DE102016219624A1 - Method for controlling an electrical energy store - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Energiespeichers (2), insbesondere in einem Kraftfahrzeug (1), in dem der Energiespeicher (2) elektrische Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (1) bereitstellt, wobei der elektrische Energiespeicher (2) charakterisiert ist durch einen ersten Ladezustand (SOC1), bei dem der Energiespeicher (2) eine vorgegebene Mindestleistung bereitstellt, und einen zweiten Ladezustand (SOC2), welcher der vollgeladene Zustand des Energiespeichers (2) ist und mit dessen Betriebsdauer abnimmt. Der Energiespeicher (2) wird in einer ersten Betriebsphase (BP1) nach seiner Inbetriebnahme derart gesteuert, dass das Laden des Energiespeichers (2) über eine externe Ladestation höchstens bis zu einem Maximalladezustand (MAX) durchgeführt wird, der ein prozentualer Wert von 100% oder weniger des zweiten Ladezustands (SOC2) ist. Ferner wird im Betrieb des elektrischen Energiespeichers (2) ohne Ladung über eine externe Ladestation der elektrische Strom und/oder die elektrische Leistung gemessen, welche von dem Energiespeicher (2) abgegeben und aufgenommen werden, wobei mittels einer zeitlichen Integration des gemessenen Stroms und/oder der gemessenen Leistung die Veränderung des Ladezustands (SOC) des Energiespeichers (2) erfasst wird und basierend auf der erfassten Veränderung des Ladezustands (SOC) eine Entladung des Energiespeichers (2) ausgehend von dem Maximalladezustand (MAX) um eine vorgegebene Maximalladungsmenge (NH) zugelassen wird. Die Maximalladungsmenge (NH) ist derart festgelegt, dass der Maximalladezustand (MAX) bei Inbetriebnahme des Energiespeichers (2) abzüglich der Maximalladungsmenge (NH) einem Ladezustand (MIN) entspricht, der oberhalb des ersten Ladezustands (SOC1) liegt.The invention relates to a method for controlling an electrical energy store (2), in particular in a motor vehicle (1), in which the energy store (2) provides electrical energy for driving the motor vehicle (1), wherein the electrical energy store (2) is characterized by a first state of charge (SOC1), in which the energy store (2) provides a predetermined minimum power, and a second state of charge (SOC2), which is the fully charged state of the energy store (2) and decreases with its service life. The energy store (2) is controlled in a first operating phase (BP1) after its startup such that the charging of the energy store (2) via an external charging station at most up to a maximum charge state (MAX) is performed, a percentage value of 100% or is less of the second state of charge (SOC2). Furthermore, during operation of the electrical energy store (2) without charge via an external charging station, the electrical current and / or the electric power are measured, which are emitted and absorbed by the energy store (2), wherein by means of a temporal integration of the measured current and / or the measured power, the change in the state of charge (SOC) of the energy store (2) is detected and based on the detected change in the state of charge (SOC), a discharge of the energy store (2) from the maximum charge state (MAX) by a predetermined maximum charge amount (NH) allowed becomes. The maximum charge amount (NH) is set such that the maximum charge state (MAX) at startup of the energy store (2) minus the maximum charge amount (NH) corresponds to a charge state (MIN) that is above the first charge state (SOC1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug. The invention relates to a method for controlling an electrical energy store, in particular in a motor vehicle, as well as a corresponding motor vehicle.
In elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, wie z.B. Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, kommen elektrische Energiespeicher zum Einsatz, welche elektrische Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Dabei besteht das Problem, dass die Kapazität des Energiespeichers bei dessen Inbetriebnahme Schwankungen unterliegt, die z.B. durch Fertigungstoleranzen verursacht werden. Demzufolge kann eine feste Reichweite eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs aufgrund dieser Schwankungen nicht exakt vorgegeben werden. Darüber hinaus kommt es zu einer alterungsbedingten Verringerung der Kapazität des Energiespeichers, was zu einer unerwünschten Abnahme der Reichweite des Kraftfahrzeugs führt. Ferner werden herkömmlicherweise die Ladezustände des Kraftfahrzeugs bei dessen Fahrbetrieb geschätzt und basierend auf diesen Schätzwerten die Reichweite bestimmt. Aufgrund von Schätzfehlerkorrekturen kann es zu einer plötzlichen Abweichung in der dem Fahrer angegebenen Reichweite kommen, was unerwünscht ist. In electrically powered vehicles, such as e.g. Electric vehicles or hybrid vehicles, electric energy storage are used, which provide electrical energy to drive the motor vehicle. There is the problem that the capacity of the energy storage is subject to fluctuations during its commissioning, the e.g. caused by manufacturing tolerances. Consequently, a fixed range of an electrically driven motor vehicle due to these fluctuations can not be specified exactly. In addition, there is an aging-related reduction in the capacity of the energy storage, resulting in an undesirable decrease in the range of the motor vehicle. Furthermore, the state of charge of the motor vehicle during its driving operation is conventionally estimated and the range determined on the basis of these estimated values. Due to estimation error corrections, there may be a sudden deviation in the range indicated to the driver, which is undesirable.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichers zu schaffen, welches Schwankungen in der durch den Energiespeicher bereitgestellten Energiemenge in einem vorbestimmten Zeitraum nach Inbetriebnahme des Energiespeichers ausgleicht. The object of the invention is to provide a method for operating an electrical energy storage, which compensates for fluctuations in the amount of energy provided by the energy storage in a predetermined period of time after the energy storage device is put into operation.
Diese Aufgabe wird das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. This object is achieved by the method according to claim 1. Further developments of the invention are defined in the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Steuerung eines elektrischen Energiespeichers. Vorzugsweise ist der Energiespeicher in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, wobei der Energiespeicher in diesem Fall elektrische Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellt. Gegebenenfalls kann der elektrische Energiespeicher auch für andere Anwendungszwecke vorgesehen sein. Zum Beispiel kann es sich um einen Pufferspeicher für die Energie aus einer regenerativen Energiequelle (z.B. Wind oder Photovoltaik) handeln. Der Energiespeicher kann unterschiedlich ausgestaltet sein und umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform eine Vielzahl von Batteriezellen, wie z.B. Lithium-Ionen-Batterien. Der Energiespeicher ist durch einen ersten Ladezustand und einen zweiten Ladezustand charakterisiert. Im ersten Ladezustand stellt der Energiespeicher eine vorgegebene Mindestleistung bereit. Ist der Energiespeicher in einem Kraftfahrzeug vorgesehen, zeichnet sich der erste Ladezustand dadurch aus, dass bei Unterschreiten des ersten Ladezustands das Kraftfahrzeug nicht mehr durch den Energiespeicher antreibbar ist, da dieser nicht mehr genug Leistung liefert. Der erste Ladezustand stellt somit die physikalische Leistungsgrenze zum Antrieb des Kraftfahrzeugs durch den Energiespeicher dar. Der zweite Ladezustand entspricht dem vollgeladenen Zustand des Energiespeichers. Dieser Ladezustand nimmt mit der Betriebsdauer des Energiespeichers ab. Erfindungsgemäß wird der Energiespeicher in einer ersten Betriebsphase nach seiner (erstmaligen) Inbetriebnahme wie nachfolgend beschrieben gesteuert. The method according to the invention serves to control an electrical energy store. The energy store is preferably provided in a motor vehicle, the energy store in this case providing electrical energy for driving the motor vehicle. Optionally, the electrical energy storage may also be provided for other applications. For example, it may be a buffer of energy from a regenerative energy source (e.g., wind or photovoltaic). The energy storage device may be configured differently and in a preferred embodiment comprises a plurality of battery cells, such as e.g. Lithium-ion batteries. The energy store is characterized by a first state of charge and a second state of charge. In the first state of charge, the energy store provides a predetermined minimum power. If the energy store is provided in a motor vehicle, the first state of charge is characterized by the fact that, when the first state of charge is not reached, the motor vehicle can no longer be driven by the energy store since it no longer supplies enough power. The first state of charge thus represents the physical power limit for driving the motor vehicle through the energy store. The second state of charge corresponds to the fully charged state of the energy store. This state of charge decreases with the operating time of the energy store. According to the invention, the energy store is controlled in a first operating phase after its (initial) startup as described below.
Das Laden des Energiespeichers wird über eine externe Ladestation höchstens bis zu einem Maximalladezustand durchgeführt, der ein prozentualer Wert von 100% oder weniger des zweiten Ladezustands ist. Das Erreichen des Maximalladezustands kann z.B. über eine an sich bekannte Ladezustandsschätzung des Energiespeichers detektiert werden. The charging of the energy storage is performed via an external charging station at most up to a maximum state of charge, which is a percentage value of 100% or less of the second state of charge. Achieving the maximum state of charge may e.g. be detected via a known state of charge estimate of the energy storage.
Wenn der elektrische Energiespeicher hingegen ohne Ladung über eine externe Ladestation betrieben wird (was bei der Verwendung des Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug dem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs entspricht), wird der elektrische Strom gemessen, welcher von dem Energiespeicher abgegeben wird und ggf. auch aufgenommen wird (z.B. durch Rekuperation). Alternativ oder zusätzlich kann auch die elektrische Leistung gemessen werden, welche von dem Energiespeicher abgegeben und ggf. auch aufgenommen wird. Mittels einer zeitlichen Integration des gemessenen Stroms und/oder der gemessenen Leistung wird die Veränderung des Ladezustands des Energiespeichers erfasst. Basierend auf der erfassten Veränderung des Ladezustands wird eine Entladung des Energiespeichers ausgehend von dem (aktuellen) Maximalladezustand um eine vorgegebene Maximalladungsmenge zugelassen. Mit anderen Worten wird die Entladung des Energiespeichers gemessen und eine Energieentnahme aus dem Energiespeicher dann nicht mehr erlaubt (d.h. der Antrieb des Fahrzeugs gestoppt), wenn die gemessene Entladung der vorgegebenen Maximalladungsmenge entspricht. Die Maximalladungsmenge ist derart festgelegt, dass der Maximalladezustand bei Inbetriebnahme des Energiespeichers abzüglich der Maximalladungsmenge einem Ladezustand entspricht, der oberhalb des ersten Ladezustands liegt. On the other hand, if the electrical energy store is operated without charge via an external charging station (which corresponds to the driving operation of the motor vehicle when using the energy store in a motor vehicle), the electric current is measured, which is output by the energy store and possibly also recorded (eg by recuperation). Alternatively or additionally, it is also possible to measure the electrical power which is output by the energy store and possibly also recorded. By means of a temporal integration of the measured current and / or the measured power, the change in the state of charge of the energy store is detected. Based on the detected change in the state of charge, a discharge of the energy store is permitted from the (current) maximum charge state by a predetermined maximum charge amount. In other words, the discharge of the energy storage device is measured and energy extraction from the energy storage device is then no longer permitted (i.e., the drive of the vehicle stopped) when the measured discharge corresponds to the predetermined maximum charge amount. The maximum charge amount is set such that the maximum charge state at startup of the energy storage minus the maximum charge amount corresponds to a charge state that is above the first charge state.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die zur Entnahme aus dem Energiespeicher zugelassene Maximalladungsmenge fest vorgegeben wird und das Erreichen dieser Ladungsmenge direkt über eine Strom- bzw. Leistungsmessung detektiert wird. Durch die feste vorgegebene Maximalladungsmenge, die im Folgenden auch als Nutzhub bezeichnet wird, sind Schwankungen in der Kapazität des Energiespeichers für den Benutzer und insbesondere einen Fahrer in einem Kraftfahrzeug nicht mehr wahrnehmbar. Bei Verwendung des Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug wird die Reichweite des Kraftfahrzeugs basierend auf der gemessenen entnommenen Ladungsmenge in Relation zu dem festen Nutzhub bestimmt und über eine Benutzerschnittstelle im Kraftfahrzeug ausgegeben. Darüber hinaus weist das Verfahren den Vorteil auf, dass es durch die direkte Messung der Ladungsmenge zu keinen Schätzfehlern kommt, wie dies bei Ladezustandsschätzungen der Fall ist. Im Besonderen haben auch Korrekturen von fehlerhaften Schätzungen des Ladezustands keinen Einfluss auf die Reichweite des Kraftfahrzeugs. Ferner ist auch eine alterungsbedingte Abnahme der Kapazität des Energiespeichers für den Fahrer nicht mehr wahrnehmbar und führt nicht zu einer Reichweitenveränderung. The method according to the invention is characterized in that the maximum charge amount permitted for removal from the energy store is fixed and the achievement of this charge quantity is detected directly via a current or power measurement. Due to the fixed predetermined maximum charge amount, which is also referred to below as Nutzhub, are fluctuations in the capacity of the energy storage for the user and in particular a driver in a motor vehicle no longer perceptible. When using the energy store in a motor vehicle, the range of the motor vehicle is determined based on the measured amount of charge taken in relation to the fixed Nutzhub and output via a user interface in the motor vehicle. In addition, the method has the advantage that the direct measurement of the charge quantity does not lead to any estimation errors, as is the case with charge state estimates. In particular, corrections of faulty estimates of the state of charge have no effect on the range of the motor vehicle. Furthermore, an aging-related decrease in the capacity of the energy storage for the driver is no longer perceptible and does not lead to a range change.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der ersten Betriebsphase der prozentuale Wert des zweiten Ladezustands, der den Maximalladezustand definiert, weniger als 100%. Vorzugsweise liegt er zwischen 95% und 99% des zweiten Ladezustands. Im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren wird der Energiespeicher somit nicht mehr bis zum vollgeladenen Zustand geladen. Auf diese Weise wird ein Laden in einem Bereich sehr nahe am vollgeladenen Zustand vermieden. In diesem Bereich tritt eine Degradation des Energiespeichers auf, welche sich darin äußert, dass der Energiespeicher nur noch mit verminderter Leistung geladen werden kann. Durch das Vermeiden von Ladebereichen mit Degradation wird ein schnelleres Laden des Energiespeichers gewährleistet. In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, in the first operating phase, the percentage value of the second state of charge, which defines the maximum charge state, is less than 100%. Preferably, it is between 95% and 99% of the second state of charge. In contrast to the conventional method, the energy storage is thus no longer charged to the fully charged state. In this way, loading in an area very close to the fully charged state is avoided. In this area occurs a degradation of the energy storage, which manifests itself in that the energy storage can be charged only with reduced power. By avoiding loading areas with degradation faster charging of the energy storage is guaranteed.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Maximalladungsmenge zwischen 80% und 90% der Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten Ladezustand. Eine Maximalladungsmenge in dieser Größenordnung führt zu einer langsamen Kapazitätsalterung des Energiespeichers. In a further particularly preferred embodiment, the maximum charge amount is between 80% and 90% of the difference between the second and the first charge state. A maximum charge amount of this magnitude leads to a slow capacity aging of the energy storage.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die erste Betriebsphase dann beendet, wenn ein geschätzter Ladezustand des Energiespeichers beim Erreichen einer Entladung um die Maximalladungsmenge einen Grenzwert annimmt, bei dem die Differenz, um die der Grenzwert größer als der erste Ladezustand ist, eine vorgegebene Schwelle erreicht. Hierdurch wird sichergestellt, dass die untere Grenze des Nutzhubs nicht die physikalische Leistungsgrenze erreicht. Die vorgegebene Schwelle liegt in einer bevorzugten Variante zwischen 2% und 3% des Maximalladezustands bei Inbetriebnahme des Energiespeichers. In a further preferred embodiment, the first operating phase is terminated when an estimated state of charge of the energy store when reaching a discharge around the maximum charge amount assumes a limit value at which the difference by which the limit value is greater than the first state of charge reaches a predetermined threshold. This ensures that the lower limit of the useful stroke does not reach the physical performance limit. The predetermined threshold is in a preferred variant between 2% and 3% of the maximum state of charge when starting the energy storage.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht in einer zweiten Betriebsphase, welche sich unmittelbar an die erste Betriebsphase anschließt, der prozentuale Wert des zweiten Ladezustands, der den Maximalladezustand definiert, dem prozentualen Wert aus der ersten Betriebsphase. Das heißt, in der zweiten Betriebsphase wird über eine externe Ladestation höchstens bis zum gleichen prozentualen Wert wie in der ersten Betriebsphase geladen. Im Unterschied zur ersten Betriebsphase wird jedoch im Betrieb des Energiespeichers ohne Ladung über eine externe Ladestation (was bei der Verwendung des Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug dem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs entspricht) während der zweiten Betriebsphase der Ladezustand des Energiespeichers geschätzt und basierend auf dieser Schätzung eine Entladung des Energiespeichers zugelassen, bis der Ladezustand des Energiespeichers einen Schwellwert oberhalb des ersten Ladezustands erreicht, wobei der Schwellwert während der zweiten Betriebsphase konstant ist. Es wird somit in der zweiten Betriebsphase von einer Strom- bzw. Leistungsmessung zur Bestimmung der Entladung des Energiespeichers abgewichen und stattdessen in an sich bekannter Weise der Ladezustand geschätzt. Sollte der geschätzte Ladezustand den obigen Schwellwert erreichen, können verschiedene Aktionen ausgelöst werden. Bei der Verwendung des elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug kann z.B. der Antrieb des Kraftfahrzeugs gestoppt werden. Ebenso kann keine Restreichweite mehr angezeigt werden oder das Kraftfahrzeug kann mit reduzierter Leistung weiterfahren, bis der elektrische Energiespeicher komplett leer ist. In a further variant of the method according to the invention, in a second operating phase, which directly follows the first operating phase, the percentage value of the second state of charge, which defines the maximum charge state, corresponds to the percentage value from the first operating phase. That is, in the second phase of operation is loaded via an external charging station at most to the same percentage value as in the first phase of operation. In contrast to the first operating phase, however, during operation of the energy store without charge via an external charging station (which corresponds to the driving operation of the motor vehicle when using the energy store in a motor vehicle) during the second operating phase, the state of charge of the energy store is estimated and based on this estimate a discharge of the energy store Energy storage permitted until the state of charge of the energy storage device reaches a threshold above the first state of charge, the threshold during the second phase of operation is constant. It is thus deviated in the second phase of operation of a current or power measurement for determining the discharge of the energy storage and estimated in a conventional manner, the state of charge. If the estimated state of charge reaches the above threshold, various actions can be taken. When using the electrical energy store in a motor vehicle, e.g. the drive of the motor vehicle can be stopped. Likewise, no remaining range can be displayed more or the motor vehicle can continue with reduced power until the electrical energy storage is completely empty.
In einer bevorzugten Variante der soeben beschriebenen Ausführungsform entspricht der Schwellwert dem obigen Grenzwert aus der ersten Betriebsphase, d.h. der Grenzwert beim Erreichen des Endes der ersten Betriebsphase bleibt in der zweiten Betriebsphase beibehalten. In a preferred variant of the embodiment just described, the threshold value corresponds to the above limit value from the first operating phase, i. the limit when reaching the end of the first phase of operation is maintained in the second phase of operation.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zweite Betriebsphase dann beendet, wenn der Unterschied zwischen dem Maximalladezustand und dem Schwellwert eine vorgegebene Ladungsmenge erreicht. Die vorgegebene Ladungsmenge entspricht vorzugsweise derjenigen Ladungsmenge, welche für eine bestimmte Betriebsdauer des Energiespeichers z.B. durch den Fahrzeughersteller garantiert wird. Auf diese Weise können etwaige Gewährleistungsansprüche gegenüber dem Fahrzeughersteller vermieden werden. Vorzugsweise ist die obige vorgegebene Ladungsmenge ein vorbestimmter prozentualer Wert der Maximalladungsmenge, wobei der vorbestimmte prozentuale Wert vorzugsweise zwischen 60% und 85% und insbesondere bei 70% liegt. In a further variant of the method according to the invention, the second operating phase is terminated when the difference between the maximum charge state and the threshold value reaches a predetermined charge amount. The predetermined amount of charge preferably corresponds to that amount of charge which, for a certain period of operation of the energy store, e.g. guaranteed by the vehicle manufacturer. In this way any warranty claims against the vehicle manufacturer can be avoided. Preferably, the above predetermined amount of charge is a predetermined percentage value of the maximum charge amount, the predetermined percentage value preferably being between 60% and 85%, and more preferably 70%.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird in einer dritten Betriebsphase, welche sich unmittelbar an die zweite Betriebsphase anschließt, der prozentuale Wert des zweiten Ladezustands, der den Maximalladezustand definiert, vergrößert und/oder der Schwellwert verkleinert, so dass eine vorbestimmte Differenz zwischen dem Maximalladezustand und dem Schwellwert beibehalten wird. In der dritten Betriebsphase wird analog zu der zweiten Betriebsphase über eine externe Ladestation höchstens bis zum Maximalladezustand geladen und im Betrieb des Energiespeichers ohne Ladung über eine externe Ladestation (was bei der Verwendung des Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug dem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs entspricht) wird der Ladezustand des Energiespeichers geschätzt und basierend auf dieser Schätzung eine Entladung des Energiespeichers zugelassen, bis der Ladezustand des Energiespeichers den Schwellwert erreicht. Die vorbestimmte Differenz entspricht vorzugsweise der vorgegebenen Ladungsmenge aus der zweiten Betriebsphase. Wie oben beschrieben, wird diese Ladungsmenge vorzugsweise auf einen Wert gesetzt, der für eine bestimmte Betriebsdauer des Energiespeichers garantiert wird. Auf diese Weise wird erreicht, dass die garantierte Ladungsmenge möglichst lange durch den Energiespeicher bereitgestellt wird, wodurch Gewährleistungsansprüche vermieden werden. In a further embodiment of the invention, in a third operating phase, which directly adjoins the second operating phase, the percentage value of the second state of charge, which defines the maximum state of charge, increased and / or the threshold value is reduced, so that a predetermined difference between the maximum state of charge and the threshold is maintained. In the third phase of operation is loaded analogous to the second phase of operation via an external charging station at most to the maximum state of charge and the operation of the energy storage without charge via an external charging station (which corresponds to the driving operation of the motor vehicle when using the energy storage in a motor vehicle), the state of charge of Energy storage estimated and based on this estimate, a discharge of the energy storage allowed until the state of charge of the energy storage reaches the threshold. The predetermined difference preferably corresponds to the predetermined amount of charge from the second operating phase. As described above, this amount of charge is preferably set to a value guaranteed for a certain period of operation of the energy storage. In this way it is achieved that the guaranteed amount of charge is provided as long as possible by the energy storage, whereby warranty claims are avoided.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einer vierten Betriebsphase, welche sich unmittelbar an die dritte Betriebsphase anschließt, der Maximalladezustand auf 100% des zweiten Ladezustands und der Schwellwert auf dem ersten Ladezustand oder dem ersten Ladezustand zuzüglich eines Puffers gehalten. In Analogie zur zweiten und dritten Betriebsphase wird auch in der vierten Betriebsphase über eine externe Ladestation höchstens bis zum Maximalladezustand geladen und im Betrieb des Energiespeichers ohne Ladung über eine externe Ladestation (was bei der Verwendung des Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug dem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs entspricht) wird der Ladezustand des Energiespeichers geschätzt und basierend auf dieser Schätzung eine Entladung des Energiespeichers zugelassen, bis der Ladezustand des Energiespeichers den ersten Ladezustand oder den ersten Ladezustand zuzüglich eines Puffers erreicht. In dieser Betriebsphase wird somit die maximal verfügbare Kapazität des Energiespeichers vollumfänglich ausgenutzt. In a further variant of the method according to the invention, in a fourth operating phase, which directly follows the third operating phase, the maximum state of charge is kept at 100% of the second state of charge and the threshold value on the first state of charge or the first state of charge plus a buffer. In analogy to the second and third operating phase is loaded in the fourth phase of operation via an external charging station at most to the maximum state of charge and during operation of the energy storage without charge via an external charging station (which corresponds to the driving operation of the motor vehicle when using the energy storage in a motor vehicle) estimated the state of charge of the energy storage and based on this estimate, a discharge of the energy storage allowed until the state of charge of the energy storage reaches the first state of charge or the first state of charge plus a buffer. In this phase of operation, the maximum available capacity of the energy storage is thus fully exploited.
Neben dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend einen elektrischen Energiespeicher, wobei der Energiespeicher elektrische Energie zum Antrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellt und charakterisiert ist durch einen ersten Ladezustand, unter dem das Kraftfahrzeug nicht mehr durch den Energiespeicher antreibbar ist, und einen zweiten Ladezustand, welcher der vollgeladene Zustand des Energiespeichers ist und mit dessen Betriebsdauer abnimmt. Das Kraftfahrzeug ist dazu eingerichtet, den Energiespeicher basierend auf dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. einer oder mehrerer bevorzugter Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern. Mit anderen Worten umfasst das Kraftfahrzeug eine Steuereinheit, welche eine derartige Steuerung des Energiespeichers bewirkt. In addition to the method described above, the invention relates to a motor vehicle, comprising an electrical energy storage, wherein the energy storage provides electrical energy for driving the motor vehicle and is characterized by a first state of charge, under which the motor vehicle is no longer drivable by the energy storage, and a second state of charge , which is the fully charged state of the energy storage and decreases with its service life. The motor vehicle is configured to control the energy store based on the method according to the invention or one or more preferred variants of the method according to the invention. In other words, the motor vehicle includes a control unit, which causes such control of the energy storage.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Embodiments of the invention are described below in detail with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen: Show it:
Nachfolgend wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Kraftfahrzeugs in der Form eines Elektrofahrzeugs erläutert. Ein solches Elektrofahrzeug ist in
Bevor auf die erfindungsgemäße Steuerung des Energiespeichers
Neben diesem vollgeladenen Zustand SOC2 gibt es ferner den Ladezustand SOC1, der die untere physikalische Leistungsgrenze darstellt und mit einer strichpunktierten Linie angedeutet ist. Unterhalb dieser Leistungsgrenze kann das Kraftfahrzeug nicht mehr mit dem Energiespeicher betrieben werden. Die Leistungsgrenze SOC1 entspricht dem ersten Ladezustand im Sinne der Ansprüche und ist über die Betriebsdauer des Energiespeichers – im Gegensatz zu dem vollgeladenen Zustand SOC2 – konstant. In addition to this fully charged state SOC2 there is also the state of charge SOC1, which represents the lower physical power limit and is indicated by a dashed line. Below this power limit, the motor vehicle can not be operated with the energy storage. The power limit SOC1 corresponds to the first state of charge in the sense of the claims and is constant over the operating time of the energy store - in contrast to the fully charged state SOC2.
In
In dem Diagramm der
Gemäß der in
Da aufgrund der Abnahme des Maximalladezustands der Nutzhub über die Zeit deutlich abnimmt, wird schließlich in die Betriebsphase P2 übergegangen. Der Übergang zur Betriebsphase P2 findet dann statt, wenn der für den Energiespeicher garantierte Nutzhub, der beispielsweise 70% des anfänglichen Nutzhubs beträgt, erreicht ist. Anschließend wird der Minimalladezustand MIN in Übereinstimmung mit dem Maximalladezustand MAX verändert, so dass in der Betriebsphase P2 der garantierte Nutzhub gewährleistet ist. Schließlich wird in die Betriebsphase P3 übergegangen, wenn der garantierte Nutzhub aufgrund des Erreichens der physikalischen Leistungsgrenze SOC2 nicht mehr gewährleistet werden kann. In diesem Fall wird der Minimalladezustand im Bereich der physikalischen Leistungsgrenze beibehalten. Since, due to the decrease in the maximum state of charge, the useful stroke decreases markedly over time, the transition finally takes place into the operating phase P2. The transition to the operating phase P2 takes place when the guaranteed for the energy storage Nutzhub, for example, is 70% of the initial Nutzhubs reached. Subsequently, the minimum charge state MIN is changed in accordance with the maximum charge state MAX, so that in the operation phase P2, the guaranteed useful stroke is ensured. Finally, it is transferred to the operating phase P3, if the guaranteed Nutzhub can not be guaranteed due to the achievement of the physical power limit SOC2. In this case, the minimum charge state is maintained in the range of the physical power limit.
Bei der Steuerung des Energiespeichers gemäß
Zum Beheben der obigen Probleme wird der Energiespeicher in dem Kraftfahrzeug der hier beschriebenen Ausführungsform basierend auf dem Diagramm der
Das Erreichen des Maximalladezustands MAX bei externer Ladung des Energiespeichers wird in der Steuerung der
Zeigt die Strom- bzw. Leistungsmessung an, dass der fest vorgegebener Nutzhub NH verbraucht ist, wird keine weitere Entladung des Energiespeichers zugelassen und im Fahrzeugcockpit angezeigt, dass der Energiespeicher entladen ist. Die Reichweitenangabe im Fahrzeugcockpit basiert somit auf der Messung des Verbrauchs eines fest vorgegebenen Nutzhubs NH. Demzufolge ist die Reichweitenangabe unabhängig von dem tatsächlichen vollgeladenen Zustand des entsprechenden Energiespeichers sowie von Schätzwerten. Es kann auf diese Weise eine konstante Reichweitenangabe ohne Schwankungen gewährleistet werden und hierdurch die Kundenzufriedenheit erhöht werden. If the current or power measurement indicates that the fixed effective load NH is used up, no further discharge of the energy store is permitted and the vehicle cockpit indicates that the energy store has been discharged. The range specification in the vehicle cockpit is thus based on the measurement of the consumption of a fixed effective lift NH. Consequently, the range indication is independent of the actual fully charged state of the corresponding energy store and of estimated values. It can be guaranteed in this way a constant range indication without fluctuations and thereby the customer satisfaction can be increased.
Ein weiterer Vorteil der Steuerung der
Da der Nutzhub NH aufgrund der Kapazitätsabnahme des Energiespeichers über die Zeit nicht dauerhaft aufrechterhalten werden kann, wird schließlich in eine Betriebsphase BP2 übergegangen. Diese Betriebsphase wird dann eingeleitet, wenn der Minimalladezustand MIN einen Grenzwert GW erreicht. Der Grenzwert ist derart definiert, dass bei diesem Grenzwert der Unterschied zwischen dem Minimalladezustand MIN und der physikalischen Leistungsgrenze SOC1 einen Schwellwert erreicht, der beispielsweise zwischen 2% und 3% des Maximalladezustands bei Inbetriebnahme des Energiespeichers liegt. In der zweiten Betriebsphase BP2 sowie in den weiteren Betriebsphasen BP3 und BP4 erfolgt die Steuerung des elektrischen Energiespeichers wiederum basierend auf der Schätzung der Ladezustände. Since the Nutzhub NH can not be maintained permanently due to the capacity decrease of the energy storage over time, is finally transferred to an operating phase BP2. This operating phase is initiated when the minimum charge state MIN reaches a limit value GW. The threshold is defined such that at this threshold, the difference between the minimum charge state MIN and the physical power limit SOC1 reaches a threshold that is, for example, between 2% and 3% of the maximum charge state when the energy store is started. In the second operating phase BP2 and in the further operating phases BP3 and BP4, the control of the electrical energy store is again based on the estimate of the charge states.
In der Betriebsphase BP2 wird der Minimalladezustand konstant auf den Grenzwert GW gehalten und der Maximalladezustand nimmt aufgrund der alterungsbedingten Verringerung der Kapazität des Energiespeichers ab. Der Maximalladezustand wird in der Betriebsphase BP2 jedoch auf dem gleichen prozentualen Wert in Bezug auf den vollgeladenen Zustand wie in der Betriebsphase BP1 gehalten. Schließlich wird in die Betriebsphase BP3 übergegangen, wenn der aktuelle Nutzhub einen prozentualen Wert des anfänglichen Nutzhubs NH erreicht. Dieser prozentuale Wert kann z.B. mit einem Kapazitätswert korrelieren, der für eine bestimmte Betriebsdauer des Energiespeichers garantiert wird. Zu Beginn der Betriebsphase BP3 liegt der Minimalladezustand MIN auf dem Schwellwert SW, der dem Grenzwert GW zu Beginn der zweiten Betriebsphase entspricht, da der Minimalladezustand innerhalb der zweiten Betriebsphase BP2 konstant bleibt. In the operating phase BP2, the minimum charge state is kept constant at the limit value GW and the maximum charge state decreases due to the aging-related reduction of the capacity of the energy store. However, in the operation phase BP2, the maximum charge state is kept at the same percentage value with respect to the fully charged state as in the operation phase BP1. Finally, the operating phase BP3 is transitioned when the actual payload reaches a percentage value of the initial payload NH. This percentage value may e.g. correlate with a capacity value that is guaranteed for a certain period of operation of the energy storage. At the beginning of the operating phase BP3, the minimum charge state MIN is at the threshold value SW, which corresponds to the limit value GW at the beginning of the second operating phase, since the minimum charge state remains constant within the second operating phase BP2.
In der Betriebsphase BP3 wird der Maximalladezustand und der Minimalladezustand derart verändert, dass der Nutzhub in dieser Phase aufrechterhalten bleibt. Hierzu wird in einem ersten Abschnitt der Betriebsphase BP3 der prozentuale Wert des vollgeladenen Zustands SOC2, der für den Maximalladezustand MAX festgelegt ist, erhöht, so dass sich der Maximalladezustand immer mehr dem vollgeladenen Zustand annähert. Sollte basierend auf dieser Maßnahme der Nutzhub nicht mehr ohne Überschreiten der Grenze SOC2 gewährleistet werden können, wird der Minimalladezustand MIN verringert, wohingegen der Maximalladezustand MAX dem vollgeladenen Zustand SOC2 entspricht. Sobald ein konstanter Nutzhub aufgrund des Erreichens der Leistungsgrenze SOC1 nicht mehr aufrechterhalten werden kann, wird in die Betriebsphase BP4 übergegangen, in der Maximalladezustand weiterhin auf dem vollgeladenen Zustand bleibt und der Minimalladezustand im Wesentlichen der physikalischen Leistungsgrenze SOC1, ggf. unter Berücksichtigung eines Puffers, entspricht. In the operating phase BP3, the maximum state of charge and the minimum state of charge are changed in such a way that the useful stroke is maintained in this phase. For this purpose, in a first section of the operating phase BP3, the percentage value of the fully charged state SOC2, which is set for the maximum charge state MAX, is increased, so that the maximum charge state more and more approaches the fully charged state. If, based on this measure, the useful lift can no longer be guaranteed without exceeding the limit SOC2, the minimum charge state MIN is reduced, whereas the maximum charge state MAX corresponds to the fully charged state SOC2. As soon as a constant useful lift can no longer be maintained due to reaching the power limit SOC1, the operation phase BP4 is entered, in which the maximum charge state remains at the fully charged state and the minimum charge state essentially corresponds to the physical power limit SOC1, possibly taking into account a buffer ,
Die im Vorangegangenen beschriebene Ausführungsform der Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird in einer anfänglichen Betriebsphase des Energiespeichers nach dessen Inbetriebnahme die über den Energiespeicher verfügbare Energie fest vorgegeben und mittels einer Strommessung bzw. Leistungsmessung bestimmt. Auf diese Weise kann eine konstante Reichweite für das Fahrzeug sichergestellt werden, und es treten keine sprunghaften Veränderungen der Reichweite aufgrund von Kapazitätsschwankungen bzw. Fehlern in der Schätzung des Ladezustands auf. Darüber hinaus wird ein schnelles Laden des Energiespeichers dadurch gewährleistet, dass das Laden nur bis zu einem Maximalladezustand erfolgt, der unterhalb des vollgeladenen Zustands des Energiespeichers liegt, so dass nicht bzw. nur zum Teil in einer Degradationsphase des Energiespeichers geladen wird. The embodiment of the invention described above has a number of advantages. In particular, in an initial phase of operation of the energy store after its startup, the energy available via the energy store is fixedly determined and determined by means of a current measurement or power measurement. In this way, a constant range for the vehicle can be ensured, and there are no sudden changes in the range due to capacity fluctuations or errors in the estimation of the state of charge. In addition, a rapid charging of the energy storage is ensured by the fact that the charging is only up to a maximum state of charge, which is below the fully charged state of the energy storage, so that is not or only partially loaded in a degradation phase of the energy storage.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Kraftfahrzeug motor vehicle
- 2 2
- Energiespeicher energy storage
- 3 3
- Steuergerät control unit
- A A
- Alterung des Energiespeichers Aging of the energy storage
- SOC SOC
- Ladezustand SOC
- V V
- Verteilung distribution
- P1, P2, P3 P1, P2, P3
- Betriebsphasen operating phases
- BP1, BP2, BP3, BP4BP1, BP2, BP3, BP4
- Betriebsphasen operating phases
- L1, L1′ L1, L1 '
- Inbetriebnahme des Energiespeichers Commissioning of the energy storage
- L2, L3 L2, L3
- Übergänge zwischen den Betriebsphasen P1 bis P3 Transitions between the operating phases P1 to P3
- L2′, L3′, L4′ L2 ', L3', L4 '
- Übergänge zwischen den Betriebsphasen BP1 bis BP4 Transitions between the operating phases BP1 to BP4
- K K
- Kapazität des Energiespeichers Capacity of the energy storage
- SOC1 SOC1
- physikalische Leistungsgrenze physical power limit
- SOC2 SOC2
- vollgeladener Zustand Fully charged condition
- MIN MIN
- Minimalladezustand Minimum state of charge
- MAX MAX
- Maximalladezustand Maximum charge level
- NH NH
- Maximalladungsmenge (Nutzhub) Maximum charge amount (payload)
- GW GW
- Grenzwert limit
- SW SW
- Schwellwert threshold
Claims (15)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016219624.3A DE102016219624A1 (en) | 2016-10-10 | 2016-10-10 | Method for controlling an electrical energy store |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016219624.3A DE102016219624A1 (en) | 2016-10-10 | 2016-10-10 | Method for controlling an electrical energy store |
Publications (1)
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-
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- 2016-10-10 DE DE102016219624.3A patent/DE102016219624A1/en active Pending
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