DE102004023502A1 - Energy storage method for hybrid motor vehicle lowering voltage level of the energy storage if allowable temperature to be expected with voltage level is exceeded - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug.The The invention relates to a method and an apparatus for operating an energy store in a motor vehicle.
In Kraftfahrzeugen werden elektrische Energiespeicher in Form von Batterien oder Kondensatoren eingesetzt, deren maximal zulässige Spannung von der Temperatur abhängig ist. Insbesondere Elektrolyt- oder Doppelschicht-Kondensatoren reagieren äußerst empfindlich auf zu hohe Spannungslagen bei einer gegebenen Temperatur, so dass deren Lebensdauer reduziert wird bzw. es zur Zerstörung des Bauelementes kommen kann. Daher ist deren Temperatur während des Betriebes zu überwachen und die Temperatur durch Maßnahmen wie Lüfter etc. zu begrenzen.In Motor vehicles become electrical energy stores in the form of batteries or capacitors whose maximum allowable voltage depends on the temperature dependent is. In particular, electrolyte or double-layer capacitors are extremely sensitive too high voltage levels at a given temperature, so that whose life is reduced or it destroys the Component can come. Therefore, their temperature during the To monitor operations and the temperature by action like fans etc. limit.
Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Kondensatoren ist beispielsweise der Einsatz in Hybrid-Fahrzeugen. Ein möglicher Aufbau eines Hybrid- Fahrzeuges umfasst beispielsweise eine Brennkraftmaschine, eine Elektro-Maschine, einen Kondensator und eine Batterie, die über einen Schalter und/oder DC/DC-Wandler parallel geschaltet sind. Über einen weiteren DC/DC-Wandler ist dann der Kondensator mit dem eigentlichen Bordnetz des Kraftfahrzeuges verbunden. Dabei kann der Kondensator auf höhere Spannungen ausgelegt sein als die parallelschaltbare Batterie. Hierbei sei angemerkt, dass dieser konkrete Aufbau gegebenenfalls selbst neu und erfinderisch ist.One the preferred field of application of the capacitors is, for example the use in hybrid vehicles. A possible construction of a hybrid vehicle includes, for example, an internal combustion engine, an electric machine, a capacitor and a battery via a switch and / or DC / DC converters are connected in parallel. About another DC / DC converter is then the capacitor with the actual electrical system of the motor vehicle connected. In this case, the capacitor can be designed for higher voltages as the parallel switchable battery. It should be noted that if necessary, this concrete structure is itself new and inventive is.
Die Aufladung der Energiespeicher kann entweder durch generatorischen Betrieb der Elektro-Maschine oder, besonders effizient, durch Rekuperation erreicht werden. Ohne aktive Begrenzung der Ladespannung (bei gegebener Ladeleistung) im generatorischen Betrieb wird insbesondere bei einer Parallelschaltung von schnellem Kondensator und langsamer Batterie die Ladeschlussspannung der Batterie aufgrund des gegenüber dem Kondensator höheren Innenwiderstandes relativ schnell überschritten und beide Energiespeicher müssen, um eine Überspannung an der Batterie zu vermeiden, elektrisch voneinander getrennt werden. Die zusätzlich erzeugte Energie wird dann im Kondensator aufgenommen, welcher weiter in seinem Spannungsniveau ansteigt.The Charging the energy storage can either by regenerative Operation of the electric machine or, particularly efficiently, can be achieved by recuperation. Without active limitation of the charging voltage (for a given charging power) in generator operation, in particular in a parallel circuit of fast capacitor and slower battery the charge end voltage the battery due to the opposite the capacitor higher internal resistance exceeded relatively quickly and both energy stores need, about an overvoltage to avoid the battery, are electrically separated from each other. The additional generated energy is then absorbed in the capacitor, which continues rises in its tension level.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, mittels dessen eine hohe Energieeinspeicherung erfolgen kann, ohne den Energiespeicher in kritischen Betriebszuständen zu betreiben.Of the Invention is the technical problem underlying a method and a device for operating an energy store in a motor vehicle to create, by means of which a high energy storage done can, without the energy storage in critical operating conditions too operate.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution the technical problem arises from the objects with the features of the claims 1 and 6. Further advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims.
Hierzu wird bei abgestelltem Kraftfahrzeug die Spannung des Energiespeichers und mindestens ein Temperaturwert des Energiespeichers erfasst oder ermittelt, wobei aus dem mindestens einen Temperaturwert ein Temperaturverlauf des Energiespeichers abgeschätzt wird und das Spannungsniveau des Energiespeichers abgesenkt wird, falls ein Überschreiten der zulässigen Temperatur bei dem gegebenen Spannungsniveau zu erwarten ist und/oder eine maximal zulässige Temperatur erreicht und/oder ein frei applizierbares Temperaturdelta überschritten wird. Hierdurch kann während des Betriebs die volle Speicherfähigkeit ausgenutzt werden, wohingegen durch die gegebenenfalls vorzunehmende Spannungsreduzierung bei abgestelltem Fahrzeug ein kritischer Arbeitsbereich vermieden wird. Dabei wird unter abgestelltem Fahrzeug verstanden, dass sowohl Brennkraftmaschine als auch Elektro-Maschine ausgeschaltet sind. Dem liegen folgende Erwägungen zugrunde.For this when the motor vehicle is turned off, the voltage of the energy store and at least one temperature value of the energy storage is detected or determined, wherein from the at least one temperature value, a temperature profile estimated the energy storage and the voltage level of the energy store is lowered, if exceeded the permissible Temperature at the given voltage level is to be expected and / or a maximum permissible Temperature reached and / or a freely applicable temperature delta is exceeded. This can be during of the operation the full storage capacity be exploited, whereas, if necessary, by Voltage reduction when the vehicle is parked a critical work area is avoided. It is understood that the vehicle is parked, that both internal combustion engine and electric machine are turned off. The lie based on the following considerations.
Es muss in Abhängigkeit der jeweiligen Energiespeichertemperatur ein Kompromiss bezüglich Lebensdauer und einspeicherbarer Energie gefunden werden. Insbesondere bei einem Einbau des Energiespeichers im Motorraum bzw. in Bereichen mit erhöhten Temperaturen im Fahrzeug ist zu berücksichtigen, dass sich nach dem Abstellen des Fahrzeuges die Umgebungstemperatur aufgrund der fehlenden Fahrtwindkühlung sehr stark in Richtung höheres Temperaturniveau entwickeln kann.It must be in dependence the respective energy storage temperature a compromise in terms of life and storable energy can be found. Especially with a Installation of the energy storage in the engine compartment or in areas with elevated temperatures in the vehicle must be taken into account that after the parking of the vehicle, the ambient temperature due to the lack of air cooling very strong in the direction higher Temperature level can develop.
Hierbei muss das maximale zulässige Spannungsniveau im Kondensatorspeicher, je nach Auslegung, um ein entsprechendes Spannungsdelta unterhalb der maximal zulässigen Spannung für die im Betrieb auftretende Temperatur des Energiespeichers liegen. Wird die Spannung nicht reduziert, so kann dies zu einer Reduktion der Lebensdauer bzw. zur Zerstörung des Energiespeichers führen. Die maximal einspeicherbare Energie wird hierdurch jedoch deutlich reduziert.in this connection must be the maximum allowed Voltage level in the capacitor storage, depending on the design, to a corresponding voltage delta below the maximum permissible voltage for the occur during operation temperature of the energy storage. Becomes the tension is not reduced, this can lead to a reduction of the Lifespan or destruction lead the energy storage. However, the maximum storable energy is thereby clear reduced.
Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, bei einer Kombination eines Energiespeichers (insbesondere eines Speicherkondensators) mit einer Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit der aktuellen Energiespeichertemperatur bzw. einer rechnerisch ermittelten Temperatur den Energieinhalt bei abgestelltem Fahrzeug bzw. in der Nachheizphase entsprechend zu reduzieren. Hierbei kann während des Betriebes des Fahrzeuges der Energiespeicher bis zu seiner maximalen Speicherfähigkeit ausgenutzt werden. Wird das Fahrzeug anschließend abgestellt, so wird zunächst in einer frei applizierbaren Zeit im Steuergerät sowohl die aktuelle Spannung als auch der Temperaturanstieg im Energiespeicher ausgewertet und, bei Überschreiten eines entsprechenden Temperaturgradienten bzw. absoluten Temperaturwertes bzw. Spannungswertes, der Energieinhalt des Speicherkondensators durch das Steuergerät reduziert. Ergänzend sei angemerkt, dass die Temperaturüberwachung selbstverständlich auch während des Fahrbetriebes zusätzlich erfolgen kann.According to the invention, it is therefore proposed, in a combination of an energy store (in particular a storage capacitor) with an internal combustion engine as a function of the current energy storage temperature or a calculated temperature to reduce the energy content when the vehicle is parked or in the reheating phase accordingly. This can be utilized up to its maximum storage capacity during operation of the vehicle, the energy storage. If the vehicle is subsequently switched off, the current span is first of all in a freely applicable time in the control unit tion as well as the temperature rise in the energy storage evaluated and, when a corresponding temperature gradient or absolute temperature value or voltage value, the energy content of the storage capacitor is reduced by the control unit. In addition, it should be noted that the temperature monitoring can of course also be done while driving.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird nach dem Abstellen des Kraftfahrzeuges zeit- und/oder ereignisgesteuert die Temperatur und Spannungslage abgefragt, falls ein Überschreiten der zulässigen Temperatur bei dem gegebenen Spannungsniveau zu erwarten ist. Für eine Zeitsteuerung kann beispielsweise ein Zeitraster vorgesehen sein, wobei sich für die Ereignissteuerung eine Temperaturmessung anbietet. Hierdurch lassen sich auch passive Temperaturanstiege im System ohne direkten Betrieb durch einen Verbrauchsmotor bzw. Elektro-Maschine berücksichtigen, beispielsweise durch erhöhte Sonneneinstrahlung.In a further preferred embodiment is time and / or event-controlled after parking the motor vehicle the temperature and voltage situation queried, if exceeding the permissible Temperature at the given voltage level is expected. For a time control For example, a time grid may be provided, with the event control offers a temperature measurement. This can also be passive Temperature increases in the system without direct operation by a consumption engine or electrical machine, for example, by increased Sunlight.
Zum Abbau des Spannungsniveaus gibt es prinzipiell zwei Möglichkeiten. Dies kann entweder durch eine verlängerte Nachlaufzeit des Steuergerätes und somit durch die eigene Bordnetzversorgung des Steuergerätes erfolgen oder, falls diese Maßnahme zur Reduktion nicht ausreicht, durch einen entsprechenden Energiefluss in einen weiteren Energiespeicher, vorzugsweise eine Batterie.To the There are basically two options for reducing the voltage level. This can be achieved either by an extended overrun time of the control unit and thus done by the own electrical system supply of the control unit or, if this measure is not sufficient for the reduction, by a corresponding energy flow in a further energy storage, preferably a battery.
Da das Spannungsniveau eines Speicherkondensators im Allgemeinen oberhalb dessen einer Batterie liegt, kann der entsprechende Energiefluss auch durch einen DC/DC-Wandler zwischen Speicherkondensator und Batterie erreicht werden. Hierbei wird die Batterie bei optimaler Ladespannung aus dem Speicherkondensator geladen, bis der Ladezustand im Speicherkondensator unterhalb der für die aktuelle Temperatur zulässigen Spannung gesunken ist. Für den Fall einer im Fahrzeugbetrieb vollständig geladenen Batterie lässt sich optional eine erhöhte Ladespannung der Batterie vorgeben, um auch in diesem Fall die notwendige Energie aus dem Speicherkondensator abzuführen. Dieses Vorgehen ist besonders vorteilhaft, da die Energie nicht durch den Bedarf des Steuergerätes verbraucht wird, sondern energetisch sinnvoller in die Batterie gespeichert wird und somit für den nächsten Fahrzeugbetrieb wieder zur Verfügung steht. Weiterhin ist hierdurch eine deutlich schnellere Reduktion des Ladezustandes möglich, da der Bordnetzbedarf des Steuergerätes gegenüber der Leistungsaufnahme einer Batterie eher zu vernachlässigen ist.There the voltage level of a storage capacitor generally above which is a battery, the corresponding energy flow can also through a DC / DC converter between storage capacitor and battery be achieved. Here, the battery is at optimal charging voltage charged from the storage capacitor until the state of charge in the storage capacitor below the for the current temperature permissible Tension has dropped. For the case of a fully charged in vehicle operation battery can be optionally an increased charging voltage give the battery, in this case, the necessary energy remove from the storage capacitor. This procedure is special advantageous because the energy is not consumed by the needs of the controller is stored, but energetically more meaningful in the battery becomes and thus for the next Vehicle operation available again stands. Furthermore, this is a much faster reduction the state of charge possible, because the vehicle electrical system requirements of the control unit compared to the power consumption of a Battery rather neglect is.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Energiespeicher als Kondensator, vorzugsweise als Doppelschicht-Kondensator, ausgebildet.In a further preferred embodiment is the energy store as a capacitor, preferably as a double-layer capacitor, educated.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, dass insbesondere in der Abstellphase bzw. Nachheizphase des Fahrzeuges der Ladezustand im Energiespeicher in Abhängigkeit der aktuellen Temperatur nicht oberhalb der maximal zulässigen Spannung liegt. Hierdurch kann im konventionellen Fahrzeugbetrieb der Energiespeicher in seinem maximalen Speichervermögen ausgenutzt werden. Im Falle einer Temperaturüberschreitung wird die Energie entweder durch den eigenen Bedarf des Steuergerätes verbraucht oder energetisch vorteilhafter in einen weiteren Energiespeicher, vorzugsweise eine Batterie, geladen und steht so für einen nachfolgenden Fahrzyklus wieder zur Verfügung.By the inventive method is achieved that, especially in the parking phase or Nachheizphase of the vehicle, the state of charge in the energy storage in dependence the current temperature not above the maximum allowable voltage lies. As a result, in conventional vehicle operation of the energy storage in its maximum storage capacity be exploited. In case of a temperature overrun, the energy either consumed by the own needs of the control unit or energetically more advantageous in a further energy storage, preferably a Battery, charged and stands for a subsequent driving cycle again available.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines elektrischen Energiesystems in einem Hybrid-Kraftfahrzeug.The Invention will be described below with reference to a preferred embodiment explained in more detail. The single figure shows a schematic block diagram of an electrical Energy system in a hybrid motor vehicle.
Das
elektrische Energiesystem
Die
Brennkraftmaschine ist beispielsweise als direkteinspritzender,
magerlauffähiger
Ottomotor ausgebildet und mit der Elektro-Maschine
Wird
nun das Kraftfahrzeug abgestellt, kann es trotz nachlaufendem Gebläse dazu
kommen, dass die Temperatur am Kondensator
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