DE102007012127A1

DE102007012127A1 - Akkumulatoreinrichtung

Info

Publication number: DE102007012127A1
Application number: DE102007012127A
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Phys. Bulling
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2008-09-18

Abstract

Es wird eine Akkumulatoreinrichtung, insbesondere eines Akkumulators (10) eines Hybridfahrzeugs, mit einer Energiemanagementeinheit (12) vorgeschlagen, die dazu vorgesehen ist, in wenigstens einem Modus einen Einstellvorgang von wenigstens einer Kenngröße zu entkoppeln.

Description

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Akkumulatoreinrichtung.
Aus der DE 102 08 651 B4 ist ein Verfahren zur Ermittlung eines Ladezustands einer Batterie bekannt. Dabei wird eine Batteriezelle bis in einen Bereich einsetzender Vergasung aufgeladen. Anschließend wird eine Zelltemperatur aus gemessenen Spannungs- und Stromwerten berechnet, eine Zelltemperatur gemessen und eine Differenz zwischen der gemessenen und der berechneten Zelltemperatur berechnet. Darauf folgend wird ein Ladezustand mittels eines ersten vorbestimmten Zusammenhangs zwischen berechneter Temperaturdifferenz und Ladezustand bestimmt. Dieses Verfahren wird vorzugsweise bei NiMH-Batterien verwendet, bei denen die Ruhespannung zum „state of charge" (SOC) keine auswertbare Korrelation aufweist.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Akkumulatoreinrichtung bereitzustellen, bei der vorzugsweise eine einfache Korrektur des Ladezustands erreicht werden kann. Die Aufgabe wird jeweils gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche, wobei weitere Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Es wird eine Akkumulatoreinrichtung, insbesondere eines Akkumulators eines Hybridfahrzeugs, mit einer Energiemanagementeinheit vorgeschlagen, die dazu vorgesehen ist, in wenigstens einem Modus einen Einstellvorgang, und zwar besonders vorteilhaft einen Regelvorgang, von wenigstens einer Kenngröße zu entkoppeln. Dabei soll unter einer „Energiemanagementeinheit" insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und einer Speichereinheit und einem darin gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Unter „vorgesehen" soll insbesondere speziell ausgestattet, ausgelegt und/oder programmiert verstanden werden. Ferner soll unter „entkoppeln" insbesondere eine zumindest gegenüber einer Rauschunterdrückung, bei der durch Rauschen bedingte Größen unterdrückt werden bzw. unberücksichtigt bleiben, weiterreichende Entkopplung verstanden werden, so dass insbesondere auch eine Entkopplung gegenüber durch Rauschen bedingte Kenngrößen größeren Kenngrößen erreichbar ist.
Durch eine entsprechende erfindungsgemäße Ausgestaltung können fehlerhafte Berechnungen vermieden und fehlerhafte Einstellungen zumindest korrigiert werden. Unerwünschte Instabilitäten bzw. Drifts können auch in einem hochdynamischen Profil eines Hybridfahrzeugs vermieden bzw. ausgeglichen werden und insbesondere kann auch eine Kalibrierung auf eine bestimmte Größe realisiert werden. Ein Halten eines aktuellen Ladezustands eines Akkumulators kann trotz variabler Belastung durch Nebenverbraucher ermöglicht werden. Auch bei nur seltenen Rekalibrierungen, beispielsweise über eine Akkumulatorruhespannung, kann in einem Fahrbetrieb stets eine stabile bzw. vorzugsweise genaue Ladezustandsinformation zur Verfügung gestellt werden.
Die Energiemanagementeinheit kann dazu vorgesehen sein, den Einstellvorgang von verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Kenngrößen zu entkoppeln. Besonders vorteilhaft ist die Einstelleinheit jedoch dazu vorgesehen, den Einstellvorgang von einer Kenngröße für wenigstens einen Teil eines Stromintegrals zu entkoppeln, wodurch eine Instabilität einfach beseitigt werden kann.
Die Energiemanagementeinheit kann dazu vorgesehen sein, den Einstellvorgang in wenigstens einem Ladezustandsbereich von einem gesamten Teil eines Stromintegrals, d. h. sowohl von einer Kenngröße für ein Ladestromintegral als auch für ein Entladestromintegral, zu entkoppeln. Ist die Energiemanagementeinheit dazu vorgesehen, abhängig von wenigstens einer Kenngröße, insbesondere in zumindest einem Bereich, den Einstellvorgang alternativ von einer Kenngröße für ein Ladestromintegral oder von einer Kenngröße für ein Entladestromintegral zu entkoppeln, kann weiter eine erhöhte Stabilität erreicht werden.
Eine vorteilhafte einfache Realisierung einer einen angenommenen Ladezustand korrigierenden Akkumulatoreinrichtung kann erreicht werden, wenn der zweite Modus ein spannungsgeführter Modus ist, und zwar insbesondere ein Modus, in dem ein bestimmter Spannungswert vorgegeben wird, und/oder wenn die Energiemanagementeinheit dazu vorgesehen ist, den Einstellvorgang von der Kenngröße zu entkoppeln, wenn eine Sollladespannung zumindest im Wesentlichen einer Ruhespannung des Akkumulators entspricht. Dabei soll unter „im Wesentlichen" insbesondere verstanden werden, dass auch Einrichtungen mit umfasst sein sollen, bei denen bei kleinen, insbesondere toleranzbedingten Abweichungen zwischen der Ruhespannung und der Sollladespannung eine entsprechende Entkopplung vorgenommen wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Energiemanagementeinheit dazu vorgesehen ist, die Entkopplung zeitverzögert einzuleiten, wodurch vor teilhaft eine Relaxationszeit des Akkumulators berücksichtigt werden kann. Dabei ist eine Zeitverzögerung vorteilhaft zwischen 2 sec und 40 sec und besonders vorteilhaft zwischen 5 sec und 15 sec, ausgehend von einem Zeitpunkt eines Signalwerts.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 eine schematisiert dargestellte Akkumulatoreinrichtung eines Hybridfahrzeugs und
2 einen Verlauf einer Sollladespannung und einen Verlauf einer Ruhespannung eines Akkumulators über einem Ladezustand SOC in Prozent.
1 zeigt eine schematisiert dargestellte Akkumulatoreinrichtung eines Hybridfahrzeugs mit einer Akkumulatoreinheit 14, die einen Akkumulator 10 bzw. eine wiederaufladbare Batterie und eine Akkumulatormanagementeinheit 16 umfasst. Die Akkumulatormanagementeinheit 16 umfasst eine Prozessoreinheit 18 und eine Speichereinheit 20 mit einem darin gespeicherten Betriebsprogramm.
Die Akkumulatoreinheit 14 ist über eine Datenleitung 22 mit einer Motorsteuerungseinheit 24 verbunden, die wiederum eine Energiemanagementeinheit 12 und eine Momentenkoordinationseinheit 26 umfasst, die insbesondere dazu vorgesehen ist, einen beispielsweise über ein Fahrpedal eingegebenen Fahrerwunsch durch eine vorteilhafte Momentenkoordination bzw. Momentenzuordnung zu einer nicht näher dargestellten Brenn kraftmaschine und zu einem Elektromotor 28 eines Hybridantriebs des Hybridfahrzeugs umzusetzen. Die Energiemanagementeinheit 12 und die Momentenkoordinationseinheit 26 weisen jeweils eine Prozessoreinheit 30, 32 und eine Speichereinheit 34, 36 mit darin gespeicherten Betriebsprogrammen auf. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, dass die beiden Einheiten 12, 26 zumindest teilweise einstückig ausgeführt sind, d. h. z. B. eine gemeinsame Speichereinheit und/oder eine gemeinsame Prozessoreinheit aufweisen.
Die Motorsteuerungseinheit 24 ist über eine Leitung 38 mit einer Spannungswandlungseinheit 40 bzw. mit einer DC-DC-Spannungswandlereinheit verbunden, die dazu vorgesehen ist, eine höhere Spannung in eine niedrigere Spannung umzuwandeln. Ferner ist die Motorsteuerungseinheit 24 über eine Leitung 42 mit einer Elektromotoreinheit 44 verbunden, die den Elektromotor 28 des Hybridantriebs und eine Leistungselektronikeinheit 46 umfasst, die eine Prozessoreinheit 48 und eine Speichereinheit 50 mit einem darin gespeicherten Betriebsprogramm umfasst.
In der Energiemanagementeinheit 12 und in der Akkumulatormanagementeinheit 16 werden redundant ausgehend von einem Ladungszustand SOC mit unterschiedlich ermittelten Werten Stromintegrale berechnet, um anschließend auf einen vorliegenden Ladungszustand SOC zu schließen. Insbesondere werden hierzu Spannungswerte und Stromwerte in der Akkumulatoreinheit 14 gemessen.
Findet kein fahrsituationsbedingter Energieabgriff am Akkumulator 10 statt, wie beispielsweise durch einen Antrieb mittels des Elektromotors 28, wie insbesondere in einem Boostbetrieb, und findet keine fahrsituationsbedingte Energiezuführung an den Akkumulator 10 statt, wie insbesondere in einem Rekuperationsbetrieb, in dem der Elektromotor 28 zur Aufla dung des Akkumulators 10 als Generator betrieben wird, verfällt die Akkumulatoreinrichtung in einem spannungsgeführten Modus, in dem eine von der Energiemanagementeinheit 12 vorgegebene Sollladespannung U_soll durch die Leistungselektronikeinheit 46 eingeregelt wird.
Weist der Akkumulator 10 einen Ladezustand SOC in einem Bereich 54 unterhalb eines Ladezustandsarbeitspunkts 52 von ca. 52% auf, wird dieser geladen, und zwar aufgrund dessen, dass die vorgegebene Sollladespannung U_soll größer ist als eine vorliegende Ruhespannung U_OCV des Akkumulators 10. In einem Bereich 56 über dem Ladezustandsarbeitspunkt 52, und zwar von einem Ladezustand SOC von ca. 52% bis 68%, wird angestrebt, einen vorliegenden Ladezustand SOC zu halten, und zwar indem die vorgegebene Sollladespannung U_soll der vorliegenden Ruhespannung U_OCV entspricht. In einem Bereich 58 oberhalb des Bereichs 56 wird der Akkumulator 10 entladen, und zwar indem die vorgegebene Sollladespannung U_soll unterhalb der vorliegenden Ruhespannung U_OCV des Akkumulators 10 liegt.
Die Energiemanagementeinheit 12 ist dazu vorgesehen, im spannungsgeführten Modus in einem ersten Teilbereich 56a des Bereichs 56 einen Einstellvorgang bzw. einen Regelvorgang zur Einstellung bzw. Regelung des Ladezustands SOC des Akkumulators 10 von einer Kenngröße für ein Ladestromintegral und für ein Entladestromintegral zu entkoppeln. Bei einer Bestimmung des aktuellen Ladezustands SOC werden im Teilbereich 56a die Kenngrößen für das Ladestromintegral und für das Entladestromintegral nicht berücksichtigt.
In einem zweiten sich von einer unteren Grenze des Teilbereichs 56a bis zu einer unteren Grenze des Bereichs 56 bzw. bis zum Ladezustandsarbeitspunkt 52 erstreckenden Teilbereich 56b des Bereichs 56, wird von der Energiemanagementeinheit 12 der Einstellvorgang ausschließlich von einer Kenngröße eines Ladestromintegrals entkoppelt, während bei einer Bestimmung des Ladezustands SOC eine Kenngröße für ein Entladestromintegral berücksichtigt wird.
In einem dritten sich von einer oberen Grenze des Teilbereichs 56a bis zu einer oberen Grenze des Bereichs 56 erstreckenden Teilbereich 56c des Bereichs 56, wird von der Energiemanagementeinheit 12 der Einstellvorgang ausschließlich von einer Kenngröße eines Entladestromintegrals entkoppelt, während bei einer Bestimmung des Ladezustands SOC eine Kenngröße für ein Ladestromintegral berücksichtigt wird.
Insbesondere unmittelbar nach einem Boostbetrieb oder einem Rekuperationsbetrieb hat die Spannung des Akkumulators 10 aufgrund Relaxationseffekte die Ruhespannung U_OCV noch nicht erreicht. Um durch entsprechende Effekte bedingte unerwünschte Ladezustandskorrekturen zu vermeiden, ist eine mittlere Verweildauer im spannungsgeführten Modus größer als eine Relaxationszeitkonstante von ca. 10 sec. Ferner weist die Energiemanagementeinheit 12 einen Timer auf und ist dazu vorgesehen, die Entkopplungen jeweils zeitverzögert nach Aktivierung des spannungsgeführten Modus einzuleiten, und zwar ca. um 10 sec.
Die erfindungsgemäße Akkumulatoreinrichtung arbeitet auch bei fehlerhaften Kenngrößen für vorliegende Stromintegrale robust. Insbesondere kann vermieden werden, dass bei einem zu niedrig berechneten Ladezustand SOC eine unerwünschte Entladung und bei einem zu hoch berechneten Ladezustand SOC eine unerwünschte Ladung stattfindet. Dabei ist auch zu beachten, dass Fehler in der Spannungsregelung der Leistungselektronikeinheit 46 zumindest weitgehend eliminiert werden können. Bei stillgelegter Stromintegration bzw. bei einer Entkopplung von Kenngrößen der entsprechenden Stromintegrale wirkt der spannungsgeführte Modus korrigierend. Durch ein Einregeln der Ru hespannung, die dem zuvor berechneten Ladezustand SOC zugeordnet ist, wird dieser Ladezustand SOC nach einiger Zeit auch dann erreicht, wenn dieser nicht richtig war. Das Stromintegral beginnt daher nach Abschluss des spannungsgeführten Modus bzw. des Lademodus, beispielsweise bei Anforderung einer Rekuperationsfunktion oder einer Boostfunktion, mit einem zumindest korrigierten Wert und bei einem ausreichend langen spannungsgeführten Modus mit einem richtigen Wert.
Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert besonders gut bei Energiespeichern, deren Ruhespannung zum Ladezustand deutlich und eindeutig korreliert ist. Bei Lithiumbatterien und auch bei Bleibatterien ist dies der Fall.

10: Akkumulator
12: Energiemanagementeinheit
14: Akkumulatoreinheit
16: Akkumulatormanagement-einheit
18: Prozessoreinheit
20: Speichereinheit
22: Datenleitung
24: Motorsteuerungseinheit
26: Momentenkoordinationseinheit
28: Elektromotor
30: Prozessoreinheit
32: Prozessoreinheit
34: Speichereinheit
36: Speichereinheit
38: Leitung
40: Spannungswandlungseinheit
42: Leitung
44: Elektromotoreinheit
46: Leistungselektronikeinheit
48: Prozessoreinheit
50: Speichereinheit
52: Ladezustandsarbeitspunkt
54: Bereich
56: Bereich
56a: Teilbereich
56b: Teilbereich
56c: Teilbereich
58: Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10208651 B4 [0002]

Claims

Akkumulatoreinrichtung, insbesondere eines Akkumulators (10) eines Hybridfahrzeugs, mit einer Energiemanagementeinheit (12), die dazu vorgesehen ist, in wenigstens einem Modus einen Einstellvorgang von wenigstens einer Kenngröße zu entkoppeln.
Akkumulatoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiemanagementeinheit (12) dazu vorgesehen ist, in dem wenigstens einen Modus einen Regelvorgang von wenigstens einer Kenngröße zu entkoppeln.
Akkumulatoreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiemanagementeinheit (12) dazu vorgesehen ist, den Einstellvorgang von einer Kenngröße für wenigstens einen Teil eines Stromintegrals zu entkoppeln.
Akkumulatoreinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiemanagementeinheit (12) dazu vorgesehen ist, abhängig von wenigstens einer Kenngröße den Einstellvorgang alternativ von einer Kenngröße für ein Ladestromintegral oder von einer Kenngröße für ein Entladestromintegral zu entkoppeln.
Akkumulatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Modus ein spannungsgeführter Modus ist.
Akkumulatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiemanagementeinheit (12) dazu vorgesehen ist, den Einstellvorgang von der Kenngröße zu entkoppeln, wenn eine Sollladespannung (U_soll) zumindest im Wesentlichen einer Ruhespannung (U_OCV) des Akkumulators (10) entspricht.
Akkumulatoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiemanagementeinheit (12) dazu vorgesehen ist, die Entkopplung zeitverzögert einzuleiten.
Einstellverfahren mit einer Akkumulatoreinrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Modus ein Einstellvorgang von wenigstens einer Kenngröße entkoppelt wird.
Einstellverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Modus ein Regelvorgang von der wenigstens einen Kenngröße entkoppelt wird.
Einstellverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellvorgang von einer Kenngröße für wenigstens einen Teil eines Stromintegrals entkoppelt wird.
Einstellverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von wenigstens einer Kenngröße der Einstellvorgang alternativ von einer Kenngröße für ein Ladestromintegral oder von einer Kenngröße für ein Entladestromintegral entkoppelt wird.
Einstellverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellvorgang in einem spannungsgeführten Modus von der Kenngröße entkoppelt wird.
Einstellverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplung zeitverzögert eingeleitet wird.