CN115515819A - 用于增加电动车辆的行程范围的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于增加由电动马达和高压电池驱动的车辆的行程范围的设备和方法，其包括电子控制单元，其特别是被编程为使得根据高压电池的一直重新更新估计的充电状态向驾驶员显示相应的剩余行程范围；限定下充电状态极限，其在充电状态被无误差地估计时配设给为零的要显示的剩余行程范围；为下充电状态极限配设限定的最小允许的第一电池单元电压极限；在行驶运行期间监视：是否由于估计误差显示了比基于当前充电状态可调用的行程范围大的行程范围；不通过估计误差差异来校正所述显示；并且在识别到估计误差时自动激活紧急模式，在紧急模式中允许电池单元电压降低到低于第一电池单元电压极限。

Description

用于增加电动车辆的行程范围的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于增加电动车辆的行程范围的设备和相应的方法。

背景技术

具有电动驱动装置(即具有用于驱动车辆的电动马达)的车辆通常包括储能器(也称为高电压蓄能器或牵引电池)，其设计为储存用于运行所述电动马达的电能。用于驱动车辆的电能(也称为牵引能量)通常以电化学方式储存在储能器中。示例性的储能器包括大量基于锂离子的储存电池单元。

电能储能器包括用于储存牵引能量的有限容量。在此，与利用具有内燃机的车辆可达到的行程范围相比，目前利用所述有限容量可达到的车辆行程范围相对较小。此外，用于电动车辆的公共充电站的数量目前相对有限。因此，在电动车辆中存在增加的风险，即：电动车辆无法利用可用电能到达期望行驶目的地并且电动车辆可能“保持静止”。

例如，DE 10 2015 203 491 A1涉及有效降低电动车辆没有足够的电能到达期望行驶目的地的风险的技术任务。特别是，其旨在使电动车辆的驾驶员能够有效地在需要时增加电动车辆的行程范围。

根据该文献，描述了一种用于增加车辆的行程范围的方法，该方法包括求取：要将车辆的储能器的填充水平储备用于运行电动马达。

储能器设计用于储存电能，其中，储能器中的电能量通常由储能器的填充水平(也称为荷电状态SOC)表示。储能器通常在标准运行模式中运行，在标准运行模式中储能器未完全充电和/或未完全放电，以实现储能器尽可能长的使用寿命(即尽可能大量的储存循环)。例如，在标准运行模式中，储能器可以一直放电到最小允许填充水平(以下也称为下充电状态极限)(其中最小允许填充水平大于0％)和/或可以一直充电到最大允许填充水平(其中最大允许填充水平小于100％)。换句话说，在标准运行模式中，储能器可以在为储能器设置的原则上允许的填充水平范围内运行。在此，设置的填充水平范围可向下由最小允许填充水平限制和/或向上由最大允许填充水平限制。

填充水平储备在为储能器设置的填充水平范围之外。例如，填充水平储备可包括下填充水平储备，在下填充水平储备的情况下储能器的填充水平低于最小允许填充水平(可能降至例如0％的最小可能填充水平)。替代地或附加地，填充水平储备可以包括上填充水平储备，在上填充水平储备的情况下储能器的填充水平高于最大允许填充水平(可能高到例如100％的最大可能填充水平)。

通常，当在设置的填充水平范围内运行储能器时，储能器的使用寿命在统计上比在填充水平储备内运行储能器时较少地减少。因此(对于储能器的使用寿命)这通常有利的是，在标准运行模式中(即在设置的填充水平范围内)符合标准地运行储能器。另一方面，储能器的填充水平储备只在例外情况下使用，因为使用储能器的填充水平储备在统计上通常会导致储能器的使用寿命的减少(与仅在设置的填充水平范围内的使用相比)。

因此，该方法包括求取：(例外地)要将储能器的填充水平储备用于运行车辆的电动马达。储能器的该运行模式可以称为储能器的容量扩大运行模式。因此，可以求取：要激活储能器的容量扩大运行模式，在容量扩大运行模式中不仅使用设置的填充水平范围，而且使用储能器的填充水平储备来运行电动马达以驱动车辆。

该方法还包括：响应于求取到要激活储能器的容量扩大运行模式，使用来自储能器的填充水平储备的电能用于运行车辆的电动马达(即用于驱动车辆)。储能器的填充水平储备的使用可限于储能器的预限定数量的充电循环(例如一个唯一的充电循环)。也就是说，该方法可进一步包括：将储能器的填充水平储备的使用限于预限定的、有限数量的充电循环。在有限数量的充电循环之后，储能器可以自动从容量扩大运行模式切换到标准运行模式。

根据该现有技术，原则上只有通过用户的明确要求或输入才能激活容量扩大运行模式。因此，求取要使用储能器的填充水平储备包括：通过车辆的输入/输出单元检测车辆用户的输入。通过要求车辆用户明确输入并通过将储能器的填充水平储备的使用可选地与一个或多个条件耦合，由于填充水平储备的过度使用对储能器的损坏可被限制。此外，填充水平储备的使用可以作为车辆的增值功能(必要时，付款添加)提供给用户。

该方法还可包括激活一个或多个措施，通过该措施在将来自填充水平储备的电能用于运行电动马达期间减少车辆对电能的消耗。可以假设，当用户激活储能器的容量扩大运行模式时，车辆用户希望最大化车辆的行驶范围。因此有利的是，当储能器的容量扩大运行模式被激活时，必要时自动地执行一个或多个消耗减少措施(例如，停用空调系统和/或限制车辆行驶速度)。这样可以进一步增加车辆的行驶范围。

在车辆行驶期间可以提供下填充水平储备，以增加车辆的行程范围(例如用于到达目的地)。特别是，在车辆行驶期间可以求取到：要使用下填充水平储备。因此，可以为车辆提供所谓的“LIMP HOME(跛行回家)”功能，也称为“Turtle Mode(海龟模式)”。在DE 102015203 491A1中描述的系统中，利用所谓的“LIMP HOME”功能，仅在驾驶员手动请求时才提供高电压蓄能器的填充水平储备。如果填充水平储备被开启，则在此不向驾驶员显示行程范围，例如显示“0km”或“---”。

发明内容

本发明的目的是，在不因所需的手动干预而增加驾驶员负担的情况下，增加电动车辆的行程范围。

该目的通过独立权利要求的特征实现。本发明的有利扩展方案是从属权利要求的主题。

本发明涉及一种用于增加由电动马达和高压电池驱动的车辆的行程范围的设备和方法，其具有电子控制单元，该电子控制单元特别是被编程为，使得

–根据高压电池的一直重新更新估计的充电状态向驾驶员显示相应的剩余行程范围，

–限定下充电状态极限，所述下充电状态极限在充电状态被无误差地估计时配设给为零的要显示的剩余行程范围，

–为下充电状态极限配设限定的最小允许的第一电池单元电压极限，

–在行驶运行期间监控：是否由于估计误差显示了比基于当前充电状态可调用的行程范围大的行程范围，

–不通过估计误差差异(跳跃式)校正所述显示(以便不使驾驶员困惑)；以及

–在识别到估计误差时自动激活紧急模式，在紧急模式中，允许电池单元电压降低到低于第一电池单元电压极限。

优选地，在紧急模式中降低电池单元电压，使得显示的剩余行程范围是实际可达到的。然而，仅暂时允许降低的电池单元电压，例如直到下一次充电过程或直到达到降低的第二电池单元电压极限。

本发明包括以下有利的扩展方案：

–紧急模式优选在直接在限定的估计余量之下的充电状态范围内预设。

–限定的估计余量直接在下充电状态极限之下预设。

–紧急模式可以在存在限定的条件时被阻止，其中，阻止紧急模式的条件可以例如是低于第二电池单元电压极限或老化极限。

–在紧急模式被阻止的行驶运行中，下充电状态极限可被规定为高于在紧急模式被允许的行驶运行中的下充电状态极限。

–在紧急模式被阻止的行驶运行中，附加地或替代地，估计余量的充电状态范围可以大于在紧急模式被允许的行驶运行中的估计余量的充电状态范围。

本发明基于以下考虑：

在用于电动车辆的高压蓄能器的开发领域中，在SOC(充电状态)算法开发的框架内并在设计可用能量含量时，不断尝试：第一，降低估计余量，以便能够为车辆提供更大的可用行程范围，并且第二，减少或至少不增加显示剩余行程范围为0km的情况的数量，尽管实际仍然存在较大的剩余行程范围(“具有剩余行程范围的保持静止”)。

在每辆电动车辆中，电池的充电状态仅被估计，因为在技术上不可能进行实际测量。在电动运行的车辆中应始终确保：驾驶员在显示的剩余行程范围时不会由于实际排空的电池而“保持静止”。为了确保这一点，使用算法尽可能准确地估计充电状态。由于这种估计只有有限的精度，因此限定所谓的“估计余量”，其在正常情况中不提供作为行程范围并且因此原则上降低可用能量或电动行程范围。

尽管估计余量高，但不可在所有情况下排除具有剩余行程范围的保持静止。必须一直在降低“保持静止”风险和优化电动行程范围之间找到折衷方案。

如果识别到存在如下意义的估计误差，即向驾驶员显示的行程范围或功率比由电池的可用充电状态可调用的行程范围或功率大(例如，根据80km/h的恒定行驶)，根据本发明优选地激活添加到估计余量中的紧急模式，以确保剩余行程范围(“ReSi”模式)。在这种紧急模式中，常规电池单元电压极限暂时降低，以释放在正常情况下不可用的能量。电池的运行范围所谓暂时地扩大，甚至不止一个估计余量。

由于老化原因，电池单元电压极限不能持续降低，因为电池单元在该低电压范围中老化程度相对较大。然而，由于这种紧急模式仅在少数情况下发生(SOC估计误差和驾驶员充分利用其显示的行程范围)，因此在这些时间有限地出现的情况下可以接受降低电池单元电压极限。

根据本发明，也可以借助取决于估计误差的紧急模式限定相对较小的估计余量。因此，也获得了持续增加的行程范围。

根据方法的实施例：

如果实施本发明所需的电子控制单元识别到估计误差，特别是由此：高压蓄能器的各单个电池单元的电池单元电压已经处于标准运行模式的电池单元电压极限(如2.8V)；考虑到估计的充电状态(SOC)，在标准运行模式中的行程范围为0km；但向驾驶员显示的行程范围仍超过0km，根据本发明自动激活紧急模式。为此，降低电池单元电压极限(例如，从2.8V(正常运行)降到2.1V)，以释放能量储备。原则上，这需要对所有电池单元进行电压监视。

当车辆充电时，紧急模式将被返回。

对于所有车辆都可以降低估计余量(其通常假设为5％的估计误差)，因为对于少数“关键”情况，现在存在根据本发明的紧急模式，以避免具有剩余行程范围的保持静止。

因此，现有技术中的可手动触发的填充水平储备根据本发明分两个阶段地由(优选降低的)估计余量和根据估计误差识别而自动触发的紧急模式替换。

附图说明

在下文中，参考实施例更详细地描述本发明。在此，在附图中

图1示出具有根据本发明的紧急模式的电动车辆的可能部件的示意图，

图2示出本发明的第一方面，与现状相比，用于确保在SOC估计误差大于规定的估计余量时的剩余行程范围，

图3示出本发明的第二方面，与现状相比，用于确保在SOC估计余量降低时、但在SOC估计误差为零时的剩余行程范围，

图4示出用于电池单元的限定的不同电压阈值，

图5示出在同时降低估计余量时的根据本发明的紧急模式，以及

图6示出根据现有技术的估计余量。

具体实施方式

图1示出电动车辆100的示例部件的框图。特别是，电动车辆100包括储能器102(特别是高电压蓄能器)，其被设计为提供电能以用于运行车辆100的电动马达。储能器102被设计为求取其填充水平(也称为荷电状态、SOC或充电状态)并且提供给电子控制单元101。控制单元101可被设计为根据储能器102的填充水平(SOC)来求取车辆100的剩余行程范围。但替代地，控制单元101也可以根据储能器102的信号自己来求取、特别是估计充电状态和由此产生的剩余行程范围。

车辆100还可包括导航单元104，其被设计为求取车辆100的位置和/或用于车辆100的计划行驶路线。控制单元101可以被设计为求取：车辆100鉴于剩余行程范围是否可行驶完计划行驶路线。

为了提高储能器102(特别是电化学储能器、例如基于锂离子的储能器)的使用寿命，储能器102通常在填充水平范围内运行，通过该填充水平范围，与储能器102的最大容量相比，降低储能器102的有效可用容量(标准运行模式)。特别是，在标准运行模式中，原则上不低于下充电状态极限。

此外，车辆100的输入/输出单元103可设置用于检测车辆100用户的输入。

此外，控制单元101可被设计为，当识别到达到标准运行模式的最小SOC值时，使车辆100的一个或多个控制器105切换到节能运行中。例如，车辆100的空调系统可被停用和/或车辆100的行驶速度和/或加速度可受到限制。换句话说，控制单元101可被设计为采取可降低车辆100的能耗的措施，从而进一步增加车辆100的行程范围。

这些部件原则上是现有技术。本发明的一个重要组成部分是电子控制单元101，其特别是为了实施根据本发明的紧急模式而被相应地编程(在控制器中的计算机程序产品)。

根据图2和第一种情况解释本发明的第一方面：

图2左侧：现有技术(现状)

–情况1：达到可行驶极限(＝估计余量的下SOC值)，但向驾驶员显示剩余行程范围RRW>0km，因为在规定估计余量时假设最大估计误差仅为5％，但其在此实际已被超过。

–达到限定的(第一)电池单元电压下极限(电池单元电压极限未降低)。

·在极少数“最坏”情况下(特别是在老化后)，SOC估计误差也可大于5％。

·在这种情况下，如果驾驶员使其车辆完全“排空”行驶，可能会出现在显示的剩余行程范围大于0km时的“保持静止”。

图2右侧：在相同的情况1中的本发明(“稳健性措施”)

–在紧急模式中可行驶极限被降低，使得达到0km的显示行程范围；即驾驶员可以电动行驶至显示“0km”或“---”。

–为此优选地或根据需要，下电池单元电压极限降低到使得紧急模式所需的能量储备在短时间内可用。

·因此，如果在上述情况1中，在能量预测>0kWh时，功率下降到限定的可行驶水平以下(例如，仅可能恒定行驶80km/h)，则根据本发明识别到估计误差并且下电池单元电压极限暂时降低。

·在理想情况下，驾驶员仍可以去往充电柱“恢复”，但至少该驾驶员仍可以继续行驶，直到显示“---”(RRW＝0km)。

·由于本发明人在关于电池单元老化的试验中的认识，仅在特殊情况下(即在基于识别到的高估计误差具有大于0km的行程范围的低充电状态(SOC)时)暂时降低下电池单元电压极限(例如从2.8V降至2.1V)是不要紧的。

·但降低的电池单元电压极限(如2.1V)要优选继续高于功能安全性所需的极限(如1.7V)。

参考图3解释本发明的第二方面：

图3左侧：现有技术(现状)

–情况2：标准运行模式的下充电状态极限相对较高，“低于”会导致在填充水平储备的意义上提前使用估计余量。

–降低到“正常的”也相对较高的作为估计余量下极限的可行驶极限(跛行回家范围，所谓的“海龟模式”)：5％的估计余量不会作为可用行驶范围显示给驾驶员，并且只能在“海龟模式”中用作估计余量。

·在能量设计中考虑了5％的SOC估计余量。

·在许多使用情况下，实际可行的行程范围没有释放，因为对于“较高估计误差”的特殊情况，必须保持余量。

图3右侧：在相同的情况2中的本发明(“稳健性措施”)

–根据现状的估计余量的一部分(例如2％)在此作为可用行程范围显示给驾驶员。

–降低“正常”可行驶极限：行驶限值“ReSi”(＝剩余行程范围的确保＝紧急模式)：如果在低SOC范围内估计误差>3％，则激活紧急模式。

·在能量设计中，可根据本发明降低估计余量(例如从5％降至3％)。估计误差不会因紧急模式而改变。

·在现在更经常出现的“估计误差和显示的剩余行程范围”的情况下，激活紧急模式(ReSi)并且为此降低电池单元电压极限。与现有技术相比，结果是至少不会增加“保持静止”的风险。

图4示出对于电池单元而言限定的不同电压阈值。根据本发明可以在电子控制单元101中限定：选择估计余量直到低于第一上电压阈值S1(如2.8V)。如果激活紧急模式，则电池单元电压极限可以降低到较低的第二阈值S2(如2.1V)，其也可以根据如温度和老化的参数进行可变设置。

在图5中，与根据图6的现有技术相比，本发明再次以不同方式示出。在此，图6对应于图2的左侧(现状)。图5对应于图3的右侧(稳健性措施)。

在图5和图6中分别鉴于规定下充电状态极限和可行驶极限记录估计误差的高斯曲线。

图6(根据现有技术)限定相对较高的下充电状态极限和-5％的估计余量的可行驶极限(正常)。

例如，在估计余量为5％时的运行点B1处：此处充电状态SOC被错误地估计，因为估计误差被描绘为大于5％。然后例如，显示屏可能会错误地显示6km的剩余行程范围(RRW)，但如果驾驶员继续行驶，车辆可能会在显示4km的剩余行程范围(RRW)时保持静止。出于可靠性原因，应防止从6km到4km的跳跃式校正。

在图5中作为示例在与现有技术相比减小的3％的估计余量中(估计余量也可以保持在5％，但本发明允许减小的估计余量)记录运行点B1’：由于出现大于3％的估计误差并且根据本发明也识别到此，所以充电状态SOC被错误地估计。如果显示的剩余行程范围(RRW>0km)大于当前估计的充电状态实际可实现的剩余行程范围，并且应不超过原则上设置的最小电池单元电压极限(如2.8V)，则识别到增加的估计误差。根据本发明，现在激活紧急模式，其方式为允许低于“正常”可行驶极限。这通过暂时释放较低的最小电池单元电压极限(如2.1V，也见图4)实现。优选地，电池单元电压极限暂时以如下程度降低，使得由此实际可达到的剩余行程范围与显示的剩余行程范围一致。在剩余行程范围为0km时进行充电，由此自动关闭紧急模式。

通过这种暂时且依赖于估计误差的自动紧急模式可以降低估计余量和/或降低下充电状态极限。这通过比较图5中的SOC阈值和图4中的SOC-阈值可以看出。

本发明不限于所示的实施例。特别是要注意，说明书和附图仅应用于说明提出的方法、设备和系统的原理。

Claims (10)

1.用于增加车辆(100)的行程范围的设备，所述车辆由电动马达和高压电池(102)驱动，所述设备包括电子控制单元(101)，所述电子控制单元使得：

–根据高压电池(102)的一直重新更新估计的充电状态(SOC)向驾驶员显示相应的剩余行程范围(RRW)，

–限定下充电状态极限(SOCmin)，所述下充电状态极限在充电状态(SOC)被无误差地估计时配设给为零(“---”)的要显示的剩余行程范围(RRW)，

–为下充电状态极限(SOCmin)配设限定的最小允许的第一电池单元电压极限(S1；2.8V)，

–在行驶运行期间能监控：是否由于估计误差而显示了比基于当前充电状态可调用的行程范围大的行程范围，

–能不以估计误差差异来校正所述显示，并且

–在识别到估计误差时能自动激活紧急模式(ReSi)，在所述紧急模式(ReSi)中，电池单元电压(U_Z)能降低到低于第一电池单元电压极限(S1；2.8V)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述紧急模式(ReSi)中，电池单元电压(U_Z)被降低到使得所述显示的剩余行程范围(RRW)能被实际达到。

3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，暂时允许降低的电池单元电压(U_Z)，直至下一次充电过程或直至达到降低的第二电池单元电压极限(S2；2.1V)，该第二电池单元电压极限低于第一电池单元电压极限(S1；2.8V)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述紧急模式在直接在限定的估计余量之下的充电状态范围内预设。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述限定的估计余量直接在下充电状态极限之下预设。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，当存在限定的条件时，能阻止所述紧急模式。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，阻止所述紧急模式的条件是：低于第二电池单元电压极限(S2；2.1V)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，在所述紧急模式被阻止的行驶运行中下充电状态极限被规定为高于在所述紧急模式被允许的行驶运行中的下充电状态极限。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，在所述紧急模式被阻止的行驶运行中估计余量的充电状态范围大于在所述紧急模式被允许的行驶运行中的估计余量的充电状态范围。

10.用于通过电子控制单元(101)增加车辆(100)的行程范围的方法，所述车辆由电动马达和高压电池(102)驱动，其中，

–根据高压电池(102)的一直重复更新估计的充电状态(SOC)向驾驶员显示相应的剩余行程范围(RRW)，

–限定下充电状态极限(SOCmin)，所述下充电状态极限在充电状态(SOC)被无误差地估计时配设给为零(“---”)的要显示的剩余行程范围(RRW)，

–为下充电状态极限(SOCmin)配设限定的最小允许的第一电池单元电压极限(S1；2.8V)，

–在行驶运行期间监控：是否由于估计误差而显示了比基于当前充电状态可调用的行程范围大的行程范围，

–不以估计误差差异来校正所述显示；以及

–在识别到估计误差时自动激活紧急模式(ReSi)，在所述紧急模式(ReSi)中，允许电池单元电压(U_Z)降低到低于第一电池单元电压极限(S1；2.8V)。

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