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

Method for operating an electrical energy storage system and corresponding machine-readable storage medium, electronic control unit and electrical energy storage system Download PDF

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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 DE 10 2013 225 748 A1 beschreibt ein Verfahren zum bedarfsgerechten Verwenden eines elektrochemischen Energiespeichers, wobei ein Temperaturwert ermittelt wird.The publication DE 10 2013 225 748 A1 describes a method for the demand-oriented use of an electrochemical energy store, wherein a temperature value is determined.

Die Druckschrift DE 10 2011 089 150 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung des Zustandes einer Batterie, wobei eine Ultraschallmessung eingesetzt wird und eine Datenbank mit Referenzdatensätzen der Zustände eingesetzt wird.The publication DE 10 2011 089 150 A1 describes a method for determining the state of a battery, wherein an ultrasonic measurement is used and a database is used with reference data sets of the states.

Die Druckschrift DE 10 2013 018 405 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung eines Schätzparameters, der den Zustand einer Batterie repräsentiert, wobei der Schätzparameter unter Verwendung einer Support-Vektor-Maschine bestimmt wird.The publication DE 10 2013 018 405 A1 describes a method for determining an estimation parameter representing the state of a battery, wherein the estimation parameter is determined using a support vector machine.

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.
Show it:
  • 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.

1 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform. In einem ersten Schritt S1 wird eine maximale Fahrzeugreichweite für ein in ein Fahrzeug eingebautes elektrisches Energiespeichersystem ermittelt. Dies kann unter Verwendung eines mathematischen Modells des elektrischen Energiespeichersystems, wie es beispielsweise von H. He, R. Xiong und J. Fan in dem Artikel „Evaluation of Lithium-Ion Battery Equivalent Circuit Models for State of Charge Estimation by an Experimental Approach“, Energies, Bd. 4, Nr. 12, S. 582-598, März 2011 beschrieben wird, geeigneter Modellparameterwerte, die beispielsweise mit Hilfe von Versuchen ermittelt werden können, beispielsweise Widerstandswerte, und eines durchschnittlichen elektrischen Energieverbrauchs des Fahrzeugs. Anschließend wird in einem zweiten Schritt S2 ein aktueller monetärer Restwert des elektrischen Energiespeichersystems aus einem Datenspeicher einer zentralen Datenbank ausgelesen. Anschließend wird in einem dritten Schritt S3 das elektrische Energiespeichersystem in Abhängigkeit der ermittelten maximalen Fahrzeugreichweite und des ausgelesenen Restwerts derart angesteuert, dass der Restwert des elektrischen Energiespeichersystems optimiert wird. Dies kann beispielsweise durch den Einsatz modellprädiktiver Regelungs- und Steuerungsverfahren, wie sie von R. Findeisen, L. Imsland, F. Allgöwer und B. A. Foss in dem Zeitschriftenartikel „State and Output Feedback Nonlinear Model Predictive Control: An Overview“, European Journal of Control, Bd. 9, Nr. 2, S. 190 - 206, 2003 , beschrieben werden. Die entsprechende Ansteuerung des elektrischen Energiespeichersystems kann durch eine geeignete Leistungselektronik, beispielsweise einen Stromrichter, erfolgen. Beispielsweise kann der Einsatz des elektrischen Energiespeichersystems als bidirektionaler Energiespeicher am Stromnetz den Restwert des elektrischen Energiespeichersystems erhöhen, da mittels dieses Einsatzes Geld verdient wird beziehungsweise verdient werden kann. Eine gleichzeitige Alterung durch die Benutzung wird dabei in Kauf genommen, da die monetären Kosten durch die Alterung geringer sind als die durch den Einsatz am Stromnetz erzielten Erlösen. Dazu kann ein geeignetes Modell zur Lebensdauervorhersage beziehungsweise Alterungsprädiktion mit entsprechender monetärer Quantifizierung in den Ansteuer- beziehungsweise Regelverfahren eingesetzt werden. 1 shows a flowchart of the method according to the invention according to a first embodiment. In a first step S1, a maximum vehicle range for a built-in vehicle electrical energy storage system is determined. This can be done using a mathematical model of the electrical energy storage system, such as that of FIG H. He, R. Xiong and J. Fan in the article "Evaluation of Lithium-ion Battery Equivalent Circuit Models for State of Charge Estimation by an Experimental Approach," Energies, Vol. 4, No. 12, pp. 582-598 , March 2011 described, suitable model parameter values, which can be determined for example by means of experiments, such as resistance values, and an average electrical energy consumption of the vehicle. Subsequently, in a second step S2, a current monetary residual value of the electrical energy storage system is read from a data store of a central database. Subsequently, in a third step S3, the electrical energy storage system is controlled in dependence on the determined maximum vehicle range and the read-out residual value such that the residual value of the electrical energy storage system is optimized. This can be done, for example, by the use of model-predictive control and control methods, as described by R. Findeisen, L. Imsland, F. Allgöwer and BA Foss in the journal article "State and Output Feedback Nonlinear Model Predictive Control: An Overview", European Journal of Control, Vol. 9, No. 2, pp. 190-206, 2003 , to be discribed. The corresponding control of the electrical energy storage system can be done by a suitable power electronics, such as a power converter. For example, the use of the electrical energy storage system as a bidirectional energy storage on the power grid can increase the residual value of the electrical energy storage system, since money is earned or can be earned by this use. A simultaneous aging through use is accepted, as the monetary costs of aging are less than the revenues generated by the use of electricity. This can be a suitable model for the life prediction or Aging prediction can be used with appropriate monetary quantification in the control or regulatory process.

2 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform. In einem ersten Schritt S1a wird ein Widerstandswert ermittelt, der einen Alterungszustand eines elektrischen Energiespeichersystems repräsentiert. Dies kann gegebenenfalls unter Verwendung eines mathematischen Modells für das elektrische Energiespeichersystem erfolgen. Anschließend wird in einem zweiten Schritt S2a der bisher mit dem elektrischen Energiespeichersystem erzielte, monetär quantifizierbare Gewinn, welcher positiv oder negativ sein kann, aus einem Datenspeicher ausgelesen. In einem dritten Schritt S4 wird anschließend eine Aktualisierung des Gewinns unter Verwendung von Daten einer externen Datenbank, beispielsweise Stromtarifen und/oder Restwerten und/oder Wiederbeschaffungswerten, durchgeführt, wodurch sich ein erzielbarer, monetär quantifizierbarer Gewinn, welcher positiv oder negativ sein kann, ergibt. In einem vierten Schritt S5 werden anschließend die Auswirkungen unterschiedlicher Stromgrößenverläufe auf den erzielbaren Gewinn simulativ ermittelt. Beispielsweise kann es bei den gültigen Stromtarifen günstiger sein, dem Stromnetz keine elektrische Energie aus dem elektrischen Energiespeichersystem zur Verfügung zu stellen, da eine entsprechende Vergütung zu gering ist und somit die Kosten durch Alterung des elektrischen Energiespeichersystems nicht ausgeglichen beziehungsweise übertroffen werden können. In einem fünften Schritt S6 wird anschließend der erzielbare Gewinn und gegebenenfalls der zugehörige Steuergrößenverlauf, gegebenenfalls mit zugehörigen Randbedingungen, in dem Datenspeicher gespeichert. In einem sechsten Schritt S3a wird anschließend das elektrische Energiespeichersystem in Abhängigkeit des ermittelten Widerstandswertes und des erzielbaren Gewinns mit dem zugehörigen Steuergrößenverlauf derart angesteuert, dass der erzielbare Gewinn - wie bei der Ermittlung des erzielbaren Gewinns beziehungsweise bei der Ermittlung der Auswirkungen bestimmt - optimiert wird, was einer Maximierung des Gewinns entspricht. Beispielsweise realisieren dann Einnahmen aus Dienstleistungen für das Stromnetz, beispielsweise dem Einspeisen oder Aufnehmen von elektrischer Energie, zumindest einen Teil des erzielbaren Gewinns. Andere Teile, beispielsweise Einnahmen aus Verkauf des elektrischen Energiespeichersystems, werden erst bei einem tatsächlichen Verkaufs desselben realisiert, dienen aber als Rechengröße in der Gewinnberechnung. 2 shows a flowchart of the inventive method according to a second embodiment. In a first step S1a, a resistance value is determined which represents an aging state of an electrical energy storage system. Optionally, this may be done using a mathematical model for the electrical energy storage system. Subsequently, in a second step S2a, the monetarily quantifiable gain achieved so far with the electrical energy storage system, which can be positive or negative, is read from a data memory. In a third step S4, an update of the profit is subsequently carried out using data from an external database, for example electricity tariffs and / or residual values and / or replacement values, resulting in an achievable, monetarily quantifiable gain, which can be positive or negative. In a fourth step S5, the effects of different current magnitude profiles on the recoverable profit are then determined simulatively. For example, it may be cheaper in the current electricity rates, the power grid to provide any electrical energy from the electrical energy storage system available, since a corresponding remuneration is too low and thus the costs can not be compensated or exceeded by aging of the electrical energy storage system. In a fifth step S6, the recoverable gain and, if appropriate, the associated control variable course, if appropriate with associated boundary conditions, are then stored in the data memory. In a sixth step S3a, the electrical energy storage system is then controlled in dependence on the determined resistance value and the recoverable gain with the associated control variable profile such that the recoverable profit - as determined in the determination of the recoverable profit or in the determination of the effects - is optimized, which Maximizing the profit. For example, revenues from services for the power grid, such as the feeding or receiving of electrical energy, then realize at least part of the profit that can be achieved. Other parts, such as revenue from the sale of the electrical energy storage system, are only realized when actually selling the same, but are used as an arithmetic variable in the profit calculation.

3 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer dritten Ausführungsform. In einem ersten Schritt S1b wird eine Kapazität, d.h. eine maximal speicherbare Ladungsmenge, eines elektrischen Energiespeichersystems ermittelt. Dies kann beispielsweise unter Verwendung eines mathematischen Modells des elektrischen Energiespeichersystems, beispielsweise eines elektrischen Ersatzschaltbildmodells, erfolgen. In einem zweiten Schritt S2b wird anschließend eine Qualitätskenngröße aus einem Datenspeicher ausgelesen. Diese Qualitätskenngröße berücksichtigt beispielsweise die geflossene Ladungsmenge, die dem Energiespeichersystem entnommen beziehungsweise zugeführt wurde, die Häufigkeit, wie oft eine bestimmte Spannungsschwelle überschritten beziehungsweise unterschritten wurde, die Häufigkeit, wie oft eine bestimmte Stromschwelle überschritten beziehungsweise unterschritten wurde, eine Angabe, wie viel CO2 durch den Betrieb des elektrischen Energiespeichersystems eingespart werden konnte, und aggregiert diese Größen, beispielsweise je nach Wunsch und Gewichtung eines Anwenders, in einen Wert der Qualitätskenngröße. Anschließend wird in einem dritten Schritt S7 mindestens eine Randbedingung abgefragt, beispielsweise von einem Anwender oder auch aus einer Datenbank, die bei einem Ansteuern des elektrischen Energiespeichersystems und/oder bei einem Ermitteln der Auswirkungen eines Steuergrößenverlaufs einzuhalten ist. Dies kann beispielsweise ein vorgegebener Zeitpunkt sein, bis zu dem das Energiespeichersystem vollständig beziehungsweise bis zu einem bestimmten Ladezustand geladen sein muss, und/oder eine Temperatur, insbesondere eine Durchschnittstemperatur, die das elektrische Energiespeichersystem bis zu einem bestimmten Zeitpunkt erreicht haben muss. Auch ist beispielsweise die Vorgabe eines möglichst schnellen Ladens des elektrischen Energiespeichersystemen und/oder eines möglichst viel CO2 einsparenden Ladens denkbar, was durch Kenntnis des aktuellen Strommixes realisierbar ist. Auch eine Kombination der genannten Randbedingungen ist möglich. Diese können beispielsweise zu einem oder mehreren vordefinierten Nutzungsszenarien zusammengefasst sein, was eine Abfrage von Randbedingungen vereinfacht und beschleunigt. Anschließend erfolgt in einem vierten Schritt S5a die Ermittlung der Auswirkungen mehrerer unter Einhaltung der vorgewählten Randbedingungen möglichen Stromgrößenverläufe auf die Qualitätskenngröße, beispielsweise mit Mitteln der mathematischen Optimierung unter Verwendung eines geeigneten Modells zur Lebensdauervorhersage und eines geeignetes Modells des elektrischen Energiespeichersystems. Somit kann ein Stromgrößenverlauf gefunden werden, der die Qualitätskenngröße unter den gegebenen Randbedingungen optimiert. In einem fünften Schritt S8 wird zumindest eine Auswahl der ermittelten Auswirkungen einem Anwender angezeigt, beispielsweise anhand der Darstellung der unterschiedlichen Werte für die Qualitätskenngröße mittels entsprechender Zahlenwerte, sodass der Anwender eine Auswahl unter verschiedenen Auswirkungen treffen kann. Mit den verschiedenen Auswirkungen sind entsprechende Randbedingungen verknüpft. Dies wird beispielhaft in 4 verdeutlicht und beschrieben. In einem sechsten Schritt S9 wird das Einverständnis des Anwenders mit einer Auswirkung eingeholt. Diese Auswirkung ist mit den entsprechenden Randbedingungen verknüpft. Anschließend wird in einem siebten Schritt S3b das elektrische Energiespeichersystem in Abhängigkeit der ermittelten Kapazität und der ausgelesenen Qualitätskenngröße unter Berücksichtigung der gewählten Randbedingungen derart angesteuert, dass die Qualitätskenngröße des elektrischen Energiespeichersystems optimiert wird. Aufgrund der Tatsache, dass zur Ermittlung der Auswirkungen der verschiedenen Steuergrößenverläufe meist mathematische Modelle, unter anderem des elektrischen Energiespeichersystems, eingesetzt werden, welche die Realität nicht zu 100 % genau abbilden, kann es vorkommen, dass sich die Stromgrößenverläufe aus der Ermittlung der Auswirkungen und die tatsächlich realisierten Stromgrößenverläufe unterscheiden. Daher sind bei der Ansteuerung des elektrischen Energiespeichersystems die zu beachtenden Randbedingungen wichtig. Zur Optimierung der Gütegröße kann beispielsweise ein Verfahren der modellprädiktiven Regelung eingesetzt werden, wie dies beispielsweise in dem oben erwähnten Zeitschriftenbeitrag von Findeisen et al. beschrieben ist. Die genannten Schritte können auch automatisiert ablaufen, indem beispielsweise auf gespeicherte Präferenzen eines Anwenders/Nutzers zurückgegriffen wird und die Einholung des Einverständnisses des Anwenders beispielsweise standardmäßig als gegeben gilt. Der Anwender hat beispielsweise einmal einer automatisierten Durchführung zugestimmt und automatisiert werden die Randbedingungen zur Ansteuerung des elektrischen Energiespeichersystems gewählt, die bei der Ermittlung der Auswirkungen den im Vergleich größten oder kleinsten Qualitätskenngrößenwert ergeben. Auch eine Einschränkung der Zustimmung auf bestimmte Nutzungsszenarien ist denkbar. 3 shows the inventive method according to a third embodiment. In a first step S1b, a capacitance, ie a maximum storable charge quantity, of an electrical energy storage system is determined. This can be done, for example, using a mathematical model of the electrical energy storage system, for example, an electrical equivalent circuit model. In a second step S2b, a quality parameter is subsequently read from a data memory. This quality parameter takes into account, for example, the amount of charge that has been taken or supplied to the energy storage system, the frequency with which a specific voltage threshold has been exceeded or exceeded, the frequency with which a certain current threshold has been exceeded or undershot, an indication of how much CO2 is emitted by the Operation of the electrical energy storage system could be saved, and aggregates these variables, for example, as desired and weighting of a user in a value of the quality parameter. Subsequently, in a third step S7, at least one boundary condition is queried, for example by a user or also from a database, which is to be adhered to when the electrical energy storage system is actuated and / or when determining the effects of a control variable course. This may be, for example, a predetermined point in time, up to which the energy storage system has to be fully charged or up to a certain charge state, and / or a temperature, in particular an average temperature, which the electrical energy storage system must have reached by a certain point in time. Also, for example, the specification of the fastest possible charging of the electrical energy storage systems and / or as much CO2-saving charging is conceivable, which can be realized by knowing the current power mix. A combination of the mentioned boundary conditions is possible. For example, these can be combined into one or more predefined usage scenarios, which simplifies and accelerates a query of boundary conditions. Subsequently, in a fourth step S5a, the determination of the effects of a plurality of current magnitude profiles possible under the preselected boundary conditions on the quality characteristic, for example with mathematical optimization means using a suitable model for lifetime prediction and a suitable model of the electrical energy storage system. Thus, a current flow profile can be found that optimizes the quality parameter under the given boundary conditions. In a fifth step S8, at least one selection of the determined effects is displayed to a user, for example on the basis of the representation of the different values for the quality characteristic by means of corresponding numerical values, so that the user can make a selection under different effects. With the different ones Impacts are linked to corresponding boundary conditions. This is exemplified in 4 clarified and described. In a sixth step S9, the user's consent is obtained with an effect. This effect is linked to the corresponding boundary conditions. Subsequently, in a seventh step S3b, the electrical energy storage system is controlled in dependence on the ascertained capacity and the read quality characteristic taking into account the selected boundary conditions in such a way that the quality parameter of the electrical energy storage system is optimized. Due to the fact that mostly mathematical models, including the electric energy storage system, which do not represent the reality to 100% accurate, are used to determine the effects of the different control variable courses, it can happen that the current flow curves from the determination of the effects and the actually realized flow characteristics differ. Therefore, when driving the electrical energy storage system, the boundary conditions to be considered important. For example, a method of model-predictive control can be used to optimize the size of the product, as described, for example, in the above-mentioned journal article by Findeisen et al. is described. The steps mentioned can also be automated, for example by using stored preferences of a user / user and, for example, obtaining the consent of the user by default is considered to exist. The user has, for example, once agreed to an automated implementation and automatically selects the boundary conditions for the control of the electrical energy storage system, which result in the determination of the effects of the largest or smallest quality parameter value in comparison. A restriction of the approval to certain usage scenarios is conceivable.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Wiedergabe von ermittelten Auswirkungen gemäß einer Ausführungsform. Auf einem Display 40 sind verschiedene Balken 41, 42, 43 visualisiert. Diese Balken stellen zusammen mit den über ihnen geschriebenen Werten die Auswirkungen von verschiedenen Steuergrößenverläufen auf eine Gütegröße dar. Dabei ist die zu einem Steuergrößenverlauf gehörende Gütegröße über dem entsprechenden Balken dargestellt. Zusätzlich sind im unteren Bereich der Balken die dazugehörigen Nutzungsszenarien jeweils mittels eines Symbols 44, 45, 46 angegeben. Hieraus ist ersichtlich, dass es mindestens fünf Nutzungsszenarien gibt, von denen die Auswirkungen von dreien, nämlich Szenario 2, Szenario 5 und Szenario 1, wiedergegeben sind. Ein Anwender kann nun durch einfaches Antippen eines Balkens sein Einverständnis mit dem zugehörigen Nutzungsszenario geben. 4 shows a schematic representation of a representation of detected effects according to an embodiment. On a display 40 are different bars 41 . 42 . 43 visualized. These bars, together with the values written above them, represent the effects of different control variables on a product size. The product size belonging to a control quantity profile is shown above the corresponding bar. In addition, in the lower area of the bars, the associated usage scenarios are each indicated by a symbol 44 . 45 . 46 specified. From this it can be seen that there are at least five usage scenarios, of which the effects of three, namely scenario 2 , Scenario 5 and scenario 1 , are reproduced. A user can now consent to the associated usage scenario by simply tapping a bar.

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]
  • DE 102013018405 A1 [0005]DE 102013018405 A1 [0005]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • H. He, R. Xiong und J. Fan in dem Artikel „Evaluation of Lithium-Ion Battery Equivalent Circuit Models for State of Charge Estimation by an Experimental Approach“, Energies, Bd. 4, Nr. 12, S. 582-598, März 2011 [0024]H. He, R. Xiong and J. Fan in the article "Evaluation of Lithium-ion Battery Equivalent Circuit Models for State of Charge Estimation by an Experimental Approach," Energies, Vol. 4, No. 12, pp. 582-598 , March 2011 [0024]
  • R. Findeisen, L. Imsland, F. Allgöwer und B. A. Foss in dem Zeitschriftenartikel „State and Output Feedback Nonlinear Model Predictive Control: An Overview“, European Journal of Control, Bd. 9, Nr. 2, S. 190 - 206, 2003 [0024]R. Findeisen, L. Imsland, F. Allgöwer and BA Foss in the journal article "State and Output Feedback Nonlinear Model Predictive Control: An Overview", European Journal of Control, Vol. 9, No. 2, pp. 190-206, 2003 [0024]

Claims (12)

Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, umfassend mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit, wobei folgende Schritte durchgeführt werden: a) Ermitteln einer Alterungszustandsgröße, die einen Alterungszustand des elektrischen Energiespeichersystems repräsentiert; b) Auslesen einer Gütegröße, die keine physikalische oder chemische Größe repräsentiert, aus einem Datenspeicher; c) Ansteuern des elektrischen Energiespeichersystems in Abhängigkeit der ermittelten Alterungszustandsgröße und der ausgelesenen Gütegröße derart, dass die Gütegröße des elektrischen Energiespeichersystems optimiert wird.A method of operating an electrical energy storage system, comprising at least one electrical energy storage unit, wherein the following steps are carried out: a) determining an aging state quantity representing an aging state of the electric energy storage system; b) reading a grade that does not represent a physical or chemical quantity from a data store; c) driving the electrical energy storage system as a function of the determined aging state variable and the read size of the goods such that the Güektröße the electrical energy storage system is optimized. Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend den Schritt: d) Ermitteln einer Auswirkung mindestens eines Steuergrößenverlaufs, insbesondere eines Stromgrößenverlaufs, auf die Gütegröße.Method according to Claim 1 , further comprising the step of: d) determining an effect of at least one control variable course, in particular of a course of current flow, on the quality of the goods. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend die Schritte: e) Ermitteln der Gütegröße unter Verwendung von Daten, die mittels einer drahtlosen und/oder drahtgebundenen Datenverbindung aus einer außerhalb des elektrischen Energiespeichersystems angeordneten Datenbank ausgelesen werden. f) Abspeichern der ermittelten Gütegröße in dem Datenspeicher.Method according to one of the preceding claims, further comprising the steps: e) determining the size of the product using data that is read out by means of a wireless and / or wired data connection from a database arranged outside of the electrical energy storage system. f) storing the determined goods size in the data memory. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend den Schritt: g) Abfragen mindestens einer Randbedingung, die bei dem Ansteuern in Schritt c) und/oder dem Ermitteln in Schritt d) einzuhalten ist.Method according to one of the preceding claims, further comprising the step: g) querying at least one boundary condition which must be adhered to in the control in step c) and / or the determination in step d). Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, weiterhin umfassend den Schritt: h) Wiedergeben der in dem Schritt d) ermittelten Auswirkung, insbesondere durch visuelles Darstellen gegenüber einem Anwender; i) Einholen eines Einverständnisses eines Anwenders mit der Auswirkung aus Schritt d).Method according to one of Claims 2 to 4 , further comprising the step of: h) reproducing the effect determined in step d), in particular by visually presenting it to a user; i) obtaining an agreement from a user with the effect from step d). Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gütegröße eine Qualitätskenngröße, insbesondere eine monetäre Größe, umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the goods size comprises a quality parameter, in particular a monetary quantity. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Alterungszustandsgröße eine Fahrzeugreichweite umfasst.Method according to one of the preceding claims, wherein the aging state quantity comprises a vehicle range. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei eine Zustimmung zu einem vordefiniertes Nutzungsszenario, welches mindestens eine vordefinierte Randbedingung umfasst, abgefragt wird.Method according to Claim 4 , wherein an approval to a predefined usage scenario, which includes at least one predefined boundary condition, is queried. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, wobei das Computerprogramm eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.A machine-readable storage medium on which a computer program is stored, the computer program being arranged to perform all the steps of the method according to any one of Claims 1 to 8th perform. Elektronische Steuereinheit, die eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.Electronic control unit, which is set up all the steps of the procedure according to one of Claims 1 to 8th perform. Elektrisches Energiespeichersystem, umfassend mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit, einen Datenspeicher und eine elektronische Steuereinheit gemäß Anspruch 10.Electrical energy storage system, comprising at least one electrical energy storage unit, a data storage and an electronic control unit according to Claim 10 , Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 oder eines elektrischen Energiespeichersystems gemäß Anspruch 11 in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen einschließlich Hybridfahrzeugen, in stationären elektrischen Energiespeicheranlagen sowie in elektrisch betriebenen Handwerkzeugen.Use of a method according to one of Claims 1 to 8th or an electrical energy storage system according to Claim 11 in electrically powered vehicles including hybrid vehicles, in stationary electrical energy storage systems and in electrically powered hand tools.
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