden, beispielsweise zur Er- möglichung einer Abgasreinigung der Abgase eines zu betreibenden Verbrennungsmotors. Oder es wird beispielsweise der Leistungsbedarf einer elektrischen Maschine zum Start eines Verbrennungsmotors in Abhängigkeit einer Information, dass der Verbrennungsmotors in Kürze gestartet wird, ermittelt. Ebenso kann der Leistungsbedarf des ersten elektrischen Verbrauchers in dem zukünftigen Zeitabschnitt in Abhängigkeit von Navigationsdaten ermittelt werden, beispiels- weise wenn eine Strecke mit einer großen Steigung in dem zukünftigen Zeitabschnitt befahren werden soll. Beispielsweise sollte hierzu ein elektrischer Turbolader betrieben werden und die Ansaugluft für den Verbrennungsmotor komprimieren oder ein elektrischer Antrieb den Verbrennungsmotor unterstützen. Vorteilhaft werden unterschiedliche Kriterien bereitgestellt zur Bestimmung des Leistungsbedarfs in einem zukünftigen Zeitabschnitts.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der erste elektrische Verbraucher ein elektrischer Turbolader. Insbesondere wird dabei der Leistungsbedarf des ersten elektrischen Verbrauchers beispielsweise in Abhängigkeit einer Solldrehzahl und eines Solldruckes des Turboladers bestimmt.

In dieser Ausgestaltung ist der erste elektrische Verbraucher ein elektrischer Turbolader. Für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Verbrennungsmotors ist ein bestimmungsgemäßer Betrieb des elektrischen Turboladers notwendig. Basierend auf dem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors kann mittels einer Modellierung des Verbrennungsmotors eine Solldrehzahl und ein Solldruck für den Turbolader bestimmt werden. Insbesondere wird der Leistungsbedarf des ersten elektrischen Verbrauchers in dem zukünftigen Zeitabschnitt in Abhängigkeit dieser Solldrehzahl und des Solldrucks bestimmt. Vorteilhaft wird ein Verfahren für einen bestimmungsgemäßen Betrieb eines Verbrennungsmotors und eines zugehörigen elektrischen Turboladers bereitgestellt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, eines der bisher beschriebenen Verfahren auszuführen.

Ferner betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.

Ferner betrifft die Erfindung eine Logikeinheit, wobei die Logikeinheit dazu eingerichtet ist, den Leistungsbedarf eines ersten elektrischen Verbrauchers in einem zukünftigen Zeitabschnitt in Abhängigkeit von Umgebungsparameter zu ermitteln und als Datensatz bereitzustellen. Es wird eine Logikeinheit bereitgestellt, welche den Leistungsbedarf eines ersten elektrischen Verbrauchers in einem zukünftigen Zeitabschnitt in Abhängigkeit von Umgebungsparametern ermitteln kann. Das bedeutet, dass die Logikeinheit Daten empfangen kann, beispielsweise von einer Sensoreinheit oder von anderen Rechen- oder Funktionseinheiten. In Abhängigkeit dieser Daten ermittelt die Logikeinheit den Leistungsbedarf eines ersten elektrischen Verbrauchers in einem zukünftigen Zeitabschnitt. Weiter ist die Logikeinheit dazu eingerichtet, den ermittelten Leistungsbedarf als Information oder als Datensatz bereitzustellen. Somit wird der Datensatz einer Regelung zur Verfügung gestellt, beispielsweise einer Regelung eines Energiemanagementsystems. Vorteilhaft wird eine verbesserte Logikeinheit für ein Energiemanagementsystem bereitgestellt.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit einer beschriebenen Logikeinheit. Diese Vorrichtung ist insbesondere der erste elektrische Verbraucher oder eine Steuereinheit.

Es wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die die beschriebene Logikeinheit um- fasst. Somit ermittelt die Vorrichtung den Leistungsbedarf eines ersten Verbrauchers in einem zukünftigen Zeitabschnitt und stellt diesen als Datensatz bereit. Diese Vorrichtung kann insbesondere der erste elektrische Verbraucher sein. In diesem Fall ist der erste elektrische Verbraucher selbst dazu in der Lage beispielsweise einem Energiemanagementsystem den eigenen Leistungsbedarf in einem zukünftigen Zeitabschnitt mitzuteilen. Somit kann das Energiemanagementsystem in dem zukünftigen Zeitabschnitt den ersten elektrischen Verbraucher bestimmungsgemäß regeln und betreiben. Alternativ ist die Vorrichtung eine separate Steuereinheit, die den Leistungsbedarf eines ersten elektrischen Verbrauchers in dem zukünftigen Zeitabschnitt ermittelt. Diese Information stellt die Steuereinheit für die Regelung der Leistung des ersten elektrischen Verbrauchers dem Energiemanagementsystem zur Verfügung. Für das Energiemanagementsystem ist es unbedeutend welcher Funktionseinheit im elektrischen System die Logikeinheit zugeordnet ist. Vorteilhaft werden verschiedene Varianten zur Integration einer Logikeinheit für ein verbessertes Energiemanagementsystem bereitgestellt. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches System mit einer elektrischen Energiequelle, mindestens einem ersten elektrischen Verbraucher, einer Steuereinheit und einer Logikeinheit. Die Energiequelle weist einen Ladungszustand auf. Die Logikeinheit ermittelt den Leistungsbedarf des ersten elektrischen Verbrauchers in einem zukünftigen Zeitabschnitt. Weiter regelt die Steuereinheit in dem zukünftigen Zeitabschnitt in Abhängigkeit des Ladungszustands und des ermittelten Leistungsbedarfs die Leistung des ersten elektrischen Verbrauchers in dem zukünftigen Zeitabschnitt.

Es wird ein elektrisches System mit einer elektrischen Energiequelle, einem ersten elektrischen Verbraucher, einer Steuereinheit und einer Logikeinheit bereitgestellt. Die Logikeinheit dient der Ermittlung des Leistungsbedarfs des ersten elektrischen Verbrauchers in einem zukünftigen Zeitabschnitt. Die Steuereinheit dient der Regelung der Leistung des ersten elektrischen Verbrauchers im elektrischen System in dem zukünftigen Zeitabschnitt in Abhängigkeit des ermittelten Leistungsbedarfs des ersten elektrischen Verbrauchers und des Ladungszustands der Energiequelle. Vorteilhaft wird ein elektrisches System bereitgestellt, bei dem der bestimmungsgemäße Betrieb eines ersten elektrischen Verbrauchers gewährleistet wird.

Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit einem beschriebenen elektrischen System. Insbesondere umfasst der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor. Ein derartiger Antriebsstrang dient beispielweise dem Antrieb eines Fahrzeugs, welches ein leistungsstarkes elektrisches Netz oder elektrisches System umfasst. Insbesondere umfasst der Antriebsstrang einen elektrischen Turbolader und/oder eine elektrische Maschine zur Unterstützung des verbrennungsmotorischen Antriebes. Mittels des Verfahrens und der Vorrichtung wird ein bestimmungsgemäßer Betrieb des Antriebsstrangs ermöglicht.

Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem beschriebenen Antriebsstrang. Vorteilhaft wird somit ein Fahrzeug bereitgestellt, welches ein elektrisches System mit mindestens einem ersten elektrischen Verbraucher umfasst. Mittels des Verfahrens und der Vorrichtung wird ein bestimmungsgemäßer Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht. Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend auf die Logikeinrichtung, die Vorrichtung bzw. den Antriebsstrang und das Fahrzeug und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Kurze Beschreibung der Zeichnung

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen: Figur 1

eine schematische Darstellung eines elektrischen Systems,

Figur 2

ein schematisch dargestelltes Fahrzeug mit einem Antriebsstrang,

Figur 3

ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zur Regelung der Leistung eines elektrischen Verbrauchers in einem elektrischen System. Ausführungsformen der Erfindung

Die Figur 1 zeigt ein elektrisches System 100 mit einer elektrischen Energiequelle 160 und mindestens einem ersten elektrischen Verbraucher 120_1, einer Steuereinheit 150 und einer Logikeinheit 110. Die Logikeinheit 110 ist dazu ein- gerichtet, den Leistungsbedarf des ersten Verbrauchers 120_1 in einem zukünftigen Zeitabschnitt zu ermitteln. Hierzu empfängt die Logikeinheit 110 Umgebungsparameter 130 einer Sensor- oder Funktionseinheit, oder beispielsweise aus einem Kennfeld. Die Logikeinheit 110 stellt die ermittelten Daten bezüglich des ermittelten Leistungsbedarfs des ersten elektrischen Verbrauchers 120_1 in einem zukünftigen Zeitabschnitt der Steuereinheit 150 zur Verfügung, welche wiederum den ersten elektrischen Verbraucher 120_1 in Abhängigkeit des ermittelten Leistungsbedarfs in dem zukünftigen Zeitabschnitt regelt. In der schematischen Darstellung sind weitere mögliche zweite elektrische Verbraucher 120_2 oder 120_n dargestellt, welche ebenfalls von der Steuereinheit 150 angesteuert werden. Die Ansteuerung dieser zweiten elektrischen Verbraucher 120_2, 120_n erfolgt jedoch nachgeordnet der Regelung des ersten elektrischen Verbrauchs 120_1. Der erste elektrische Verbraucher 120_1 wird entsprechend des ermittelten Leistungsbedarfs und in Abhängigkeit des Ladungszustand der Energiequelle 160 geregelt. In Abhängigkeit der noch verbleibenden elektrischen Energie im elektrischen System werden die nachgeordneten zweiten elektrischen Verbraucher 120_2 und 120_n geregelt. Mittels der strichlierten Linie in der Figur ist dargestellt, dass das elektrische System 100 insbesondere mehrere erste und zweite elektrische Verbraucher umfassen kann. Die Vorrichtung 140 umfasst bevorzugt die Steuereinheit 150 mit der Logikeinheit 110. Die Vorrichtung 140 kann bevorzugt auch den ersten elektrischen Verbraucher 120_1 mit der Logikeinheit 110 umfassen. Die Logikeinheit 110 kann eigenständig ausgeführt, in die Steuereinheit 150 integriert, in den ersten Verbraucher 120_1 integriert oder in eine andere Funktionseinheit des elektrischen Systems 100 integriert sein.

Die Figur 2 zeigt ein schematisch dargestelltes Fahrzeug 300 mit einem Antriebsstrang 200. Die Darstellung zeigt beispielhaft ein Fahrzeug mit vier Rädern 180, wobei die Erfindung gleichermaßen in beliebigen Fahrzeugen mit einer beliebigen Anzahl an Rädern zu Lande, zu Wasser und in der Luft einsetzbar ist. Der Antriebsstrang 200 umfasst beispielsweise einen verbrennungsmotorischen Antrieb mit dem Verbrennungsmotor 170, einer Kupplung 172 und einem Getriebe 174 zum Antrieb einer Fahrzeugantriebsachse. Weiter umfasst der Antriebsstrang 200 ein elektrisches System 100 mit der einer Energiequelle 160 zur Versorgung des mindestens ersten elektrischen Verbrauchers 120_1 und bevorzugt mindestens eines zweiten elektrischen Verbrauchers 120_2, 120_n. Die Steuereinheit 150 regelt die Leistung des ersten elektrischen Verbrauchers 120_1 in einem zukünftigen Zeitabschnitt und insbesondere die Leistung des zweiten elektrischen Verbrauchers 120_2, 120_n. Hierzu berücksichtigt die Steuereinheit 150 neben dem Ladungszustand der Energiequelle 160 und dem ermittelten Leistungsbedarf des ersten Verbrauchers 120_1 in einem zukünftigen Zeitab- schnitt insbesondere auch mittels geeigneter Sensoren ermittelter Umgebungsparameter 130.

Die Figur 3 zeigt einen schematischen Ablauf eines Verfahrens 400 zur Rege- lung der Leistung eines ersten elektrischen Verbrauchers 120_1 in einem elektrischen System 100. Mit Schritt 405 beginnt das Verfahren. In Schritt 410 wird der Leistungsbedarf des ersten elektrischen Verbrauchers 120_1 in einem zukünftigen Zeitabschnitt ermittelt. In Schritt 420 wird die Leistung des ersten Verbrauchers 120_1 in dem zukünftigen Zeitabschnitt in Abhängigkeit des Ladungszu- Stands einer Energiequelle 160 und des ermittelten Leistungsbedarfs geregelt.

Mit Schritt 495 endet das Verfahren.