DE102012209645A1 - Method for controlling the charging operation in an electric motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Steuerung des Ladebetriebs einer einem Elektromotor (2) zugeordneten Batterie (3) in einem Elektro-Kraftfahrzeug (1), wobei ein unterhalb eines Maximalladezustands der Batterie (3) liegender Zielladezustand in Abhängigkeit einer wenigstens teilweise auf einen unmittelbar bevorstehenden Betriebsabschnitt bezogenen Betriebsvorhersageinformation des Kraftfahrzeugs (1) ermittelt wird und ein Aufladen der Batterie (3) auf den Zielladezustand begrenzt wird.Method for controlling the charging operation of a battery (3) in an electric motor vehicle (1) assigned to an electric motor (2), wherein a target charge state lying below a maximum charge state of the battery (3) is determined as a function of an operation prediction information of the at least partially related operating section Motor vehicle (1) is determined and a charging of the battery (3) is limited to the Zielladezustand.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Ladebetriebs einer einem Elektromotor zugeordneten Batterie in einem Elektro-Kraftfahrzeug sowie ein Elektro-Kraftfahrzeug. The invention relates to a method for controlling the charging operation of an electric motor associated battery in an electric motor vehicle and an electric motor vehicle.
Elektro-Kraftfahrzeuge, häufig auch kurz als Elektrofahrzeuge bezeichnet, sind im Stand der Technik bereits bekannt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftfahrzeugen werden sie nicht durch einen Verbrennungsmotor, sondern durch einen Elektromotor betrieben, der von einer Batterie, insbesondere einer Hochspannungsbatterie, als Energiespeicher gespeist wird. Electric motor vehicles, often also referred to as electric vehicles for short, are already known in the prior art. In contrast to conventional motor vehicles they are not operated by an internal combustion engine, but by an electric motor which is powered by a battery, in particular a high-voltage battery, as energy storage.
Ein wichtiges Thema bei solchen Elektro-Kraftfahrzeugen ist die Reichweite, weswegen versucht wird, Batterien mit immer größeren Kapazitäten zu schaffen, um die Reichweite von Elektro-Kraftfahrzeugen möglichst zu erhöhen. Mit dem Wunsch nach einer möglichst maximalen Reichweite geht jedoch auch eine starke Belastung der Batterie einher, nachdem ein hoher Ladezustand der Lebensdauer abträglich ist. An important issue in such electric vehicles is the range, which is why it is trying to create batteries with ever larger capacity in order to increase the range of electric vehicles as possible. With the desire for a maximum range as possible, however, is also a heavy burden on the battery, after a high state of charge is detrimental to the life.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, den Ladebetrieb der Batterie so zu steuern, dass bei hinreichender verfügbarer Energie in der Batterie dennoch die Lebensdauer der Batterie erhöht, insbesondere optimiert, wird. The invention is therefore based on the object to provide a way to control the charging operation of the battery so that with sufficient available energy in the battery still increases the life of the battery, in particular optimized.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein unterhalb eines Maximalladezustands der Batterie liegender Zielladezustand in Abhängigkeit einer wenigstens teilweise auf einen unmittelbar bevorstehenden Betriebsabschnitt bezogenen Betriebsvorhersageinformation des Kraftfahrzeugs ermittelt wird und ein Aufladen der Batterie auf den Zielladezustand begrenzt wird. To achieve this object, the invention provides that in a method of the type mentioned above, located below a maximum state of charge of the battery Zielladezustand is determined as a function of at least partially related to an imminent operating section operating forecast information of the motor vehicle and charging of the battery is limited to the Zielladezustand ,
Vorgeschlagen wird also eine optimierte Betriebsführung für eine Batterie, wobei hiervon auch ein Batteriepack umfasst sein soll, im Hinblick auf die Lebensdauer der Batterie. Erkannt wurde, dass die kalendarische Alterung der Batterie stark von der momentanen Spannung bzw. dem momentanen Ladezustand der Batterie abhängt. Dies gilt insbesondere für Lithium-Ionen-Batterien oder Zellen mit Oxidkathoden. Jedoch gilt auch im Allgemeinen, dass die Alterung mit dem Ladezustand des Energiespeichers bzw. der Einzelzelle korreliert ist. Grundsätzlich kann dabei gesagt werden, dass je höher der Ladezustand der Batterie ist, insbesondere also auch je höher die Spannung der Batterie ist, desto höher auch die Alterung der Batterie ist. So it is proposed an optimized operation management for a battery, of which also a battery pack should be included, in terms of the life of the battery. It has been recognized that the calendar aging of the battery strongly depends on the current voltage or the current state of charge of the battery. This applies in particular to lithium-ion batteries or cells with oxide cathodes. However, it is also generally true that the aging is correlated with the state of charge of the energy store or the single cell. Basically, it can be said that the higher the state of charge of the battery, in particular so the higher the voltage of the battery, the higher the aging of the battery is.
Ebenso ist zu beachten, dass eine Zyklenalterung bei Batterien besteht, die von der sogenannten Zyklentiefe abhängig ist, das bedeutet, der pro Entlade-/Ladevorgang aus der Batterie entnommenen bzw. in die Batterie zugeführten elektrischen Energie. Wird diese reduziert, so kann eine höhere Zyklenzahl (und mithin eine höhere Lebensdauer) realisiert werden. Diese ist überproportional, d. h., der gesamte Umsatz an elektrischer Energie durch die Batterie über die Lebensdauer steigt mit geringerer Zyklentiefe deutlich an. It should also be noted that there is a cycle aging in batteries, which is dependent on the so-called cycle depth, that is, the electrical energy taken from the battery or discharged into the battery per discharge / charge process. If this is reduced, then a higher number of cycles (and thus a longer service life) can be realized. This is disproportionate, d. that is, the total electrical energy turnover through the battery over the lifetime increases significantly with less cycle depth.
Konsequenterweise schlägt die vorliegende Erfindung vor, dass die Batterie nicht immer auf einen Maximalladezustand aufgeladen wird, der üblicherweise durch bestimmte Bedingungen definierbar ist, sondern die Ladung der Batterie auf einen unterhalb des Maximalladezustands liegenden Zielladezustand begrenzt wird, wenn ermittelt werden kann, dass eine größere Energiemenge im Hinblick auf den nun folgenden Betrieb des Kraftfahrzeugs nicht mehr erforderlich ist. Hierzu wird eine Betriebsvorhersageinformation ausgewertet, die sich insbesondere, jedoch nicht zwangsläufig vollständig, auf einen unmittelbar bevorstehenden Betriebsabschnitt bezieht, so dass eine Information über die tatsächlich demnächst benötigte Energiemenge und mithin einen Zielladezustand daraus abgeleitet werden kann. Unter einem Betriebsabschnitt kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein mit einem erneuten Ladevorgang (Netzladevorgang) abgeschlossener Betriebsabschnitt verstanden werden, insbesondere ein mit einem erneuten Ladevorgang an einer Ladestation abgeschlossener Betriebsabschnitt. Bei dieser Art von unmittelbar bevorstehenden Betriebsabschnitten ist insbesondere eine Nutzung des Kraftfahrzeugs für den Fahrbetrieb gegeben. Denkbar ist jedoch auch ein unmittelbar bevorstehender Betriebsabschnitt, der ein Verbleiben an der Ladestation bis zu einer weiteren Fahrt betrifft, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden soll. Ebenso kann der bevorstehende Betriebsabschnitt ein Abschnitt sein, in dem das Kraftfahrzeug für eine bestimmte Zeit nicht genutzt wird. Consequently, the present invention proposes that the battery is not always charged to a maximum state of charge, which is usually definable by certain conditions, but the charge of the battery is limited to a below the maximum state of charge target charge state, if it can be determined that a larger amount of energy in view of the now following operation of the motor vehicle is no longer required. For this purpose, an operation prediction information is evaluated, which relates in particular, but not necessarily completely, to an immediately imminent operating section, so that information about the amount of energy actually required in the near future and hence a destination load state can be derived therefrom. In the context of the present invention, an operating section may, in particular, be understood as an operating section concluded with a renewed charging process (mains charging process), in particular an operating section concluded with a renewed charging process at a charging station. In this type of imminent operating sections in particular a use of the motor vehicle for the driving operation is given. It is also conceivable, however, an imminent operation section, which concerns a stay at the charging station until a further trip, which will be discussed in more detail below. Likewise, the upcoming operating section may be a section in which the motor vehicle is not used for a certain time.
Durch die Beschränkung des Ladens der Batterie im Hinblick auf vorhergesagte zukünftige Betriebszustände ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren mithin eine Verlängerung der Lebensdauern von Batterien, insbesondere im Hinblick auf die kalendarische Alterung, aber auch im Hinblick auf die Zyklenalterung. Es werden mithin Zusatzinformationen genutzt, um eine der Haltbarkeit der Batterie zuträgliche Betriebsstrategie zu ermöglichen. By limiting the charging of the battery in view of predicted future operating conditions, the method according to the invention thus makes it possible to extend the service lives of batteries, in particular with regard to calendar aging, but also with regard to cycle aging. Thus, additional information is used to enable the durability of the battery-friendly operating strategy.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Zielladezustand als ein für den unmittelbar bevorstehenden, mit einem erneuten Aufladevorgang abgeschlossenen Betriebsabschnitt ermittelte Energiebedarf plus einen Sicherheitswert bestimmt wird. Ist beispielsweise bekannt, dass das Kraftfahrzeug eine bestimmte Strecke zurücklegen wird, wird für diese eine vorher zumindest ungefähr bekannte Energiemenge, der Energiebedarf, benötigt. Diese Energie ist mithin minimal erforderlich, um die Strecke zurücklegen zu können. Die Erfindung schlägt jedoch vor, auch einen Sicherheitszuschlag in Form des beispielsweise festen Sicherheitswerts zu verwenden, der dem Bediener des Kraftfahrzeugs psychologische Sicherheit gibt, die Anforderungen an seine Fahrtwünsche erfüllen zu können. Denkbar ist es neben einem festen, vorbestimmten Sicherheitswert aber auch, einen von dem Energiebedarf abhängigen Sicherheitswert zu verwenden, beispielsweise einen prozentualen Anteil aufzuschlagen. Auf dieser Basis wird der Zielladezustand ermittelt, bis zu dem die Batterie maximal geladen wird. In an advantageous embodiment of the present invention, it may be provided that the destination charge state is determined as an operating section that is imminent for the imminent recharge process Energy requirement plus a safety value is determined. If, for example, it is known that the motor vehicle will travel a certain distance, a previously at least approximately known amount of energy, the energy requirement, is required for it. This energy is therefore minimal required to cover the distance can. However, the invention proposes to use a safety margin in the form of, for example, fixed safety value, which gives the operator of the motor vehicle psychological security to meet the requirements of his driving requirements. It is conceivable, in addition to a fixed, predetermined safety value but also to use a dependent on the energy demand safety value, for example, set up a percentage. On this basis, the target charge state up to which the battery is charged to the maximum is determined.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Zielladezustand auch unter Berücksichtigung regenerativer Anteile des unmittelbar bevorstehenden Betriebsabschnitts ermittelt wird, insbesondere im Hinblick auf eine Energieaufnahmefähigkeit der Batterie. So ist es beispielsweise möglich, dass auch ein regenerativer Betrieb des Kraftfahrzeugs, beispielsweise beim Bergabfahren, worin über den elektrischen Generator elektrische Energie erzeugt wird, zu berücksichtigen. Dies kann jedoch nicht nur im Hinblick auf einen Energiebedarf für eine bestimmte Strecke erfolgen, sondern auch hinsichtlich der Aufnahmefähigkeit der Batterie selbst. So kann beispielsweise ein Fall gegeben sein, in dem ein Kraftfahrzeug zu Beginn des Betriebsabschnitts zunächst regenerativ geladen wird, beispielsweise, indem es einen Berg hinunterfährt und entsprechend Strom generiert wird. Um diesen in der Batterie aufnehmen zu können, darf der Ladezustand der Batterie zu Beginn nicht 100 % betragen, mithin dem Maximalladezustand entsprechen. Vielmehr muss je nach Höhe des einzuspeisenden Stromes und der einzuspeisenden Energiemenge, ein Ladezustand gewählt werden (der Zielladezustand), der die Einspeisung der vorausberechneten Energiemenge beim erwarteten Strom erlaubt. Auf diese Weise ist sogar eine doppelte Optimierung des Ladebetriebs der Batterie möglich, denn zum einen ist der Zielladezustand im Stand geringer als der Maximalladezustand, zum anderen wird gewährleistet, dass die durch regeneratives Einspeisen erzeugte Energie weitestgehend von der Batterie als Energiespeicher aufgenommen werden kann. It may further be provided that the target charge state is also determined taking into account regenerative components of the immediately preceding operating section, in particular with regard to an energy absorption capability of the battery. Thus, it is possible, for example, that a regenerative operation of the motor vehicle, for example when driving downhill, in which electrical energy is generated via the electric generator, must be taken into account. However, this can be done not only in terms of energy requirements for a certain distance, but also in terms of capacity of the battery itself. For example, there may be a case in which a motor vehicle at the beginning of the operating section is initially charged regeneratively, for example, by driving down a mountain and generating electricity accordingly. To be able to absorb this in the battery, the state of charge of the battery at the beginning must not be 100%, thus correspond to the maximum charge state. Rather, depending on the amount of current to be injected and the amount of energy to be injected, a state of charge must be selected (the target charge state) that allows the supply of the predicted amount of energy at the expected current. In this way, even a double optimization of the charging operation of the battery is possible because on the one hand, the Zielladezustand is less than the maximum state of charge, on the other hand, it ensures that the energy generated by regenerative feeding can be largely absorbed by the battery as energy storage.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Zielladezustand ferner in Abhängigkeit einer Außentemperatur bestimmt oder angepasst wird. Konkret kann dabei vorgesehen sein, dass mit sinkender Außentemperatur ein höherer Zielladezustand ermittelt wird. Abhängig von der Außentemperatur kann der Zielladezustand der Batterie unterschiedlich gewählt und eingestellt werden, denn es wird die Erkenntnis berücksichtigt, dass bei gleicher Fahrtleistung (Betriebsleistung) eine größere Energiemenge bei geringerer Außentemperatur benötigt wird. Dies ist zum einen im Innenwiderstand der Batterie begründet, nachdem eine Erhöhung des Innenwiderstands höhere Verluste und dergleichen bewirkt. Hierzu kommt, dass eventuell nur eine geringere Leistung an den Antrieb, konkret den Elektromotor, abgegeben werden kann bzw. die untere Abschaltspannung der Batterie schneller erreicht wird. Schließlich wird bei niedrigeren Temperaturen statistisch mehr Energie aus der Batterie für Heiz- und Klimatisierungszwecke verwendet werden. Beispielsweise kann zur Berücksichtigung der Außentemperatur vorgesehen sein, dass ein Wert für den Energiebedarf pro real gefahrenen Kilometer abhängig von der Außentemperatur angepasst wird, jedoch sind auch andere Möglichkeiten denkbar, den Zielladezustand der Außentemperatur anzupassen, beispielsweise durch nachträgliche Anpassung eines Berechnungsergebnisses und dergleichen. In a further advantageous embodiment of the present invention can be provided that the Zielladezustand is also determined or adjusted depending on an outside temperature. Specifically, it can be provided that a higher Zielladezustand is determined with decreasing outside temperature. Depending on the outside temperature of the Zielladezustand the battery can be chosen and set differently, because it is taken into account the realization that with the same drive performance (operating performance) a larger amount of energy at lower outside temperature is needed. This is based on the one hand in the internal resistance of the battery, after an increase in the internal resistance causes higher losses and the like. In addition it comes that possibly only a smaller achievement to the drive, concretely the electric motor, can be discharged and / or the lower cut-off voltage of the battery is reached faster. Finally, at lower temperatures, statistically more energy will be used from the battery for heating and air conditioning purposes. For example, to account for the outside temperature, it may be provided that a value for the energy requirement per kilometer traveled is adjusted as a function of the outside temperature, but other possibilities are also conceivable for adapting the target load state to the outside temperature, for example by subsequently adapting a calculation result and the like.
Die Außentemperatur kann dabei über eine Messeinrichtung des Kraftfahrzeugs selber bestimmt werden. Auch ein aus einer vorangegangenen Fahrt abgeleiteter, dort messtechnisch aufgenommener Wert kann verwendet werden. Denkbar ist es jedoch auch, andere Informationsquellen zu verwenden, beispielsweise dann, wenn das Kraftfahrzeug Zugriff auf Daten einer externen Messvorrichtung hat oder gar, zumindest während des Anschlusses an eine Ladestation, mit einem Netzwerk, insbesondere dem Internet, verbunden ist. Dann kann also allgemein eine erwartete oder aktuelle Außentemperatur über eine Kommunikationsverbindung aus einer externen Informationsquelle, insbesondere dem Internet, abgerufen wird. Dabei kann eine Aussage über die erwartete Außentemperatur aus einer Wettervorhersage oder anderen Vorhersage abgeleitet und an die Batteriesteuerung übermittelt werden. The outside temperature can be determined via a measuring device of the motor vehicle itself. A value derived from a previous journey and recorded there by measurement can also be used. However, it is also conceivable to use other sources of information, for example if the motor vehicle has access to data from an external measuring device or even, at least during the connection to a charging station, is connected to a network, in particular the Internet. Then, in general, an expected or current outside temperature can be retrieved via a communication connection from an external information source, in particular the Internet. In this case, a statement about the expected outside temperature can be derived from a weather forecast or other prediction and transmitted to the battery controller.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass es, wie im Stand der Technik bekannt, grundsätzlich mehrere Ansätze gibt, um einen aktuellen Ladezustand einer Batterie zu bestimmen und mithin die Einhaltung des Zielladewerts zu ermöglichen. So ist es beispielsweise bei Batterien mit Oxidkathoden bekannt, dass aus der aktuellen Batteriespannung unmittelbar auf den aktuellen Ladezustand (häufig auch kurz SOC – state of charge) rückgeschlossen werden kann. Dann kann insbesondere auch der Zielladezustand in Form einer Batteriespannung ermittelt werden. Doch auch für andere Arten von Batterien sind Möglichkeiten bekannt, den aktuellen Ladezustand zu bestimmen, beispielsweise, ein Messgerät für in die Batterie zugeführte und aus der Batterie abgeführte Ladung (Ampèrestundenzähler). Ein solches Messgerät kann immer dann, wenn der Maximalladezustand oder ein Minimalladezustand erreicht ist, entsprechend kalibriert werden, um kumulative Fehler im Betrieb möglichst zu vermeiden. Generell stellt der Amperestundezähler die einfachste Art der Energiebilanzierung in einer Batterie dar. Beispiele für Batterien, in denen ein derartiges Messgerät als zentrales Element eingesetzt werden kann, sind Batterien mit Eisenphosphat-Kathoden oder Titanat-Kathoden. Jedoch sind auch andere, im Stand der Technik bekannte Möglichkeiten zur Bestimmung eines aktuellen Ladezustands im erfindungsgemäßen Verfahren selbstverständlich einsetzbar. In this context, it should be noted that, as known in the art, there are basically several approaches to determine a current state of charge of a battery and thus to allow compliance with the Zieladeleverts. For example, in the case of batteries with oxide cathodes, it is known that it is possible to deduce directly from the current battery voltage the current state of charge (frequently also SOC - state of charge). Then, in particular, the Zielladezustand can be determined in the form of a battery voltage. But also for other types of batteries ways are known to determine the current state of charge, for example, a meter for in the battery supplied and discharged from the battery charge (Ampèundundzählähler). Such a meter can whenever the maximum state of charge or a Minimum charge state is reached, calibrated accordingly to avoid cumulative errors in the operation as possible. In general, the ampere-hour meter is the simplest type of energy balancing in a battery. Examples of batteries in which such a meter can be used as a central element are batteries with iron phosphate cathodes or titanate cathodes. However, other methods known in the prior art for determining a current state of charge in the method according to the invention can of course also be used.
Die Betriebsvorhersageinformation kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf unterschiedliche Art und Weise bestimmt werden. So ist es zum einen denkbar, dass die Betriebsvorhersageinformation aus einer Eingabe eines Bedieners des Kraftfahrzeugs ermittelt wird. In diesem Fall ist also eine Schnittstelle zum Bediener vorhanden, über die der Bediener gewisse erwartete Nutzungsszenarien eingeben kann. Aufgrund dieser Informationen wird die Batterie des Kraftfahrzeugs schonend, beispielsweise nicht komplett, geladen, so dass die Lebensdauer verlängert wird. The operation prediction information can be determined in different ways in the context of the present invention. For example, it is conceivable that the operating prediction information is determined from an input of an operator of the motor vehicle. In this case, there is an interface to the operator through which the operator can enter certain expected usage scenarios. Based on this information, the battery of the motor vehicle is gently, for example, not completely charged, so that the life is extended.
Zusätzlich oder alternativ ist es jedoch auch denkbar, dass die Betriebsvorhersageinformation aus Betriebsdaten der Vergangenheit und/oder Betriebsdaten über geplante Fahrten ermittelt wird. In diesem Fall wird also die Historie und/oder eine Planungsinformation ausgewertet, um Vorhersagen für die Zukunft treffen zu können. Additionally or alternatively, however, it is also conceivable that the operating prediction information is determined from operating data of the past and / or operating data about planned journeys. In this case, therefore, the history and / or planning information is evaluated in order to make predictions for the future.
Konkret kann vorgesehen sein, dass die Betriebsvorhersageinformation durch Eingabe eines vorbestimmten Betriebsszenarios durch einen Bediener ermittelt wird oder aus einer durch einen Benutzer vorgegebenen, zu befahrenden Strecke, insbesondere unter Nutzung von Navigationsdaten eines Navigationssystems, ermittelt wird. Möglich ist es also, dass ein Benutzer ein grobes, insbesondere vordefiniertes Benutzungsszenario für den nächsten Betriebsabschnitt angibt, beispielsweise eine ungefähre Fahrtstrecke oder dergleichen. Hierzu können dem Benutzer, beispielsweise an einem Mensch-Maschine-Interface, mehrere Möglichkeiten angeboten werden. Vorteilhaft ist es jedoch auch, wenn aus einer durch einen Benutzer vorgegebenen, zu befahrenden Strecke die Betriebsvorhersageinformation ermittelt wird. Ist beispielsweise bekannt, wie das Kraftfahrzeug zu welchem Ziel während des nächsten Betriebsabschnitts, für den geladen wird, fahren soll, kann zur Ermittlung des Zielladezustands dann abgeschätzt werden, welcher Energiebedarf für diese Strecke tatsächlich besteht. Hierbei kann ein Navigationssystem weitere Informationen, beispielsweise über Steigungs- und Gefälleanteile, liefern, um eine noch genauere Auswertung im Hinblick auf den Zielladezustand zu ermöglichen. Derartige Abschätzungen sind beispielsweise aus dem Bereich der Reichweitenberechnung anhand von Navigationsdaten bereits grundsätzlich bekannt. Specifically, it can be provided that the operating prediction information is determined by inputting a predetermined operating scenario by an operator or is determined from a predetermined by a user to be traveled route, in particular using navigation data of a navigation system. Thus, it is possible for a user to specify a rough, in particular predefined, usage scenario for the next operating section, for example an approximate route or the like. For this purpose, the user, for example, on a man-machine interface, several options can be offered. However, it is also advantageous if the operating prediction information is determined from a route specified by a user to be traveled. If, for example, it is known how the motor vehicle should travel to which destination during the next operating section for which it is being loaded, it can then be estimated in order to determine the destination load state which energy requirement actually exists for this route. In this case, a navigation system can provide further information, for example about inclines and slopes, in order to enable an even more accurate evaluation with regard to the destination charge state. Such estimates are already known, for example, from the field of range calculation based on navigation data in principle.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Betriebsdaten der Vergangenheit auf wiederkehrende Verbrauchsmuster analysiert werden, insbesondere sich täglich und/oder wöchentlich und/oder monatlich wiederholende Fahrten und/oder Verbräuche. Es kann also eine Logik vorgesehen sein, die einen normalen Betriebszustand, beispielsweise wochentagsabhängig, aus der Historie, den Betriebsdaten, vorhersagen kann, indem entsprechende Analysen im Hinblick auf zeitliche Muster durchgeführt werden. In a particularly advantageous embodiment of the present invention can be provided that the operating data of the past are analyzed for recurrent consumption patterns, in particular daily and / or weekly and / or monthly repeating journeys and / or consumption. Thus, a logic can be provided which can predict a normal operating state, for example, on the basis of the day, from the history, the operating data, by carrying out corresponding analyzes with regard to temporal patterns.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Betriebsdaten für sich täglich und/oder wöchentlich und/oder monatlich wiederholende Fahrten und/oder sonstige für einen bestimmten Termin geplante Fahrten über eine Kommunikationsverbindung, insbesondere das Internet, aus einer kraftfahrzeugexternen Quelle, insbesondere einer Kalenderapplikation, abgerufen werden. Wie bereits bezüglich der Außentemperatur erwähnt, können also auch externe Informationsquelle benutzt werden, insbesondere Kommunikationsverbindungen in das Internet, die allgemein oder während des Ladebetriebs bestehen. Insbesondere ist eine Verknüpfung mit einer persönlichen Kalenderapplikation, also Software, des Benutzers möglich, um Informationen über vergangene und geplante Fahrten zu ermitteln. Dies kann aus direkten Einträgen erfolgen, aber auch durch Ableitung beispielsweise aus dem Bestehen von Terminen an bestimmten Orten. Es wird also eine „Koppelung“ eines elektronischen Kalenders mit der Batteriesteuerung, hier konkret der Steuerung des Ladebetriebs, vorgeschlagen. Furthermore, it is expedient for the operating data for daily and / or weekly and / or monthly repeating journeys and / or other journeys planned for a particular appointment to be called up via a communication connection, in particular the Internet, from a source external to the motor vehicle, in particular a calendar application , As already mentioned with regard to the outside temperature, so also external information source can be used, in particular communication links to the Internet, which exist in general or during the charging operation. In particular, a link with a personal calendar application, ie software, of the user is possible to determine information about past and planned trips. This can be done from direct entries, but also by derivation, for example, from the existence of appointments at certain locations. Thus, a "coupling" of an electronic calendar with the battery control, in this case specifically the control of the charging operation, proposed.
Dabei ist es im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig möglich, bei einer vollautomatisch ermittelten Betriebsvorhersageinformation diese in Abhängigkeit einer Benutzereingabe im Hinblick auf wenigstens einen unmittelbar bevorstehenden Betriebsabschnitt zu verändern. Der Benutzer kann also jederzeit mit einer Eingabe im Voraus einen anderen Betrieb herbeiführen, wenn er die optimierte Betriebsweise zu Gunsten beispielsweise einer optimierten Reichweite im Einzelfall aufgeben möchte. Sollte also eine andere Funktionalität gewünscht sein, beispielsweise im Einzelfall eine größere Reichweitenanforderung bestehen, kann die erfindungsgemäß realisierte Funktion jederzeit zumindest temporär im Voraus abgeschaltet werden bzw. der größeren Reichweitenanforderung entsprechend angepasst werden. In the context of the method according to the invention, it is expediently possible, in the case of fully automatically determined operating forecast information, to change this as a function of user input with regard to at least one imminent operating section. The user can therefore at any time bring about an operation with an input in advance, if he wants to give up the optimized mode of operation in favor of, for example, an optimized range in each individual case. Thus, if another functionality would be desired, for example a larger range requirement exist in the individual case, the function realized according to the invention can be switched off at any time at least temporarily in advance or be adapted to the larger range requirement accordingly.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass als Betriebsvorhersageinformation eine insbesondere eine Zeitdauer umfassende Urlaubsinformation ermittelt wird, insbesondere durch Betätigung wenigstens eines Bedienelements durch einen Bediener des Kraftfahrzeugs. In dieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es also denkbar, eine spezielle Betriebsvorhersageinformation zu ermitteln, die ein Verbleiben des Kraftfahrzeugs an der Ladestation für eine bestimmte Zeitdauer angibt, so dass der Lade- und insbesondere auch Entladebetrieb in diesem Wissen angepasst werden kann. Dabei kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass als Zielladezustand bei Vorliegen einer Urlaubsinformation ein vorbestimmter, zwischen dem Maximalladezustand und einem Minimalladezustand liegender, insbesondere exakt die Hälfte des Maximalladezustands betragender, Mittelladezustand verwendet wird. Die Batterie wird also, wenn eine Nutzung des Kraftfahrzeugs für den Fahrbetrieb ohnehin nicht vorgesehen wird, in einen mittleren Ladezustand als Zielladezustand verbracht, in dem sie einer deutlich geringeren Alterung ausgesetzt ist als im Maximalladezustand. Hierzu kommt, dass bei einem Halten der Batterie im Mittelladezustand keine Gefahr einer massiven Beschädigung der Batterie durch beispielsweise eine Tiefentladung im leeren Zustand der Batterie vorliegt. Denn fällt der Ladezustand der Batterie unter einen Minimalladezustand, insbesondere also die Batteriespannung unter eine Minimalspannung, kann es zu einer bis zur irreversiblen Schädigung der Zellen, die einen Austausch der Zelle oder Batterie nötig macht, und dergleichen kommen. Ein derartiges Risiko wird in dem hier beschriebenen „Urlaubsbetrieb“ vermieden. In a particularly advantageous embodiment of the present invention, it can be provided that as operating forecast information In particular, a period comprehensive holiday information is determined, in particular by actuation of at least one operating element by an operator of the motor vehicle. In this embodiment of the present invention, it is therefore conceivable to determine a specific operating prediction information that indicates the remaining of the motor vehicle at the charging station for a certain period of time, so that the charging and in particular unloading operation can be adapted in this knowledge. It can expediently be provided that a predetermined, between the maximum charge state and a minimum charge state lying, in particular exactly half of the maximum charge state amounts amount, medium load state is used as Zielladezustand in the presence of a holiday information. The battery is thus, if a use of the motor vehicle for driving is not provided anyway, spent in a medium state of charge as Zielladezustand in which it is exposed to a much lower aging than the maximum state of charge. In addition, if the battery is held in the mid-charge state, there is no danger of massive damage to the battery, for example due to a deep discharge in the empty state of the battery. For if the state of charge of the battery falls below a minimal charge state, in particular, the battery voltage below a minimum voltage, it can lead to irreparable damage to the cells, which makes replacement of the cell or battery necessary, and the like. Such a risk is avoided in the "holiday business" described here.
Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn bei Vorliegen einer Nichtnutzungsinformation über die bevorstehende Nicht-Nutzung des Kraftfahrzeugs für den Fahrbetrieb, insbesondere einer Urlaubsinformation, die Batterie zu einer ein an sie angeschlossenes Stromnetz unterstützenden Energieabgabe und/oder Energieaufnahme betrieben wird, wobei der Ladezustand der Batterie innerhalb eines vorgegebenen Zielintervalls verbleibt. Ist also eine Batterie mit bidirektionaler Netzanbindung gegeben, so kann das Vorliegen der Nichtnutzungs- oder Urlaubsinformation bewirken, dass die Batterie für den vorgegebenen Zeitraum (verstärkt) für Netzdienstleistungen herangezogen wird. Hierbei kann ein Zusammenwirken eines Batteriesteuergeräts mit einem Steuergerät der Ladestation im Rahmen eines erweiterten Batteriemanagements vorgesehen sein. Doch auch in diesem Fall wird auf einen optimalen Bereich des Ladezustandes, der in Abhängigkeit von der Batteriechemie festgelegt werden kann, geachtet. Auf diese Weise wird die Alterung der Batterie minimiert. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Batterie in diesem Zustand in beide Richtungen eine möglichst hohe Leistung erbringen bzw. aufnehmen kann. Dabei kann ein zwischen 10 bis 40% des Maximalladezustands und 50 bis 95% des Maximalladezustands, bevorzugt zwischen 20 bis 30% des Maximalladezustands und 60 bis 90% des Maximalladezustands, liegendes Zielintervall verwendet werden, abhängig von der Batterie, ihrer chemischen Elektrodenzusammensetzung und damit ihrem Alterungsverhalten. Beispielsweise kann also die Steuerung so erfolgen, dass sich der Ladezustand der Batterie immer zwischen 20 und 70 % des Maximalladezustands bewegt. It is also particularly advantageous if in the presence of non-use information about the imminent non-use of the motor vehicle for driving, in particular holiday information, the battery is operated to a power supply connected to a supporting energy supply and / or energy consumption, the state of charge of the battery remains within a given target interval. So if a battery is provided with bi-directional network connection, the presence of the non-use or holiday information can cause the battery for the given period (reinforced) is used for network services. Here, an interaction of a battery control device with a control unit of the charging station can be provided in the context of an extended battery management. But even in this case, attention is paid to an optimum range of the state of charge, which can be determined as a function of the battery chemistry. In this way, the aging of the battery is minimized. Another advantage is that the battery in this state can perform or record the highest possible power in both directions. In this case, a target interval between 10 to 40% of the maximum charge state and 50 to 95% of the maximum charge state, preferably between 20 to 30% of the maximum charge state and 60 to 90% of the maximum charge state, depending on the battery, its chemical electrode composition and thus their aging behavior. For example, so the control can be such that the state of charge of the battery always moves between 20 and 70% of the maximum state of charge.
Es sei an dieser Stelle noch angemerkt, dass die Eingabe der Nichtnutzungsinformation als Betriebsvorhersageinformation zweckmäßigerweise an die Betätigung wenigstens eines Bedienelements durch einen Bediener des Kraftfahrzeugs gebunden ist, so dass ein derartiges Bedienelement beispielsweise als ein „Urlaubsknopf“ bezeichnet werden kann. Selbstverständlich kann eine äußerst benutzerfreundliche Variante beispielsweise über ein Mensch-Maschine-Interface im Kraftfahrzeug realisiert werden. It should also be noted at this point that the input of the non-use information as operating prediction information is expediently linked to the actuation of at least one operating element by an operator of the motor vehicle, so that such an operating element can be referred to, for example, as a "holiday button". Of course, a very user-friendly variant can be realized for example via a human-machine interface in the vehicle.
Ferner ist es in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass bei einer vorliegenden, sich auf einen Betriebsabschnitt nach der Zeitdauer der Nichtnutzungsinformation beziehenden weiteren Betriebsvorhersageinformation die Batterie zum Ende der Zeitdauer auf einen der weiteren Betriebsvorhersageinformation entsprechenden Zielladezustand geladen wird. Es kann mithin vorgesehen sein, dass zum Ende des Zeitraums, in dem das Kraftfahrzeug nicht zum Fahrbetrieb benötigt wird, die Batterie dann wieder in einen Zustand gebracht wird, in dem sie geeignet geladen ist, um einen folgenden Betriebsabschnitt wunschgemäß erfüllen zu können. Ist eine derartige weitere Betriebsvorhersageinformation nicht vorhanden, kann allgemein vorgesehen sein, dass zum Ende der Zeitdauer die Batterie in einen Zustand gebracht wird, in dem sie am oberen Ende des optimalen Ladezustandsfensters gehalten wird, wofür ein Endladezustandswert festgelegt oder ermittelt sein kann. Furthermore, in an expedient embodiment of the invention, in the case of a further operating prediction information relating to an operating section after the period of non-use information, the battery is charged at the end of the time to a destination charge state corresponding to the further operating prediction information. It can therefore be provided that at the end of the period in which the motor vehicle is not required for driving, the battery is then brought back into a state in which it is suitably charged in order to fulfill a subsequent operating section as desired. If such further operation prediction information is not present, it can generally be provided that, at the end of the time duration, the battery is brought into a state in which it is held at the upper end of the optimal state of charge window, for which purpose a final charge state value can be fixed or determined.
Die hier beschriebene „Urlaubsknopf“-Funktionalität kann beispielsweise auch für einen Feiertag, ein Wochenende oder dergleichen eingesetzt werden. The "holiday button" functionality described here can also be used, for example, for a public holiday, a weekend or the like.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Elektromotor, eine diesem zugeordnete Batterie und ein den Ladebetrieb der Batterie steuerndes Steuergerät, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, mit welchem mithin die Vorteile der vorliegenden Erfindung erhalten werden können. In addition to the method, the invention also relates to a motor vehicle, comprising an electric motor, a battery associated therewith and a charging device controlling the battery of the control device, which is designed to carry out the method according to the invention. All statements relating to the method according to the invention can be analogously transferred to the motor vehicle according to the invention, with which therefore the advantages of the present invention can be obtained.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen: Further advantages and details of the present invention will become apparent from the The following described embodiments and with reference to the drawing. Showing:
Der Betrieb der Batterie
Gemäß
Die Betriebsvorhersageinformation kann auf unterschiedliche Weise gewonnen werden, beispielsweise aufgrund einer Eingabe eines Bedieners des Kraftfahrzeugs
Hierfür seien einige Beispiele genannt. So können Betriebsvorhersageinformationen beispielsweise anhand einer Auswahl eines Nutzungsszenarios, welches beispielsweise durch einen gewünschten Reichweitebereich beschrieben wird, bestimmt werden. Einem solchen Reichweitebereich kann dann ein Zielladezustand zugeordnet sein, der sich am oberen Ende des Bereichs orientiert. Eine genauere Berechnung ist dann möglich, wenn als Betriebsvorhersageinformation Informationen einer durchzuführenden Fahrt, insbesondere also einer zurückzulegenden Strecke, bis zur nächsten Lademöglichkeit vorliegen. Dabei kann beispielsweise aus Eingaben des Bedieners in das Navigationssystem
Bevorzugt ist jedoch, dass auch eine automatische Auswertung von Betriebsdaten der Vergangenheit durch das Batteriesteuergerät
Weiterhin können über Koppelung, mithin Bestehen einer Kommunikationsverbindung, insbesondere über das Internet, die einen Datenabruf ermöglicht, mit einem (elektronischen) Kalender, also einer Kalenderapplikation, als Betriebsdaten Referenzdaten für tägliche Fahrten, geplante zusätzliche Fahrten an speziellen Tagen und andere Informationen bezüglich benötigter Reichweite erhalten werden. Die Koppelung mit einem Kalender kann weiterhin Daten über Monate und Jahreszeiten geben. Hierdurch kann auf eine Außentemperatur und andere Betriebsbedingungen geschlossen werden, die einen Einfluß auf den benötigten Ladezustand der Batterie haben könnten. Furthermore, via coupling, thus passing a communication connection, in particular via the Internet, which allows data retrieval, with an (electronic) calendar, ie a calendar application, as operating data reference data for daily trips, planned additional trips on special days and other information regarding the required range to be obtained. Pairing with a calendar can continue to give data over months and seasons. This can be concluded that an outside temperature and other operating conditions that could have an influence on the required state of charge of the battery.
Weiterhin kann über Koppelung mit einer Wettervorhersage und/oder sonstigen Informationsquelle, z.B. via Internet, die obige Außentemperatur- und Witterungsinformation weiter präzisiert werden. Furthermore, coupled with a weather forecast and / or other information source, e.g. via Internet, the above outdoor temperature and weather information further specified.
Dabei sei an dieser Stelle angemerkt, dass die aktuelle Betriebsvorhersage und der aktuelle Zielladezustand einem Benutzer, insbesondere über das Mensch-Maschine-Interface
In einem Schritt
Bei der Berechnung des Zielladezustands werden auch regenerative Anteile des unmittelbar bevorstehenden Betriebsabschnitts berücksichtigt. Während diese in einen Energiebedarf, beispielsweise abgeleitet aus Steigungsdaten, bereits ohnehin in der Summe eingehen können, können sie auch anderweitig berücksichtigt werden, beispielsweise, indem sichergestellt wird, dass grundsätzlich eine hinreichende Speicherkapazität der Batterie
Ein weiterer Parameter, der bei der Ermittlung des Zielladezustands in diesem Ausführungsbeispiel Berücksichtigung findet, ist die beispielsweise über den Außentemperatursensor
In einem Schritt
Eine besondere, in Schritt
Der Schritt
Etwas modifiziert ist das Vorgehen in Schritt
Naht das Ende der Zeitdauer, die der Urlaubsinformation beigefügt ist, so wird wieder ein höherer Zielladungszustand angestrebt, der einem festen, näher an dem Maximalladezustand gelegenen Zielladezustand entsprechen kann, jedoch auch aufgrund einer Information über einen nun folgenden Betriebsabschnitt, beispielsweise eine zu befahrende Strecke, gewählt werden kann. Die Steuerung des Ladevorgangs über das Batteriesteuergerät
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.
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