DE102011012818B4 - Method and device for operating a battery for a vehicle and corresponding vehicle - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Batterie (16) für ein Fahrzeug (10),
wobei ein Mittelwert (IRMS) über der Zeit einer elektrischen Größe (I), welche der Batterie (16) zugeführt oder entnommen wird, bestimmt wird,
wobei die Batterie (16) in Abhängigkeit des Mittelwerts (IRMS) betrieben wird,
wobei die elektrische Größe (I) derart begrenzt wird, dass der Mittelwert (IRMS) unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts (IRMSsoll) gehalten wird,
wobei eine Steuergröße (4) abhängig von einer Differenz aus dem Schwellenwert (IRMSsoll) und dem Mittelwert (IRMS) bestimmt wird,
wobei eine resultierende Grenze (ILimres) aus einer Addition aus der Steuergröße (4) und einer vorgegebenen Grenze (Imax) bestimmt wird,
wobei die elektrische Große (1) unterhalb der resultierenden Grenze (ILimres) gehalten wird, und
wobei die resultierende Grenze (ILimres) nicht unterhalb eines vorgegebenen Minimalwerts (Imin) bestimmt wird, um eine minimale Leistungsabgabe (Pmin) der Batterie (16) zu gewährleisten.
Method for operating a battery (16) for a vehicle (10),
wherein an average value (IRMS) is determined over the time of an electrical quantity (I) which is supplied to or taken from the battery (16),
wherein the battery (16) is operated as a function of the mean value (IRMS),
wherein the electrical quantity (I) is limited such that the mean value (IRMS) is kept below a predetermined threshold value (IRMSsoll),
wherein a control variable (4) is determined depending on a difference between the threshold value (IRMSsoll) and the mean value (IRMS),
wherein a resulting limit (ILimres) is determined from an addition of the control quantity (4) and a predetermined limit (Imax),
the electrical quantity (1) being kept below the resulting limit (ILimres), and
wherein the resulting limit (ILimres) is not determined below a predetermined minimum value (Imin) to ensure a minimum power output (Pmin) of the battery (16).

Figure DE102011012818B4_0001
Figure DE102011012818B4_0001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um eine Batterie, welche insbesondere zur Versorgung eines Elektromotors eines Fahrzeugs eingesetzt wird, zu betreiben. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechend ausgestaltete Vorrichtung und ein entsprechend ausgestaltetes Fahrzeug.The present invention relates to a method for operating a battery, which is used in particular for supplying an electric motor of a vehicle. In addition, the present invention relates to a correspondingly configured device and a suitably designed vehicle.

Die DE 10 2009 006 461 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung von Beanspruchungsdaten einer Batterie für ein Fahrzeug.The DE 10 2009 006 461 A1 describes a method for determining load data of a battery for a vehicle.

Die JP 2009-207312A betrifft die Steuerung eines zulässigen Stromes einer Zelle. Dabei wird ein quadratischer Mittelwert eines Stromes berechnet und der Strom der Zelle derart gesteuert, dass der quadratische Mittelwert den zulässigen Strom nicht überschreitet.The JP 2009-207312A relates to the control of a permissible current of a cell. In this case, a square mean value of a current is calculated and the current of the cell is controlled such that the root mean square value does not exceed the permissible current.

Die FR 2 941 054 A1 betrifft Statistiken über den Betrieb einer Batterie und die Steuerung dieses Betriebs.The FR 2 941 054 A1 relates to statistics on the operation of a battery and the control of this operation.

Die KR 100834958 B1 beschreibt ein Verfahren zur Darstellung eines Stromverbrauchs einer Batterie, um einen Benutzer über einen abnormalen Stromverbrauch zu informieren.The KR 100834958 B1 describes a method for representing a power consumption of a battery to inform a user about abnormal power consumption.

Die DE 10 2008 041 027 A1 offenbart ein Generatorsteuergerät, welches den Ladezustand und den Ladestrom einer Batterie erfasst und die Soll-Ausgangsspannung des Generators variiert, bis der Ladestrom eine ladezustandsabhängige vorgegebene Stromstärke annimmt.The DE 10 2008 041 027 A1 discloses a generator control unit which detects the state of charge and the charging current of a battery and varies the desired output voltage of the generator until the charging current assumes a charging state-dependent predetermined current.

Die US 2004/0189254 A1 bestimmt eine optimale Ladespannung einer Batterie als Funktion eines Ladungszustands der Batterie und einer Temperatur, um diese optimale Ladespannung derart zu verringern, dass ein Minimum bezüglich eines Kraftstoffverbrauchs erreicht wird.The US 2004/0189254 A1 determines an optimum charging voltage of a battery as a function of a state of charge of the battery and a temperature to reduce this optimum charging voltage such that a minimum in terms of fuel consumption is achieved.

Die Laderate und/oder Entladerate einer Batterie ist einer der Faktoren, welche die Alterung der Batterie beeinflussen. Dabei wird unter der Alterung einer Batterie insbesondere die Erhöhung des Innenwiderstands der Batterie und die Verringerung der Zellkapazität (d. h. die Verringerung der von der Batterie speicherbaren Ladung) verstanden.The charging rate and / or discharge rate of a battery is one of the factors that influence the aging of the battery. In this case, the aging of a battery is understood to mean, in particular, the increase of the internal resistance of the battery and the reduction of the cell capacity (that is to say the reduction of the charge which can be stored by the battery).

Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Fahrzeugbatterie derart zu betreiben, dass die Alterung der Fahrzeugbatterie im Vergleich zu einem Betrieb nach dem Stand der Technik verzögert wird.The object of the present invention is to operate a vehicle battery in such a way that the aging of the vehicle battery is delayed compared with a prior art operation.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Batterie für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, durch eine Vorrichtung zum Betreiben einer Batterie für ein Fahrzeug nach Anspruch 8 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.According to the invention, this object is achieved by a method for operating a battery for a vehicle according to claim 1, by a device for operating a battery for a vehicle according to claim 8 and by a vehicle according to claim 10. The dependent claims define preferred and advantageous embodiments of the present invention.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Batterie für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei wird ein Mittelwert (über der Zeit gemittelt) einer elektrischen Größe (insbesondere eines Stroms oder einer Leistung), welche der Batterie zugeführt oder entnommen wird, bestimmt. Die Batterie wird abhängig von diesem Mittelwert betrieben.In the context of the present invention, a method for operating a battery for a vehicle is provided. In this case, an average value (averaged over time) of an electrical variable (in particular of a current or a power), which is supplied to or taken from the battery, is determined. The battery is operated depending on this mean value.

Durch den Betrieb der Batterie in Abhängigkeit des Mittelwerts wird der Mittelwert möglichst unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts gehalten. Um dies zu gewährleisten (dass der Mittelwert zumindest im langfristigen Mittel unterhalb des Schwellenwerts gehalten wird), gibt es erfindungsgemäß zwei Möglichkeiten:

  • 1. Die elektrische Größe wird derart begrenzt oder geregelt, dass der Mittelwert dadurch quasi zwangsläufig langfristig unterhalb des vorgegebenen Schwellenwerts gehalten wird.
  • 2. Dem Fahrer des Fahrzeugs wird eine Information gegeben, wodurch der Fahrer darüber informiert ist, ob der Mittelwert unterhalb oder oberhalb des Schwellenwerts liegt. Durch diese Information (beispielsweise einer Art Bonusanzeige, falls der Mittelwert unterhalb des vorgegebenen Schwellenwerts liegt) wird der Fahrer dazu animiert, die Batterie durch ein entsprechendes ”sanftes” Fahren derart zu betreiben, dass der Mittelwert zumindest langfristig unterhalb des vorgegebenen Schwellenwerts gehalten wird.
By operating the battery as a function of the mean value, the mean value is kept as low as possible below a predetermined threshold value. In order to ensure this (that the average is kept below the threshold, at least in the long-term average), there are two possibilities according to the invention:
  • 1. The electrical variable is limited or regulated in such a way that the mean value is thereby kept quasi inevitably long-term below the predetermined threshold value.
  • 2. Information is given to the driver of the vehicle which informs the driver as to whether the average value is below or above the threshold. By this information (for example, a kind of bonus display, if the average is below the predetermined threshold), the driver is encouraged to operate the battery by a corresponding "soft" driving such that the average is kept below the predetermined threshold, at least in the long term.

Indem erfindungsgemäß der Mittelwert der elektrischen Größe im langfristigen Mittel unterhalb des vorgegebenen Schwellenwerts gehalten, wird die Alterung der Fahrzeugbatterie vorteilhafterweise im Vergleich zu einem Betrieb, bei welchem nicht darauf geachtet wird, ob der Mittelwert zumindest langfristig unterhalb des Schwellenwerts gehalten wird, entsprechend verzögert. Unter einem langfristig unterhalb des Schwellenwerts Halten wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass entsprechende Maßnahmen zum Absenken des Mittelwerts ergriffen werden, sobald der Mittelwert oberhalb des Schwellenwerts liegt. Dadurch wird der Mittelwert langfristig oder überwiegend (aber nicht immer) unterhalb des Schwellenwerts gehalten.By keeping the mean value of the electric variable in the long-term average below the predetermined threshold value, the aging of the vehicle battery is advantageously delayed accordingly compared to an operation in which care is not taken whether the average is kept below the threshold, at least in the long term. In the context of the present invention, a long-term below the threshold value Hold is understood to mean that appropriate measures for lowering the average value are taken as soon as the mean value is above the threshold value. As a result, the mean is kept long or predominantly (but not always) below the threshold.

Dazu kann der Mittelwert für einen bestimmten Zeitpunkt derart bestimmt werden, dass die elektrische Größe (insbesondere der Betrag der elektrischen Größe) jeweils über ein Zeitintervall vorbestimmter Länge hinweg ermittelt wird, wobei dieses Zeitinterval zu dem entsprechenden bestimmten Zeitpunkt jeweils endet. Ein solches Vorgehen ist auch als ”moving average” bekannt.For this purpose, the mean value for a specific time can be determined such that the electrical quantity (in particular the magnitude of the electrical variable) is determined in each case over a time interval of a predetermined length, wherein this Time interval ends at the respective specific time in each case. Such a procedure is also known as "moving average".

Um den Mittelwert über das Zeitintervall vorbestimmter Länge hinweg zu ermitteln, kann die elektrische Größe innerhalb des Zeitintervalls zu vorbestimmten äquidistanten Zeitpunkten abgetastet werden, wobei zu jedem Zeitpunkt jeweils ein Abtastwert erfasst wird. Der Mittelwert kann dann beispielsweise als quadratischer Mittelwert dieser Abtastwerte berechnet werden.In order to determine the mean value over the time interval of predetermined length, the electrical quantity can be sampled within the time interval at predetermined equidistant times, wherein in each case a respective sampling value is detected. The mean value can then be calculated, for example, as the root mean square of these samples.

In der folgenden Gleichung (1) wird der Mittelwert IRMS (”Root Mean Square” (RMS)) des elektrischen Stroms, welcher der Batterie zugeführt oder entnommen wird, mittels Stromabtastwerten xi berechnet. Diese Stromabtastwerte werden jeweils zu Zeitpunkten abgetastet, welche jeweils einen festgelegten zeitlichen Abstand zu ihrem Vorgänger-Stromabtastwert aufweisen. In der Gleichung (1) steht N für die Anzahl der erfassten Stromabtastwerte.In the following equation (1), the root mean square (RMS) I RMS of the electric current supplied to or taken out of the battery is calculated by current samples x i . These current samples are each sampled at times each having a fixed time interval from their predecessor current sample. In the equation (1), N stands for the number of detected current samples.

Wenn der Mittelwert beispielsweise über einen Zeitraum von 600 s (10 min) erfasst wird, indem eine äquidistante Abtastung alle 100 ms stattfindet, gilt beispielsweise N = 6001, sofern der erste Abtastwert am Beginn des Zeitraums und der letzte Abtastwert am Ende des Zeitraums erfasst werden.For example, if the average value is detected over a period of 600 seconds (10 minutes) by taking an equidistant sample every 100 ms, N = 6001, if the first sample is detected at the beginning of the period and the last sample at the end of the period ,

Figure DE102011012818B4_0002
Figure DE102011012818B4_0002

Indem der Betrieb der Batterie abhängig von dem Mittelwert IRMS durchgeführt oder geregelt wird, hängt der Betrieb vorteilhafterweise von einer sich nur langsam und kontinuierlich ändernden Größe (nämlich dem IRMS) ab, sofern der Zeitraum, in welchem der Mittelwert IRMS ermittelt wird, lang genug gewählt ist.By operating or regulating the operation of the battery as a function of the mean value I RMS , the operation advantageously depends on a variable that changes only slowly and continuously (namely the I RMS ), as long as the period in which the average value I RMS is determined has been chosen long enough.

Wie bereits oben ausgeführt ist, ist es erfindungsgemäß möglich, den Betrieb der Batterie abhängig von einem Strommittelwert (z. B. IRMS) durchzuführen. Wie ebenfalls oben bereits beschrieben ist, ist es allerdings auch möglich, den Betrieb der Batterie abhängig von einer mittleren Leistung, welche der Batterie zugeführt oder entnommen wird, durchzuführen. Dabei könnte die mittlere Leistung Pavg beispielsweise durch die folgende Gleichung (2) bestimmt werden. Die mittlere Spannung URMS wird dabei auf die gleiche Weise wie der Strommittelwert IRMS berechnet, wobei zu den Abtastenszeitpunkten allerdings die Batteriespannung U und nicht der Strom I abgetastet wird. Pavg = IRMS·URMS (Gl. 2) As already stated above, it is possible according to the invention to carry out the operation of the battery as a function of an average current value (eg I RMS ). However, as already described above, it is also possible to perform the operation of the battery depending on an average power, which is supplied to the battery or removed. In this case, the mean power P avg could be determined, for example, by the following equation (2). The average voltage U RMS is calculated in the same way as the mean current value I RMS , but at the sampling times, the battery voltage U and not the current I is sampled. P avg = I RMS * U RMS (equation 2)

Eine weitere erfindungsgemäße Möglichkeit besteht darin, den Strom, welcher der Batterie zugeführt oder entnommen wird, in Abhängigkeit von der maximalen Leerlaufspannung der Batterie und/oder der minimalen Leerlaufspannung der Batterie zu begrenzen, da die Alterung der Batterie (insbesondere der Kapazitätsverlust) direkt von der minimalen Entladespannung bzw. der maximalen Ladespannung abhängt.Another possibility according to the invention is to limit the current which is supplied to or taken from the battery as a function of the maximum no-load voltage of the battery and / or the minimum no-load voltage of the battery, since the aging of the battery (in particular the capacity loss) occurs directly from the battery minimum discharge voltage or the maximum charging voltage depends.

Dabei wird die elektrische Größe mittels einer Regelung unterhalb des Schwellenwerts gehalten. Dazu wird eine Steuergröße in Abhängigkeit von einer Differenz aus dem Schwellenwert (insbesondere dem Sollwert des IRMS) und dem Mittelwert (insbesondere dem Istwert des IRMS) bestimmt. Die Steuergröße wird zu einer vorgegebenen Grenze addiert, wobei sich als Summe eine resultierende Grenze ergibt. Mittels der Regelung (beispielsweise einer P-Regelung (proportionalen Regelung, d. h. der Ausgang ist proportional zum Eingang)) wird dafür gesorgt, dass die elektrische Größe jeweils unterhalb dieser resultierenden Grenze gehalten wird.The electrical quantity is kept below the threshold value by means of a regulation. For this purpose, a control variable is determined as a function of a difference between the threshold value (in particular the desired value of the I RMS ) and the mean value (in particular the actual value of the I RMS ). The control variable is added to a predetermined limit, resulting in a resulting limit as the sum. By means of the control (for example a P-control (proportional control, ie the output is proportional to the input)), it is ensured that the electrical variable is kept below this resulting limit.

Da die Steuergröße negativ ist, wenn der Mittelwert größer als der Schwellenwert ist, ist die resultierende Grenze vorteilhafterweise umso kleiner, umso mehr der Mittelwert oberhalb des Schwellenwerts liegt. Da die elektrische Größe unterhalb dieser resultierenden Grenze gehalten wird, wird die elektrische Größe daher umso mehr abgesenkt, je weiter der Mittelwert oberhalb des Schwellenwerts liegt.Since the control quantity is negative when the average value is greater than the threshold value, the resulting limit is advantageously smaller, the more the average value lies above the threshold value. Therefore, as the electrical quantity is kept below this resulting limit, the farther the average is above the threshold, the more the electrical quantity is lowered.

Die Steuergröße wird insbesondere auf den Wert Null gesetzt, wenn die Differenz aus dem Schwellenwert und dem Mittelwert positiv ist.In particular, the control variable is set to the value zero if the difference between the threshold value and the mean value is positive.

Durch dieses Vorgehen wird dafür gesorgt, dass die resultierende Grenze niemals größer als die vorgegebene Grenze sein kann. Dadurch ist gemäß dieser Ausführungsform vorteilhafterweise gewährleistet, dass die elektrische Größe niemals oberhalb der vorgegebenen Grenze liegt.This procedure ensures that the resulting limit can never be greater than the specified limit. As a result, it is advantageously ensured according to this embodiment that the electrical variable is never above the predetermined limit.

Es wird dafür gesorgt, dass die Batterie immer eine Mindestleistung abgibt. Dazu wird ein dieser Mindestleistung entsprechender Minimalwert eingeführt und die Regelung derart ausgestaltet, dass die resultierende Grenze niemals unterhalb dieses Minimalwerts liegt.It is ensured that the battery always gives a minimum performance. For this purpose, a minimum value corresponding to this minimum power is introduced and the control is designed in such a way that the resulting limit is never below this minimum value.

Dadurch ist gewährleistet, dass die elektrische Größe auch oberhalb der vorgegebenen Grenze liegen kann, wenn diese unterhalb des Minimalwerts liegt.This ensures that the electrical quantity can also be above the predetermined limit if it is below the minimum value.

Erfindungsgemäß kann der Schwellenwert manuell beispielsweise von einer Werkstatt oder von einem autorisierten Benutzer geändert werden.According to the invention, the threshold value can be changed manually, for example, by a workshop or by an authorized user.

Dadurch kann der Schwellenwert vorteilhafterweise beispielsweise an den aktuellen Zustand (an das Alter) der Batterie angepasst werden. Sinnvollerweise sollte der Schwellenwert von dem Batteriehersteller vorgegebenen werden. In diesem Fall sollte der Schwellenwert vom Hersteller derart gewählt werden, dass bei Einhaltung dieses Schwellenwerts eine vorbestimmte Lebensdauer der Batterie gewährleistet wird. As a result, the threshold value can advantageously be adapted, for example, to the current state (of the age) of the battery. It makes sense to set the threshold by the battery manufacturer. In this case, the threshold should be chosen by the manufacturer so as to ensure a predetermined battery life if this threshold is met.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Vorrichtung zum Betreiben einer Batterie für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei umfasst die Vorrichtung eine Messvorrichtung und eine Steuerung. Die Messvorrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie eine elektrische Größe (insbesondere einen elektrischen Strom oder eine elektrische Leistung), welche der Batterie zugeführt oder entnommen wird, misst. Die Steuerung ist derart ausgestaltet, dass sie den über der Zeit gemittelten Mittelwert dieser elektrischen Größe bestimmt. Mittels der Vorrichtung wird die Batterie in Abhängigkeit von dem Mittelwert betrieben.In the context of the present invention, an apparatus for operating a battery for a vehicle is also provided. In this case, the device comprises a measuring device and a controller. The measuring device is configured to measure an electrical quantity (in particular, an electric current or an electric power) supplied to or taken out of the battery. The controller is configured to determine the averaged average over time of this electrical quantity. By means of the device, the battery is operated as a function of the mean value.

Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst die Vorrichtung darüber hinaus eine Begrenzungsvorrichtung oder Regelungsvorrichtung. Mit Hilfe der Begrenzungsvorrichtung ist die Vorrichtung in der Lage, die elektrische Größe derart zu begrenzen, dass der Mittelwert langfristig unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts gehalten wird.According to a preferred embodiment of the invention, the device further comprises a limiting device or control device. With the aid of the limiting device, the device is able to limit the electrical variable in such a way that the mean value is kept below a predetermined threshold value in the long term.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche vorab im Detail ausgeführt worden sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.The advantages of the device according to the invention essentially correspond to the advantages of the method according to the invention, which have been carried out in detail in advance, so that a repetition is dispensed with here.

Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug (insbesondere ein Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug mit einem Elektromotor) bereitgestellt, welches eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst.Finally, in the context of the present invention, a vehicle (in particular a hybrid vehicle or electric vehicle with an electric motor) is provided which comprises a device according to the invention.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Fahrzeuge mit einem Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs geeignet. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich eingeschränkt, da die vorliegende Erfindung auch bei Flugzeugen, Schiffen oder gleisgebundenen und spurgeführten Fahrzeugen eingesetzt werden kann. Zumindest prinzipiell kann die vorliegende Erfindung beispielsweise auch außerhalb eines Fortbewegungsmittels zum Betrieb einer wiederaufladbaren Batterie eingesetzt werden, sofern bei diesem Betrieb insbesondere der Entladestrom steuerbar ist.The present invention is particularly suitable for vehicles with an electric motor for driving the vehicle. Of course, the present invention is not limited to this preferred application, since the present invention can also be applied to aircraft, ships or track-based and track-guided vehicles. At least in principle, for example, the present invention can also be used outside of a means of locomotion for the operation of a rechargeable battery, provided that in this operation, in particular the discharge current is controllable.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen mit Bezug zu den Figuren im Detail beschrieben.In the following, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments of the invention with reference to the figures.

In 1 ist eine prinzipielle erfindungsgemäße Regelung des Lade-/Entladestroms einer Batterie dargestellt.In 1 a basic regulation according to the invention of the charging / discharging current of a battery is shown.

In 2 ist eine erfindungsgemäße Regelung des Lade-/Entladestroms im Detail dargestellt.In 2 an inventive control of the charging / discharging is shown in detail.

In 3 ist der zeitliche Verlauf verschiedener Mess- und Regelgrößen beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Reglers dargestellt.In 3 shows the time course of various measured and controlled variables when using a controller according to the invention.

4 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 4 schematically shows a vehicle according to the invention with a device according to the invention.

In 1 ist eine prinzipielle erfindungsgemäße Regelung eines Stroms I dargestellt, welcher einer Batterie zugeführt oder der Batterie entnommen wird. Die Regelung hat die Aufgabe, einen zeitlichen Mittelwert IRMS des Stroms I langfristig unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts IRMSsoll zu halten. Dazu wird mittels einer Messeinrichtung 2 der Strommittelwert IRMS bestimmt, wie es oben mit Gleichung (1) beschrieben ist. Zur Regelung wird ein einfacher P-Regler 1 eingesetzt, welcher eine Steuergröße 4 proportional zu der Differenz aus dem Schwellenwert IRMSsoll und dem Mittelwert IRMS berechnet. Diese Steuergröße 4 wird einer Stelleinrichtung 5 zugeführt, welche ausgangsseitig eine Stellgröße IRes ausgibt. Mittels dieser Stellgröße IRes wird der Strom I bezüglich einer Regelstrecke 7 und einer die Regelstrecke 7 beeinflussenden Störgröße 6 derart geregelt, dass der Mittelwert IRMS langfristig unterhalb des Schwellenwerts IRMSsoll gehalten wird.In 1 is a basic inventive control of a current I shown, which is supplied to a battery or the battery is removed. The purpose of the regulation is to keep a time average I RMS of the current I below a predetermined threshold I RMSsoll in the long term. This is done by means of a measuring device 2 the mean current value I RMS determines, as described above with equation (1). The control becomes a simple P-controller 1 used, which is a control variable 4 calculated in proportion to the difference between the threshold I RMSsoll and the mean I RMS . This tax code 4 becomes an actuating device 5 supplied, which output side outputs a manipulated variable I Res . By means of this manipulated variable I Res , the current I with respect to a controlled system 7 and one the controlled system 7 influencing disturbance 6 controlled such that the mean I RMS is kept long term below the threshold I RMSsoll .

In 2 ist die erfindungsgemäße Regelung des Stroms I im Detail dargestellt. Mittels der Strommessvorrichtung 2 wird der Strom I zu äquidistanten Zeitpunkten abgetastet, der Betrag des jeweiligen Abtastwerts bestimmt und ein Mittelwert IRMS gemäß Gleichung (1) für die entsprechenden Beträge berechnet, wobei der Mittelwert IRMS von der Strommessvorrichtung 2 ausgegeben wird. Der Mittelwert IRMS wird zusammen mit dem Stromschwellenwert IRMSsoll einem Differenzbildungselement bzw. Subtrahierer 8 zugeführt. Dieses Differenzbildungselement 8 zieht den Mittelwert IRMS von dem Schwellenwert IRMSsoll ab und gibt diese Differenz als Regelabweichung 9 aus. Die Regelabweichung 9 wird einem Begrenzer 11 zugeführt, welcher als Ausgabe eine 0 ausgibt, wenn die Regelabweichung 9 positiv ist, und sonst als Ausgabe die Regelabweichung 9 ausgibt. Die Ausgabe des Begrenzers 11 wird zusammen mit einer Konstanten K einem Multiplizierer 12 zugeführt, welcher die Konstante K mit der Ausgabe des Begrenzers 11 multipliziert und am Ausgang eine Steuergröße 4 als entsprechendes Produkt bereitstellt. Die Steuergröße 4 wird zusammen mit einer vorgegebenen Stromgrenze Imax einem Addierer 13 zugeführt, welcher am Ausgang eine resultierende Stromgrenze ILim als Summe aus der vorgegebenen Stromgrenze Imax und der Steuergröße 4 ausgibt. Diese resultierende Stromgrenze ILim wiederum wird zusammen mit einer garantierten Stromgrenze Imin einem Maximalwertbilder 15 zugeführt, welcher am Ausgang als endgültig resultierende Stromgrenze ILimres den jeweils größeren Wert von der garantierten Stromgrenze Imin und der resultierenden Stromgrenze ILim ausgibt.In 2 the control of the current I according to the invention is shown in detail. By means of the current measuring device 2 For example, the current I is sampled at equidistant times, the magnitude of each sample is determined, and an average I RMS is calculated according to equation (1) for the respective magnitudes, with the average I RMS from the current measuring device 2 is issued. The mean value I RMS is, together with the current threshold value I RMSsoll, a subtraction element or subtractor 8th fed. This subtraction element 8th subtracts the mean I RMS from the threshold I RMSsoll and gives this difference as a control deviation 9 out. The deviation 9 becomes a limiter 11 supplied, which outputs as output a 0, if the control deviation 9 is positive, and otherwise as output the control deviation 9 outputs. The output of the limiter 11 becomes a multiplier together with a constant K 12 supplied, which the constant K with the Output of the limiter 11 multiplied and at the output a control variable 4 as the corresponding product. The tax size 4 is combined with a predetermined current limit I max an adder 13 supplied, which at the output a resulting current limit I Lim as the sum of the predetermined current limit I max and the control variable 4 outputs. This resulting current limit I Lim, in turn, together with a guaranteed current limit I min a maximum value images 15 supplied, which at the output as a final resulting current limit I Limres outputs the respective greater value of the guaranteed current limit I min and the resulting current limit I Lim .

Ein nicht dargestellter Teil des Reglers sorgt dafür, dass der Strom I immer unterhalb der endgültig resultierenden Stromgrenze ILimres gehalten wird. Die garantierte Stromgrenze Imin wird von einem Dividierer 14 geliefert, welchem eine garantierte Leistung Pmin und die Batteriespannung U zugeführt werden. Der Dividierer 14 teilt die garantierte Leistung Pmin durch die Batteriespannung U, um die garantierte Stromgrenze Imin zu ermitteln.An unillustrated part of the regulator ensures that the current I is always kept below the final resulting current limit I Limres . The guaranteed current limit I min is provided by a divider 14 supplied to which a guaranteed power P min and the battery voltage U are supplied. The divider 14 divides the guaranteed power P min by the battery voltage U to determine the guaranteed current limit I min .

Sinnvollerweise ist die vorgegebene Stromgrenze Imax größer als die garantierte Stromgrenze Imin. In diesem Fall bewegt sich die endgültig resultierende Stromgrenze ILimres zwischen der garantierten Stromgrenze Imin und der vorgegebenen Stromgrenze Imax. Durch den Begrenzer 11 wird die endgültig resultierende Stromgrenze ILimres nur dann abhängig von der Differenz aus dem Mittelwert IRMS und dem Schwellenwert IRMSsoll abgesenkt, wenn diese Differenz negativ ist (d. h. wenn der Mittelwert IRMS größer als der Schwellenwert IRMSsoll ist).It makes sense that the predetermined current limit I max is greater than the guaranteed current limit I min . In this case, the final resulting current limit I Limres moves between the guaranteed current limit I min and the predetermined current limit I max . Through the limiter 11 For example, the final resulting current limit I Limres is lowered only as a function of the difference between the average I RMS and the threshold I RMSsoll if this difference is negative (ie if the mean I RMS is greater than the threshold I RMSsoll ).

Durch den Maximalwertbilder 15 und durch die diesem Maximalwertbilder 15 zugeführte garantierte Stromgrenze Imin wird vorteilhafterweise vermieden, dass eine Fahrleistung des Fahrzeugs mit Elektromotor unter einen Minimalwert Pmin fällt.Through the maximum value images 15 and by this maximum value images 15 supplied guaranteed current limit I min is advantageously avoided that a driving performance of the vehicle with electric motor falls below a minimum value P min .

Um insbesondere Probleme zu Beginn einer Fahrt zu vermeiden, sollte der Wert des Mittelwerts IRMS am Ende einer Fahrt gespeichert und als Startwert beim nächsten Start bzw. bei der nächsten Fahrt verwendet werden.In particular, to avoid problems at the beginning of a journey, the value of the mean I RMS should be stored at the end of a journey and used as a starting value at the next start or at the next trip.

In 3 sind die Verläufe einiger Messgrößen und Regelgrößen beim Einsatz der erfindungsgemäßen Regelung dargestellt.In 3 the curves of some variables and controlled variables are shown when using the control according to the invention.

In 3a ist der Verlauf des Stroms I dargestellt. Positive Werte bedeuten dabei, dass der Strom I der Batterie zugeführt wird, die Batterie also geladen wird. Dagegen bedeuten negative Werte, dass der Strom I der Batterie entnommen wird, um insbesondere einen Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs zu betreiben.In 3a the course of the current I is shown. Positive values mean that the current I is supplied to the battery, so the battery is charged. In contrast, negative values mean that the current I is taken from the battery, in order in particular to operate an electric motor for driving the vehicle.

In 3b ist der Verlauf des Strommittelwerts IRMS dargestellt. Man erkennt, dass der Mittelwert über die ersten 600 s relativ stark ansteigt, da erst nach 600 s das erste Zeitinterval verstrichen ist, über welches jeweils der Mittelwert IRMS gebildet wird (vgl. Gleichung (1) oben).In 3b the course of the average current value I RMS is shown. It can be seen that the mean value increases relatively strongly over the first 600 s, since the first time interval has elapsed only after 600 s, via which the mean value I RMS is formed in each case (compare equation (1) above).

In 3c ist die Regelabweichung 9, d. h. die Differenz aus dem Schwellenwert IRMSsoll und dem Mittelwert IRMS aufgetragen. Negative Werte der Regelabweichung 9 bedeuten, dass der Mittelwert IRMS größer als der Schwellenwert IRMSsoll.In 3c is the control deviation 9 , ie the difference between the threshold I RMSsoll and the mean I RMS plotted. Negative values of the control deviation 9 mean that the mean I RMS should be greater than the threshold I RMSsoll .

In 3d ist die Steuergröße 4 aufgetragen, welche nur negative Werte aufweist. Die Steuergröße 4 entspricht (bei negativen Werten der Regelabweichung 9) dem Produkt aus der Regelabweichung 9 und der Konstanten K.In 3d is the tax size 4 applied, which has only negative values. The tax size 4 corresponds (for negative values of the control deviation 9 ) the product of the control deviation 9 and the constant K.

In 3e ist die resultierende Stromgrenze ILim dargestellt. Solange die Steuergröße 4 gleich 0 ist, entspricht die resultierende Stromgrenze ILim der vorgegebenen Stromgrenze Imax. Erst wenn die Steuergröße 4 kleiner als 0 ist, reduziert sich die resultierende Stromgrenze ILim entsprechend der Steuergröße 4.In 3e the resulting current limit I Lim is shown. As long as the tax size 4 is equal to 0, the resulting current limit I Lim corresponds to the predetermined current limit I max . Only when the tax size 4 is less than 0, the resulting current limit I Lim reduces according to the control amount 4 ,

In 3f ist die garantierte Stromgrenze Imin aufgetragen. Da die garantierte Stromgrenze Imin der Division der garantierten Leistung Pmin geteilt durch die Batteriespannung U entspricht, ändert sich die garantierte Stromgrenze Imin abhängig von der Batteriespannung U.In 3f the guaranteed current limit I min is applied. Since the guaranteed current limit I min corresponds to the division of the guaranteed power P min divided by the battery voltage U, the guaranteed current limit I min changes depending on the battery voltage U.

In 3g ist die endgültig resultierende Stromgrenze ILimres dargestellt, deren Verlauf im Wesentlichen dem Verlauf der resultierenden Stromgrenze ILim entspricht. Nur in den Fällen, in denen die resultierende Stromgrenze ILim unter die garantierte Stromgrenze Imin absinkt, entspricht die endgültig resultierende Stromgrenze ILimres dieser garantierten Stromgrenze Imin.In 3g is the final resulting current limit I Limres shown, whose course substantially corresponds to the course of the resulting current limit I Lim . Only in the cases in which the resulting current limit I Lim falls below the guaranteed current limit I min does the final resulting current limit I Limres correspond to this guaranteed current limit I min .

Neben einer Regelung des Stroms, welcher der Batterie zugeführt oder dieser entnommen wird, kann erfindungsgemäß dem Fahrer auch eine Information bereitgestellt werden, welche ihn darüber informiert, ob der Mittelwert IRMS oberhalb oder unterhalb des Schwellenwerts IRMSsoll liegt. Durch eine Anzeige in der Art eines Bonussystems kann der Fahrer dadurch dazu angehalten werden, die Batterie durch ”sanfteres Fahren” nur innerhalb vorgegebener Grenzen zu belasten. Bleibt der Fahrer aufgrund entsprechend geringer Beschleunigungen des Fahrzeugs und durch sanftes Bremsen mit dem Mittelwert unterhalb des Schwellenwerts, kann beispielsweise ein entsprechendes motivierendes Anzeigeelement im Fahrer-Display dargestellt werden, um den Fahrer dadurch zu einer Reichweitenoptimierung und einem pfleglichen Umgang mit der Batterie zu bewegen.In addition to a regulation of the current which is supplied to or taken from the battery, the driver can also be provided with information which informs him as to whether the mean value I RMS is above or below the threshold value I RMSsoll . By a display in the form of a bonus system, the driver can be encouraged to charge the battery by "smoother driving" only within predetermined limits. If the driver remains due to correspondingly low accelerations of the vehicle and by gently braking with the average below the threshold value, for example, a corresponding motivating display element in the driver display can be displayed in order to move the driver to a range optimization and a careful handling of the battery.

Darüber hinaus könnte der Schwellenwert oder Sollwert IRMSsoll in einer sportlichen Betriebsart (Sport Mode) des Fahrzeugs entsprechend angehoben werden, was dann zu einer kontinuierlichen Anhebung der Stromgrenzen ILim, ILimres führen würde.In addition, the threshold or setpoint I RMSsoll in a sport mode of the vehicle could be increased accordingly, which would then result in a continuous increase of the current limits I Lim , I Limres .

In 4 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt, welches eine Batterie 16, eine erfindungsgemäße Vorrichtung 20 und einen Elektromotor 17 zum Antrieb des Fahrzeugs 10 umfasst. Die Vorrichtung 20 umfasst ihrerseits eine Strommessvorrichtung 2, einen Strombegrenzer 18 und eine Steuerung 19. Die Vorrichtung 20 ist derart ausgestaltet, dass sie den Strom I, welcher der Batterie 16 entnommen wird oder der Batterie 16 zum Laden zugeführt wird, derart begrenzt, dass der Strommittelwert IRMS langfristig unterhalb des vorgegebenen Schwellenwerts IRMSsoll erhalten wird.In 4 is a vehicle according to the invention 10 shown, which is a battery 16 , a device according to the invention 20 and an electric motor 17 to drive the vehicle 10 includes. The device 20 in turn comprises a current measuring device 2 , a current limiter 18 and a controller 19 , The device 20 is designed such that it the current I, which of the battery 16 is removed or the battery 16 is supplied to the charging, limited such that the average current value I RMS is obtained in the long term below the predetermined threshold I RMSsoll .

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben einer Batterie (16) für ein Fahrzeug (10), wobei ein Mittelwert (IRMS) über der Zeit einer elektrischen Größe (I), welche der Batterie (16) zugeführt oder entnommen wird, bestimmt wird, wobei die Batterie (16) in Abhängigkeit des Mittelwerts (IRMS) betrieben wird, wobei die elektrische Größe (I) derart begrenzt wird, dass der Mittelwert (IRMS) unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts (IRMSsoll) gehalten wird, wobei eine Steuergröße (4) abhängig von einer Differenz aus dem Schwellenwert (IRMSsoll) und dem Mittelwert (IRMS) bestimmt wird, wobei eine resultierende Grenze (ILimres) aus einer Addition aus der Steuergröße (4) und einer vorgegebenen Grenze (Imax) bestimmt wird, wobei die elektrische Große (1) unterhalb der resultierenden Grenze (ILimres) gehalten wird, und wobei die resultierende Grenze (ILimres) nicht unterhalb eines vorgegebenen Minimalwerts (Imin) bestimmt wird, um eine minimale Leistungsabgabe (Pmin) der Batterie (16) zu gewährleisten.Method for operating a battery ( 16 ) for a vehicle ( 10 ), wherein an average value (IRMS) over the time of an electrical variable (I), which of the battery ( 16 ) is determined or supplied, the battery ( 16 ) is operated as a function of the mean value (IRMS), wherein the electrical variable (I) is limited such that the mean value (IRMS) is kept below a predetermined threshold value (IRMS setpoint), wherein a control variable (IRMS) 4 ) is determined as a function of a difference between the threshold value (IRMSsoll) and the mean value (IRMS), a resulting limit (ILimres) resulting from an addition from the control variable ( 4 ) and a predetermined limit (Imax), the electrical quantity ( 1 ) is kept below the resulting limit (ILimres), and the resulting limit (ILimres) is not determined below a predetermined minimum value (Imin), to a minimum power output (Pmin) of the battery (Pmin) 16 ) to ensure. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuergröße (4) auf den Wert Null gesetzt wird, wenn die Differenz aus dem Schwellenwert (IRMSsoll) und dem Mittelwert (IRMS) positiv ist.Method according to Claim 1, characterized in that the control variable ( 4 ) is set to the value zero when the difference between the threshold (IRMSsoll) and the mean (IRMS) is positive. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert (IRMSsoll) manuell von einem Benutzer eingestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the threshold (IRMSsoll) is set manually by a user. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Information des Fahrzeugs (10) ausgegeben wird, welche den Fahrer informiert, ob der Mittelwert (IRMS) unterhalb oder oberhalb des Schwellenwerts (IRMSsoll) liegt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that information of the vehicle ( 10 ) which informs the driver as to whether the mean value (IRMS) is below or above the threshold value (IRMSsoll). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Größe ein Strom (I) und der Mittelwert ein Strommittelwert (IRMS) ist, oder dass die elektrische Größe eine Leistung und der Mittelwert ein Leistungsmittelwert ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical quantity is a current (I) and the mean value is an average current value (IRMS), or that the electrical quantity is a power and the mean value is a mean power value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert (IRMS) für einen aktuellen Zeitpunkt bestimmt wird, indem die elektrische Größe (I) jeweils für ein Zeitintervall vorbestimmter Länge bestimmt wird, welches zu dem aktuellen Zeitpunkt endet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mean value (IRMS) is determined for a current point in time by determining the electrical variable (I) in each case for a time interval of a predetermined length, which ends at the current point in time. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert (IRMS) bestimmt wird, indem die elektrische Größe (I) innerhalb des Zeitintervalls zu vorbestimmten Zeitpunkten abgetastet wird, wobei Abtastwerte erfasst werden, und dass der Mittelwert (IRMS) als ein quadratischer Mittelwert der Abtastwerte berechnet wird.A method according to claim 6, characterized in that the mean value (IRMS) is determined by sampling the electrical quantity (I) within the time interval at predetermined times, detecting samples, and using the mean value (IRMS) as a root mean square value Samples is calculated. Vorrichtung zum Betreiben einer Batterie (16) für ein Fahrzeug (10), wobei die Vorrichtung (20) eine Messvorrichtung (2) und eine Steuerung (19) umfasst, wobei die Messvorrichtung (2) zum Messen einer elektrischen Größe (1), welche der Batterie (16) zugeführt oder entnommen wird, ausgestaltet ist, wobei die Steuerung (19) zur Bestimmung eines über der Zeit gemittelten Mittelwerts (IRMS) der elektrischen Größe (I) ausgestaltet ist, wobei die Vorrichtung (20) derart ausgestaltet ist, dass die Vorrichtung (20) die Batterie (16) in Abhängigkeit von dem Mittelwert (IRMS) betreibt, wobei die Vorrichtung (20) darüber hinaus eine Begrenzungsvorrichtung (18) umfasst, wobei die Vorrichtung (20) derart ausgestaltet ist, dass die Vorrichtung (20) die elektrische Größe (I) mittels der Begrenzungsvorrichtung (18) derart begrenzt, dass der Mittelwert (IRMS) unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts (IRMSsoll) liegt, und wobei die Vorrichtung (20) ausgestaltet ist, um eine Steuergröße (4) abhängig von einer Differenz aus dem Schwellenwert (IRMSsoll) und dem Mittelwert (IRMS) zu bestimmen, um eine resultierende Grenze (ILimres) aus einer Addition aus der Steuergröße (4) und einer vorgegebenen Grenze (Imax) zu bestimmen, um die elektrische Größe (I) unterhalb der resultierenden Grenze (ILimres) zu halten, und um die resultierende Grenze (ILimres) nicht unterhalb eines vorgegebenen Minimalwerks (Imin) zu bestimmen, um eine minimale Leistungsabgabe (Pmin) der Batterie (16) zu gewährleisten.Device for operating a battery ( 16 ) for a vehicle ( 10 ), the device ( 20 ) a measuring device ( 2 ) and a controller ( 19 ), the measuring device ( 2 ) for measuring an electrical quantity ( 1 ), which of the battery ( 16 ) is supplied or removed, is configured, wherein the controller ( 19 ) for determining an average time-averaged value (IRMS) of the electrical quantity (I), the device ( 20 ) is configured such that the device ( 20 ) the battery ( 16 ) as a function of the mean value (IRMS), the device ( 20 ) in addition a limiting device ( 18 ), the device ( 20 ) is configured such that the device ( 20 ) the electrical variable (I) by means of the limiting device ( 18 ) such that the mean value (IRMS) is below a predetermined threshold value (IRMSsoll), and wherein the device ( 20 ) is configured to provide a control quantity ( 4 ) depending on a difference between the threshold value (IRMSsoll) and the mean value (IRMS), in order to determine a resulting limit (I limres ) from an addition from the control variable ( 4 ) and a predetermined limit (Imax) to keep the electrical quantity (I) below the resulting limit (ILimres) and to determine the resulting limit (ILimres) not below a given minimum value (Imin) by a minimum Power output (Pmin) of the battery ( 16 ) to ensure. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (20) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–7 ausgestaltet ist.Device according to claim 8, characterized in that the device ( 20 ) to carry out the method according to any one of claims 1-7 is configured. Fahrzeug mit einer Vorrichtung (20) nach Anspruch 8 oder 9.Vehicle with a device ( 20 ) according to claim 8 or 9.
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