CN112193085A - 高压电池的充电持续时间预测和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于预测机动车(2)的高压电池(1)的预计的充电持续时间的方法，具有如下步骤：‑借助于机动车(2)的路线确定系统(3)确定待行驶的行驶路线，‑借助于机动车(2)的获取装置(4)获取高压电池(1)的实际温度，‑借助于机动车(2)的确定装置(5)取决于经确定的行驶路线确定高压电池(1)的预计的温度发展，‑借助于确定装置(5)确定高压电池(1)在充电桩处的预计的电池温度，‑借助于确定装置(5)确定高压电池(1)在充电桩处的预计的充电状态，且‑借助于确定装置(5)确定高压电池(1)在充电桩处的预计的充电持续时间。此外，本发明涉及一种机动车(2)，其构造用于执行根据本发明的方法。

Description

高压电池的充电持续时间预测和机动车
技术领域
本发明涉及一种用于预测机动车的高压电池(HV电池(高压电池))的预计的充电持续时间的方法。此外，本发明涉及一种机动车，其构造用于执行根据本发明的方法。
背景技术
高压电池的物理特性除了电池老化之外取决于电池温度。电池损耗同样取决于电池温度。由DE 10 2017 127 029 A1已知一种用于估计电池加热的方法，以便于由此从多个不同行驶路线中选出对于高压电池的电池温度走向且因此对于高压电池而言特别适宜的行驶路线。高压电池的电池容量、尤其充电功率取决于电池温度。因此该方法的任务尤其是，选出在其中电池温度处在预先给定的在其中电池容量特别高的温度范围内的行驶路线。
此外，现代的机动车具有大量不同的驾驶员辅助系统，其构造用于支持机动车的驾驶员。一种已知的驾驶员辅助系统是导航系统，其尤其可被用于取决于可预设的路线参数可视化以及规划行驶路线。经常使用的路线参数例如是最短路程(Strecke)、最快途径、最经济路线或诸如此类。
一个在导航系统中广泛传播的特征是到达时间或者可预期的行驶持续时间的估计。为此，例如首先待行驶的路程被除以经确定的平均速度。为了确定预计的平均速度考虑大量不同的路程参数以及行驶参数，如例如道路类型、交通状况(Verkehrslage)、驾驶员的驾驶风格、所选择的底盘设置或诸如此类。
电动车相对带有内燃机的机动车具有两个必须在路线计算的情形中被考虑的主要缺点。第一个缺点是，电池的容量尤其结构空间引起地、重量引起地以及成本引起地经常被如此地限制，使得电动车的续驶里程(Reichweite)通常明显小于带有内燃机的类似机动车的续驶里程。续驶里程被理解为相应的车辆在满的高压电池或者满的燃料箱的情形中平均可经过的、直至需要充电过程或者加油过程的路程。为了确定行驶持续时间，因此应一起考虑高压电池的定期的充电间歇。电动汽车的另一缺点是用于高压电池充电的充电持续时间持续明显长于燃料箱的加油。空的燃料箱在若干秒内可被完全充满，而基本放空的高压电池的完整的充电过程在公共充电桩处持续直至4小时且在快速充电桩处持续30分钟与一小时之间。即使所谓的“超级充电站”需要大约20分钟，直至高压电池被完全充满。因此，高压电池为了充满取决于不同的参数需要不同大小的且经常可能占总旅程持续时间的很大一部分的充电时间。除了充电器件的类型(如例如直流电充电装置或交流电充电装置)之外，充电过程的持续时间同样取决于电池温度。高效的充电规划在此考虑如下，即，自确定的电池能量含量(“State of Charge(充电状态)”/SOC)起需要不成比例的较长的充电持续时间。直至该极限(例如80%)的充电可在明显较短的时间内实现。尤其地，高效的充电持续时间取决于充电站由另外车辆的占用。
对于用于确定预计的行驶持续时间的已知的方法不利的是，即，高压电池的充电持续时间在充电持续时间预测的范畴中经常仅可被粗略地估计。由此产生错误确定的行驶持续时间，其必须在行驶进程中被修正。
发明内容
为了改善可靠的路线规划，因此本发明的任务是在一种用于预测机动车的高压电池的预计的充电持续时间的方法的情形中消除或至少部分消除上文描述的缺点。尤其，本发明的任务是创造一种方法和一种机动车，其以简单的器件以及以成本适宜的形式和方式降低在确定充电持续时间的情形中的不确定性且因此确保更可靠的充电持续时间确定。
上文的任务通过专利权利要求来解决。因此，该任务通过一种带有独立权利要求1的特征的用于预测机动车的高压电池的预计的充电持续时间的方法以及通过一种带有并列的权利要求8的特征的机动车来解决。本发明的另外的特征和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。在此，与根据本发明的方法相关联地所描述的特征和细节显然同样与根据本发明的机动车相关联地适用且相应地反之亦然，从而关于相对各个发明方面的公开内容始终可被相互参考。
根据本发明的第一方面，该任务通过一种用于预测机动车的高压电池的预计的充电持续时间的方法来解决。该方法具有如下步骤：
- 借助于机动车的路线确定系统确定待行驶的行驶路线，
- 借助于机动车的获取装置获取高压电池的实际温度，
- 借助于机动车的确定装置取决于经确定的行驶路线确定高压电池的预计的温度发展，
- 借助于确定装置取决于实际温度、预计的温度发展和经确定的行驶路线确定高压电池在充电桩处的预计的电池温度，
- 取决于高压电池的实际充电状态以及直至充电桩的预计的能量消耗借助于确定装置确定高压电池的预计的充电状态，且
- 取决于预计的充电状态以及高压电池在充电桩处的预计的电池温度确定高压电池在充电桩处的预计的充电持续时间。
为了执行根据本发明的方法使用一种机动车，其具有至少一个构造用于推动机动车的电动机(Elektromotor)。优选地使用构造成电动车的机动车。同样，混合动力车辆、尤其插电式混合动力车辆的使用可设置用于执行根据本发明的方法。
作为根据本发明的方法的出发点，待行驶的行驶路线借助于路线确定系统被确定。作为路线确定系统可例如使用常规的导航系统，机动车的驾驶员将目的地以及对于路线参数而言的偏好输入到其中。导航系统优选地构造用于存储对于未来导航而言偏好的路线参数。此外，导航系统优选地构造用于借助历史目的地数据建议一个潜在的目的地。
行驶路线是机动车预计将行驶的路程，例如当驾驶员遵守导航系统的指令时。如果驾驶员忽视指令且由预先给定的行驶路线离开，优选地新的行驶路线被确定且该方法的其余步骤基于新的行驶路线被继续或者重新执行。
借助于机动车的获取装置获取高压电池的实际温度。该获取优选地连续地或以预先给定的间隔实现，以便于例如执行修正。如果例如在该方法的过程中在一时刻与预计的温度发展偏差的实际温度被确定，预计的温度发展自该时刻起优选地被相应地修正。此外如下是优选的，即，基于该偏差用于确定预计的温度发展的确定方法被相应地匹配，以便于防止或至少减少未来的偏差。以该方式可实现根据本发明的方法的可靠性的连续改善。
借助于确定装置，高压电池的预计的温度发展取决于经确定的行驶路线被确定。在此，例如高压电池的历史温度发展在驶过相同或类似的行驶路线的情形中可被使用。该温度发展由经获取的实际温度出发，且反映实际温度关于时间的变化。此外，可预期的电池温度取决于负载和给定的起始温度和外部温度。此外，在相对较弱的电池利用的情形中可计算电池温度的相对较小的上升。与之相反，相对较强的电池利用引起电池温度的相对较强的上升。
确定预计的温度发展的目的是高压电池在充电桩处的预计的电池温度借助于确定装置的确定。这取决于经获取的实际温度、经确定的预计的沿着经确定的行驶路线的温度发展和一个或多个充电桩沿着经确定的行驶路线的位置。当行驶路线具有这样的长度，即，可置入有多个充电间歇时，根据本发明的方法优选地对于每个由充电桩限制的路程段而言被执行，从而以该方式确定在每个充电桩处的电池温度以及充电持续时间。优选地，高压电池的实际温度被反复获取且在确定高压电池在充电桩处的预计的电池温度的情形中被考虑作为修正值，以便于补偿可能的偏差。
此外，借助于确定装置确定高压电池在充电桩处的预计的充电状态。这取决于高压电池的实际充电状态以及预计的能量消耗或者直至充电桩的时间上的电流走向实现。预计的能量消耗或者时间上的电流走向例如取决于预计的行驶路线、交通状况以及驾驶员偏好。优选地，实际充电状态在行驶期间被反复获取且在确定高压电池在充电桩处的预计的充电状态的情形中被考虑作为修正值，以便于补偿可能的偏差。
最后，借助于确定装置确定高压电池的预计的充电持续时间。这取决于预计的充电状态以及高压电池在充电桩处的预计的电池温度和充电桩的技术事实、尤其充电功率和充电类型实现。优选地，高压电池在充电桩处的预计的充电状态和/或高压电池在充电桩处的预计的电池温度被持续地或反复地确定，从而高压电池的预计的充电持续时间的确定同样可被反复地或持续地执行。以该方式可降低预计的充电持续时间与高压电池的实际的充电持续时间的可能的偏差。
用于预测机动车的高压电池的预计的充电持续时间的根据本发明的方法相对于常规方法具有如下优点，即，以简单的器件以及以成本适宜的形式和方式确保预计的充电持续时间的特别可靠的预测。高压电池在充电桩处的预计的充电状态和在充电桩处的预计的电池温度的考虑使得在确定高压电池在充电桩处的预计的充电持续时间的情形中的明显改善的精度成为可能。基于该预测，在借助于导航系统确定行驶路线的总持续时间的情形中的可靠性可被进一步改善，从而行驶持续时间预测与实际行驶持续时间的偏差可被进一步降低。
根据本发明的一种优选的改进方案，在方法的情形中可作如下设置，即，高压电池的预计的温度发展基于持续地与机动车的真实的车辆数据相平衡的预测模型来确定。该预测模型可例如是一种数学模型。这样的预测模型优选地如此来设计，即，高压电池的温度发展取决于多个预定义的影响因素来描绘。由经获取的实际温度和经确定的影响因素出发，因此高压电池的温度发展借助于预测模型可被近似地预测。与真实的车辆数据(如例如高压电池的经持续确定的实际温度)的持续平衡使得预测模型的持续匹配和因此改善成为可能，从而预计的充电持续时间的未来预测的可靠性被连续改善。这样的定期与真实测量数据平衡的预测模型具有如下优点，即，以简单的器件以及以成本适宜的形式和方式可生成高压电池的预计的温度发展的可靠的以及改善的预测。
如下根据本发明是优选的，即，高压电池的预计的温度发展借助于高压电池的化学物理模拟模型来确定。高压电池的化学物理模拟模型构造用于尽可能全面地描绘真实的高压电池以及在高压电池内结束的化学物理过程。在此，例如高压电池的化学物理过程被模拟且由此确定高压电池的预计的温度发展。优选地，借助于化学物理模拟模型同样确定高压电池在充电桩处的预计的充电状态。化学物理模拟模型具有如下优点，即，以简单的器件以及以成本适宜的形式和方式可生成高压电池的预计的温度发展的可靠的以及改善的预测。
进一步优选地，高压电池的预计的温度发展取决于预计的车速和/或经确定的行驶路线的车道坡度和/或机动车的当前的且/或未来规划的环境的环境温度来确定。在此其是将直接影响施加到高压电池的负载上且因此到高压电池的温度发展上的影响因素。预计的车速取决于多个因素，如例如道路类型、交通状况、信号灯设施电路、速度限制、标准时速、在相同或类似行驶路程上的历史车辆参数、驾驶员的驾驶风格、所选择的底盘设置或诸如此类。不同的道路类型例如是高速公路、乡村道路、城市道路、时速30区域、比赛道路或诸如此类。交通状况例如考虑交通参与者的数量、交通流量、和其它交通干扰(如例如建筑工地、障碍物或诸如此类)。驾驶员的驾驶风格可例如由驾驶员的被存储在机动车中或被存储在云中的驾驶员资料推导出。不同的驾驶风格由加速特性和制动特性、回收比例或车辆的通常的有效载荷(Zuladung)得出。对于不同驾驶风格而言的示例是侵略性的、防守性的、快速的、缓慢的、运动的、舒适的或诸如此类。由机动车的所选择的底盘设置同样可推导出，驾驶员是优选运动的驾驶方式还是舒适的驾驶方式。此外，高压电池的负载取决于车道的坡度。坡度越大，高压电池的负载越大。这同样适用于下坡，当高压电池例如应经由回收被充电时。最后，机动车的环境温度对于高压电池的预计的温度发展的确定而言是重要的，因为在机动车的环境与高压电池之间进行持续的热交换。在此可作如下设置，即，在车辆处的环境温度被测量。如下是特别优选的，沿着行驶路线的环境温度在其处机动车尚与相应的行驶路线段远离的时刻已被确定。环境温度可例如作为多个机动车的群数据(Schwarmdaten)或作为外部测量站的测量数据沿着行驶路线被确定。以该方式可确定沿着行驶路线的环境温度发展。这具有如下优点，即，以简单的器件以及以成本适宜的形式和方式可生成高压电池的预计的温度发展的可靠的以及改善的预测。
在根据本发明的方法的一种特别优选的设计方案中，高压电池的预计的温度发展的确定取决于取决于经确定的行驶路线的预计的电池电流走向实现。为了运行电动机需要高压电池的电流。取决于电动机的预计的运行，相应的电流走向沿着行驶路线被确定。预计的电流走向的考虑具有如下优点，即，以简单的器件以及以成本适宜的形式和方式可生成高压电池的预计的温度发展的可靠的以及改善的预测。
优选地，高压电池的预计的温度发展的确定同样取决于取决于经确定的行驶路线的预计的能量回收实现。在向下倾斜的路程的情形中、在密集交通的情形中、在信号灯设施处或在运动的驾驶方式的情形中需要经常的以及强化的制动过程。在制动的情形中，在回收的范畴中机械能量被转换成电能和热能。电能为了提高续驶里程以及为了改善机动车的能量平衡又被供应给高压电池。这具有对温度发展以及高压电池的充电状态的定义的影响。预计的能量回收、尤其在此出现的电池电流的考虑具有如下优点，即，以简单的器件以及以成本适宜的形式和方式可生成高压电池的预计的温度发展的可靠的以及改善的预测。
根据本发明的一种优选的实施形式，待行驶的行驶路线取决于路线参数被划分成多个带有不同路线参数的路线段，其中，高压电池的预计的温度发展对于每个路线段而言被单独地确定。各个路线段的各个预计的温度发展可紧接着被叠加成共同的预计的温度发展。路线段优选地如此来选择，使得路线段的至少一部分具有相同的或至少类似的路线参数。优选的路线参数是预计的速度和坡度。由此对于每个路线段而言由速度坡度特征曲线可读出电池的电流值。优选地，处在预定义的带宽内的电流值被归纳至电流级别(Stromklass)。为了确定温度走向，电流级别必须与在相应的电流级别中的停留持续时间或者与相应的路线段的长度相乘。划分成多个路线段具有如下优点，即，在确定预计的温度发展的情形中的计算耗费可以以该方式被明显减少。
根据本发明的第二方面，该任务通过一种机动车来解决。该机动车具有用于推动机动车的电机、用于提供用于电机的电能的高压电池、用于确定待行驶的行驶路线的路线确定系统、用于获取高压电池的实际温度的获取装置和用于确定高压电池的预计的充电持续时间的确定装置。根据本发明，机动车构造用于执行根据本发明的方法。
路线确定系统例如构造成常规的导航系统，目的地以及对于路线参数而言的偏好可被输入到其中。导航系统优选地构造用于存储对于未来导航而言的偏好的路线参数。此外，导航系统优选地构造用于借助历史目的地数据建议潜在的目的地。
机动车的获取装置构造用于获取高压电池的实际温度。为此，获取装置优选地具有一个或多个温度传感器，其布置在高压电池处或中且其优选地接触或至少经由热导体与高压电池导热地相联接。获取装置优选地构造用于重复地、尤其持续地获取高压电池的实际温度。
机动车的确定装置构造用于取决于经确定的行驶路线确定高压电池的预计的温度发展。此外，确定装置构造用于确定高压电池在充电桩处的预计的充电状态。最后，确定装置构造用于确定高压电池的预计的充电持续时间。
在所描述的机动车的情形中得出相对根据本发明的第一方面的用于预测机动车的高压电池的预计的充电持续时间的方法已描述的所有优点。因此，根据本发明的机动车相对于常规的机动车具有如下优点，即，以简单的器件以及以成本适宜的形式和方式确保预计的充电持续时间的特别可靠的预测。高压电池在充电桩处的预计的充电状态和在充电桩处的预计的电池温度的考虑使得在确定高压电池在充电桩处的预计的充电持续时间的情形中明显改善的精度成为可能。基于该预测，在借助于导航系统确定行驶路线的总持续时间的情形中的可靠性可被进一步改善，从而行驶持续时间预测与实际行驶持续时间的偏差可被进一步降低。
附图说明
根据本发明的方法以及根据本发明的机动车随后借助附图更详细地阐释。其中分别示意性地：
图1以侧视图显示了根据本发明的机动车的一种优选的实施形式，且
图2以流程图显示了根据本发明的方法的一种优选的实施形式。
带有相同功能和作用方式的元件在图1和2中相应地设有相同的附图标记。
具体实施方式
在图1中以侧视图示意性地描绘了根据本发明的机动车2的一种优选的实施形式。为了驱动机动车2以及为了回收，机动车具有至少一个电机6。为了提供电能、尤其为了运行电机6，机动车2具有高压电池1。此外可设置有未示出的用于运行机动车2的电气部件的低压电池和/或未示出的用于将高压电池1的电压匹配于低压电压(尤其12V)的电压转换器。在高压电池1处布置有机动车2的用于获取高压电池1的实际温度的获取装置4。此外，机动车2具有用于获取待行驶的行驶路线的路线确定系统3。路线确定系统3优选地构造成导航系统。为了确定高压电池1的预计的温度发展、高压电池1在充电桩处的预计的电池温度、高压电池1在充电桩处的预计的充电状态以及高压电池1在充电桩处的预计的充电持续时间，机动车2具有确定装置5。
图2以流程图示意性地显示了根据本发明的方法的一种优选的实施形式。在第一方法步骤100中，借助于路线确定系统3确定待行驶的行驶路线。这可例如通过路线由驾驶员的手动输入或基于预定义的或者由驾驶员预先给定的路线偏好与目的地信息相联系地通过驾驶员实现。同样，在确定行驶路线的情形中可考虑另外的因素，如例如交通状况、道路状态、天气或诸如此类。在第二方法步骤200中，借助于获取装置4获取高压电池1的实际温度且优选地获取机动车2的当前的环境温度。这可例如借助于获取装置4的温度传感器实现，其布置在高压电池1处或中。优选地，未来的环境温度、尤其沿着机动车2的规划的行驶路线的环境温度走向被确定。这可例如通过天气数据、尤其其它机动车2的群数据的评估实现。在第三方法步骤300中，借助于确定装置5确定高压电池1的预计的温度发展。这至少取决于经确定的行驶路线、尤其坡度、道路类型或诸如此类且优选地取决于另外的影响因素(如例如驾驶员的驾驶风格和/或沿着行驶路线的环境温度和/或交通状况)实现。
在第四方法步骤400中，借助于确定装置5确定高压电池1在充电桩处的预计的电池温度。这取决于实际温度、预计的温度发展和至少一个充电桩在经确定的行驶路线上的位置实现。在第五方法步骤500中，借助于确定装置5确定高压电池1在充电桩处的预计的充电状态。这取决于高压电池的实际充电状态以及预计的直至充电桩的电流走向且优选地取决于通过回收直至充电桩的预计的电流产生。在第六方法步骤600中，借助于确定装置5确定高压电池1在充电桩处的预计的充电持续时间。这取决于预计的充电状态以及高压电池1在充电桩处的预计的电池温度实现。
附图标记列表
1 高压电池
2 机动车
3 路线确定系统
4 获取装置
5 确定装置
6 电机
100 第一方法步骤
200 第二方法步骤
300 第三方法步骤
400 第四方法步骤
500 第五方法步骤
600 第六方法步骤。

Claims (8)

1.一种用于预测机动车(2)的高压电池(1)的预计的充电持续时间的方法，具有如下步骤：
- 借助于所述机动车(2)的路线确定系统(3)确定待行驶的行驶路线，
- 借助于所述机动车(2)的获取装置(4)获取所述高压电池(1)的实际温度，
- 借助于所述机动车(2)的确定装置(5)取决于经确定的行驶路线确定所述高压电池(1)的预计的温度发展，
- 借助于所述确定装置(5)取决于所述实际温度、预计的温度发展和至少一个充电桩在经确定的行驶路线上的位置确定所述高压电池(1)在充电桩处的预计的电池温度，
- 借助于确定装置(5)取决于所述高压电池(1)的实际充电状态以及直至所述充电桩的预计的能量消耗确定所述高压电池(1)在所述充电桩处的预计的充电状态，且
- 取决于预计的充电状态以及所述高压电池(1)在所述充电桩处的预计的电池温度借助于所述确定装置(5)确定所述高压电池(1)在所述充电桩处的预计的充电持续时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高压电池(1)的预计的温度发展基于持续地与所述机动车(2)的真实的车辆数据相平衡的预测模型来确定。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述高压电池(1)的预计的温度发展借助于所述高压电池(1)的化学物理模拟模型来确定。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述高压电池(1)的预计的温度发展取决于预计的车速和/或经确定的行驶路线的车道坡度和/或所述机动车(2)的环境的环境温度来确定。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述高压电池(1)的预计的温度发展的确定取决于取决于经确定的行驶路线的预计的电池电流走向实现。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述高压电池(1)的预计的温度发展的确定取决于取决于经确定的行驶路线的预计的能量回收实现。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，待行驶的行驶路线取决于路线参数被划分成多个带有不同路线参数的路线段，其中，所述高压电池(1)的预计的温度发展对于每个路线段而言被单独地确定。
8.一种机动车(2)，具有用于推动所述机动车(2)的电机(6)、用于提供用于所述电机(6)的电能的高压电池(1)、用于确定待行驶的行驶路线的路线确定系统(3)、用于获取所述高压电池(1)的实际温度的获取装置(4)和用于确定所述高压电池(1)的预计的充电持续时间的确定装置(5)，其特征在于，所述机动车(2)构造用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
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