DE102012007989A1 - Method for controlling power dynamics of battery of electrical propelled vehicle, involves setting maximum output current of battery less than specific current output value, if load value amount is larger than load threshold value - Google Patents
Method for controlling power dynamics of battery of electrical propelled vehicle, involves setting maximum output current of battery less than specific current output value, if load value amount is larger than load threshold value Download PDFInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Leistungsdynamik der Batterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.The present invention relates to a method and a device for controlling the power dynamics of the battery of an electrically driven vehicle.
Um leistungsfähige Alternativen zu Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor bereitstellen zu können, sind in der Batterietechnik Hochvolt-Batterien entwickelt worden. Ein Hochvolt-Batteriemodul setzt sich aus einzelnen Zellen zusammen, die mit einer Spannung von ein bis zwei Volt in Reihe geschaltet sind, so dass sich durch das Aufsummieren der einzelnen Spannungen die für den Antrieb benötigte Hochvolt-Spannung ergibt.In order to provide efficient alternatives to vehicles with an internal combustion engine, high-voltage batteries have been developed in battery technology. A high-voltage battery module is composed of individual cells, which are connected in series with a voltage of one to two volts, so that the summation of the individual voltages results in the high-voltage voltage required for the drive.
Die Spitzenleistung eines rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer solchen Hochvolt-Batterie steht aufgrund der physikalischen und chemischen Vorgänge in der Hochvolt-Batterie nur für einen begrenzten Zeitraum zur Verfügung. Danach muss die von der Batterie abgebbare Leistung auf eine geringere Dauerleistung reduziert werden, die dann jedoch für einen wesentlich längeren Zeitraum verfügbar ist. Bei heutzutage für die automobile Anwendung zweckmäßigen Hochvolt-Batterien ist die Spitzenleistung batterieseitig typischerweise im Subminutenbereich verfügbar. Die Dauerleistung liegt hingegen Größenordnungen darüber, d. h. typischerweise in der Größenordnung einer Stunde oder jedenfalls eines guten Teils davon. Wurde die Spitzenleistung für den maximal möglichen Zeitraum von der Batterie abgegeben, so bedarf es einer Erholungsphase, nach der dann wieder kurzfristig die Spitzenleistung verfügbar ist.The peak power of a purely electrically driven vehicle with such a high-voltage battery is due to the physical and chemical processes in the high-voltage battery only for a limited period available. Thereafter, the power dissipated by the battery must be reduced to a lower continuous power, which is then available for a much longer period. In today's automotive high-voltage batteries, peak power is typically available in the sub-minute battery side. The continuous power, however, is orders of magnitude above, d. H. typically on the order of an hour or at least a good part of it. If the peak power has been delivered by the battery for the maximum possible period of time, a recovery phase is required, after which the peak power is again available in the short term.
Somit steht dem Fahrer nur ein gewisser Energiebetrag zur Überschreitung der Dauerleistung zur Verfügung. Dieser variable Energiebetrag, der auch Spitzenleistungsreserve bezeichnet wird, hängt insbesondere von der Belastungshistorie mit Leistungen oberhalb der Dauerleistung und von den Erholungsphasen ab.Thus, the driver is only a certain amount of energy to exceed the continuous power available. This variable energy amount, which is also called peak power reserve, depends in particular on the load history with outputs above the continuous power and the recovery phases.
Die Dauerleistung, die Spitzenleistung und damit auch die maximal mögliche Spitzenleistungsreserve hängen vom Betriebspunkt der Batterie ab. Der Betriebspunkt wird insbesondere durch die Temperatur, den Ladungszustand (SoC = State of Charge) und den Alterungszustand (SoH = State of Age) bestimmt. Zu diesem Zwecke werden Leistungskennkurven bereitgestellt, die zu einem definierten Betriebspunkt unabhängig von der Belastungshistorie die Dauerleistung und mögliche Spitzenleistung darstellen. Die Batterieparameter an einem definierten Betriebspunkt sind semipermanent, d. h. sie ändern sich nur langsam gegenüber der schnell veränderlichen Spitzenleistungsreserve. Die Batterieparameter an einem definierten Betriebspunkt können somit für das momentane Leistungspotential der Batterie als konstant angesehen werden. Die Frage, ob und wann eine Leistungseinschränkung gegenüber der Spitzenleistung zu erwarten ist, wird dann durch die konkrete Belastungshistorie geklärt. Des Weiteren können auch andere beteiligte Komponenten wie z. B. leistungselektronische Module oder ein Motorsteuergerät zu einer Leistungseinschränkung führen.The continuous power, the peak power and thus also the maximum possible peak power reserve depend on the operating point of the battery. The operating point is determined in particular by the temperature, the state of charge (SoC = State of charge) and the state of aging (SoH = State of Age). For this purpose, power characteristic curves are provided which represent the continuous power and possible peak power at a defined operating point independently of the load history. The battery parameters at a defined operating point are semi-permanent, i. H. they change only slowly against the rapidly changing peak power reserve. The battery parameters at a defined operating point can thus be regarded as constant for the instantaneous power potential of the battery. The question of whether and when a performance limitation compared to the peak performance is to be expected is then clarified by the concrete load history. Furthermore, other involved components such. B. power electronic modules or an engine control unit lead to a performance restriction.
Die Leistungsdynamik, d. h. das momentan sind im vorausliegenden Zeitraum verfügbare Leistungspotential der Batterie, ist also anders als bei Verbrennungsmotoren nicht konstant und hängt darüber hinaus auch noch von der zurückliegenden Belastungshistorie ab. Daher bedarf es bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen einer nachvollziehbaren Steuerung der Leistungsdynamik, damit der Fahrer des Fahrzeugs insbesondere für kurzfristige Manöver, z. B. für Überholmanöver oder Einfädeln auf einer Schnellstraße, die Leistungsfähigkeit des Fahrzeugsantriebs intuitiv verstehen kann.The power dynamics, d. H. the currently available in the period ahead are available power potential of the battery, so unlike internal combustion engines is not constant and also depends on the past load history. Therefore, it requires a traceable control of the power dynamics in electrically driven vehicles, so that the driver of the vehicle especially for short-term maneuvers, eg. As for overtaking maneuvers or threading on a highway, the performance of the vehicle drive can intuitively understand.
Insbesondere ist dabei auch zu berücksichtigen, dass für die Fahrleistung die von der Batterie abgebbare Leistung relevant ist, die batterieinternen Abläufe jedoch vom Batteriestrom dominiert werden. Die
Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Lösung einer Differentialgleichung vergleichsweise komplex ist und im Echtzeitbetrieb große Anforderungen an die ausführende Recheneinheit stellt.A disadvantage of this method is that the solution of a differential equation is comparatively complex and places great demands on the executing arithmetic unit in real-time operation.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Steuerungskonzept der Leistungsdynamik der Batterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs bereitzustellen, welches einfach und kostengünstig zu implementieren ist und welches für den Fahrer in einem vorausliegenden Zeitraum ein reproduzierbares und intuitiv nachvollziehbares Leistungspotential der Fahrzeugbatterie bereitstellt.It is the object of the present invention to provide a control concept of the power dynamics of the battery of an electrically driven vehicle, which is easy and inexpensive to implement and which provides the driver in a timely period a reproducible and intuitive traceable power potential of the vehicle battery.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine dazugehörige Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. This object is achieved by a method having the features of
Bei dem Verfahren zum Steuern der Leistungsdynamik der Batterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs werden ein mit der Batterie assoziierter erster und zweiter Stromabgabewert ermittelt, von denen der zweite Stromabgabewert höher als der erste Stromabgabewert ist, und es wird der momentan von der Batterie abgegebene Strom gemessen. In Abhängigkeit von der zeitlichen Entwicklung des von der Batterie abgegebenen Stroms wird der maximal von der Batterie abgebbare Strom vorgegeben, wobei aus der zeitlichen Entwicklung der Stromdifferenz zwischen dem momentan von der Batterie abgegebenen Strom und dem mit der Batterie assoziierten ersten Stromabgabewert ein Ladungswert berechnet wird. Dabei wird, falls der berechnete Ladungswert kleiner oder gleich einem festgesetzten Ladungs-Grenzwert ist, der maximal von der Batterie abgebbare Strom gleich dem zweiten mit der Batterie assoziierten Stromabgabewert gesetzt, und es wird, falls der berechnete Ladungswert größer als der festgesetzte Ladungs-Grenzwert ist, der maximal von der Batterie abgebbare Strom in Abhängigkeit von dem berechneten Ladungswert kleiner als der zweite mit der Batterie assoziierte Stromabgabewert gesetzt. Die Berücksichtigung der zeitlichen Entwicklung einer Stromgröße hat dabei den Vorteil, dass die batterieinternen Abläufe besser als bei einer Leistungsbetrachtung der Fall ist, wobei sich die Batterieleistung dennoch aus dem Produkt aus Spannung und Strom stets berechnen lässt.In the method of controlling the power dynamics of the battery of an electrically-powered vehicle, a first and second current output values associated with the battery are determined, of which the second current output value is higher than the first current output value, and the current output from the battery is measured. Depending on the temporal evolution of the current delivered by the battery, the maximum current that can be delivered by the battery is predetermined, wherein a charge value is calculated from the time evolution of the current difference between the current current output by the battery and the first current output value associated with the battery. In this case, if the calculated charge value is less than or equal to a set charge limit, the maximum current deliverable by the battery is set equal to the second current output value associated with the battery, and it becomes if the calculated charge value is greater than the set charge limit , the maximum current that can be delivered by the battery as a function of the calculated charge value is set smaller than the second current output value associated with the battery. The consideration of the temporal evolution of a current size has the advantage that the battery internal processes is better than in a performance consideration of the case, the battery power can still be calculated from the product of voltage and current always.
Die Festlegung der maximalen Stromabgabe ist eine steuernde Beschränkung, die eingeleitet werden kann, bevor aus den batterieinternen Abläufen eine Reduzierung der Stromabgabe erfolgen würde. Dies hat den Vorteil, dass es nicht abrupt und ohne Berücksichtigung der Vorgeschichte zu einer Strom- und damit einer Leistungsbeschränkung kommt.The determination of the maximum current output is a controlling limitation that can be initiated before the battery internal processes would reduce the current output. This has the advantage that it comes not abruptly and without consideration of the history of a power and thus a power limitation.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der erste Stromabgabewert der zum vorliegenden Betriebspunkt abgebbare Dauerstrom und der zweite Stromabgabewert der zum vorliegenden Betriebspunkt abgebbare Spitzenstrom. Über den Zusammenhang „Leistung gleich Spannung mal Stromstärke” entsprechen diese Werte physikalisch den Leistungsniveaus, zwischen denen sich die verfügbare Leistung zum gegenwärtigen Betriebspunkt bewegt. Diese beiden Leistungsniveaus bestimmen also den operativen Bereich zum Antrieb des Fahrzeugs. Alternativ können aber auch andere Stromabgabewerte ausgewählt werden, z. B. ein Stromabgabewert etwas unterhalb des abgebbaren Dauerstroms am vorliegenden Betriebspunkt, sodass eine langsame Verringerung des abgebbaren Dauerstroms über die Zeit berücksichtigt wird.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the first current output value of the continuous current which can be emitted at the present operating point and the second current output value of the peak current that can be delivered to the present operating point are. Through the relationship "power equal to voltage times current", these values physically correspond to the power levels between which the available power moves to the current operating point. These two performance levels thus determine the operational area for driving the vehicle. Alternatively, however, other current output values can be selected, for. B. a current output value slightly below the deliverable continuous current at the present operating point, so that a slow reduction of the deliverable continuous current over time is taken into account.
Der Ladungswert wird insbesondere als ein erstes Integral der Stromdifferenz zwischen dem momentan von der Batterie abgegebenen Strom und dem mit der Batterie assoziierten ersten Stromabgabewert über ein erstes Zeitintervall berechnet. Die Integration über die Zeit liefert einen exakten und reproduzierbaren Ladungswert, um den die momentane Batterieladung gegenüber der voll aufgeladenen Batterie am betreffenden Betriebspunkt reduziert wurde. Bei gegebener Batteriespannung lässt sich dieser Ladungswert in einen Energiebetrag umrechnen und mit der eingangs erwähnten Spitzenleistungsreserve in Relation setzen.In particular, the charge value is calculated as a first integral of the current difference between the current current output from the battery and the first current output value associated with the battery over a first time interval. The integration over time provides an accurate and reproducible charge value by which the instantaneous battery charge has been reduced relative to the fully charged battery at the particular operating point. For a given battery voltage, this charge value can be converted into an energy amount and set in relation to the peak power reserve mentioned above.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das erste Zeitintervall, über welches die Stromdifferenz integriert wird, zu dem Zeitpunkt neu initialisiert wird, wenn das erste Integral der Stromdifferenz über das bisherige Zeitintervall negativ geworden ist und der momentan von der Batterie abgegebene Strom den ersten Stromabgabewert überschreitet. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei vollständiger Erholung der Batterie, d. h. bei voll aufgeladener Batterie für den betreffenden Betriebspunkt, der Ladungswert erst dann neu berechnet wird, wenn ein Ereignis eintritt, dass tatsächlich eine höherer Stromabgabe als der erste Stromabgabewert erfolgt. Insbesondere werden rechnerisch keine nicht vorhandenen Ladungspuffer erzeugt, indem durch niedrige Stromabgaben das Integral rein rechnerisch negativ wird und somit der Ladungswert erst nach einer gewissen Zeit einer Beanspruchung mit Strömen höher als dem ersten Stromabgabewert Null und dann wieder positiv würde. Andererseits wird sichergestellt, dass bei permanenter Wechselbelastung unterhalb und oberhalb des ersten Stromabgabewerts ggf. auch schon zurückliegende Inanspruchnahmen der Spitzenleistungsreserve berücksichtigt werden, wenn nie eine vollständige Erholung der Batterie stattgefunden hatte.In particular, it is provided that the first time interval over which the current difference is integrated is reinitialized at the time when the first integral of the current difference has become negative over the previous time interval and the current current output by the battery exceeds the first current output value. This ensures that when the battery is fully recovered, i. H. when the battery is fully charged for that particular operating point, the charge value is only recalculated when an event occurs that actually has a higher current output than the first current output value. In particular, computationally no non-existent charge buffers are generated by the integral is purely computationally negative by low current outputs and thus the charge value would only after a certain time of a load with currents higher than the first current output value zero and then again positive. On the other hand, it is ensured that in the event of permanent alternating load below and above the first current output value, possibly even past peak power reserve utilizations are taken into account if a complete recovery of the battery has never taken place.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass, falls der berechnete Ladungswert größer als der festgesetzte Ladungs-Grenzwert wird, ein zweites Zeitintervall initialisiert wird und ein zweites Integral der Stromdifferenz zwischen dem momentan von der Batterie abgegebenen Strom und dem ersten Stromabgabewert über das zweite Zeitintervall berechnet wird. Der maximal von der Batterie abgebbare Strom wird dann vom zweiten Stromabgabewert linear zum Wert des zweiten Integrals der Stromdifferenz reduziert. Es ist dazu zweckmäßig, dass der maximal von der Batterie abgebbare Strom höchstens auf den ersten Stromabgabewert reduziert wird, da dies dem von der Fahrzeugbatterie abgebbaren Dauerstrom entspricht. Die lineare Reduktion erfolgt rechnerisch durch die Skalierung mit einem Zeitfaktor, um wiederum dimensionsmäßig auf einen Stromwert zu gelangen. Der Beginn einer solchen Reduktion des maximal von der Batterie abgebbaren Stroms, welche auch als sogenanntes „De-Rating” bezeichnet wird, kann an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Der maximal abgebbare Strom kann insbesondere schon vor einem solchen Zeitpunkt erfolgen, an welchem es aus batterietechnischer Sicht zu einer Strombeschränkung käme. Der maximal abgebbare Strom wird z. B. deshalb begrenzt, weil Kabelbäume, die den Strom von der Batterie an den elektrischen Antrieb übertragen, oder andere beteiligte Komponenten, wie z. B. Leistungselektronikmodule, nur für einen kürzeren Zeitraum für den zweiten Stromabgabewert ausgelegt sind.In an advantageous embodiment of the method according to the invention it is provided that, if the calculated charge value is greater than the fixed charge limit, a second time interval is initialized and a second integral of the current difference between the current output from the battery current and the first current output value via the second time interval is calculated. The maximum deliverable by the battery current is then reduced from the second current output value linearly to the value of the second integral of the current difference. It is expedient for the maximum current that can be delivered by the battery to be reduced at most to the first current output value, since this is the continuous current that can be emitted by the vehicle battery equivalent. The linear reduction takes place mathematically by the scaling with a time factor in order to achieve a dimensional value of a current value. The beginning of such a reduction of the maximum deliverable from the battery current, which is also referred to as a so-called "de-rating" can be adapted to the particular application. The maximum deliverable current can take place in particular before such a time at which it would come from a battery technology point of view to a current limit. The maximum deliverable current is z. B. therefore limited because harnesses that transfer the power from the battery to the electric drive, or other involved components such. B. power electronics modules, are designed for a shorter period of time for the second current output value.
In einer Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Leistungskennfeld der Batterie über einen Bereich von Betriebspunkten berechnet und/oder simuliert wurde, der momentane Betriebspunkt bestimmt und ein dazugehöriger erster und zweiter Leistungsabgabewert ermittelt wird und der Innenwiderstand der Batterie am Betriebspunkt und die Leerlaufspannung der Batterie bestimmt wird. Der erste und zweite Stromabgabewert werden dann als Lösung einer quadratischen Gleichung aus dem ersten und zweiten Leistungsabgabewert, dem Innenwiderstand und der Leerlaufspannung der Batterie berechnet. Die Leistungskennfelder sind vorab exakter als Stromkennfelder berechenbar. Die Herleitung der daraus resultierenden Stromkennfelder ergibt sich insbesondere aus dem vereinfachten Ersatzschaltbild einer Batterie mit einem vom Betriebspunkt abhängigen Innenwiderstand R0 und der daraus resultierenden Leerlaufspannung U0. Der Stromabgabewert Ix an einem Betriebspunkt ergibt sich aus dem Leistungswert Px (x steht hier insbesondere für die Indizes D bzw. S) gemäß den Gleichungen
Der erste und zweite Stromabgabewert können auch ohne das Lösen dieser quadratischen Gleichung ermittelt werden. Dazu wurde ein Stromkennfeld der Batterie über einen Bereich von Betriebspunkten berechnet und/oder simuliert. Es wird der momentane Betriebspunkt bestimmt und ein dazugehöriger erster und zweiter Stromabgabewert ermittelt und es wird die Betriebsspannung der Batterie gemessen. Die Berechnung eines Stromkennfelds ist nicht in reproduzierbarer Weise möglich, sodass es im Betrieb gewöhnlicherweise zu Diskrepanzen zwischen theoretisch berechneten und tatsächlichen Stromabgabewerten kommt. Die aus dem ersten und zweiten Stromabgabewert und der Betriebsspannung resultierende theoretische Leistungsabgabe wird daher berechnet und mit der tatsächlichen Leistungsabgabe verglichen. Der mit der Batterie assoziierte erste und zweite Stromabgabewert und/oder das Stromkennfeld der Batterie können dann in Abhängigkeit von diesem Vergleich korrigiert werden. Diese Variante benötigt weniger Rechenressourcen als die Berechnung der Lösung einer quadratischen Gleichung. Sie ist entsprechend ohne große Anforderungen an die Rechenkapazitäten schnell durchführbar.The first and second current output values can also be determined without solving this quadratic equation. For this purpose, a power map of the battery was calculated and / or simulated over a range of operating points. The instantaneous operating point is determined and an associated first and second current output value is determined and the operating voltage of the battery is measured. The calculation of a current map is not possible in a reproducible manner, so that in operation usually comes to discrepancies between theoretically calculated and actual current output values. The theoretical power output resulting from the first and second current output values and the operating voltage is therefore calculated and compared with the actual power output. The first and second current output values associated with the battery and / or the current characteristics of the battery can then be corrected as a function of this comparison. This variant requires fewer computational resources than computing the solution of a quadratic equation. Accordingly, it can be carried out quickly without great demands on the computing capacities.
Beide Varianten können auch parallel eingesetzt werden. Beispielsweise werden der erste und zweite Stromabgabewert jeweils mit einer anderen der beiden Varianten bestimmt. Es ist auch möglich, dass die Berechnung durch Lösung der quadratischen Gleichung nur sporadisch durchgeführt wird, z. B. einmal pro Minute, und die andere Variante zur zwischenzeitlichen Berechnung verwendet wird.Both variants can also be used in parallel. For example, the first and second current output values are each determined with a different one of the two variants. It is also possible that the calculation is performed only sporadically by solving the quadratic equation, e.g. B. once per minute, and the other variant is used for intermediate calculation.
Der erste und zweite Stromabgabewert sind „semipermanent”, d. h. sie ändern sich schleichend während des Betriebs. Sie werden vorteilhafterweise kontinuierlich aktualisiert, d. h. laufend überwacht und zum gültigen Betriebspunkt immer wieder neu bestimmt. Alternativ werden sie nur sporadisch, z. B. ereignisgetriggert neu bestimmt.The first and second current output values are "semi-permanent", i. H. they change gradually during operation. They are advantageously updated continuously, i. H. constantly monitored and determined again and again at the valid operating point. Alternatively, they are only sporadic, z. For example, triggered by an event.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Leistungsdynamik der Batterie durch eine eindimensional darstellbare Größe visualisiert, wobei dem berechneten Ladungswert ein fest vorgegebener Anteil der eindimensional darstellbaren Größe zugeordnet wird. Hierdurch kann der Fahrer des Fahrzeugs schnell und intuitiv die bevorstehende Leistungsdynamik erfassen. Der berechnete Ladungswert kann dabei Teil eines visualisierten Wertebereichs darstellen, z. B. 100%, wenn der Ladungswert Null ist, und 60%, wenn der Ladungswert gleich dem Ladungs-Grenzwert ist, d. h. beim Beginn des De-Rating, und 40%, wenn der abgebbare Strom bis auf den ersten Stromabgabewert reduziert wird. Der Bereich 0% bis 40% ist für den Bereich der Leistungsdynamik reserviert, in dem der Entladevorgang der Batterie soweit fortgeschritten ist, dass das über einen weiten Bereich der Betriebsparameter gültige Dauerleistungsniveau nicht mehr aufrecht erhalten werden kann.In one embodiment of the method according to the invention, the power dynamics of the battery is visualized by a variable that can be represented in one dimension, wherein the calculated charge value is assigned a fixed predetermined proportion of the variable that can be represented in one dimension. This allows the driver of the vehicle quickly and intuitively capture the upcoming performance dynamics. The calculated charge value can represent part of a visualized value range, eg. 100%, if the charge value is zero, and 60% if the charge value is equal to the charge limit, d. H. at the beginning of the de-rating, and 40% when the deliverable power is reduced to the first power output value. The
Eine solche Visualisierung ist besonders übersichtlich, weil dem Fahrer verschiedene Informationen der Leistungsdynamik über eine einzige eindimensionale Größe visualisiert wird. Diese eindimensionale Größe kann dann in einfacher Weise als z. B. Zahl oder als Zeiger- oder Balkendiagramm dargestellt werden.Such a visualization is particularly clear because the driver is visualized various information of the power dynamics over a single one-dimensional size. This one-dimensional size can then in a simple manner as z. As number or as a pointer or bar chart.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Steuern der Leistungsdynamik der Batterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs umfasst eine Batterieüberwachungseinrichtung zum Erfassen wenigstens zweier unterschiedlicher mit der Batterie assoziierter Stromabgabewerte, eine Messeinrichtung zum Messen des von der Batterie abgegebenen Stroms sowie eine Recheneinheit, die mit der Messeinrichtung verbunden ist und mittels derer aus der zeitlichen Entwicklung der Stromdifferenz zwischen dem momentan von der Batterie abgegebenen, Strom und dem mit der Batterie assoziierten ersten Stromabgabewert ein Ladungswert berechenbar ist. Die Vorrichtung umfasst des Weiteren eine Steuereinheit, die mit der Batterieüberwachungseinrichtung und der Recheneinheit verbunden ist, mittels der in Abhängigkeit von der zeitlichen Entwicklung des von der Batterie abgegebenen Stroms der maximal von der Batterie abgebbare Strom vorgebbar ist, wobei, falls der berechnete Ladungswert kleiner oder gleich einem festgesetzten Ladungs-Grenzwert ist, der maximal von der Batterie abgebbare Strom mittels der Steuereinheit gleich dem mit der Batterie assoziierten zweiten Stromabgabewert setzbar ist, und wobei, falls der berechnete Ladungswert größer als der festgesetzte Ladungs-Grenzwert ist, der maximal von der Batterie abgebbare Strom mittels der Steuereinheit in Abhängigkeit von dem berechneten Ladungswert kleiner als der mit der Batterie assoziierte zweite Stromabgabewert setzbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Sie weist somit auch die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auf.The inventive device for controlling the power dynamics of the battery of an electrically driven vehicle comprises a battery monitoring device for detecting at least two different associated with the battery power output values, a measuring device for measuring the output of the battery power and a computing unit which is connected to the measuring device and by means of which From the temporal evolution of the current difference between the current output from the battery, the current and the battery associated with the first current output value, a charge value can be calculated. The device further comprises a control unit, which is connected to the battery monitoring device and the arithmetic unit, by means of which, depending on the temporal evolution of the current emitted by the battery of the maximum deliverable by the battery current can be predetermined, wherein, if the calculated charge value is smaller or is equal to a set charge limit, the maximum battery deliverable current through the controller is set equal to the second current output associated with the battery, and wherein, if the calculated charge value is greater than the predetermined charge limit, the maximum of the battery the deliverable current can be set by means of the control unit in dependence on the calculated charge value smaller than the second current output value associated with the battery. The device according to the invention is particularly suitable for carrying out the method according to the invention. It therefore also has the advantages of the method according to the invention.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß ein Fahrzeug mit wenigstens einem teilweisen elektrischen Antrieb mit einer solchen Vorrichtung zum Steuern der Leistungsdynamik der Batterie ausgestattet. Es kann sich dabei um Fahrzeuge mit rein elektrischem Antrieb oder auch mit elektrischem Zusatzantrieb handeln, wie z. B. sogenannte Hybrid-Antriebe.Furthermore, according to the invention, a vehicle with at least one partial electric drive is equipped with such a device for controlling the power dynamics of the battery. It may be vehicles with purely electric drive or electric auxiliary drive, such. B. so-called hybrid drives.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den Figuren näher erläutert.The invention will now be explained in more detail by means of embodiments with reference to the figures.
die
In der
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist schematisch in den
Die Steuereinheit
Die Sensoreinrichtung
Aus der Differenz der Spitzenleistung PS und der Dauerleistung PD am jeweiligen Betriebspunkt wird insbesondere eine maximale Spitzenleistungsreserve MSLR berechnet, indem diese Leistungsdifferenz PS – PD mit einem Zeitfaktor multipliziert wird. Dieser Zeitfaktor ist an die jeweilige Fahrzeugkonfiguration anzupassen. Die maximale Spitzenleistungsreserve MSLR ist dimensionsmäßig ein Energiebetrag, der für eine temporäre Zusatzleistung zusätzlich zur Dauerleistung PD verwendbar ist.From the difference of the peak power PS and the continuous power PD at the respective operating point is in particular a maximum Peak power reserve MSLR is calculated by multiplying this power difference PS - PD by a time factor. This time factor must be adapted to the respective vehicle configuration. The maximum peak power reserve MSLR is dimensionally an amount of energy which can be used for a temporary additional power in addition to the continuous power PD.
In den
Aus den Leistungskennkurven
Alternativ können auch Stromkennkurven bzw. Stromkennfelder über einen weiten Bereich von Betriebspunkten vorab berechnet werden (nicht dargestellt). Hier ergibt sich aber das Problem, dass die Vorgeschichte der Batterie, d. h. die zurückliegende Benutzung und die Alterung, schwieriger berücksichtigt werden kann und somit zu teilweise nicht reproduzierbaren Ergebnissen führt. In einem solchen Fall muss durch eine Vergleichsmessung der prognostizierte Leistungswert korrigiert werden. Dies kann erreicht werden, indem der momentane Betriebspunkt bestimmt und der dazugehörige Dauerstrom ID und Spitzenstrom IS ermittelt wird und die Betriebsspannung U der Batterie
Der tatsächlich abgebbare Strom von der Batterie
Das Stromhistorien-Messgerät
Die von der Sensoreinrichtung
Der Ladungswert Q lässt sich im Übrigen jederzeit durch Multiplikation mit der Batteriespannung U in ein Energieäquivalent umrechnen und von einem maximal verfügbaren Energiebetrag, welcher zusätzlich zur Dauerleistung PD verfügbar ist, kurzfristig abgegeben werden kann. Der Ladungswert Q entspricht dem Fehlbetrag der Spitzenleistungsreserve SLR zur maximalen Spitzenleistungsreserve MSLR.Incidentally, the charge value Q can be converted at any time into an energy equivalent by multiplication with the battery voltage U and can be delivered at short notice from a maximum available energy amount which is additionally available for the continuous power PD. The charge value Q corresponds to the shortage of the peak power reserve SLR to the maximum peak power margin MSLR.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand von Ausführungsbeispielen und mit Bezug zu den
In der
Über die Sensoreinrichtung
Zum Zeitpunkt t0 wird nun das Fahrzeug
Zum Zeitpunkt t2 wird der von der Batterie
Beim Zeitpunkt t3 erreicht der Ladungswert Q beispielsweise 40%, beim Zeitpunkt t4 80%, beim Zeitpunkt t5 93% und beim Zeitpunkt t6 100% eines vorab bestimmten Maximalladungswerts QMax. Der Maximalladungswerts QMax repräsentiert eine Ladungsreserve (bzw. bei Multiplikation mit der Batteriespannung U eine Energiereserve, d. h. die maximale Spitzenleistungsreserve MSLR). Der Maximalladungswerts QMax ist wie die maximale Spitzenleistungsreserve MSLR an die Batterie
Praktischerweise wird der Maximalladungswerts QMax niedriger angesetzt als derjenige Ladungswert, der aus batterietechnischen Gründen maximal möglich wäre. Dies hat insbesondere den Grund, dass die Kabelbäume, die den Strom IIst von der Batterie
In heutigen Fahrzeugkonfigurationen kann typischerweise 30 s–40 s ein Spitzenstrom IS abgegeben werden. Ein plötzliches Absinken der Leistung von der dem Spitzenstrom IS entsprechenden Spitzenleistung PS zu der dem Dauerstrom ID entsprechenden Dauerleistung PD ist nicht wünschenswert. Zum einen wird ein solcher Leistungseinbruch vom Fahrer als negativ empfunden. Andererseits könnte ein mit der Spitzenleistung PS begonnenes Manöver nur noch mit stark reduzierter Leistung zu Ende geführt werden.In today's vehicle configurations 30 s-40 s, a peak current I S can typically be delivered. A sudden drop in power from the peak power I S corresponding peak power PS to the continuous current I D corresponding to the continuous power PD is not desirable. On the one hand, such a drop in performance is perceived by the driver as negative. On the other hand, a maneuver started with the peak power PS could only be completed with greatly reduced power.
Erfindungsgemäß ist daher eine elektronische Regelung vorgesehen, welche den maximal abgebbaren Strom Imax vorausschauend von einem Wert des Spitzenstroms IS kontinuierlich oder stufenweise auf das Niveau des Dauerstroms ID herunterregelt.According to the invention, therefore, an electronic control is provided, which down-regulates the maximum current I max can be anticipated from a value of the peak current I S continuously or stepwise to the level of the continuous current I D.
Bis zum Zeitpunkt t4 wurde der vorgegebene Wert des Stroms Imax, der nach Vorgabe von der Steuereinheit
Der maximal von der Batterie
Im gezeigten Fall wird der maximal erlaubte Strom IMax im Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten t4 bis t6 auch tatsächlich abgegeben. Dadurch steigt der Wert des zweiten Integrals nicht linear mit der Zeit an, sondern es ergibt sich bis zum Zeitpunkt t6 ein exponentielles Abklingen des maximal erlaubten Stroms IMax. Das De-Rating erfolgt also relativ „weich”, ohne dass ein plötzlicher Leistungseinbruch erfolgt.In the case shown, the maximum permissible current I Max is actually actually emitted in the time interval between the times t4 to t6. As a result, the value of the second integral does not increase linearly with time, but results in an exponential decay of the maximum permissible current I max until time t6. The de-rating is therefore relatively "soft", without a sudden performance slump occurs.
Die Leistungsdynamik wird mittels eines Performance-Indikators durch eine eindimensional darstellbare Größe ausgedrückt und visualisiert. Der Performance-Indikator kann dabei einen Prozentwert zwischen 0% und 100% einnehmen und berechnet sich wie folgt:
Für einen ersten Anteil bis zum Verhältnis PD/PS verläuft der Performance-Indikator entsprechend der verfügbaren Leistung prozentual zur Spitzenleistung PS, z. B. bis 50%, wenn die Spitzenleistung PS doppelt so groß wie die Dauerleistung PD ist. Ist die verfügbare Leistung höher als die Dauerleistung PD, so setzt sich der Performance-Indikator aus der Summe des ersten Anteils, d. h. PD/PS und einem zweiten Anteil zusammen. Dieser zweite Anteil berechnet sich aus dem der Differenz des Maximalladungswerts QMax und dem Ladungswert Q geteilt durch den Maximalladungswert QMax und multipliziert mit dem verbleibenden Prozentwert 100% (1 – PD/PS), in diesem Fall also ebenfalls 50%. Für die regenerierte Batterie ist der Ladungswert Q gleich Null und somit der zweite Anteil maximal. Der zweite Anteil schrumpft mit ansteigendem Ladungswert Q, bis der Maximalladungswert QMax erreicht wird, bei welchem der von der Steuereinheit
For a first fraction up to the PD / PS ratio, the performance indicator runs as a percentage of the peak horsepower PS, according to the available power. B. to 50%, when the peak power PS is twice as large as the continuous power PD. If the available power is higher than the continuous power PD, then the performance indicator is composed of the sum of the first part, ie PD / PS and a second part. This second component is calculated from the difference between the maximum charge value Q Max and the charge value Q divided by the maximum charge value Q Max and multiplied by the remaining
In der
Der erste Anzeigebereich
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- elektrisch angetriebenes Fahrzeugelectrically powered vehicle
- 22
- Hochvolt-BatterieHigh-voltage battery
- 33
- Sensoreinrichtung für BetriebsparameterSensor device for operating parameters
- 44
- Stromhistorien-MessgerätCurrent histories meter
- 55
- Elektromotorelectric motor
- 66
- Motorsteuerungmotor control
- 77
- Steuereinheitcontrol unit
- 88th
- Recheneinheitcomputer unit
- 99
- Datenbus im FahrzeugData bus in the vehicle
- 1010
- MultifunktionsdisplayMultifunction display
- 1111
- Rundinstrumenteround instruments
- 1212
- freiprogrammierbares Anzeigefeldfreely programmable display field
- 1313
- Leistungsdynamik-BalkenPower dynamic bar
- 1414
- Anzeigebereich für dritten Dynamik-BereichDisplay area for third dynamic range
- 15, 15A, 15B15, 15A, 15B
- Anzeigebereich für zweiten Dynamik-BereichDisplay area for second dynamic range
- 1616
- Anzeigebereich für ersten Dynamik-BereichDisplay area for first dynamic range
- 1717
- Warnsymbol für ersten Dynamik-BereichWarning symbol for first dynamic range
- 2020
- Spitzenleistungskurve einer Hochvolt-BatterieTop performance curve of a high-voltage battery
- 2121
- Dauerleistung einer Hochvolt-BatterieContinuous power of a high-voltage battery
- 2222
- StromabgabehistorieCurrent Output History
- PSPS
- SpitzenleistungTop performance
- PDPD
- Dauerleistungcontinuous power
- ID I D
- Dauerstromcontinuous current
- IS I S
- Spitzenstrompeak current
- Imax I max
- maximal abgebbarer Strommaximum deliverable current
- IN I N
- Nominalstromnominal power
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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