DE102011005711A1 - Method for operating energy storage device e.g. battery in vehicle, involves reducing stress applied to storage device temporarily, when predicted residual lifetime of storage device is less than predetermined residual lifetime - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers in einem Fahrzeug, eine entsprechende Vorrichtung sowie ein Fahrzeug mit mindestens einer solchen Vorrichtung.The invention relates to a method for operating an energy store in a vehicle, a corresponding device and a vehicle having at least one such device.
Energiespeicher, z. B. Batterien in einem Fahrzeug, können je nach Betriebsart unterschiedlich stark beansprucht werden. Insbesondere gibt es Betriebsarten, die die Lebensdauer des Energiespeichers deutlich beanspruchen. Beispielsweise wird eine Batterie in einem Fahrzeug im Winter auf Kurzstrecken bei einer Vielzahl aktivierter elektrischer Verbraucher (Licht, Radio, Sitzheizung, etc.) und/oder bei einer aktivierten Standheizung verhältnismäßig stark beansprucht.Energy storage, z. As batteries in a vehicle, can be subjected to different levels depending on the operating mode. In particular, there are modes that significantly stress the life of the energy storage. For example, a battery in a vehicle in the winter on short distances with a large number of activated electrical consumers (light, radio, seat heating, etc.) and / or in an activated auxiliary heating relatively heavily stressed.
Um eine Beeinträchtigung des Fahrbetriebs zu verhindern, ist es bekannt, den Energiespeicher rechtzeitig auszutauschen. Hierbei ist es von Nachteil, dass oft noch gut funktionierende Energiespeicher rein vorsorglich getauscht werden, obwohl einzelne Energiespeicher durchaus noch nicht das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben und noch einige Zeit fehlerfrei funktionieren würden. Dies stellt eine ineffiziente Nutzung der Energiespeicher und damit der bereitgestellten Ressourcen dar.In order to prevent an impairment of the driving operation, it is known to replace the energy storage in a timely manner. It is disadvantageous that often still well-functioning energy storage are exchanged purely precautionary, although individual energy storage have not quite reached the end of their life and would still work properly for some time. This represents an inefficient use of the energy storage and thus the resources provided.
Weiterhin ist es bekannt, den Energiespeicher nach Ausfall zu tauschen. Dies hat den Nachteil, dass eine Fehlfunktion des Energiespeichers in Kauf genommen wird und damit das Fahrzeug z. B. nicht mehr anspringt und somit der Nutzer deutliche Einbußen bei der Verlässlichkeit des Fahrzeugs hinnehmen muss.Furthermore, it is known to replace the energy storage after failure. This has the disadvantage that a malfunction of the energy storage is accepted and thus the vehicle z. B. no longer starts and thus the user has to accept significant losses in the reliability of the vehicle.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und insbesondere eine Lösung anzugeben, einen Energiespeicher in einem Fahrzeug effizient zu nutzen.The object of the invention is to avoid the abovementioned disadvantages and, in particular, to provide a solution for efficiently using an energy store in a vehicle.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved according to the features of the independent claims. Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers in einer Fahrzeug angegeben,
- – bei dem mindestens ein Parameter des Energiespeichers ermittelt wird,
- – bei dem anhand des mindestens einen Parameters eine Restdauer der Funktionsfähigkeit des Energiespeichers vorausbestimmt wird,
- – bei dem der Energiespeicher zumindest vorübergehend weniger stark belastet wird, sofern die vorausbestimmte Restdauer geringer ist als eine vorgegebene Nutzungsdauer.
- In which at least one parameter of the energy store is determined,
- In which, on the basis of the at least one parameter, a residual duration of the functional capability of the energy store is predetermined,
- - In which the energy storage is at least temporarily charged less heavily, if the predetermined residual time is less than a predetermined period of use.
Das Fahrzeug kann insbesondere mittels des Energiespeichers während oder vor dem Fahrbetrieb zumindest unterstützend versorgt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass anhand des Energiespeichers Startfunktionen (z. B. Zündung) oder vorbereitende Startfunktionen (Betrieb einer Standheizung oder eines Schließsystems) unterstützt werden.The vehicle can be supplied with assistance, in particular by means of the energy store, during or before the driving operation. For example, it is possible to use the energy store to support start functions (eg ignition) or preparatory start functions (operation of a parking heater or a locking system).
Ein Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass durch die geringere Belastung des Energiespeichers gezielt dessen vorausbestimmte Restdauer der Funktionsfähigkeit verlängert werden kann. Dadurch kann z. B. erreicht werden, dass die Anzahl außerplanmäßiger Werkstattaufenthalte für einen Tausch des Energiespeichers minimiert wird. So kann der ungünstige Fall rechtzeitig verhindert werden, dass der Nutzer des Fahrzeugs kurz vor einem geplanten Werkstattbesuch noch einen weiteren Werkstattbesuch nur zum Tausch des Energiespeichers einplanen und wahrnehmen muss.An advantage of this solution is that its predefined residual duration of functionality can be extended by the lower load of the energy storage targeted. As a result, z. B. be achieved that the number of unscheduled workshop stays is minimized for an exchange of energy storage. Thus, the unfavorable case can be prevented in good time, that the user of the vehicle just before a planned visit to the workshop still plan and take another workshop visit just to exchange the energy storage.
Eine Weiterbildung ist es, dass der mindestens eine Parameter des Energiespeichers mindestens eine der folgenden Größen umfasst:
- – einen Innenwiderstand;
- – eine zu erwartende Lebensdauer;
- – einen Ladungsdurchsatz;
- – einen Ladungszustand.
- - an internal resistance;
- - an expected life span;
- A charge throughput;
- - a state of charge.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass der Energiespeicher eine wiederaufladbare Batterie ist.Another development is that the energy storage is a rechargeable battery.
Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass die Restdauer der Funktionsfähigkeit des Energiespeichers bestimmt wird anhand der Veränderung des mindestens einen Parameters gegenüber mindestens einer vorherigen Bestimmung oder Messung.In particular, it is a further development that the remaining duration of the functional capability of the energy store is determined on the basis of the change of the at least one parameter compared to at least one previous determination or measurement.
Somit kann ein Istgradient, z. B. eine graduelle Verschlechterung oder Alterung, des Energiespeichers gemessen, ermittelt oder berechnet werden. Damit kann vorausbestimmt (prädiziert) werden, wann voraussichtlich (basierend auf den bereits vorliegenden Parameter (oder Daten) das tatsächliche Ende der Lebensdauer des Energiespeichers erreicht sein wird.Thus, an actual gradient, z. As a gradual deterioration or aging of the energy storage can be measured, determined or calculated. Thus, it can be predicted (predicted) when (based on the already existing parameters (or data)) the actual end of the life of the energy storage will probably be reached.
Das Ende der Lebensdauer kann z. B. vorgegeben sein durch einen Schwellwert für den mindestens einen Parameter (auch bezeichnet als Funktionsschwelle). Ab Erreichen der Funktionsschwelle wird der Energiespeicher als defekt eingestuft und soll getauscht werden. Dabei kann es unerheblich sein, ob der Energiespeicher auch nach oder mit Erreichen der Funktionsschwelle (bisher) noch ohne Fehler funktioniert (hat).The end of the life can z. B. be predetermined by a threshold for the at least one parameter (also referred to as function threshold). After reaching the functional threshold of the energy storage is classified as defective and should be replaced. It may be irrelevant whether the energy storage (or has not worked) after or with reaching the functional threshold (yet) without error.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass der Energiespeicher weniger stark belastet wird, indem mindestens eine der folgenden Maßnahmen durchgeführt wird:
- – ein elektrischer Verbraucher wird während der Fahrt und/oder vor Antritt der Fahrt mit einer reduzierten elektrischen Leistung durch den Energiespeicher betrieben;
- – ein elektrischer Verbraucher wird während der Fahrt und/oder vor Antritt der Fahrt nicht mittels des Energiespeichers versorgt;
- – die Leerlaufdrehzahl des Fahrzeugs wird erhöht.
- - An electrical consumer is operated while driving and / or before the start of the journey with a reduced electrical power through the energy storage;
- - An electrical load is not supplied by the energy storage while driving and / or before starting the journey;
- - The idle speed of the vehicle is increased.
Ferner ist es eine Weiterbildung, dass die vorgegebene Nutzungsdauer bestimmt wird anhand einer Sollvorgabe für die Lebensdauer des Energiespeichers und/oder anhand mindestens eines geplanten Werkstattaufenthalts.Furthermore, it is a development that the predetermined service life is determined based on a target specification for the life of the energy storage and / or based on at least one planned workshop stay.
Beispielsweise kann ein Sollgradient und/oder eine zu erwartende Lebensdauer für den Energiespeicher ermittelt und ggf. in einem Steuergerät des Fahrzeugs abgespeichert werden. Der vorstehend genannte Istgradient kann damit zu vorgegebenen Zeitpunkten (z. B. regelmäßig) mit dem Sollgradienten verglichen werden; durch diesen Vergleich ist bestimmbar, ob die Belastung des Energiespeichers reduziert werden muss oder nicht.For example, a desired gradient and / or an expected service life for the energy store can be determined and possibly stored in a control unit of the vehicle. The above-mentioned actual gradient can thus be compared with the target gradient at predetermined times (eg regularly); This comparison makes it possible to determine whether the load on the energy store must be reduced or not.
Eine Alternative bzw. zusätzliche Option besteht darin, dass bei einem bevorstehenden Tausch des Energiespeichers, dessen Restdauer der Funktionsfähigkeit noch über der vorausbestimmen Restdauer liegt, stärker beansprucht wird. Dies kann vorteilhaft sein, wenn der Tausch des Energiespeichers ansteht und dieser noch als ausreichend gut eingestuft wird, wobei die Funktionsfähigkeit nicht mehr gut genug ist, um auch den übernächsten Werkstattaufenthalt erreichen zu können. Eine stärkere Beanspruchung des Energiespeichers kann ggf. dazu führen, dass der Generator des Fahrzeugs geschont wird und die benötigte Energie zumindest teilweise oder temporär von dem Energiespeicher bereitgestellt wird.An alternative or additional option is that, in the event of an imminent exchange of the energy store, the remaining duration of the functioning of which is still above the predefined residual duration, is subjected to greater stress. This can be advantageous if the replacement of the energy storage is pending and this is still classified as sufficiently good, the functionality is no longer good enough to reach the next but one workshop visit. A stronger stress of the energy storage may possibly lead to the generator of the vehicle is spared and the required energy is at least partially or temporarily provided by the energy storage.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung wird der Energiespeicher normal (oder auch stärker als normal) belastet, sofern die vorausbestimmte Restdauer mindestens der vorgegebenen Nutzungsdauer entspricht.In the context of an additional development of the energy storage is normal (or more than normal) charged, provided that the predetermined residual duration at least the predetermined useful life corresponds.
Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass der Energiespeicher weniger stark belastet wird und dass die Anzahl der Tauschvorgänge des Energiespeichers minimiert wird, sofern die vorausbestimmte Restdauer geringer ist als die vorgegebene Nutzungsdauer.A next development is that the energy storage is less heavily loaded and that the number of exchange operations of the energy storage is minimized, provided that the predetermined residual duration is less than the predetermined service life.
Eine Ausgestaltung ist es, dass bei Unterschreiten eines vorgegebene Schwellwerts für die Restdauer der Energiespeicher in einem belastungsreduzierten Modus betrieben wird.An embodiment is that when falling below a predetermined threshold value for the remaining duration of the energy storage is operated in a load-reduced mode.
In diesem Fall kann sichergestellt werden, dass ein Ausfall des Energiespeichers so lange wie möglich bis zu dem tatsächlichen Tausch des Energiespeichers hinausgezögert wird. Beispielsweise kann ab dem vorgegebenen Schwellwert auf Komfortfunktionen, die mit Hilfe des Energiespeichers bereitgestellt werden (z. B. Standheizung) ganz oder teilweise verzichtet werden, um wesentliche Funktionen des Fahrzeugs (z. B. Starten des Verbrennungsmotors, Öffnen und Schließen des Fahrzeugs, Versorgung wesentlicher Elektronik-Komponenten und Steuergeräte vor der Aktivierung des Generators, etc.), für die der Energiespeicher benötigt wird, so lange wie möglich sicherzustellen.In this case, it can be ensured that a failure of the energy storage device is delayed as long as possible until the actual exchange of the energy storage device. For example, from the predefined threshold value on comfort functions that are provided with the aid of the energy storage device (eg auxiliary heating) can be completely or partially dispensed with to essential functions of the vehicle (eg starting the internal combustion engine, opening and closing the vehicle, supply essential electronic components and control devices before activating the generator, etc.) for which the energy storage is needed to ensure as long as possible.
Die vorstehende Aufgabe wird auch gelöst mittels einer Vorrichtung zum Betrieb eines Energiespeichers in einem Fahrzeug umfassend eine Steuereinheit, die derart eingerichtet ist, das die Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens durchführbar sind.The above object is also achieved by means of a device for operating an energy store in a vehicle comprising a control unit which is set up such that the steps of the method described herein are feasible.
Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe gelöst anhand eines Fahrzeugs mit mindestens einer dieser Vorrichtungen.Furthermore, the above object is achieved by means of a vehicle with at least one of these devices.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen dargestellt und erläutert.Embodiments of the invention are illustrated and explained below with reference to the drawings.
Es zeigen:Show it:
Der hier vorgeschlagene Ansatz ermöglicht eine optimierte Nutzung eines Energiespeichers, z. B. einer Batterie, eines Fahrzeugs. Dabei kann der Energiespeicher auch Teil einer Komponente des Fahrzeugs, z. B. einer Antriebs- oder Steuereinheit sein. Insbesondere kann der Energiespeicher Teil eines Fahrzeugs sein, das über mindestens einen elektrischen Antrieb (Elektromotor zum Fahrbetrieb) und/oder mindestens einen Verbrennungsmotor verfügt.The approach proposed here allows optimized use of an energy storage, z. B. a battery, a vehicle. In this case, the energy storage and part of a component of the vehicle, for. B. a drive or control unit. In particular, the energy store may be part of a vehicle which has at least one electric drive (electric motor for driving operation) and / or at least one internal combustion engine.
Insbesondere kann der Energiespeicher hinsichtlich seiner Lebensdauer optimiert genutzt werden. In particular, the energy storage can be used optimized in terms of its life.
Ein Schritt
Beispielsweise kennt ein Steuergerät des Fahrzeugs aufgrund anderer Parameter (z. B. anstehender Ölwechsel, Überprüfung der Bremsbeläge oder Bremsscheiben, Update der Elektronik, anstehender Kontrolltermin für eine beliebige Komponente des Fahrzeugs, Reifenwechsel, etc.) bereits einen Zeitpunkt (oder einen Zeitraum) für einen Service-Termin. Basierend auf diesem aktuell ermittelbaren Zeitpunkt (oder Zeitraum) kann das Steuergerät vorausbestimmen, wie lange der Energiespeicher noch funktionieren müsste oder sollte, ohne dass ein außerplanmäßiger Werkstattbesuch zum Auswechseln des Energiespeichers benötigt wird.For example, a control unit of the vehicle already knows a point in time (or a period of time) due to other parameters (eg pending oil change, checking the brake linings or brake disks, updating the electronics, upcoming control date for any component of the vehicle, changing tires, etc.) a service appointment. Based on this currently determinable time (or period of time), the controller may predict how long the energy storage would or should still work without requiring an unscheduled workshop visit to replace the energy storage.
In einem Schritt
Ein Verlauf
Im Hinblick auf
Ein Verlauf
Da regelmäßig und auch rechtzeitig in dem Schritt
Nach Schritt
So zeigt der Verlauf
Allerdings kann auch in diesem Szenario die Belastung des Energiespeichers reduziert werden (beispielsweise durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen), so dass sich der Zeitpunkt
Im Beispiel gemäß
In
Die hier vorgestellte Lösung hat insbesondere den Vorteil, dass der Energiespeicher optimiert genutzt werden kann. Weiterhin kann eine effiziente Anpassung an ein Nutzungsverhalten und/oder eine Betriebsstrategie erfolgen, was sich positiv auf die Haltbarkeit und Verfügbarkeit des Energiespeichers auswirkt. Der Ansatz minimiert die außerplanmäßigen Werkstattaufenthalte und reduziert die Kosten für den Austausch der Energiespeicher.The solution presented here has the particular advantage that the energy storage can be used optimally. Furthermore, an efficient adaptation to a usage behavior and / or an operating strategy can take place, which has a positive effect on the durability and availability of the energy store. The approach minimizes unscheduled workshop visits and reduces the cost of replacing energy storage.
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