用于对电气化车辆进行功率优化的方法和车辆与流程

用于对电气化车辆进行功率优化的方法和车辆
1.本发明涉及一种用于对电气化车辆进行功率优化的方法，其带有至少一个电蓄能器、带有至少一个电驱动器并带有至少一个辅助机组，其中，所述电蓄能器具有最大放电功率和持续放电功率。
2.此外，本发明还涉及一种车辆，其带有至少一个电蓄能器、带有至少一个电驱动器、带有至少一个辅助机组并带有至少一个功率控制单元，其中，所述电蓄能器具有最大放电功率和持续放电功率。
3.内燃机在乘用车中多年来的主导地位将被可持续的电力驱动系统所取代。当前纯电动车辆中的电动机通常从呈一个或多个电池形式的蓄电池中获取其能量。电动汽车的主要优点是它们不会在当地排放co2(二氧化碳)。当前电动汽车的一个缺点是，与具有内燃机的车辆相比，续航里程更小。此外，蓄能器的基本区别也带来弊端。内燃机的功率不取决于油箱填充度。然而电动机的有效功率则取决于电蓄能器的波动的有效功率。这主要归咎于高压电池的温度依赖性。在较低的电池温度下，预计会有明显的性能限制。
4.为了根据温度和与之相关的高压电池的波动的有效功率来计算电动车辆的续航里程，做出了不同的努力。
5.文献jp 2013068590 a例如示出了一种用于在考虑天气信息的情况下确定电动车辆的续航里程的方法。
6.覆盖计划行程路线的天气信息被确定，高压电池的荷电状态被获知并且在规定的区段中的平均电力消耗被确定。
7.根据天气信息，确定用于驾驶支持的辅助机器所需的功率，并由此确定车辆的续航里程。
8.在此，在行驶期间也能够根据当前的、所传输的天气信息来确定当前的续航里程。
9.上述现有技术虽然考虑高压电池的电池温度，但是未考虑用于功率优化的其他影响，尤其是当前的功率可用性。
10.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于功率优化的方法以及一种车辆，其中，能够实现尽可能长且可接受的行驶运行以及舒适性功能的尽可能多的可用性。
11.本发明的所述技术问题首先通过权利要求1的特征部分的技术特征解决，据此，在确定的能量配额下，为电驱动器和/或至少一个辅助机组提供最大放电功率。在能量配额耗尽后，当由于用于电驱动器的功率调用和至少一个辅助机组(或称为辅助设备)的功率而确定的极限值被超过时，将最大放电功率降低到持续放电功率，并且根据最大放电功率的还可用的能量配额降低至少一个辅助机组的功率。该方法可应用于所有具有电气化驱动装置的车辆，尤其是电池电动车辆、插电式混合动力车辆和燃料电池车辆。换言之，提供了能够调用全功率的能量配额。如果耗尽，则降低至持续放电功率。辅助耗能器不应只被可用的持续放电功率控制，而是还应能够与能量配额相关联。然而，辅助耗能器不应拥有全部的能量配额，因此，辅助耗能器的可用功率减少的形式是，预期的“正常”驾驶操作仍然可以不受限制地进行。
12.该能量配额例如可以是电蓄能器的功率调用的时间的配额。其通常可以是影响高
于持续放电功率的放电功率可用性的配额。属于此列的例如还有可用能量、持续时间、功率通量或热能输入。
13.辅助机组应理解为车辆的所有不直接实现车辆行进的辅助机器。属于此列的例如是转向和制动辅助装置，然而也有空调设备和加热器。
14.最大放电功率应理解为在不考虑瞬时负载或负载历史的情况下可供使用的功率。为了确保电蓄能器的使用寿命，最大放电功率仅在大约10秒或数十秒内不受限制地提供，此后，当前放电功率如期望地降低至持续放电功率。持续放电功率可以被称为比最大放电功率低的功率水平。在更长的时间范围内提供持续放电功率。当前放电功率取决于当前运行状态。相应地，最大放电功率也取决于当前运行状态。
15.用于电驱动器的功率调用在车辆驾驶员方面通过操纵踏板进行，但也通过驾驶员辅助系统进行。所述电蓄能器尤其可以是高压电池。
16.根据本发明的方法的首要优点在于，能够在确定的情形下取得在辅助机组的功率与电驱动器的功率之间的折衷。这能够在辅助机组与电驱动器之间分配功率，从而尽管可能在电蓄能器方面功率可用性剧烈受限，仍实现尽可能长且可接受的驾驶运行。因此，可用功率被智能地分配。
17.特别是舒适性耗能器可以被解释为一种基本负载。基本负载通常不由短期可用的电源供电。这意味着，对舒适性耗能器的供电通过可长期提供的电源实现，即通过持续放电功率实现。为了使辅助机组、尤其舒适性耗能器即使在车辆停驻时或行驶功率较低时也能使用，还为辅助机组提供了能量配额。
18.当驱动器具有相应较低的能量需求时，通过监控还可用的能量配额能够使辅助机组、尤其舒适性耗能器保持激活。在相应其他的情况下，该功率可以在需要相应高的行驶功率时被降低或者完全关断。
19.本发明的另外的优选设计方案由在从属权利要求中提到的其余特征得出。
20.在本发明的第一优选设计方式中规定，通过电蓄能器的持续放电功率定义极限值。通过该方式可以确定功率的最小极限，所述最小极限恰好足以为驱动器提供功率并同时在当前运行点为至少一个辅助机组提供最大功率。
21.作为备选，在本发明的一个扩展设计方式中可以规定，选择电蓄能器的当前放电功率与电蓄能器的最大放电功率之间的特定比例、优选40％至80％之间的比例、特别优选50％至70％之间的比例作为极限值。该比例作为极限值还可以在电气化车辆的行驶过程中多样地调整。由此，极限值可以匹配于车辆行驶期间的个性化情况。还可以考虑的是，一并引入有关即将面临的下坡行驶的路段数据或信息，以便调整用于辅助机组的能量配额的释放。
22.为了考虑对功率的其他影响，在本发明的扩展设计方式中规定，至少一个辅助机组的功率根据电蓄能器的温度被降低。也就是说，至少一个辅助机组的功率还根据电蓄能器的温度被降低。这可以例如由此实现，即，最大放电功率根据电蓄能器的瞬时温度被定义。此外，最大放电功率还可以取决于当前的负载历史。
23.相应地作为备选或补充，在本发明的扩展设计方式中规定，至少一个辅助机组的功率根据电蓄能器的荷电状态被降低。也就是说，至少一个辅助机组的功率额外地根据电蓄能器的荷电状态降低。这可以例如由此实现，即，最大放电功率根据电蓄能器的瞬时荷电
状态被定义。此外，最大放电功率还可以取决于当前的负载历史。所述最大放电功率还可以根据电蓄能器的瞬时温度、根据电蓄能器的瞬时荷电状态和当前负载历史被定义。
24.在本发明的扩展的优选设计方式中，设置至少两个辅助机组。为所述辅助机组配置了优先权，并且所述辅助机组的功率根据所配置的优先权被降低。通过该方式，可以首先将至少对可接受的运行并尤其对与行驶愿望具有影响的辅助机组的功率降低。在此可以规定，所述优先权在运行过程中被调整。可以考虑的是，通过由车辆驾驶员采取的设置来改变所述优先权。
25.当驾驶员例如改变车辆的空调设施时，这可以被认为是驾驶员在当前情形下特别优选空调设施的指征。相应地，可以提高负责空调设施的辅助机组的优先级。其他的辅助机组就可能与主观的驾驶员意愿无关，而且对于电气化车辆的可接受的运行而言并不是直接必要的，为所述其他的辅助机组相应地配置了较低的优先级。这些辅助机组的功率则在根据本发明的方法的范畴内被首先降低。
26.作为备选或补充，在本发明的扩展设计方式中规定，至少一个舒适性耗能器通过辅助机组被供应功率，并且为该辅助机组配置较低的优先权。舒适性耗能器例如应被理解为电气化车辆的空调设施。因此在正常设置中可以规定，舒适性耗能器的功率或为舒适性耗能器提供功率的辅助机组的功率基本上被首先降低，因为其并不直接实现车辆的行进。优先级可以通过驾驶员意愿被改变。
27.为了进一步优化所述方法，在本发明的扩展优选设计方式中规定，在首次低于第二极限值的情况下，当超过该极限值之后，至少一个辅助机组的功率又提高。因此可以识别：发生了系统的恢复。随后重新填充用于调用当前最大放电功率的配额。相应地，针对之前已经降低的辅助机组的功率进行功率释放。以这种方式确保即使在电蓄能器的功率受限更剧烈的情况下也不完全取消辅助机组功能。当电气化车辆的驾驶员并不要求将功率增强地用于驱动器时，所述辅助机组则获得功率。
28.为了考虑环境的影响，在本发明的扩展优选设计方式中规定，当电蓄能器的温度低于温度极限值时，加热电蓄能器。针对电蓄能器是高压电池的情况，电蓄能器的功率主要取决于单池温度。也就是说，例如在寒冷气候下对于功率优化而言必要的是，提高电蓄能器的温度。负责加热电蓄能器的辅助机组可以自动在寒冷气候下被提高优先级，从而在实施根据本发明的方法时不使该辅助机组的功率被首先降低。
29.在本发明的扩展的有利设计方式中规定，电气化车辆的驾驶员被告知电蓄能器的当前放电功率。所述告知可以以声学方式、然而也可以以视觉方式进行。视觉式的告知例如可以在显示装置的显示区域中进行。通过该方式，驾驶员也可以主动地影响当前放电功率。如果驾驶员对电驱动器的要求不是太急迫，那么也降低当前放电功率。此外当然也可以考虑的是，车辆的驾驶员被告知最大放电功率的可用的时间配额。这也可以通过声学方式、然而还优选通过视觉方式进行。
30.表示无限制的最大放电功率的可用性的一种可能性是用于放电的所谓的负载相关的性能指标。该性能指标反映了关于不受限制的最大放电功率的可用性和与负载相关的限制程度的信息。在负载持续低于所述持续放电功率的情况下，性能指标具有200％的值。如果电蓄能器的瞬时放电功率高于持续放电功率，则该值与超出程度成比例地连续减小。当值为100％时，用于最大放电功率的时间配额耗尽，并且开始最大放电功率的主动撤回。
仍可用的最大放电功率直接通过性能指标的值随着不受限的最大放电功率缩放。如果负载撤回到低于持续放电功率，则所述性能指标重新上升。
31.此外，上述技术问题还通过上述车辆解决，即，在确定的时间配额的情况下，功率控制单元为电驱动器和/或至少一个辅助机组提供最大放电功率，从而在时间配额耗尽后，当通过用于电驱动器的功率调用和至少一个辅助机组的功率超过确定的极限值时，功率控制单元将最大放电功率降低到持续放电功率，并且根据最大放电功率的还可用的时间配额降低至少一个辅助机组的功率。这种车辆尤其可以是电池电动车辆、插电式混合动力车辆或燃料电池车辆或上述车型的混合。
32.在根据本发明的车辆的第一实施例中规定，电蓄能器是高压电池。高压电池可以例如设计为金属杂化物电池或者也可以设计为锂离子电池。高压电池划分成多个单独的模块。在所述多个模块中，具有1至2伏电压的各个单池串联。由此合计形成所需的高压。
33.在根据本发明的车辆的扩展的优选设计方式中规定，设置用于电蓄能器的加热元件。由于高压电池的有效功率主要取决于高压电池的温度或者说单池温度，加热元件用于功率优化。
34.为改进根据本发明的车辆的可操作性，在扩展设计方式中设置至少一个显示装置，其带有至少一个用于展示电蓄能器的当前放电功率的显示区域。显示装置的显示区域可以是在中央区域中或在驾驶舱区域中、例如在车辆的多功能仪表板中的显示器。作为备选或补充，显示装置的显示区域还可以设计为抬头显示器。抬头显示器应理解为这样的显示区域，其中，由于信息投影在其视区内、例如投影在车辆的风挡玻璃上，因此驾驶员可以使其头部姿态或者视线方向保持不变。
35.当前放电功率的展示可以被直接示出。还可以考虑的是，当前放电功率以图形方法根据最大放电功率和/或持续放电功率被展示。最大放电功率和持续放电功率可以在图表中展示为界限或标记。驾驶员由此获得信息：驾驶员还因其驾驶方式离相应的标记多远。该展示可以促使驾驶员相应地调整其驾驶方式，以便实现电蓄能器的功率优化。
36.放电功率的展示也可以通过上述负载相关的性能指标的展示实现。
37.在根据本发明的车辆的特别的优选的设计方式中规定，功率控制单元实施根据权利要求2至10中任一项所述的方法。有关根据本发明的方法的所有上述实施方式也相应地适用于根据本发明的车辆。
38.本发明的在本技术中提到的各种实施方式如果未单独地另作说明则能够有利地相互结合。
39.以下在实施例中根据附图阐述本发明。在附图中：
40.图1示出根据本发明的车辆的实施例的示意图；
41.图2示意性示出根据本发明的方法的各个参数的关联，并且
42.图3示出性能指标的示例曲线。
43.图1示出电气化的车辆10，其具有呈高压电池形式的电蓄能器12。车辆10具有两个电驱动器14，所述电驱动器用于车辆10的行进。此外，还设置了两个辅助机组16，所述辅助机组应理解为车辆10的辅助机器。所述辅助机组16并不直接实现车辆的行进，而是例如为在此未示出的照明机器供应功率。为电蓄能器12配置了最大放电功率18、持续放电功率20和当前放电功率22(见图2)。在电蓄能器12放电时为电驱动器14和辅助机组16提供能量。
44.为了优化电气化车辆10的功率设置了功率控制单元24。如果在车辆10中的电蓄能器12方面的有效功率不再足以充分满足所有的辅助机组16和驾驶员意愿(也即由驾驶员通过操作踏板为加速所调用的用于电驱动器14的功率)，必须找到将可用功率智能分配的途径，以便实现对驾驶员来说可接受的车辆运行。
45.尤其在寒冷气候条件下，当电蓄能器的功率因寒冷而受到限制时，相应的由功率控制单元24实施的功率管理是有利的。
46.为此规定，功率控制单元24根据电蓄能器12的当前放电功率22采取辅助机组16的功率的降低和重新释放。车辆控制单元24确定，在电蓄能器12的当前运行状态中，根据设计为高压电池的电蓄能器12的电池特性曲线，当前的放电功率22相对于最大放电功率18的比例是多高。在电蓄能器12的当前运行点上的最大放电功率18仅以一定的时间配额可供使用。在该时间配额耗尽后，最大放电功率18降低至持续放电功率20。这在高于持续放电功率20的高功率调用的情况下发生得更迅速，在高于持续放电功率20的中等功率调用的情况下发生得不那么迅速。
47.鉴于电蓄能器12的较低单池温度，和/或鉴于较低的荷电状态，持续放电功率20也可能在扣除辅助机组16的功率之后提供给电驱动器14的功率过少，以至于不能充分满足驾驶员意愿。在极端情况下，持续放电功率20不足以供给电蓄能器14并同时供给所有的辅助机组16。为了尽可能良好地满足驾驶员意愿，功率控制单元24根据最大放电功率18的仍可用的配额降低用于辅助机组16的功率。
48.由此，在最大放电功率18下降至持续放电功率20之前，辅助机组16的功率的一部分已经被去除，并且将该功率提供给电驱动器14。通过该方式始终将持续放电功率20的大部分提供给驱动器使用。如果由功率控制单元24识别到系统的恢复，则用于调用当前最大放电功率18的配额重新提高。在此过程中，实现这对之前被降低功率的辅助机组16的功率释放。以这种方式确保即使在电蓄能器12的功率受限更剧烈的情况下也不完全取消辅助机组16的功能。当驾驶员并不要求将功率增强地用于电驱动器14时，所述辅助机组16则获得功率。
49.由功率控制单元24实施的方法不仅考虑电蓄能器12的普遍的功率限制，例如因低的单池温度或低的荷电状态所致，而且还明确地考虑主要由驾驶员采取的驾驶操作所引发的当前放电功率22。由此，在车辆10仅通过考虑电蓄能器12的受限制的系统状态几乎无法行驶的情况下，所述方法考虑驾驶员方面的当前功率调用。由此，特别之处在于辅助机组16与电驱动器14之间的功率的再分配。
50.因此，相应的优点在于，在辅助机组16与电驱动器14之间分配功率的折衷，从而尽管可能在电蓄能器12方面功率可用性剧烈受限，仍在维持若干在此未示出的舒适性耗能器的同时，实现尽可能长且可接受的驾驶运行。
51.由于电蓄能器12的最大放电功率18强烈地与温度相关，并且恰好在寒冷气候下会担心电蓄能器12的最大放电功率18剧烈受损，设置了用于加热电蓄能器12的加热元件26，以便克服性能下降。加热元件26紧邻电蓄能器12地布置。
52.图2以图形方式阐释了由功率控制单元24所实施的方法。该图形展示也可以示出在显示装置28的显示区域中。该图形展示、例如当前放电功率22或最大放电功率18的曲线可以向车辆10的驾驶员给出有关电蓄能器12的状态的信息。鉴于所示信息，驾驶员可以自
行主动地致力于功率优化，其方式在于，驾驶员根据个性化的情况调整其驾驶方式，并且当最大放电功率18接近持续放电功率20时，不要求电驱动器14过多地提供功率。
53.在图2中示出电蓄能器12的功率可用性的示例性曲线。当前放电功率22一开始短暂地运行至高位，并且随后又下降至持续放电功率20以下。随后形成在气候和车辆10的驾驶员的驾驶方式的配合作用下要求最大放电功率的阶段。长时间地要求最大放电功率18，从而使该时间配额被使用耗尽，并且最大放电功率18降低至持续放电功率20。这可以从最大放电功率18的下降被识别出。为了确保电蓄能器12的使用寿命，最大放电功率18仅在最大10至20秒内不受限制地提供，此后减小到持续放电功率20。虚线说明了如果当用于调用最大放电功率18的时间配额未耗尽时的最大放电功率18。
54.当前放电功率22随后下降至持续放电功率20以下。该系统恢复，并且最大放电功率18重新升高至其初始值。也重新生成了用于使用最大放电功率18的时间配额。在下方的图表中示出了在图3中详细阐释的所谓性能指标30。
55.图3示出根据所述性能指标30展示所述方法的可能性。该展示的类型也可以在显示装置28中实现。性能指标30以百分数方式给出，并且提供有关最大放电功率18的可用性和负载相关限制的信息。在负载持续低于所述持续放电功率20的情况下，性能指标30具有200％的值。如果电蓄能器12的当前放电功率22高于持续放电功率20，则该值与超出程度成比例地连续减小。当值为100％时，用于最大放电功率18的时间配额耗尽，并且开始最大放电功率18的主动撤回。仍可用的最大放电功率18直接通过性能指标30的值随着不受限的最大放电功率18缩放。如果负载撤回到低于持续放电功率20，则所述性能指标30重新上升。
56.如果性能指标30下降到一个适用阈值150％以下，辅助机组16与性能指标30成比例，直至性能指标30的更低的适用阈值110％，辅助机组的功率从高功率水平削减成低功率水平。如果仅部分降低功率，也即性能指标30不降低至110％，那么仅当性能指标30高于第三适用阈值180％时重新释放功率。然后尤其重新释放更高的功率水平。所述适用阈值可以根据需要调整。
57.在200％至100％之间的范围内，在30s的时长内能够提供电蓄能器12的最大放电功率18，或者在相应更长的时间内能够提供较低的、高于持续放电功率的功率。在100％至0％之间的范围内，可调用的功率从最大放电功率18降低至持续放电功率20。当调用小于持续放电功率20的功率值时，发生恢复。
58.在此处所述实施例中，在从高功率水平过渡至低功率水平时，恰好两个功能降低其功率。这是用于加热电蓄能器12的加热元件26和未示出的基础空调设施。也就是说如果达到低功率水平，就不再为这两个耗能器提供功率。如果出现高功率水平，这两个功能就获得其所要求的功率。
59.附图标记清单
60.10
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车辆
61.12
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电蓄能器
62.14
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电驱动器
63.16
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辅助机组
64.18
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最大放电功率
65.20
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持续放电功率
66.22
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当前放电功率
67.24
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功率控制单元
68.26
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加热元件
69.28
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显示装置
70.30
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性能指标