AT520905A1 - Verfahren zur Kontrolle einer Batterievorrichtung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle einer Batterievorrichtung (100) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (200), aufweisend die folgenden Schritte:  Erkennen einer prädiktiven Fahrstrecke (pF) für das Fahrzeug (200),  Erkennen wenigstens eines aktuellen Betriebsparameters (aB) der Batterievorrichtung (100),  Erzeugen wenigstens eines prädiktiven Betriebsparameters (pB) der Batterievorrichtung (100) auf Basis der prädiktiven Fahrstrecke (pF) und des wenigstens einen aktuellen Betriebsparameters (aB),  Anpassen wenigstens eines Stromflussparameters (SP) der Batterievorrichtung (100) anhand des erzeugten wenigstens einen prädiktiven Betriebsparameters (pB).

Description

Verfahren zur Kontrolle einer Batterievorrichtung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle einer Batterievorrichtung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs sowie ein Batteriemanagementsystem für eine solche Batterievorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Es ist bekannt, dass elektrisch angetriebene Fahrzeuge Batterievorrichtungen aufweisen, welche die notwendige elektrische Energie für den Antrieb des Fahrzeugs, insbesondere für den Betrieb von Elektromotoren, zur Verfügung stellen. Dadurch, dass die Batterievorrichtung bei solchen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen für die Leistungsabgabe von entscheidender Bedeutung für die Leistung des Fahrzeugs sowie für die Reichweite des Fahrzeugs ist, wird eine solche Batterievorrichtung üblicherweise mit einem sogenannten Batteriemanagementsystem gesteuert bzw. geregelt. Ein solches Batteriemanagementsystem ist also in der Lage, ein Verfahren zur Kontrolle einer Batterievorrichtung durchzuführen.

Bei den bekannten Verfahren zur Kontrolle einer Batterievorrichtung wird dabei auf statische Parameter bzw. gemessene Parameter der Batterievorrichtung zurückgegriffen. Somit kann zum Beispiel ein solches Kontrollverfahren in der Lage sein, die Temperatur der Batterievorrichtung zu überwachen und beim Verlassen eines definierten Temperaturbereichs einen Temperiervorgang in Form eines Kühlens und/oder eines Heizens durchführen. Somit kann eine Kontrolle einer Batterievorrichtung sowohl passive Überwachungsschritte als auch aktive Eingriffe beinhalten.

Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen zur Kontrolle einer Batterievorrichtung ist es jedoch, dass diese in statischer Weise die Kontrolle zur Verfügung stellen. So können sie ausschließlich auf Parameter reagieren, welche in der Vergangenheit liegen bzw. aktuell an der Batterievorrichtung und/oder am Fahrzeug gemessen werden können. Eine Prognose auf zukünftige Verhaltensweisen bzw. ein erwartbares Verhalten der Batterievorrichtung ist mit den bekannten Verfahren nicht möglich. Somit kann eine Optimierung an die reale Fahrsituation insbesondere auf die notwendige Reichweite für die noch anliegende Fahrstrecke oder ein entsprechendes Fahrverhalten nicht oder nur sehr eingeschränkt durchgeführt werden.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in prädiktiver Weise ein Kontrollverfahren für die Batterievorrichtung zur Verfügung zu stellen, welches Optimierungsmöglichkeiten auch für ein anliegendes Fahrverhalten des Fahrzeugs erlaubt.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Batteriemanagementsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriemanagementsystem und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

Erfindungsgemäß dient ein Verfahren zur Kontrolle einer Batterievorrichtung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Ein solches Verfahren weist die folgenden Schritte auf: - Erkennen einer prädiktiven Fahrstrecke für das Fahrzeug, - Erkennen wenigstens eines aktuellen Betriebsparameters der Batterievorrichtung, - Erzeugen wenigstens eines prädiktiven Betriebsparameters der Batterievorrichtung auf Basis der prädiktiven Fahrstrecke und des wenigstens einen aktuellen Betriebsparameters, - Anpassen wenigstens eines Stromflussparameters der Batterievorrichtung anhand des erzeugten wenigstens einen prädiktiven Betriebsparameters.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Kontrolle einer Batterievorrichtung baut also auf den bekannten Lösungen auf, indem ein Erkennen wenigstens eines aktuellen Batterieparameters der Batterievorrichtung als Schritt durchgeführt wird. Dieses Erkennen kann insbesondere Teil einer Überwachungsvorgabe sein, wodurch bei dem

Kontrollverfahren eine Überwachung von einzelnen oder mehreren Betriebsparametern der Batterievorrichtung durchgeführt wird.

Erfindungsgemäß ist hinsichtlich der Parameter bzw. der überwachten, erzeugten oder erkannten Parameterbestandteile zu unterscheiden zwischen aktuell messbaren Bestandteilen und prädiktiv vorhergesagten Bestandteilen. Am einfachsten lässt sich dies darstellen an einer aktuellen Fahrstrecke und einer prädiktiven Fahrstrecke. Unter einer aktuellen Fahrstrecke ist im Sinne der vorliegenden Erfindung die Fahrstrecke des Fahrzeugs zu verstehen, welche aktuell vom Fahrzeug gefahren wird. Bei einem aktuellen Betriebsparameter ist in gleicher Weise dieser der aktuell gemessene Wert dieses Betriebsparameters an der Batterievorrichtung. Bei einem Betriebsparameter kann es sich zum Beispiel um Ladezustände der Batterievorrichtung, die Temperatur, oder einen Balancing Status der Batterievorrichtung handeln. Eine prä-diktive Fahrstrecke ist dabei die Fahrstrecke, welche vorhersagbar als kommende aktuelle Fahrstrecke zum aktuellen Zeitpunkt noch vor dem Fahrzeug liegt. Gleiches gilt auch für prädiktive Betriebsparameter, welche ausgehend von bekannten aktuellen Betriebsparametern in prädiktiver, also vorhersagbarer Weise in einer definierten Zukunft erreicht werden. Die prädiktive Vorhersage basiert dabei auf gewissen Wahrscheinlichkeiten bzw. Betriebsmodellen, wie sie später noch erläutert werden. Darüber hinaus kann die prädiktive Fahrstrecke bzw. der prädiktive Betriebsparameter noch mit gewissen Wahrscheinlichkeiten belegt werden, um die Relevanz bzw. die Priorisierung und die Wertung der prädiktiven Aussage noch einzuschränken und/oder zu verstärken. Um die Wahrscheinlichkeiten und/oder die Priorisierung umzusetzen können Gewichtswerte oder Gewichtungsfaktoren verwendet werden. Das bedeutet, dass je nach der gewünschten Optimierungsmethode und/oder dem gewünschten Optimierungsziel eine angepasste Optimierung beim Anpassen des wenigstens einen Stromflussparameters erfolgen kann. So kann durch unterschiedliche Gewichtswerte zum Beispiel eine Unterscheidung getroffen werden zwischen eine Annäherung von prognostiziertem Ladestand und dem Zielladestand der Batterievorrichtung. Auch kann eine Gewichtung in Richtung der Berücksichtigung der Effizienz in der Nutzung der Batterievorrichtung erfolgen.

Erfindungsgemäß wird also nicht nur eine Überwachung der aktuellen Betriebsparameter der Batterievorrichtung zum Erkennen derselben durchgeführt, sondern darüber hinaus auch eine Überwachung und ein Erkennen der prädiktiven Fahrstrecke für das Fahrzeug durchgeführt. Die prädiktive Fahrstrecke kann dabei auf unterschiedlichste Arten und Weisen erkannt werden, wie dies insbesondere später noch näher erläutert wird. Bereits jetzt sei darauf hingewiesen, dass zum Erkennen insbesondere ein statistisches Verfahren und/oder eine Kommunikation mit einem Navigationssystem des Fahrzeugs möglich ist.

Der prädiktive Betriebsparameter bezieht sich erfindungsgemäß auf den aktuellen Betriebsparameter und ist insbesondere hinsichtlich der Aussagekraft identisch. Wird als aktueller Betriebsparameter zum Beispiel die Temperatur der Batterievorrichtung erkannt, so wird im anschließenden Schritt als prädiktiver Betriebsparameter ein in der Zukunft liegender Temperaturwert der Batterievorrichtung in vergleichbarer Weise ermittelt. Selbstverständlich kann bei der Erzeugung wenigstens eines prädiktiven Betriebsparameters auch eine Kombination von mehreren aktuellen Betriebsparametern und/oder eine Kombination mit mehreren Informationen zur prädiktiven Fahrstrecke erfolgen. Jedoch wird ein erfindungsgemäßer Vorteil bereits dann erzielt, wenn ein einzelner prädiktiver Betriebsparameter auf Basis einer einzelnen Information zur prädiktiven Fahrstrecke und/oder einer einzelnen Information zu einem aktuellen Betriebsparameter basiert.

Sobald der prädiktive Betriebsparameter erzeugt worden ist, kann in erfindungsgemäßer Weise für die Kontrolle der Batterievorrichtung ein Stromflussparameter angepasst werden. Ein Stromflussparameter der Batterievorrichtung ist im Sinne der vorliegenden Erfindung jede Form von Parameter, welche die Leistungsaufnahme und/oder die Leistungsabgabe der Batterievorrichtung durch entsprechenden Stromfluss von Zufluss- oder Abfuhrleitungen darstellt. So wird beispielsweise bei der Nutzung der Batterievorrichtung elektrische Leistung zum Betreiben des Fahrzeugs von der Batterievorrichtung abgegeben. Für diese Leistungsabgabe kann ein Stromfluss erkannt und bestimmt werden, welcher von der Batterievorrichtung zu entsprechenden Elektromotoren zum Antrieb des Fahrzeugs verläuft. Bei einer Ladesituation wird der Stromfluss in umgekehrter Weise in die Batterievorrichtung hineingerichtet sein, um elektrische Leistung über den Stromfluss in die Batterievorrichtung einzuspeisen.

Ein Stromflussparameter beschäftigt sich also gemäß der voranstehenden Erläuterung mit dem Stromfluss in der Batterievorrichtung. Dieser Stromflussparameter kann sich also direkt mit dem entsprechenden elektrischen Widerstand, der Strommenge bzw. der Kapazität und der entsprechenden Ladegeschwindigkeit bzw. Entnahmege schwindigkeit beschäftigen. Jedoch sind auch sekundäre bzw. indirekte Stromflussparameter im Sinne der vorliegenden Erfindung denkbar, wie sie sich zum Beispiel auf die Temperatur der Batterievorrichtung oder die Ladegeschwindigkeiten in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur ausrichten lassen.

Durch die Kombination von aktuellen Betriebsparametern und prädiktiven Betriebsparametern sowie der prädiktiven Fahrstrecke kann nun eine Vielzahl von Vorteilen erreicht werden. Das Anpassen des Stromflussparameters auf Basis des prädiktiven Betriebsparameters erlaubt es, die Batterievorrichtung hinsichtlich der Nutzung nicht nur an die aktuelle Fahrsituation, sondern auch an die prädiktive zukünftige Fahrsituation anzupassen. Diese Optimierung an ein erwartbares Verhalten des Fahrzeugs erlaubt es, sozusagen in die Zukunft zu sehen und sich bereits zum aktuellen Zeitpunkt an ein zukünftiges Geschehen in der Umgebung des Fahrzeugs bzw. bei der Betriebsweise des Fahrzeugs anzupassen. Die Optimierung kann dabei unterschiedlichste Ziele haben. So ist es denkbar, eine Optimierung hinsichtlich von Schutzmechanismen der Batterievorrichtung zu erlauben, also zum Beispiel bewusste Temperaturgrenzen zu vermeiden bzw. einzuhalten. Auch das Verbessern von Ladezeiten bzw. Ladegeschwindigkeiten kann ein Kerngedanke bei einem erfindungsgemäßen Verfahren hinsichtlich dieser Optimierung sein. Nicht zuletzt ist auch ein Optimieren des Fahrerlebnisses möglich, so dass in Abhängigkeit einer prädiktiven Fahrstrecke an der entsprechenden Stelle die Leistung von der Batterievorrichtung für das Fahrzeug zur Verfügung gestellt wird, welche erwartbar vom Benutzer zu diesem Zeitpunkt und an dieser Stelle der prädiktiven Fahrstrecke auch abgerufen werden wird.

Es kann vorteilhaft sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die prädiktive Fahrstrecke zumindest teilweise durch eine Kommunikation mit einem Navigationssystem des Fahrzeugs erkannt wird, insbesondere als ein Ziel und/oder ein Zwischenziel des Navigationssystems. Die meisten modernen Fahrzeuge sind inzwischen mit Navigationssystemen ausgestattet, welche eine geführte Zielnavigation dem Fahrer zur Verfügung stellen. Dabei kann sowohl ein automatisches Eingeben des Ziels bzw. des Zwischenziels, zum Beispiel in Abhängigkeit von Umgebungsparametern wie Startpunkt und Startzeit erfolgen. Durch die Kommunikation mit dem Navigationssystem und die entsprechende Zielführung ist die prädiktive Fahrstrecke sehr genau vorhersagbar, da der Fahrer des Fahrzeugs sich mit hoher Wahrscheinlichkeit an diese Fahrstrecke halten wird. Die Straßendaten der vorausliegenden

Strecke von der aktuellen Fahrzeugposition bis zum Navigationsziel liegen dem Navigationssystem als digitale Karte vor. Die Daten aus der digitalen Karte werden extrahiert und in energetisch sinnvolle Streckensegmente unterteilt. Ein Streckensegment definiert sich aus Informationen wie Segmentlänge, Segmenttyp (Stadt, Landstraße, etc.), Fahrzeuggeschwindigkeit und Straßensteigung. Aus diesen Informationen kann der segmentspezifische Leistungsbedarf und die zum Fahren der Strecke bis zum Navigationsziel benötigte Energie berechnet werden. Um die Energieberechnung möglichst den realen Verkehrsbedingungen anzupassen, können zusätzlich Informationen bspw. zur Verkehrslage, der Ampeldichte oder den Wetterbedingungen herangezogen werden.

Selbstverständlich kann in der Kommunikation mit dem Navigationssystem auch ein Austausch dahingehend erfolgen, mit welcher Wahrscheinlichkeit sich der Fahrer an den Vorschlag des Navigationssystems hält. Die Ziele und/oder die Zwischenziele können dabei vom erfindungsgemäßen Verfahren hinsichtlich einer Optimierung einer Ladestrategie bzw. einer Nutzungsstrategie vorgeschlagen werden oder aber manuell vom Benutzer in das Navigationssystem eingegeben werden.

Weiter von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die prädiktive Fahrstrecke zumindest teilweise auf Basis der aktuellen Fahrstrecke und/oder auf Basis von gespeicherten aktuellen Fahrstrecken des Fahrzeugs oder Fahrstreckendaten aus einer Datenbank, insbesondere in Abhängigkeit wenigstens eines Streckenparameters erfolgt. So ist es auch unabhängig oder in Kombination mit der Variante mithilfe des Navigationssystems möglich, eine prädiktive Fahrstrecke zu erzeugen. So kann auf Basis der zurückliegenden aktuellen Fahrstrecke eine gewisse Wahrscheinlichkeit ermittelt werden, wo diese Fahrt hingeht bzw. welche Zwischenziele bei dieser aktuellen Fahrstrecke in der prädiktiven Fahrstrecke noch zu erwarten sind. Hierzu werden aus den Fahrzeug-Sensordaten die Fahrzeuggeschwindigkeit, Gierwinkel, Steigung der Straße und die gefahrene Strecke während der Fahrt aufgezeichnet und in Segmente (Geschwindigkeits-, Steigungs- und Kurvensegmente) unterteilt. Diese enthalten spezifische Informationen wie Kurvenwinkel und Kurvenradius oder Kurvenradien, Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrbahnsteigung sowie deren Segmentlänge. Die Segmente der aktuellen Fahrt werden mit den Streckensegmenten aus einer Streckendatenbank oder einem Streckenspeicher, welcher die Segmente der am häufigsten gefahrenen Strecken enthält, verglichen und analy siert, ob die aktuelle Strecke in der Streckendatenbank enthalten ist und somit zu einem vorherigen Zeitpunkt bereits gefahren wurde. Wurde die aktuelle Strecke mit einer hohen Wahrscheinlichkeit in der Datenbank wiedererkannt, so ist es möglich, anhand der Segmentdaten der erkannten Strecke in der Streckendatenbank die voraussichtlich vorausliegende Strecke und deren Informationen zu prädizieren. Auf Grundlage dieser Informationen ist eine Vorhersage der für das Fahren der Strecke benötigten Leistung und Energie möglich. Nicht erkannte Strecken werden in der Streckendatenbank neu abgelegt. Temporäre Änderungen des Streckenverlaufs, bspw. aufgrund einer Baustelle, und dauerhafte Änderungen, bspw. aufgrund eines neu gebauten Kreisverkehrs, werden in der Streckendatenbank nach einer gewissen Häufigkeit des Eintretens berücksichtigt. Die Wahrscheinlichkeit, sich auf einer spezifischen Strecke in der Datenbank zu befinden, kann durch Analyse des aktuellen Wochentags und der Tageszeit beeinflusst werden. Zur Optimierung der Vorhersage können mit Hilfe von aktuellen Verkehrsdaten die Segmentinformationen der aktuell wiedererkannten Strecke, wie der voraussichtlichen Fahrzeuggeschwindigkeit und damit des prädizierten Energiebedarfs, an die Verkehrsgegebenheiten angepasst werden.

Dies kann einmalig auf Basis der aktuellen Fahrstrecke genauso erzielt werden, wie in Kombination mit einer oder mehreren gespeicherten aktuellen Fahrstrecken. Wird zusätzlich noch insbesondere wenigstens ein Streckenparameter berücksichtigt, ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit für das Eintreffen der prädiktiven Fahrstrecke deutlich zu erhöhen. Selbstverständlich ist es möglich, dass eine auf diese Weise erzeugte prädiktive Fahrstrecke erst nach einer gefahrenen Mindeststrecke der aktuellen Fahrstrecke erzeugt wird. Auch kann eine Anpassung auf Basis der aktuell zurückgelegten Fahrstrecke für die prädiktive Fahrstrecke zur Verfügung gestellt werden, wie dies zum Beispiel beim Abweichen der aktuellen Fahrstrecke von der prädiktiven Fahrstrecke der Fall sein kann. Somit erlaubt es ein erfindungsgemäßes Verfahren stetig, insbesondere in kontinuierlicher Weise, die prädiktiven Werte für die Fahrstrecke an die Betriebsparameter und/oder an aktuelle neue Informationen anzupassen.

Bei einem Verfahren gemäß dem voranstehenden Absatz kann es vorteilhaft sein, wenn der wenigstens eine Streckenparameter zumindest einen der folgenden Parameter aufweist: - aktuelle Uhrzeit - aktuelle Startzeit - aktuelle Verkehrssituation - aktueller Wochentag - aktuelle Jahreszeit

Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Selbstverständlich sind auch noch weitere Daten denkbar, zum Beispiel Informationen aus dem Kalender des Nutzers des Fahrzeugs, aktuelle Wetterbedingungen oder die Belegung des Autos, ob also ein, zwei, drei oder mehr Passagiere sich im Auto befinden. Die Verwendung von ein oder mehreren solcher Streckenparameter erlaubt es, wie voranstehend bereits erläutert worden ist, die Qualität bzw. die Eintrittswahrscheinlichkeit der prädiktiven Fahrstrecke deutlich zu erhöhen. Zur Erhöhung der Genauigkeit der Leistungs- und Energieprädiktion können die vorig genannten Verfahren kombiniert werden. Die aktuell gefahrene Strecke kann in der Streckendatenbank erkannt und die Berechnung der wahrscheinlich benötigten Energie durch Hinzunahme der Segmentinformationen aus dem Navigationssystem berechnet werden. Die Anpassung der Energieberechnung an reale Verkehrsbegebenheiten erfolgt durch Hinzunahme von Verkehrsdaten. Beim Speichern einer gefahrenen Strecke in der Streckendatenbank kann zusätzlich die tatsächlich für die gefahrene Strecke benötigte und gemessene Energie für die einzelnen Segmente abgespeichert werden. Bei der Berechnung und Vorhersage der für die Strecke benötigten Energie können diese historienbasierten Daten herangezogen werden, um die Energieprädiktion zu präzisieren.

Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ein Ladevorgang an einer Ladestation erkannt wird und anschließend wenigstens ein Ladeparameter als Stromflussparameter der Batterievorrichtung angepasst wird, insbesondere zumindest einer der folgenden: - maximaler Ladestrom - Endladestand für den Ladevorgang - Temperierung während der Ladung - Temperatur am Ende des Ladevorgangs

Bei der voranstehenden Aufzählung handelt es sich um eine nicht abschließende Liste. Ein Ladeparameter als Stromflussparameter ist dabei insbesondere die Einspeicherung von elektrischer Energie in die Batterievorrichtung. So kann zum Beispiel eine Anpassung dahingehend erfolgen, dass der Endladestand des Ladevorgangs an die noch zu fahrende Strecke angepasst wird. Wird also nur noch eine geringe Restladung benötigt, kann die Ladezeit optimiert werden, indem der Endladestand für den Ladevorgang reduziert wird. Dabei kann auf Basis des aktuellen Ladestandes als aktueller Betriebsparameter ein prädiktiver Betriebsparameter in Form eines notwendigen erwartbaren Ladestandes für die prädiktive Fahrstrecke eingesetzt werden. Der maximale Ladestrom kann ebenfalls variiert werden und insbesondere auf Basis der durch das Laden entstehenden Temperierfunktionalität der Batterievorrichtung optimiert werden. Auch die Temperierung während der Ladung erlaubt es bereits, die anschließende Restfahrt der prädiktiven Fahrstrecke vorzubereiten, um zum Beispiel bei warmen Außentemperaturen für eine Autobahnstrecke die Batterievorrichtung für die nachfolgende prädiktive Fahrstrecke durch ein Abkühlen vorzubereiten. Insbesondere wird die Temperiervorrichtung, damit auf eine entsprechende Endtemperatur am Ende des Ladevorgangs ausgerichtet sein. Mit Bezug auf den Endladestand oder weitere zusätzliche Stromflussparameter in Form der Ladeparameter ist vorzugsweise ein Sicherheitsaufschlag vorgesehen, um die gewünschten Optimierungen auch mit einem entsprechenden Sicherheitspuffer erreichen zu können.

Von Vorteil ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Anpassung des wenigstens einen Ladeparameters wenigstens teilweise durch das Fahrzeug, insbesondere durch ein Batteriemanagementsystem, und/oder nach Kommunikation mit der Ladestation wenigstens teilweise von der Ladestation durchgeführt wird. Ein erfindungsgemäßes Verfahren lässt sich also im Fahrzeug und/oder in der Ladestation durchführen, so dass es an dem entsprechenden Ort die entsprechenden möglichen Optimierungsvarianten voll ausschöpfen kann. Dies ist insbesondere bei der Anpassung eines Ladeparameters als Stromflussparameter mit großen Vorteilen versehen. Die beiden Varianten sind dabei sowohl separat voneinander als auch in kombinierter Weise ausführbar.

Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren als Stromflussparameter eine Temperierleistung der Batterievorrichtung angepasst wird. Die Temperierleistung kann dabei sowohl während eines Ladevorgangs als auch während des Betriebs des Fahrzeugs angepasst sein. Ein solcher indirekter Stromflussparameter, der durch die Temperierung der Batterievorrichtung die Entnahmemöglichkeiten bzw. die Einspeichermöglichkeiten in die Batterievorrichtung anpasst bzw. beeinflusst, ist ebenfalls im Sinne der vorliegenden Erfindung als Stromflussparameter zu verstehen. So ist es beispielsweise denkbar, durch entsprechendes Kühlen und unter Heizen einen noch auf der prädiktiven Fahrstrecke in der Zukunft liegenden Ladezeitpunkt an einer Ladestation vorzubereiten und eine aktive Vortemperierung der Batterievorrichtung gewährleisten zu können.

Bei dem Verfahren gemäß dem voranstehenden Absatz bringt es Vorteile mit sich, wenn bei langer verbleibender prädiktiver Fahrstrecke die Batterievorrichtung mit einer kühlenden Temperierleistung beaufschlagt wird. Dies ist der Fall, wenn eine Ladestation angefahren werden soll und die prädiktive Fahrstrecke noch eine relativ große Reststrecke beinhaltet. Die Bewertung der langen verbleibenden prädiktiven Fahrstrecke wird dabei insbesondere mit Bezug auf die Gesamtstrecke und/oder die maximale Reichweite gerechnet. So ist dabei eine lange verbleibende prädiktive Fahrstrecke vorzugsweise > 30 % der maximalen Reichweite des elektrischen Fahrzeugs bzw. der Batterievorrichtung. Damit wird es möglich, die Batterievorrichtung abzukühlen, so dass zum Zeitpunkt des Erreichens der Ladestation der Ladevorgang mit einer abgekühlten bzw. unterkühlten Batterievorrichtung gestartet werden kann. Dieser vorgegebene und vorbereitete Temperaturpuffer erlaubt es nun, von Anfang an und über einen längeren Zeitraum mit höheren Ladegeschwindigkeiten und höheren maximalen Ladeströmen zu laden, so dass eine Optimierung der Ladezeit möglich wird.

Ebenfalls oder zusätzlich ist es möglich, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren bei kurzer verbleibender prädiktiver Fahrstrecke die Batterievorrichtung mit unveränderter Temperierleistung und/oder mit heizender Temperierleistung beaufschlagt wird für eine optimierte Leistungsabgabe. Darunter ist zu verstehen, dass insbesondere die verbleibende Reststrecke, also die verbleibende prädiktive Fahrstrecke mit Bezug auf die maximale Reichweite und/oder die gesamte Fahrstrecke < 30 % darstellt. In Abhängigkeit einer Lademöglichkeit am Zielort ist es so möglich, beim Erreichen der Ladestation die dort vorhandene Ladezeit dahin gehend zu optimieren, dass möglichst effizient bis zur Ladestation gefahren wird, um die notwendige Energieaufnahme an der Ladestation und die damit zusammenhängende Ladezeit zu reduzieren. Durch das gleichbleibende oder heizende Temperieren kann also die Effizienz bei der Nutzung der Batterievorrichtung für diesen Fall gesteigert werden.

Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für die Erzeugung des prädiktiven Betriebsparameters der Batterievorrichtung ein Betriebsmodell der Batterievorrichtung verwendet wird. Ein solches Betriebsmodell ist insbesondere ein Simulationsmodell bzw. ein mathematisches Betriebsmodell der Batterievorrichtung. Dabei kann es sich um ein statisches Betriebsmodell und/oder um ein variables Betriebsmodell handeln, welches zum Beispiel auf statischen und/oder variablen Kennlinien und/oder Kennfeldern beruht. Vorzugsweise basiert ein solches Betriebsmodell der Batterievorrichtung auf Versuchen der Batterievorrichtung und entsprechend in diesen Versuchen ermittelten Rahmenbedingungen bzw. Betriebsfeldern.

Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Betriebsmodell der Batterievorrichtung ein thermisches Teilmodell zur Beschreibung des thermischen Verhaltens der Batterievorrichtung beinhaltet. Da insbesondere die Effizienz in der Nutzung der Batterievorrichtung und/oder die notwendige Ladezeit bei einem Ladezyklus stark von der Temperatur der Batterievorrichtung abhängt, kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ein thermisches Teilmodell im Batteriemodell große Vorteile bei der Erzeugung des prädiktiven Betriebsparameters mit sich bringen. Die mehrfach erläuterten Vorteile bei einem erfindungsgemäßen Verfahren können damit noch zielgenauer und noch effizienter erreicht werden.

Auch ist es denkbar, dass bei einem erfindungsgemäßen Verfahren als wenigstens ein Stromflussparameter die Leistungsabgabe der Batterievorrichtung angepasst wird. So ist eine Reduktion der Leistungsabgabe zum Erreichen eines Ziels und/oder eines Zwischenziels genauso möglich, wie eine Reduktion der Leistungsabgabe, um zu einem späteren Zeitpunkt die Leistungsfreigabe bewusst zur Verfügung stellen zu können. Ist beispielsweise die prädiktive Fahrstrecke etwas größer als die aktuelle Reichweite der aktuellen Betriebsbedingungen, kann durch die Anpassung der Leistungsabgabe die verbleibende Restreichweite mit der prädiktiven Fahrstrecke, also der Reststrecke, in Einklang gebracht werden. Befindet sich das Fahrzeug zum Beispiel aktuell auf einer Landstraße, so ist in diesem Fall die notwendige Leistungsabgabe deutlich geringer, als bei einer Autobahnfahrt. Steht auf der prädiktiven Fahrstrecke also später noch eine Autobahnfahrt an, so kann durch eine Leistungsreduktion während des Befahrens der Landstraße eine entsprechende Leistungsreserve für die später noch anstehende Autobahnfahrt vorgesehen werden. Auch Bergstrecken, die auf der prädiktiven Fahrstrecke eine erhöhte Leistungsabgabe anfordern bzw. erwarten lassen, können in ähnlicher Weise prädiktiv vorbereitet werden.

Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich zur prädiktiven Fahrstrecke auch die Beschaffenheit der prädiktiven Fahrstrecke erkannt und bei der Anpassung berücksichtigt wird. Dabei kann es sich zum Beispiel um Landstraßen, Autobahnen oder Stadtverkehr handeln. Auch Geschwindigkeitsbegrenzungen, Bergstrecken oder aber der Belag der prädiktiven Fahrstrecke können hier Einfluss nehmen.

Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Verkehrsaufkommen auf der prädiktiven Fahrstrecke bei der Anpassung des wenigstens einen Stromflussparameters berücksichtigt wird. Darunter ist zu verstehen, dass eine möglicherweise durch das Verkehrsaufkommen erwartbare längere Fahrzeit zu einem größeren Leistungsverbrauch für die prädiktive Fahrstrecke führen wird. Damit kann eine Anpassung der Temperierung der Batterievorrichtung und eine rechtzeitige Reduktion der Leistungsabgabe ein zusätzliches Zwischenziel in Form eines zusätzlichen Zwischenladens vermeiden oder zumindest das Fahrerlebnis für diese Fahrt optimieren.

Ein weiterer Vorteil ist erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren bei der Anpassung des wenigstens einen Stromflussparameters der Batterievorrichtung eine Pausenvorgabe, insbesondere zusammen mit der geografischen Lage einer Ladestation berücksichtigt wird. Moderne Navigationssysteme sind in der Lage, den Fahrer zu überwachen und/oder auf Basis von Zeitspannen Pausenvorgaben zu machen. Die Pausenvorgaben dienen dazu, die Übermüdung des Fahrers zu vermeiden und das Fahrzeug während der Pause im Stillstand zu halten. Die Kombination einer Ladesituation mit einer solchen Pausenvorgabe erlaubt es nun, zwei Funktionalitäten mit dieser Pause zu erreichen. Neben dem Übermüdungsschutz kann auf diese Weise in dem gleichen Zeitraum auch ein Aufladen der Batterievorrichtung zur Verfü gung gestellt werden und damit die Nutzbarkeit der Pause erhöht sein. Die Anpassung der Pause an den Ladezeitpunkt findet hier Berücksichtigung und bringt weitere Vorteile für das erfindungsgemäße Verfahren mit sich.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Batteriemanagementsystem für eine Batterievorrichtung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Ein solches Batteriemanagementsystem weist eine Sensorvorrichtung zum Erkennen einer prädiktiven Fahrstrecke für das Fahrzeug und zum Erkennen wenigstens eines aktuellen Betriebsparameters der Batterievorrichtung auf. Darüber hinaus ist das Batteriemanagementsystem mit einer Erzeugungsvorrichtung ausgestattet zum Erzeugen wenigstens eines prädiktiven Betriebsparameters der Batterievorrichtung auf Basis der prädiktiven Fahrstrecke und des wenigstens einen aktuellen Betriebsparameters. Mithilfe einer Anpassvorrichtung wird das Batteriemanagementsystem ein Anpassen wenigstens eines Stromflussparameters der Batterievorrichtung anhand des erzeugten wenigstens einen prädiktiven Betriebsparameters durchführen. Die Sensorvorrichtung, die Erzeugungsvorrichtung und/oder die Anpassvorrichtung sind dabei vorzugsweise zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Batteriemanagementsystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es sei zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemanagement systems,

Fig. 2 ein erster Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 ein anschließender Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 ein anschließender Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 5 eine Variation eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 6 eine weitere Variation eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 7 ein möglicher Vergleichsverlauf von Betriebsparametern und Strom flussparametern,

Fig. 8 ein möglicher Vergleichsverlauf von Betriebsparametern und Strom flussparametern,

Fig. 9 ein möglicher Vergleichsverlauf von Betriebsparametern und Strom flussparametern.

Fig. 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Batteriemanagementsystem 10. Dieses ist in ein Fahrzeug 200 eingebaut und weist drei Standardmodule auf. Dabei handelt es sich um die Sensorvorrichtung 20, die Erzeugungsvorrichtung 30 und die Anpassvorrichtung 40. Darüber hinaus ist die Batterievorrichtung 100 dargestellt, welche als Betriebsmodell 110 zusammen mit einem thermischen Teilmodell 112 ebenfalls in dem Batteriemanagementsystem 10 abgebildet ist. Mithilfe der später noch dargestellten Temperiervorrichtung 120 gemäß Fig. 6 ist es möglich, die Temperatur der Batterievorrichtung 100 durch Kühlen und/oder durch Heizen zu beeinflussen.

Weiter ist in der Fig. 1 die Kombination des Batteriemanagementsystems 10 mit einem Navigationssystem 210 des Fahrzeugs 200 dargestellt, so dass direkt eine Information über die später noch verwendete und erläuterte prädiktive Fahrstrecke pF erzielt werden kann.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen ein Standardvorgehen bei einem erfindungsgemäßen Verfahren auf Basis eines Batteriemanagementsystems 10 gemäß Fig. 1. Das System startet hier mit einer Information über die prädiktive Fahrstrecke pF sowie die aktuelle Fahrstrecke aF von einem GPS-Sensor des Fahrzeugs 200, hier von dem Navigationssystem 210. Die Informationen über die prädiktive Fahrstrecke pF und die aktuelle Fahrstrecke aF werden an das Batteriemanagementsystem 10 und dort an die Sensorvorrichtung 20 übergeben. Gleichzeitig erhält das Batteriemanagementsystem 10 Informationen über aktuelle Betriebsparameter aB von der Batterievorrichtung 100. Diese Eingangsparameter werden erkannt und anschließend in der Erzeu- gungsvorrichtung 30 im Zusammenspiel mit dem Betriebsmodell 110 der Batterievorrichtung 100 dazu verwendet, prädiktive Betriebsparameter pB, in der Erzeugungsvorrichtung 30 zur Verfügung zu stellen. Auf Basis dieser Gesamtheit der Eingangsparameter, insbesondere auf Basis der prädiktiven Betriebsparameter pB wird mithilfe der Anpassvorrichtung 40 nun ein Anpassen wenigstens eines Stromparameters SP und die entsprechende Weitergabe an die Batterievorrichtung 100 gemäß der Fig. 4 möglich. Die Anpassung der Stromparameter kann dabei in der bereits erläuterten Weise erfolgen, insbesondere bezüglich auf eine direkte Beeinflussung der Leistungseinspeisung bzw. der Leistungsabgabe aus der Batterievorrichtung 100.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Variante, die ebenfalls bei der Anpassung der Stromflussparameter SP möglich wird. So kann hier beim Laden an einer Ladestation für die Batterievorrichtung 100 in Kommunikation mit der Ladestation ein Ladeparameter LP als Stromflussparameter SP angepasst werden. Die Fig. 6 zeigt eine Variante, bei welcher mithilfe einer Temperiervorrichtung 120 ein Kühlen und/oder Heizen der Batterievorrichtung 100 möglich ist. Durch ein Anpassen einer Temperierleistung TL als Stromflussparameter SP kann in indirekter Weise Einfluss genommen werden auf die Leistungseinspeisung bzw. die Leistungsabgabe der Batterievorrichtung.

In den Fig. 7 bis 9 sind Möglichkeiten dargestellt, wie Stromflussparameter SP und/oder Betriebsparameter aB und pB verlaufen können. In der Fig. 7 sind mit Strichlinie im oberen Teil der Verlauf der prädiktiven Leistung und im unteren Teil der korrelierenden Temperatur dargestellt. Die einfach gepunktete Stichlinie zeigt die angefragte Leistung mit der korrelierenden Temperatur. Weiter stellt die zweifach gepunktete Strichlinie die nicht-prädiktive Leistung mit der korrelierenden Temperatur dar. Hier ist gut die Optimierungsmöglichkeit durch das erfindungsgemäße Verfahren zu erkennen. Während ohne Verfahren (zweifach gepunktete Strichlinie) die Leistungsabgabe über die Zeit abnimmt aufgrund zu hoher Temperatur, kann durch das erfindungsgemäße prädiktive Verfahren die reale Leistungsabnahme (einfach gepunktete Strichlinie) deutlich verbessert bzw. angehoben werden.

In der Fig. 8 ist die Vorbereitung eines Ladezyklus zu erkennen. Im Vergleich zur angefragten Leistung (einfache gepunktete Strichlinie) mit korrelierter Temperatur kann durch ein aktives Kühlen (unterste Linie) die prädiktive Temperatur reduziert werden, so dass anschließend ein schnelleres Laden möglich wird.

Die Fig. 9 zeigt im Vergleich den theoretischen Leistungsverlust (Strichlinie) und den realen Leistungsverlust bei der Nutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Hier ist direkt die Reduktion des Leistungsverlustes als erstes Optimierungsergebnis zu erkennen.

Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste 10 Batteriemanagementsystem 20 Sensorvorrichtung 30 Erzeugungsvorrichtung 40 Anpassvorrichtung 100 Batterievorrichtung 110 Betriebsmodell 112 thermisches Teilmodell 120 Temperiervorrichtung 200 Fahrzeug 210 Navigationssystem aF aktuelle Fahrstrecke pF prädiktive Fahrstrecke aB aktuellen Betriebsparameter pB prädiktiver Betriebsparameters SP Stromflussparameter LP Ladeparameter TL Temperierleistung

Claims (17)

1. Patentansprüche

   1. Verfahren zur Kontrolle einer Batterievorrichtung (100) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (200), aufweisend die folgenden Schritte: - Erkennen einer prädiktiven Fahrstrecke (pF) für das Fahrzeug (200), - Erkennen wenigstens eines aktuellen Betriebsparameters (aB) der Batterievorrichtung (100), - Erzeugen wenigstens eines prädiktiven Betriebsparameters (pB) der Batterievorrichtung (100) auf Basis der prädiktiven Fahrstrecke (pF) und des wenigstens einen aktuellen Betriebsparameters (aB), - Anpassen wenigstens eines Stromflussparameters (SP) der Batterievorrichtung (100) anhand des erzeugten wenigstens einen prädiktiven Betriebsparameters (pB).
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die prädiktive Fahrstrecke (pF) zumindest teilweise durch eine Kommunikation mit einem Navigationssystem (210) des Fahrzeugs (200) erkannt wird, insbesondere als ein Ziel und/oder ein Zwischenziel des Navigationssystems (210).
3. 3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die prädiktive Fahrstrecke (pF) zumindest teilweise auf Basis der zurückgelegten aktuellen Fahrstrecke (aF) und/oder auf Basis von gespeicherten aktuellen Fahrstrecken (aF) des Fahrzeugs (200), insbesondere in Abhängigkeit wenigstens eines Streckenparameters erfolgt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Streckenparameter zumindest einen der folgenden aufweist: - Aktuelle Uhrzeit - Aktuelle Startzeit - Aktuelle Verkehrssituation - Aktueller Wochentag - Aktuelle Jahreszeit
5. 5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladevorgang an einer Ladestation erkannt wird und anschließend wenigstens ein Ladeparameter (LP) als Stromflussparameter (SP) der Batterievorrichtung (100) angepasst wird, insbesondere zumindest einer der folgenden: - Maximaler Ladestrom - Endladestand für den Ladevorgang - Temperierung während der Ladung - Temperatur am Ende des Ladevorgangs
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung des wenigstens einen Ladeparameters (LP) wenigstens teilweise durch das Fahrzeug (200), insbesondere durch ein Batteriemanagementsystem (10), und/oder nach Kommunikation mit der Ladestation wenigstens teilweise von der Ladestation durchgeführt wird.
7. 7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stromflussparameter (SP) eine Temperierleistung (TL) der Batterievorrichtung (100) angepasst wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei langer verbleibender prädiktiver Fahrstrecke (pF) die Batterievorrichtung (100) mit einer kühlenden Temperierleistung (TL) beaufschlagt wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei kurzer verbleibender prädiktiver Fahrstrecke (pF) die Batterievorrichtung (100) mit unveränderter Temperierleistung (TL) und/oder mit heizender Temperierleistung (TL) beaufschlagt wird für eine optimierte Leistungsabgabe.
10. 10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erzeugung des prädiktiven Betriebsparameters (pB) der Batterievorrichtung (100) ein Betriebsmodell (110) der Batterievorrichtung (100) verwendet wird.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebsmodell (110) der Batterievorrichtung (100) ein thermisches Teilmodell (112) zur Beschreibung des thermischen Verhaltens der Batterievorrichtung (100) beinhaltet.
12. 12. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als wenigstens ein Stromflussparameter (SP) die Leistungsabgabe der Batterievorrichtung (100) angepasst wird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur prädiktiven Fahrstrecke (pF) auch die Beschaffenheit der prädiktiven Fahrstrecke (pF) erkannt und bei der Anpassung berücksichtigt wird.
14. 14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verkehrsaufkommen auf der prädiktiven Fahrstrecke (pF) bei der Anpassung des wenigstens einen Stromflussparameters (SP) berücksichtigt wird.
15. 15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anpassung des wenigstens einen Stromflussparameters (SP) der Batterievorrichtung (100) eine Pausenvorgabe, insbesondere zusammen mit der geographischen Lage einer Ladestation, berücksichtigt wird.
16. 16. Batteriemanagementsystem (10) für eine Batterievorrichtung (100) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (200), aufweisend eine Sensorvorrichtung (20) zum Erkennen einer prädiktiven Fahrstrecke (pf) für das Fahrzeug (200) und zum Erkennen wenigstens eines aktuellen Betriebsparameters (aB) der Batterievorrichtung (100), eine Erzeugungsvorrichtung (30) zum Erzeugen wenigstens eines prädiktiven Betriebsparameters (pB) der Batterievorrichtung (100) auf Basis der prädiktiven Fahrstrecke (pF) und des wenigstens einen aktuellen Betriebsparameters (aB), weiter aufweisend eine Anpassvorrichtung (40) zum Anpassen wenigstens eines Stromflussparameters (SP) der Batterievorrichtung (100) anhand des erzeugten wenigstens einen prädiktiven Betriebsparameters (pB).
17. 17. Batteriemanagementsystem (10) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorvorrichtung (20), die Erzeugungsvorrichtung (30) und/oder die Anpassvorrichtung (40) für die Ausführung eines Verfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 15 ausgebildet ist.