DE102007038586A1 - Verfahren zur Lebensdauerüberwachung und optimalen Nutzung einer Batterie eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Lebensdauerüberwachung und optimalen Nutzung der an der Elektromaschine (1) eines Hybridfahrzeugs angeschlossenen Batterie (2) vorgeschlagen, im Rahmen dessen die Batterie (2) innerhalb dynamisch vorgegebener Belastungsgrenzen belastet wird, wobei diese Belastungsgrenzen in Abhängigkeit vom Zustand und der bereits erfolgten Nutzung der Batterie (2) errechnet bzw. ermittelt werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Lebensdauerüberwachung und optimalen Nutzung der an der Elektromaschine eines Hybridfahrzeugs angeschlossenen Batterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind Hybridfahrzeuge umfassend ein Hybridgetriebe bekannt. Sie umfassen zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor zumindest einen Elektromotor bzw. eine elektrische Maschine, an der ein Energiespeicher angeschlossen ist. Bei seriellen Hybridfahrzeugen wird ein Generator vom Verbrennungsmotor angetrieben, wobei der Generator den die Räder antreibenden Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt. Des weiteren sind parallele Hybridfahrzeuge bekannt, bei denen eine Addition der Drehmomente des Verbrennungsmotors und zumindest einer mit dem Verbrennungsmotor verbindbaren elektrischen Maschine erfolgt. Hierbei sind die elektrischen Maschinen mit dem Riementrieb oder mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindbar. Die vom Verbrennungsmotor und/oder der zumindest einen elektrischen Maschine erzeugten Drehmomente werden über ein nachgeschaltetes Getriebe an die angetriebene Achse übertragen.
  • Aus dem Stand der Technik ist bekannt, die an der Elektromaschine eines Hybridfahrzeugs angeschlossene Batterie innerhalb von festen Grenzen zu betreiben, wobei diese Grenzen bei der Auslegung des Systems ermittelt werden und für die gesamte Betriebsdauer gelten. Hierbei müssen die Grenzen derart gewählt werden, dass der Betrieb der Batterie innerhalb dieser Grenzen so schonend ist, dass die geforderte Lebensdauer im Mittel erreicht wird. In der Regel werden die Grenzen konservativ gewählt, um die geforderte Lebensdau er zu erreichen, wobei dies zu Lasten einer optimale Nutzung der Batterie erfolgt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Lebensdauerüberwachung und optimalen Nutzung der an der Elektromaschine eines Hybridfahrzeugs angeschlossenen Batterie anzugeben, durch dessen Durchführung eine hohe Lebensdauer der Batterie erreicht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Demnach wird ein Verfahren zur Lebensdauerüberwachung und optimalen Nutzung der an der Elektromaschine eines Hybridfahrzeugs angeschlossenen Batterie vorgeschlagen, im Rahmen dessen die Batterie innerhalb dynamisch vorgegebener Belastungsgrenzen belastet wird, wobei diese Belastungsgrenzen in Abhängigkeit vom Zustand und der bereits erfolgten Nutzung der Batterie errechnet bzw. ermittelt werden.
  • Gemäß der Erfindung wird zur Berechnung bzw. Ermittlung der dynamischen Belastungsgrenzen ein Stressindex verwendet, welcher aus der bereits erfolgten Nutzung der Batterie und deren Zustand bestimmt wird.
  • Der Stressindex der Batterie wird im Batterie-Management-System, welches der Batterie zugeordnet ist, oder in einem batteriespezifischem Modul errechnet und von dem Batteriesteuermodul verwendet, um die zur Verfügung stehende maximale (beim Entladen) und minimale (beim Aufladen) Belastung der Batterie bei der Berechnung der möglichen Antriebsleistung der Elektromaschine zu berücksichtigen.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Berechnung bzw. Bestimmung des Stressindex die Strombelastung, die Nutzung des Ladezustandes der Batterie (SOC-Nutzung), die Temperatur der Batterie, die Spannung der Batterie und/oder die Spannung von einzelnen Zellen der Batterie verwendet, wobei auch weitere geeignete Größen herangezogen werden können.
  • Beispielsweise sinkt die zukünftig erlaubte Belastung der Batterie, wenn in der Vergangenheit eine große Belastung erfolgt ist, wobei die Belastung durch Entladen, d. h. durch Abgabe von Energie an die Elektromaschine oder durch Aufladen, wenn die Elektromaschine generatorisch betrieben wird, erfolgen kann. Wird die Batterie dann für eine längere Zeit nur noch wenig genutzt, so steigt die erlaubte Belastung wieder an.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich im Mittel die gleiche Belastung wie bei festen Belastungsgrenzen, mit dem Unterschied, dass die Batterie in vorteilhafter Weise in größerem Maße genutzt werden kann.
  • Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird auf einfache und kostengünstige Weise die Lebensdauer der Batterie erhöht, wobei gleichzeitig eine optimale Nutzung derselben gewährleistet wird.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1: Eine schematische Darstellung eines gemäß der Erfindung ausgebildeten elektrischen Systems eines Hybridfahrzeugs; und
  • 2: Ein Diagramm, welches die gemäß der Erfindung berechneten dynamischen Belastungsgrenzen in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs der Batterieleistung darstellt.
  • In 1 ist die an der Elektromaschine 1 eines Hybridfahrzeugs angeschlossene Batterie mit 2 bezeichnet. Gemäß der Erfindung wird zur Berechnung bzw. Ermittlung der dynamischen Belastungsgrenzen der Batterie 2 ein Stressindex verwendet, welcher aus der bereits erfolgten Nutzung der Batterie 2 und deren Ist-Zustand bestimmt wird, wobei der Stressindex in der Batterie 2 oder, wie in 1 gezeigt, in einem batteriespezifischem Modul 3 errechnet wird. Der Stressindex wird gemäß der Erfindung vom Batteriesteuermodul 4 verwendet, um die zur Verfügung stehende maximale und minimale Belastung der Batterie bei der Berechnung der möglichen Antriebsleistung der Elektromaschine 1 zu berücksichtigen.
  • Zur Berechnung des Stressindex werden als Eingangsgrößen vorzugsweise die Strombelastung, die Nutzung des Ladezustandes der Batterie (SOC-Nutzung), die Temperatur der Batterie, die Spannung der Batterie und/oder die Spannung von einzelnen Zellen der Batterie verwendet.
  • In 2 sind die gemäß der Erfindung berechneten dynamischen Belastungsgrenzen der Batterie in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufs der Batterieleistung dargestellt. Hierbei werden die dynamischen Belastungsgrenzen der Batterie durch die Kurven B und C wiedergegeben, wobei Kurve B die Belastungsgrenze beim Entladen d. h. bei der Leistungsabgabe und Kurve C die Belastungsgrenze beim Aufladen der Batterie darstellt; Kurve A stellt die Ist-Leistung bzw. die Ist-Belastung der Batterie dar.
  • Beim gezeigten Beispiel wird am Anfang die Batterie durch einen Entlade- und einen Aufladevorgang stark belastet, was darin resultiert, dass die Belastungsgrenzen ab dem Zeitpunkt t_1 reduziert werden; vom Zeitpunkt t_2 bis zum Zeitpunkt t_3 wird die Batterie wenig genutzt, was dazu führt, dass die Belastungsgrenzen ab dem Zeitpunkt t_3 erhöht werden.
    • 1
    Elektromaschine
    2
    Batterie
    3
    batteriespezifisches Modul
    4
    Batteriesteuermodul
    A
    Ist-Leistung der Batterie
    B
    Belastungsgrenze
    C
    Belastungsgrenze

Claims (5)

  1. Verfahren zur Lebensdauerüberwachung und optimalen Nutzung der an der Elektromaschine (1) eines Hybridfahrzeugs angeschlossenen Batterie (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (2) innerhalb dynamisch vorgegebener Belastungsgrenzen (B, C) belastet wird, wobei diese Belastungsgrenzen in Abhängigkeit vom Zustand und der bereits erfolgten Nutzung der Batterie (2) errechnet bzw. ermittelt werden.
  2. Verfahren zur Lebensdauerüberwachung und optimalen Nutzung der an der Elektromaschine (1) eines Hybridfahrzeugs angeschlossenen Batterie (2), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung bzw. Ermittlung der dynamischen Belastungsgrenzen (B, C) ein Stressindex verwendet wird, welcher aus der bereits erfolgten Nutzung der Batterie (2) und deren Zustand bestimmt wird.
  3. Verfahren zur Lebensdauerüberwachung und optimalen Nutzung der an der Elektromaschine (1) eines Hybridfahrzeugs angeschlossenen Batterie (2), nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stressindex der Batterie (2) in der Batterie (2) oder einem batteriespezifischem Modul (3) errechnet und vom Batteriesteuermodul (4) verwendet wird, um die zur Verfügung stehende maximale und minimale Belastung der Batterie bei der Berechnung der möglichen Antriebsleistung der Elektromaschine (1) zu berücksichtigen.
  4. Verfahren zur Lebensdauerüberwachung und optimalen Nutzung der an der Elektromaschine (1) eines Hybridfahrzeugs angeschlossenen Batterie (2), nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung bzw. Bestimmung des Stressindex als Eingangsgrößen die Strombelastung, die Nutzung des Ladezustandes der Batterie (2) (SOC-Nutzung), die Temperatur der Batterie (2), die Spannung der Batterie (2) und/oder die Spannung von einzelnen Zellen der Batterie (2) verwendet werden.
  5. Verfahren zur Lebensdauerüberwachung und optimalen Nutzung der an der Elektromaschine (1) eines Hybridfahrzeugs angeschlossenen Batterie (2), nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zukünftig erlaubte Belastung der Batterie (2) sinkt, wenn in der Vergangenheit eine große Belastung erfolgt ist, wobei wenn die Batterie (2) dann für eine längere Zeit wenig genutzt wird, die erlaubte Belastung wieder ansteigt.
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