DE102016224548A1 - Method for operating an electrical energy storage system and corresponding machine-readable storage medium, electronic control unit and electrical energy storage system - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems beschrieben, wobei das elektrische Energiespeichersystem mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit umfasst, und nachstehend beschriebene Schritte durchgeführt werden. Es wird eine Alterungszustandsgröße, die einen Alterungszustand des elektrischen Energiespeichersystems repräsentiert, ermittelt. Weiterhin wird eine Gütegröße, die keine physikalische oder chemische Größe repräsentiert, aus einem Datenspeicher ausgelesen und das elektrische Energiespeichersystem in Abhängigkeit der ermittelten Alterungszustandsgröße und der ausgelesenen Gütegröße derart angesteuert, dass die Gütegröße des elektrischen Energiespeichersystems optimiert wird.A method for operating an electrical energy storage system is described, wherein the electrical energy storage system comprises at least one electrical energy storage unit, and steps described below are performed. An aging state variable representing an aging state of the electric energy storage system is determined. Furthermore, a product size which does not represent a physical or chemical quantity is read out of a data memory and the electrical energy storage system is controlled in dependence on the determined aging state variable and the readout product size in such a way that the quality of the electrical energy storage system is optimized.
Description
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, einem entsprechenden maschinenlesbaren Speichermedium, einer entsprechenden elektronischen Steuereinheit, einem entsprechenden elektrischen Energiespeichersystem sowie einer entsprechenden Verwendung.The present invention is based on a method for operating an electrical energy storage system, a corresponding machine-readable storage medium, a corresponding electronic control unit, a corresponding electrical energy storage system and a corresponding use.
Stand der TechnikState of the art
Die Lebensdauer eines elektrischen Energiespeichersystems ist in der Regel kürzer als die Lebensdauer eines Gesamtsystems, in das das elektrische Energiespeichersystem eingebaut ist. Beispielsweise ist die Lebensdauer eines Elektrofahrzeugs in der Regel länger als die Lebensdauer einer in das Elektrofahrzeug verbauten Hochvoltbatterie. Auch ein möglicher Wiederverkaufswert eines Elektrofahrzeugs ist von der Lebensdauer und weiteren Größen abhängig. Diese weiteren Größen umfassen beispielsweise die Anschaffungskosten einer neuen Hochvoltbatterie. Da das elektrische Energiespeichersystem, in diesem Fall die Hochvoltbatterie, möglicherweise auch bidirektional betrieben wird, also sowohl Energie aufnehmen als auch abgeben kann, was vergütet wird, ist ein optimierter, anwendungsspezifische Betrieb des elektrischen Energiespeichersystems unter Beachtung des umgebenden Gesamtsystems und geeigneter Gütegrößen wünschenswert.The life of an electrical energy storage system is usually shorter than the life of an entire system in which the electrical energy storage system is installed. For example, the life of an electric vehicle is usually longer than the life of a built-in electric vehicle high-voltage battery. Also, a possible resale value of an electric vehicle depends on the lifetime and other variables. These other variables include, for example, the cost of a new high-voltage battery. Since the electrical energy storage system, in this case the high-voltage battery, possibly also operated bidirectionally, so both energy and can deliver what is compensated, an optimized, application-specific operation of the electrical energy storage system in consideration of the surrounding overall system and suitable Gütegrgrößen is desirable.
Die Druckschrift
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Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, welches mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit umfasst, mit den nachstehend beschriebenen Schritten offenbart. Dabei wird eine Alterungszustandsgröße, die einen Alterungszustand des elektrischen Energiespeichersystems repräsentiert, ermittelt. Weiterhin wird eine Gütegröße, die keine physikalische oder chemische Größe repräsentiert, aus einem Datenspeicher ausgelesen. Der Datenspeicher kann beispielsweise eine externe Datenbank oder auch ein in eine elektronische Steuereinheit integrierter Speicherchip sein. Die vorgenannten Schritte können in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Anschließend wird das elektrische Energiespeichersystem in Abhängigkeit der ermittelten Alterungszustandsgröße und der ausgelesenen Gütegröße derart angesteuert, dass die Gütegröße des elektrischen Energiespeichersystems optimiert wird. Somit wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass zum optimalen Betrieb des elektrischen Energiespeichersystems neben der Berücksichtigung einer alterungszustandsrelevanten Größe auch mindestens eine Größe berücksichtigt wird, die keine physikalische oder chemische Bedeutung hat, was eine Vielzahl neuer Anwendungsszenarien, beispielsweise die Berücksichtigung eines aktuellen Stromtarifs oder möglicher Opportunitätskosten während des Betriebs, ermöglicht. Eine Alterungszustandsgröße kann beispielsweise einen Widerstandswert, einen Kapazitätswert oder einen speicherbaren elektrischen Energieinhalt des elektrischen Energiespeichersystems oder der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit umfassen.A method is disclosed for operating an electrical energy storage system, which comprises at least one electrical energy storage unit, with the steps described below. In this case, an aging state variable representing an aging state of the electrical energy storage system is determined. Furthermore, a grade that does not represent a physical or chemical quantity is read from a data store. The data memory can be, for example, an external database or even a memory chip integrated in an electronic control unit. The above steps can be performed in any order. Subsequently, the electrical energy storage system is controlled in response to the determined aging state variable and the read size of the product such that the Güektröße the electrical energy storage system is optimized. Thus, it is advantageously ensured that for the optimum operation of the electrical energy storage system in addition to the consideration of an aging state relevant size and at least one size is taken into account, which has no physical or chemical meaning, resulting in a variety of new application scenarios, such as the consideration of a current electricity tariff or possible opportunity costs during operation. An aging state variable may include, for example, a resistance value, a capacitance value or a storable electrical energy content of the electrical energy storage system or of the at least one electrical energy storage unit.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.
Zweckmäßigerweise wird eine Auswirkung mindestens eines Steuergrößenverlaufs, insbesondere eines Stromgrößenverlaufs, auf die Gütegröße ermittelt, beispielsweise mittels einer mathematischen Simulation, also ohne den Steuergrößenverlauf auf ein reales System anzuwenden. Eine Auswirkung kann beispielsweise eine Veränderung der Gütegröße sein. Ein Steuergrößenverlauf umfasst dabei einen oder mehrere Steuergrößenwerte für einen oder mehrere Zeitpunkte. Dies hat den Vorteil, dass die Auswirkungen verschiedener Steuergrößenverläufe simulativ, beispielsweise bedingt durch unterschiedliche Randbedingungen beziehungsweise unterschiedliche Berechnungshorizonte für die Steuergrößenverläufe untereinander verglichen und bewertet werden können. Unterschiedliche Randbedingungen können dabei unterschiedliche maximale und minimale Stromgrößen umfassen. Unterschiedliche Berechnungshorizonte bedeuten, dass für eine unterschiedliche Anzahl an Zeitpunkten, deren Abstand untereinander ebenso variieren kann, Steuergrößen vorliegen. Zwischen den Zeitpunkten wird vorzugsweise der Steuergrößenwert des vorangehenden Zeitpunkts angewandt. Anwendungsspezifisch ist somit die Auswahl eines optimalen Steuergrößenverlaufs möglich. Falls das Energiespeichersystem Schaltmöglichkeiten aufweist, können ebenso die Auswirkungen verschiedener Schalterstellungen, auch in Kombination beispielsweise mit einem Stromgrößenverlauf, ermittelt werden.Expediently, an effect of at least one control variable course, in particular of a course of current flow, on the goods size is determined, for example by means of a mathematical simulation, ie without applying the control variable course to a real system. An effect can be, for example, a change in the size of the goods. A control variable course comprises one or more control variable values for one or more points in time. This has the advantage that the effects of different control variable courses can be compared and evaluated simulatively, for example due to different boundary conditions or different calculation horizons for the control variable courses. Different boundary conditions may include different maximum and minimum current values. Different calculation horizons mean that control variables are available for a different number of times, the distance of which from one another may vary as well. Between times, preferably the control amount value of the previous time is used. Application-specific, the selection of an optimal control variable course is possible. If the energy storage system has switching options, can Similarly, the effects of various switch positions, even in combination, for example, with a current waveform, are determined.
Zweckmäßigerweise wird die Gütegröße unter Verwendung von Daten, die mittels einer drahtlosen und/oder drahtgebundenen Datenverbindung aus einer außerhalb des elektrischen Energiespeichersystems angeordneten Datenbank ausgelesen werden, ermittelt. Anschließend erfolgt ein Abspeichern der ermittelten Gütegröße in dem Datenspeicher. Dies hat den Vorteil, dass auf aktuelle Daten, die bei Inbetriebnahme des elektrischen Energiespeichersystems noch nicht vorhanden waren, zurückgegriffen werden kann, was die Anzahl an Einsatzmöglichkeiten des Verfahrens erhöht und die Güte der ermittelten Gütegröße verbessert.Expediently, the goods size is determined using data which is read out by means of a wireless and / or wired data connection from a database arranged outside the electrical energy storage system. Subsequently, a storage of the determined size of the goods takes place in the data memory. This has the advantage that it is possible to resort to up-to-date data which was not yet available when the electrical energy storage system was put into operation, which increases the number of possible uses of the method and improves the quality of the determined product size.
Zweckmäßigerweise wird mindestens eine Randbedingung, die bei dem erfindungsgemäßen Ansteuern des elektrischen Energiespeichersystems beziehungsweise dem erfindungsgemäßen Ermitteln der Auswirkungen einzuhalten ist, abgefragt. Dies kann unmittelbar bei einem Benutzer des elektrischen Energiespeichersystems beispielsweise über einen Touchscreen erfolgen oder beispielsweise auch über die Abfrage von in einer Datenbank hinterlegten Randbedingungen. Dies hat den Vorteil, dass ein Benutzer beziehungsweise Anwender des Verfahrens das Verfahren an seine persönlichen Anforderungen auf einfache Weise anpassen kann, beispielsweise durch Vorgabe eines maximalen Stromwertes beziehungsweise einer Zeit, bis zu der ein Ladevorgang des Energiespeichersystems abgeschlossen sein sollte.Expediently, at least one boundary condition which is to be observed in the activation of the electrical energy storage system according to the invention or the determination of the effects according to the invention is queried. This can be done directly by a user of the electrical energy storage system, for example via a touch screen or, for example, via the query of stored in a database boundary conditions. This has the advantage that a user or user of the method can easily adapt the method to his personal requirements, for example by specifying a maximum current value or a time until which a charging process of the energy storage system should be completed.
Zweckmäßigerweise wird die erfindungsgemäß ermittelte Auswirkung, beispielsweise eine Veränderung der Gütegröße, wiedergegeben, was insbesondere durch visuelles Darstellen gegenüber einem Anwender erfolgen kann. Anschließend erfolgt das Einholen eines Einverständnisses eines Anwenders mit der erfindungsgemäß ermittelten Auswirkung. Dies hat den Vorteil, dass eine Auswirkung eines möglichen Steuergrößenverlaufs einfach ersichtlich ist und zur Bewertung des Steuergrößenverlaufs hinsichtlich seiner Eignung herangezogen werden kann. Ein visuelles Darstellen gegenüber einem Anwender erleichtert diesem die Bewertung und wird zur übersichtlichen Darstellung verschiedener Auswirkungen, welche nebeneinander und vorzugsweise gleichzeitig dargestellt werden, sinnvoll eingesetzt. Dadurch wird der Anwender in die Lage versetzt, sein Einverständnis zu einer Auswirkung bewusst zu treffen, da er verschiedene Einverständnisoptionen kennt.Expediently, the effect determined according to the invention, for example a change in the size of the goods, is reproduced, which can be done, in particular, visually with respect to a user. This is followed by obtaining the consent of a user with the effect determined according to the invention. This has the advantage that an effect of a possible control variable course is easily apparent and can be used to evaluate the control variable course in terms of its suitability. Visual representation vis-à-vis a user facilitates the evaluation and is expediently used for the clear presentation of various effects that are displayed side by side and preferably simultaneously. This enables the user to consciously agree to an impact, as he knows various consent options.
Zweckmäßigerweise umfasst die Gütegröße eine Qualitätskenngröße, insbesondere eine monetäre Größe, beispielsweise einen Restwert des Energiespeichersystems. Somit wird eine für den Anwender sehr relevante Größe beim Betrieb des elektrischen Energiespeichersystems berücksichtigt.Expediently, the quality of the goods comprises a quality parameter, in particular a monetary quantity, for example a residual value of the energy storage system. Thus, a very relevant for the user size in the operation of the electrical energy storage system is taken into account.
Zweckmäßigerweise umfasst die Alterungszustandsgröße eine Fahrzeugreichweite, wobei die Fahrzeugreichweite beispielsweise auf Basis eines maximal speicherbaren Energieinhalts beziehungsweise einer maximalen Kapazität des elektrischen Energiespeichersystems, eines elektrischen Widerstandes des elektrischen Energiespeichersystems sowie eines mittleren elektrischen Energieverbrauchs eines Fahrzeugs ermittelt wird, wobei das elektrische Energiespeichersystem in das Fahrzeug eingebaut ist. Dies hat den Vorteil, dass eine für den Benutzer des elektrischen Energiespeichersystems unmittelbar relevante Größe in den optimierten Betrieb des elektrischen Energiespeichersystems einfließt.Appropriately, the aging state variable includes a vehicle range, wherein the vehicle range is determined, for example, based on a maximum storable energy content or a maximum capacity of the electrical energy storage system, an electrical resistance of the electrical energy storage system and a mean electrical energy consumption of a vehicle, wherein the electrical energy storage system is installed in the vehicle , This has the advantage that a variable directly relevant to the user of the electrical energy storage system flows into the optimized operation of the electrical energy storage system.
Zweckmäßigerweise wird eine Zustimmung zu einem vordefinierten Nutzungsszenario des elektrischen Energiespeichersystems, welches mindestens eine vordefinierte Randbedingung umfasst, abgefragt. Die Zustimmung kann beispielsweise bei einem Nutzer des Verfahrens abgefragt werden. Dies hat den Vorteil, dass eine schnelle Auswahl auch mehrerer Randbedingungen möglich ist, die in ein leicht verständliches Nutzungsszenario eingebettet sind. Somit stellt das Nutzungsszenario eine dem Anwender einfach verständliche Bündelung von Randbedingungen dar, welches er schnell überblicken kann.Conveniently, an agreement to a predefined usage scenario of the electrical energy storage system, which includes at least one predefined boundary condition, is requested. The consent can for example be requested from a user of the method. This has the advantage that a quick selection of several boundary conditions is possible, which are embedded in an easy-to-understand usage scenario. Thus, the usage scenario represents a bundling of boundary conditions that is easy to understand for the user, which he can quickly overview.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, wobei das Computerprogramm eingerichtet ist, alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Somit ist eine einfache Verteilung des Verfahrens bzw. sein Einsatz in Computersystemen möglich.Furthermore, the subject matter of the disclosure is a machine-readable storage medium on which a computer program is stored, wherein the computer program is set up to carry out all steps of the method according to the invention. Thus, a simple distribution of the method or its use in computer systems is possible.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung eine elektronische Steuereinheit, die eingerichtet ist, alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Somit ist ein einfacher Einsatz des Verfahrens in elektrischen Energiespeichersystemen, beispielsweise in Fahrzeugen, realisierbar.Furthermore, the subject matter of the disclosure is an electronic control unit which is set up to carry out all the steps of the method according to the invention. Thus, a simple use of the method in electrical energy storage systems, for example in vehicles, feasible.
Weiterhin wird ein elektrisches Energiesystem offenbart, welches mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit, einen Datenspeicher und eine erfindungsgemäße elektronische Steuereinheit umfasst. Somit erhält das elektrische Energiespeichersystem unmittelbar die Vorteile, welche für das erfindungsgemäße Verfahren genannt wurden. Zusätzlich ist eine optimale Abstimmung des Verfahrens auf das elektrische Energiespeichersystem möglich.Furthermore, an electrical energy system is disclosed which comprises at least one electrical energy storage unit, a data memory and an electronic control unit according to the invention. Thus, the electrical energy storage system directly receives the advantages that have been mentioned for the inventive method. In addition, an optimal vote of the process on the electrical energy storage system is possible.
Weiterhin wird eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen einschließlich Hybridfahrzeugen, in stationären elektrischen Energiespeicheranlagen sowie in elektrisch betriebenen Handwerkzeugen offenbart. Furthermore, a use of the method according to the invention or of the electrical energy storage system according to the invention in electrically driven vehicles including hybrid vehicles, in stationary electrical energy storage systems and in electrically operated hand tools is disclosed.
Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit kann insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul mit mindestens einer elektrochemischen Batteriezelle und/oder ein Batteriepack mit mindestens einem Batteriemodul verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeichereinheit eine lithiumbasierte Batteriezelle oder ein lithiumbasiertes Batteriemodul oder ein lithiumbasiertes Batteriepack sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder ein Lithium-Ionen-Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein. Weiterhin kann die Batteriezelle vom Typ Lithium-Polymer-Akkumulator, Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Blei-Säure-Akkumulator, Lithium-Luft-Akkumulator oder Lithium-Schwefel-Akkumulator beziehungsweise ganz allgemein ein Akkumulator beliebiger elektrochemischer Zusammensetzung sein. Auch ein Kondensator ist als elektrische Energiespeichereinheit möglich.An electrical energy storage unit may in particular be understood as meaning an electrochemical battery cell and / or a battery module having at least one electrochemical battery cell and / or a battery pack having at least one battery module. For example, the electric energy storage unit may be a lithium-based battery cell or a lithium-based battery module or a lithium-based battery pack. In particular, the electrical energy storage unit may be a lithium-ion battery cell or a lithium-ion battery module or a lithium-ion battery pack. Furthermore, the battery cell may be of the type of lithium-polymer accumulator, nickel-metal hydride accumulator, lead-acid accumulator, lithium-air accumulator or lithium-sulfur accumulator or more generally an accumulator of any electrochemical composition. A capacitor is possible as an electrical energy storage unit.
Alternativ oder zusätzlich zu den mathematischen Modellen können Kennfelder eingesetzt werden, die beispielsweise auf offline berechneten, d.h. im Voraus berechneten Modellen basieren oder experimentell erzeugt wurden. Somit kann ein Ermittlungsprozess beschleunigt werden, was insbesondere für einen Einsatz des Verfahrens in Fahrzeugen vorteilhaft ist, da dort Rechenzeit- und Speicherausstattung für eine Steuereinheit, auf der das Verfahren gegebenenfalls abläuft, begrenzt sind.Alternatively or in addition to the mathematical models, maps may be used which, for example, are calculated to be off-line, i. in advance calculated models or experimentally generated. Thus, a determination process can be accelerated, which is particularly advantageous for use of the method in vehicles, as there are computing time and memory equipment for a control unit on which the process may take place, are limited.
Figurenlistelist of figures
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the figures and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:
-
1 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform; -
2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform; -
3 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform; und -
4 eine schematische Darstellung einer Wiedergabe von ermittelten Auswirkungen gemäß einer Ausführungsform.
-
1 a flowchart of the method according to the invention according to a first embodiment; -
2 a flowchart of the inventive method according to a second embodiment; -
3 a flowchart of the inventive method according to a third embodiment; and -
4 a schematic representation of a representation of detected effects according to an embodiment.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche Verfahrensschritte.Identical reference signs denote the same device components or the same method steps in all figures.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102011089150 A1 [0004]DE 102011089150 A1 [0004]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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