DE102017201061A1 - Method for operating a hybrid energy storage system - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems (1) mit zumindest einem ersten Energiespeicher (2) und einem zweiten Energiespeicher (3) durch bestimmen einer optimalen Adjungierten (λ*), und ein zugehöriges Verfahren zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems (1), welches zumindest den ersten Energiespeicher (2) und den zweiten Energiespeicher (3) umfasst. Dabei wird basierend auf einer dem Energiespeichersystems (1) zugehörigen Hamilton-Funktion (H) durch Lösung eines Optimierungsproblems die optimale Adjungierte (λ*) berechnet. Diese wird zur Steuerung des hybriden Energiespeichersystems (1) bereitgestellt, wodurch in diesem auf ein Lösen des Optimierungsproblems verzichtet werden kann.The present invention relates to a method for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system (1) having at least a first energy store (2) and a second energy store (3) by determining an optimal adjuster (λ *), and an associated method for controlling a hybrid Energy storage system (1) comprising at least the first energy storage (2) and the second energy storage (3). In this case, based on a Hamilton function (H) associated with the energy storage system (1), the optimal adjoint (λ *) is calculated by solving an optimization problem. This is provided for controlling the hybrid energy storage system (1), whereby it can be dispensed with solving the optimization problem in this.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hybriden Energiespeichersystems.The present invention relates to a method for operating a hybrid energy storage system.

Technische Systeme, deren Energiebedarf durch elektrische Energiespeicher gespeist wird, stellen unterschiedliche Leistungsanforderungen und Energieanforderungen an die Energiespeicher. Energiespeicher können bspw. Primärbatterien, Sekundärbatterien, Brennstoffzellen oder Doppelschichtkondensatoren sein.Technical systems, whose energy requirements are supplied by electrical energy storage devices, place different power requirements and energy requirements on the energy storage devices. Energy storage can be, for example, primary batteries, secondary batteries, fuel cells or double-layer capacitors.

In Brennstoffzellenfahrzeugen wird zum Betrieb der Brennstoffzelle in einem effizienten Arbeitsbereich und zum Ermöglichen von Rekuperation sowie dem Ermöglichen höherer Leistungsfähigkeit oftmals ein weiterer elektrischer Speicher verwendet. So sind beispielsweise passive Verschaltungen von Batterien unterschiedlicher Energie- und Leistungscharakteristik zur Steigerung der Leistungsfähigkeit bekannt. Ferner sind Systeme bekannt, in welchen zwei elektrische Speicher über einen DC/DC-Wandler miteinander gekoppelt sind und somit unterschiedliche Spannungslagen sowie einen unabhängigeren Betrieb ermöglichen.In fuel cell vehicles, another electrical storage is often used to operate the fuel cell in an efficient workspace and to facilitate recuperation as well as to enable higher efficiency. For example, passive interconnections of batteries of different energy and power characteristics are known for increasing the performance. Furthermore, systems are known in which two electrical memories are coupled together via a DC / DC converter and thus enable different voltage levels and a more independent operation.

Hier werden diese Systeme, wenn sie bspw. Brennstoffzelle und Batterie oder Batterie und Doppelschichtkondensator miteinander koppeln, hybride Energiespeichersysteme genannt. Für den Sonderfall, dass das System zwei Sekundärbatterien miteinander koppelt wird das System auch hybrides Batteriespeichersystem genannt.Here, these systems, when they couple, for example, fuel cell and battery or battery and double-layer capacitor together, called hybrid energy storage systems. For the special case that the system couples two secondary batteries together, the system is also called a hybrid battery storage system.

Aktuelle Systeme mit einem hybridem Energiespeichersystem verwenden zumeist eine einfache Steuerung, deren Echtzeitimplementierung mit geringem Aufwand ermöglicht werden kann. Jedoch führt diese Steuerung zu suboptimalen Ergebnissen hinsichtlich möglicher Ziele über die Betriebszeit, wie bspw. hinsichtlich einer Energieeffizenz.Current systems with a hybrid energy storage system usually use a simple control whose real-time implementation can be made with little effort. However, this control leads to suboptimal results in terms of possible goals over the operating time, such as in terms of energy efficiency.

So sind beispielsweise Systeme bekannt, in denen zwei Speicher mit einem DC/DC-Wandler verbunden sind und ein einfacher Stromregler zur Lastaufteilung verwendet wird. Auch sind hybride Batteriesteuersysteme zur Anwendung in Plug-In Hybridfahrzeugen bekannt, welche mit einer regelbasierten Steuerung oder einem Filter gesteuert werden.For example, systems are known in which two memories are connected to a DC / DC converter and a simple current controller is used for load sharing. Also, hybrid battery control systems for use in plug-in hybrid vehicles are known, which are controlled with a rule-based controller or a filter.

Für Hybrid-Fahrzeuge wurden bereits Ansätze vorgestellt, welche unter Verwendung von Optimierungsverfahren darauf abzielen einen Treibstoffverbrauch in einem Fahrzeug während der Fahrt zu minimieren. Diese basieren auf dem Mimimumprinzip von Pontryagin und werden in der Verwendung im Fahrzeug heute häufig durch Vereinfachung und Annahmen zur sogenannten Equivalent Consumption Minimization Strategy (ECMS) hergeleitet.For hybrid vehicles, approaches have already been presented which, using optimization methods, aim to minimize fuel consumption in a vehicle while driving. These are based on the mimimum principle of pontryagin and are often derived today in use in the vehicle by simplification and assumptions to the so-called Equivalent Consumption Minimization Strategy (ECMS).

Ferner ist ein Ansatz bekannt, welcher auch auf Grundlage des Minimumprinzips von Pontryagin zu einer Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems eines Fahrzeuges, bestehend aus Brennstoffzelle und Doppelschichtkondensatorbank, führt. Die Strategie minimiert den Wasserstoffverbrauch und ein Doppelschichtkondensator-Ladezustand wird in einem definierten Bereich gehalten.Furthermore, an approach is known which also leads on the basis of the minimum principle of Pontryagin to a control of a hybrid energy storage system of a vehicle consisting of fuel cell and double-layer capacitor bank. The strategy minimizes hydrogen consumption and a double layer capacitor state of charge is maintained within a defined range.

In der DE102013014667A1 wird eine Steuerung für ein Hybridfahrzeug offenbart. Es wird eine Kopplung von Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine beschrieben, wobei die elektrische Maschine aus der Batterie gespeist wird. Dabei wird auf das Minimum Prinzip von Pontryagin zurückgegriffen.In the DE102013014667A1 a control for a hybrid vehicle is disclosed. It is described a coupling of internal combustion engine and electric machine, wherein the electric machine is powered from the battery. It is based on the minimum principle of Pontryagin.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems mit zumindest einem ersten Energiespeicher und einem zweiten Energiespeicher durch Bestimmen einer optimalen Adjungierten umfasst ein Ausführen einer ersten Iterationsschleife in mehreren Durchläufen, wobei aufeinanderfolgenden Durchläufen jeweils eine mögliche Adjungierte zugehörig ist, wobei bei jedem Durchlauf der ersten Iterationsschleife eine zweite Iterationsschleife ausgeführt wird. Die zweite Iterationsschleife umfasst ein Bestimmen jeweils einer optimalen Steuergröße für aufeinanderfolgende Zeitpunkte eines vorgegebenen Zeitraums, wobei die optimale Steuergröße eine Größe ist, durch welche eine von dem zweiten Energiespeicher aufgenommene oder abgegebene Energie beschrieben wird, und basierend auf einem Minimum einer Hamilton-Funktion ermittelt wird, wobei die Hamilton-Funktion dem Energiespeichersystem zugehörig ist und abhängig von einem modellierten Systemparameter, der möglichen Adjungierten und einem Speicherzustand des zweiten Energiespeichers ist, wobei der modellierte Systemparameter ein zu optimierender Parameter des hybriden Energiespeichersystems ist, und gemäß einem vorgegebenen Leistungsprofil ermittelt wird, welches von dem Energiespeichersystem in dem vorgegebenen Zeitraum durchlaufen wird, und ein Errechnen eines finalen Speicherzustandes des zweiten Energiespeichers, den der zweite Energiespeicher nach dem vorgegeben Zeitraum aufweist, wenn die von dem zweiten Energiespeicher aufgenommene oder abgegebene Energie in dem vorgegeben Zeitraum gemäß der jeweils optimalen Steuergröße gesteuert wurde. Das Verfahren umfasst ferner ein Detektieren, ob der mittels der zweiten Iterationsschleifen errechnete finale Speicherzustand des zweiten Energiespeichers innerhalb eines vorgegebenen Intervalls liegt und ein Bereitstellen einer optimalen Adjungierten, welche der möglichen Adjungierten des Durchlaufs der ersten Iterationsschleife entspricht, für welchen detektiert wurde, dass der finale Speicherzustand innerhalb des vorgegebenen Intervalls liegt.The method according to the invention for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system having at least one first energy store and a second energy store by determining an optimal adjuster comprises executing a first iteration loop in a plurality of passes, wherein successive passes each have a possible adjoint associated therewith first iteration loop a second iteration loop is executed. The second iteration loop comprises determining each an optimal control variable for successive times of a predetermined period of time, the optimal control variable being a quantity describing an energy received or delivered by the second energy store and being determined based on a minimum of a Hamiltonian function , wherein the Hamilton function is associated with the energy storage system and depending on a modeled system parameter, the possible adjoint and a memory state of the second energy store, wherein the modeled system parameter is a parameter of the hybrid energy storage system to be optimized, and is determined according to a predetermined power profile, which is traversed by the energy storage system in the predetermined time period, and calculating a final storage state of the second energy storage, the second energy store after the predetermined period of time, if the energy absorbed or emitted by the second energy store was controlled in the predetermined period according to the respective optimum control variable. The method further comprises detecting whether the final storage state of the second energy storage calculated by the second iteration loops is within a predetermined interval and providing an optimal adjoint corresponding to the possible adjoint of the first iteration loop for which the final one has been detected Memory state is within the specified interval.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems, welches zumindest einen ersten Energiespeicher und einen zweiten Energiespeicher umfasst, umfasst ein Erfassen eines ersten Eingangswertes und eines zweiten Eingangswertes, wobei der erste Eingangswert einen vorberechneten Wert einer optimalen Adjungierten beschreibt und der zweite Eingangswert eine Abweichung eines Speicherzustands des zweiten Energiespeichers von einem Referenz-Speicherzustand beschreibt, ein Anpassen der optimalen Adjungierten für einen aktuellen Speicherzustand des zweiten Energiespeichers basierend auf dem ersten und dem zweiten Eingangswert, um eine angepasste Adjungierte zu ermitteln, ein Bereitstellen eines Energiezielwertes, welcher eine Energie beschreibt, welche von dem ersten Energiespeicher und dem zweiten Energiespeicher gemeinsam bereitzustellen ist, und ein Ermitteln einer optimalen Steuergröße basierend auf der angepassten Adjungierten und dem Energiezielwert, wobei die optimale Steuergröße eine Größe ist, durch welche eine von dem zweiten Energiespeicher aufgenommene oder abgegebene Energie beschrieben wird, und die optimale Steuergröße gemäß einer dem Energiespeichersystem zugehörige Hamilton-Funktion ermittelt wird, wobei die Hamilton-Funktion abhängig von einem berechneten Systemparameter, der angepassten Adjungierten und dem aktuellen Speicherzustand des zweiten Energiespeichers ist.The method according to the invention for controlling a hybrid energy storage system comprising at least a first energy store and a second energy store comprises detecting a first input value and a second input value, wherein the first input value describes a precalculated value of an optimal adjoint and the second input value describes a deviation of a memory state of the second energy store from a reference memory state describes adapting the optimal adjuncts for a current memory state of the second energy store based on the first and second input values to determine an adapted adjoint, providing an energy target value describing an energy that is from the first energy storage and the second energy storage is to be provided together, and determining an optimal control variable based on the adjusted adjoint and the energy target value i the optimal control quantity is a quantity describing an energy received or delivered by the second energy store, and the optimal control variable is determined according to a Hamilton function associated with the energy storage system, the Hamilton function being dependent on a calculated system parameter, the adjusted Adjoint and the current memory state of the second energy storage is.

Es wird somit durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems ein für ein bestimmtes Energiespeichersystem optimierter Wert einer Adjungierten ermittelt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems wird dieser Wert zur Steuerung dieses bestimmten Energiespeichersystems angewendet. Auch wenn jedes dieser Verfahren für sich vorteilhaft ist, wird ein optimale Steuerung erst durch ein zusammenwirken dieser Verfahren erreicht. Durch Kombination der erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Optimalsteuerung geschaffen. Eine mathematische Bezeichnung für eine Adjungierte ist Lagrange-Multiplikator. Ein Speicherzustand ist ein Zustand des Speichers und beschreibt somit eine Eigenschaft des jeweiligen Energiespeichers, welche insbesondere einen Einfluss auf den zu optimierenden Systemparameter hat, so dieser sich ändert.Thus, by the method according to the invention for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system, a value of an adjoint optimized for a specific energy storage system is determined. The inventive method for controlling a hybrid energy storage system, this value is used to control this particular energy storage system. Although each of these methods is advantageous in itself, optimal control is achieved only by cooperating with these methods. By combining the method according to the invention, optimal control is provided. A mathematical term for an adjoint is Lagrange multiplier. A memory state is a state of the memory and thus describes a property of the respective energy store, which in particular has an influence on the system parameter to be optimized if it changes.

Die Optimalsteuerung dient der energieoptimalen Leistungsverteilung in einem hybriden Energiespeichersystem, insbesondere einem hybriden Batteriesteuersystem. Daneben ist zudem die Funktionalität gegeben, dass die Steuerung auf einen sich immer weiter entleerenden Hochenergiespeicherteil reagiert, welcher durch einen der Energiespeicher gebildet wird, und in dem Hochleistungsspeicherteil Leistungsfähigkeit vorhalten kann.The optimal control serves the energy-optimal power distribution in a hybrid energy storage system, in particular a hybrid battery control system. In addition, the functionality is also given that the controller responds to a constantly emptying high energy storage part, which is formed by one of the energy storage, and can hold in the high-performance storage part performance.

Auch wenn die erfindungsgemäße echtzeitfähige Optimalsteuerung für Batteriesysteme besonders vorteilhaft ist, kann diese auf jede Art von hybriden Energiespeichersystemen angewendet werden. So ist es nicht zwingend notwendig, dass einer oder beide der Energiespeicher elektrische oder elektrochemische Energiespeicher sind. Ein Energiespeicher kann ebenfalls ein mechanischer Energiespeicher, beispielsweise ein Schwungrad sein. Ein weiterer denkbarer Energiespeicher als Teil eines hybriden Energiespeichersystems ist eine Brennstoffzelle.Even if the real-time capable optimal control according to the invention is particularly advantageous for battery systems, it can be applied to any type of hybrid energy storage systems. So it is not absolutely necessary that one or both of the energy storage are electrical or electrochemical energy storage. An energy store may likewise be a mechanical energy store, for example a flywheel. Another conceivable energy storage as part of a hybrid energy storage system is a fuel cell.

Der Betrieb eines hybriden Energiespeichersystems erfordert eine hinterlegte Steuerung. Die erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht eine energieeffiziente Steuerung ohne dabei auf einfachen Filter- oder Regelansätzen zu beruhen. Das erfindungsgemäße Ermitteln eines Steuerwertes, also eines Regelparameters, ermöglicht zudem einen breiten Leistungserhalt des hybriden Energiespeichersystems im Betrieb.The operation of a hybrid energy storage system requires a stored control. The method according to the invention enables energy-efficient control without being based on simple filter or control approaches. The determination according to the invention of a control value, that is to say of a control parameter, also enables a broad power maintenance of the hybrid energy storage system during operation.

Die erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichen dabei eine Optimierung des Energiespeichersystems nach beliebigen Systemparametern. So kann der Systemparameter beispielsweise einen Systemverlust beschreiben, also ein Energieverlust, und das Energiespeichersystem kann besonders energieeffizient betrieben werden. In einem anderen Beispiel kann der Systemparameter eine Systemalterung beschreiben und das Energiespeichersystem kann besonders langlebig betrieben werden.The inventive method allow optimization of the energy storage system according to any system parameters. For example, the system parameter can describe a system loss, ie an energy loss, and the energy storage system can be operated particularly energy-efficiently become. In another example, the system parameter may describe system aging, and the energy storage system may be operated for a particularly long service life.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems ist insbesondere vorteilhaft, da dieses bei geringer Rechenleistung in Echtzeit ausgeführt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da dieses auch ohne ein physikalisches Vorhandensein eines entsprechenden Energiespeichersystems ausgeführt werden kann.The inventive method for controlling a hybrid energy storage system is particularly advantageous because it can be performed in real time with low processing power. The inventive method for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system is particularly advantageous because it can be performed without a physical presence of a corresponding energy storage system.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Es ist vorteilhaft, wenn die optimale Steuergröße einen von dem zweiten Energiespeicher abzugebenden Strom beschreibt, und/oder der modellierte Systemparameter ein modellierter Systemverlust ist, und/oder der Speicherzustand ein Ladezustand ist, wobei der finale Speicherzustand ein finaler Ladezustand ist und/oder das Intervall ein Ladeintervall ist. Eine solche Auswahl ermöglicht es, dass Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems an ein Batteriesystem anzupassen, wobei das Verfahren insbesondere dazu geeignet ist, eine Verlustleistung des Batteriesystems zu minimieren. Gerade für Batteriezellen mit einem hohen Innenwiderstand ist eine Strategie, welche im Zusammenspiel mit einer Systemlösung die Energieverluste minimieren kann, von Vorteil. Als Nebeneffekt kann das Verfahren in einem hybriden Energiespeichersystem durch die Stromraten-Entlastung des Hochenergieteils zu Alterungsvorteilen führen. Die Minimierung der elektrischen Verluste, so wie sie durch die erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden kann, führt zudem auch zu einer verringerten Temperaturentwicklung in den Energiespeichern, die durch unter anderem durch ohmsche Verluste entsteht.It is advantageous if the optimal control variable describes a current to be delivered by the second energy store, and / or the modeled system parameter is a modeled system loss, and / or the store state is a state of charge, the final store state being a final state of charge and / or the interval is a charging interval. Such a selection makes it possible to adapt the method for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system to a battery system, the method being particularly suitable for minimizing a power loss of the battery system. Especially for battery cells with high internal resistance is a strategy that can minimize the energy losses in conjunction with a system solution, advantage. As a side effect, the process can lead to aging advantages in a hybrid energy storage system by the current rate relief of the high energy part. The minimization of the electrical losses, as they can be achieved by the method according to the invention, also leads to a reduced temperature development in the energy storage, which is caused, inter alia, by ohmic losses.

Es ist vorteilhaft, wenn die erste Iterationsschleife ein Bisektionsverfahren ausführt, um die mögliche Adjungierte zu ermitteln. Somit kann eine Anzahl von Durchläufen der ersten Iterationsschleife minimiert werden. Dabei wird die mögliche Adjungierte insbesondere basierend auf einem Intervallhalbierungsverfahren oder Intervallteilungsverfahren ermittelt.It is advantageous if the first iteration loop performs a bisection method to determine the possible adjoint. Thus, a number of passes of the first iteration loop can be minimized. In this case, the possible adjoint is determined in particular based on an interval bisection method or interval division method.

Es ist vorteilhaft, wenn bei dem Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems das Bestimmen der optimalen Steuergröße in jedem Durchlauf der zweiten Iterationsschleife erfolgt, indem eine dritte Iterationsschleife ausgeführt wird, wobei aufeinanderfolgenden Durchläufen in der dritten Iterationsschleife jeweils ein möglicher Steuerwert zugehörig ist, wobei in jedem Durchlauf der dritten Iterationsschleife ein Wert der Hamilton-Funktion gemäß der dem jeweiligen Durchlauf der dritten Iterationsschleife zugehörigen möglichen Steuergröße errechnet wird und die mögliche Steuergröße als optimale Steuergröße bestimmt wird, bei welcher der Wert der Hamilton-Funktion einen minimalen Wert aufweist. Auf diese Weise kann das Bestimmen auf eine Anzahl möglicher Steuerwerte eingeschränkt werden, welche von einem Regler des Energiespeichersystems tatsächlich verarbeitet und angewendet werden können. Ein solches Bestimmen der optimalen Steuergröße ist zudem einfach implementierbar und benötigt wenig Rechenleistung bei einer Ausführung. Alternativ ist es vorteilhaft, wenn das Bestimmen der optimalen Steuergröße in jedem Durchlauf der zweiten Iterationsschleife durch ein analytisches Errechnen erfolgt. Dadurch kann ein besonders genauer Wert für die optimale Steuergröße ermittelt werden.It is advantageous if, in determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system, the optimum control variable is determined in each pass of the second iteration loop by executing a third iteration loop, wherein successive passes in the third iteration loop each have a possible control value associated with it For each iteration of the third iteration loop, a value of the Hamiltonian function is calculated according to the possible control variable associated with the respective iteration of the third iteration loop and the possible control variable is determined to be the optimal control variable at which the value of the Hamiltonian function has a minimum value. In this way, the determination may be limited to a number of possible control values that can actually be processed and applied by a controller of the energy storage system. Such determination of the optimal control variable is also easy to implement and requires little computing power in one embodiment. Alternatively, it is advantageous if the determination of the optimal control variable takes place in each run of the second iteration loop by analytical calculation. As a result, a particularly accurate value for the optimal control variable can be determined.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn bei dem Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems das vorgegebene Intervall ein Intervall um einen anfänglichen Speicherzustand des zweiten Energiespeichers ist, welchen der zweite Energiespeicher zu Beginn des vorgegeben Zeitraums aufweist. Insbesondere ist das Intervall eine prozentuale Abweichung von dem anfänglichen Ladezustand des zweiten Energiespeichers. Auf diese Weise kann definiert werden, welche Genauigkeit bei dem Bestimmen der Adjungierten ausreichend ist.Furthermore, it is advantageous if, in determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system, the predetermined interval is an interval around an initial storage state of the second energy store, which the second energy store has at the beginning of the predetermined period. In particular, the interval is a percentage deviation from the initial state of charge of the second energy store. In this way it can be defined which accuracy is sufficient in determining the adjoint.

Auch ist es vorteilhaft, wenn bei dem Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems der modellierte Systemparameter basierend auf einem Gleichstromwiderstand des ersten Energiespeichers, einem Gleichstromwiderstand des zweiten Energiespeichers, einer von dem Energiespeichersystem für den jeweiligen Zeitpunkt abzugebenden Leistung gemäß des vorgegebenen Leistungsprofils und einem Wirkungsgrad eines DC/DC-Wandlers, über den der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher in dem Energiespeichersystem verbunden sind, ermittelt wird. Auf dieses Weise kann der modellierte Systemverlust einem tatsächlichen Systemverlust des Energiespeichersystems angenähert werden. Es wird somit ein besonders präzises Bestimmen der optimalen Adjungierten ermöglicht. Dabei ist der Systemparameter insbesondere ein Systemverlust des Energiespeichersystems.It is also advantageous if, in determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system, the modeled system parameter is based on a DC resistance of the first energy store, a DC resistance of the second energy store, a power to be output by the energy storage system for the respective time according to the predetermined power profile and an efficiency of DC / DC converter, via which the first energy storage and the second energy storage are connected in the energy storage system, is determined. In this way, the modeled system loss can be approximated to an actual system loss of the energy storage system. Thus, a particularly precise determination of the optimal adjoint is made possible. In particular, the system parameter is a system loss of the energy storage system.

Ebenso vorteilhaft ist es, wenn bei dem Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems bei dem Berechnen des Wertes der Hamilton-Funktion eine Addition des modellierten Systemparameters mit einer Ableitung des Speicherzustandes des zweiten Energiespeichers erfolgt, welche mit der möglichen Adjungierten multipliziert wurde. Durch eine derart formulierte Hamilton-Funktion wird das Systemverhalten des hybriden Energiespeichersystems besonders präzise beschrieben. It is equally advantageous if, in determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system when calculating the value of the Hamiltonian function, an addition of the modeled system parameter takes place with a derivation of the storage state of the second energy store which has been multiplied by the possible adjoint. Such a formulated Hamilton function describes the system behavior of the hybrid energy storage system in a particularly precise manner.

Es ist vorteilhaft, wenn der Speicherzustand ein Ladezustand ist, und/oder der Energiezielwert ein Stromzielwert ist, und/oder die optimale Steuergröße einen von dem zweiten Energiespeicher abzugebenden Strom beschreibt, und/oder der berechnete Systemparameter ein Systemverlust des hybriden Energiespeichersystems ist. Eine solche Auswahl ermöglicht es, dass Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems an ein Batteriesystem anzupassen, wobei das Verfahren insbesondere dazu geeignet ist, eine Verlustleistung des Batteriesystems zu minimieren.It is advantageous if the memory state is a state of charge, and / or the energy target value is a current target value, and / or the optimal control variable describes a current to be delivered by the second energy store, and / or the calculated system parameter is a system loss of the hybrid energy storage system. Such a selection makes it possible to adapt the method for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system to a battery system, the method being particularly suitable for minimizing a power loss of the battery system.

Es ist vorteilhaft, wenn bei dem Verfahren zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems der berechnete Systemparameter abhängig von einer Verlustleistung des ersten Energiespeichers und einer Verlustleistung des zweiten Energiespeichers ist. Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn der berechnete Systemparameter ferner abhängig von einer Verlustleistung eines Energiewandlers ist, über den der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher in dem Energiespeichersystem verbunden sind. Der Energiewandler ist bevorzugt ein DC/DC-Wandler. Der berechnete Systemparameter kann somit besonders genau berechnet werden, was zu einer besonders effizienten Steuerung des hybriden Energiespeichersystems führt. Das Verfahren kann somit für eine Minimierung der Verlustleistung optimiert werden. Der Systemparameter ist dabei insbesondere ein Systemverlust des Energiespeichersystems.It is advantageous if, in the method for controlling a hybrid energy storage system, the calculated system parameter is dependent on a power loss of the first energy store and a power loss of the second energy store. In particular, it is advantageous if the calculated system parameter is further dependent on a power loss of an energy converter, via which the first energy store and the second energy store are connected in the energy storage system. The energy converter is preferably a DC / DC converter. The calculated system parameter can thus be calculated particularly accurately, which leads to a particularly efficient control of the hybrid energy storage system. The method can thus be optimized for minimizing the power loss. The system parameter is in particular a system loss of the energy storage system.

Auch ist vorteilhaft, wenn bei dem Verfahren zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems die optimale Steuergröße rechnerisch ermittelt wird. Auf diese Weise wird ein Wert für die optimale Steuergröße errechnet und muss nicht vorab bereitgestellt werden. Es müssen somit keine vorberechneten Werte bereitgestellt werden.It is also advantageous if, in the method for controlling a hybrid energy storage system, the optimum control variable is determined by calculation. In this way, a value for the optimal control quantity is calculated and does not need to be provided in advance. Thus, no precalculated values need to be provided.

Ebenso vorteilhaft ist es, wenn bei dem Verfahren zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems die optimale Steuergröße tabellarisch ermittelt wird, wobei eine Tabelle abgefragt wird, in welcher unterschiedlichen Kombinationen von Werten der angepasste Adjungierten und Werten des Stromzielwerts jeweils eine optimale Steuergröße zugeordnet ist. Auf diese Weise kann eine besonders reaktionsschnelle Regelung des hybriden Energiespeichersystems erreicht werden.It is equally advantageous if in the method for controlling a hybrid energy storage system the optimal control variable is determined in a tabular manner, wherein a table is queried in which different combinations of values of the adjusted adjuncts and values of the current target value are each assigned an optimal control variable. In this way, a particularly responsive control of the hybrid energy storage system can be achieved.

Zudem ist vorteilhaft, wenn bei dem Verfahren zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems das Anpassen der optimalen Adjungierten mittels eines PI-Reglers erfolgt. Ein solches Bauelement ist kostengünstig verfügbar und erlaubt eine schnelle Ausführung des Verfahrens in Echtzeit.In addition, it is advantageous if, in the method for controlling a hybrid energy storage system, the adaptation of the optimal adjacents takes place by means of a PI controller. Such a device is available at low cost and allows rapid execution of the method in real time.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die optimale Adjungierte, welche in dem Verfahren zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems als erster Eingangswert empfangen wird, durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems bestimmt wurde. Somit kann eine optimale Adjungierte beispielsweise werksseitig ermittelt werden und an eine Regelvorrichtung übertragen werden, durch welchen das Verfahren zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems ausgeführt wird. Diese kann beispielsweise in einem Fahrzeug verbaut sein.It is particularly advantageous if the optimal adjoint, which is received as the first input value in the method for controlling a hybrid energy storage system, has been determined by the inventive method for determining a system behavior of a hybrid energy storage system. Thus, an optimal adjuvant, for example, can be determined at the factory and transmitted to a control device, by which the method for controlling a hybrid energy storage system is performed. This can be installed, for example, in a vehicle.

Eine Vorrichtung zum Erzeugen einer optimalen Adjungierten, welche eine Recheneinheit umfasst, welche dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems auszuführen, weist alle Vorteile des Verfahrens auf.An apparatus for generating an optimal adjoint, which comprises a computing unit which is set up to carry out the method according to the invention for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system, has all the advantages of the method.

Eine Vorrichtung zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems, welches eine Regelungseinheit umfasst, welche dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems auszuführen, weist alle Vorteile des Verfahrens auf.A device for controlling a hybrid energy storage system, which comprises a control unit which is set up to carry out the method according to the invention for controlling a hybrid energy storage system, has all the advantages of the method.

Figurenlistelist of figures

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

  • 1 ein Schaltbild eines beispielhaften hybriden Energiespeichersystems,
  • 2 ein Ablaufdiagram eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
  • 3 ein Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und
  • 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erzeugen einer optimalen Adjungierten.
Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
  • 1 a circuit diagram of an exemplary hybrid energy storage system,
  • 2 1 is a flow chart of a method according to the invention for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system according to a preferred embodiment of the invention,
  • 3 a block diagram of a device according to the invention for controlling a hybrid energy storage system according to a preferred embodiment of the invention, and
  • 4 a device according to the invention for generating an optimal adjoint.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt ein Schaltbild eines beispielhaften hybriden Energiespeichersystems. Das Energiespeichersystem ist ein Batteriespeichersystem 1. Das Batteriespeichersystem 1 umfasst als einen ersten Energiespeicher eine erste Batterie 2. Das Batteriespeichersystem 1 umfasst als einen zweiten Energiespeicher eine zweite Batterie 3. 1 shows a circuit diagram of an exemplary hybrid energy storage system. The energy storage system is a battery storage system 1 , The battery storage system 1 includes as a first energy storage a first battery 2 , The battery storage system 1 includes as a second energy storage a second battery 3 ,

Ein positiver Pol der ersten Batterie 2 ist mit einem Eingang eines DC/DC-Wandlers 4 gekoppelt. Ein positiver Pol der zweiten Batterie 3 ist mit einem Ausgang des DC/DC-Wandlers 4 gekoppelt. Ein negativer Pol der ersten Batterie 2 ist über eine Schaltungserde mit einem negativen Pol der zweiten Batterie 3 gekoppelt. Der DC/DC-Wandler 4 ist ein Energiewandler.A positive pole of the first battery 2 is with an input of a DC / DC converter 4 coupled. A positive pole of the second battery 3 is with an output of the DC / DC converter 4 coupled. A negative pole of the first battery 2 is connected via a circuit ground to a negative pole of the second battery 3 coupled. The DC / DC converter 4 is an energy converter.

Die erste und die zweite Batterie 2, 3 sind unterschiedlicher Bauart. So ist die erste Batterie 2 beispielsweise eine Batterie, welche dazu geeignet ist, kurzfristig eine hohe Leistung bereit zu stellen. Die zweite Batterie 3 ist beispielsweise eine Batterie, welche dazu geeignet ist, langfristig eine konstante Leistung bereit zu stellen. In alternativen hybriden Energiespeichersystemen wird zumindest eine der Batterien 2, 3 durch einen anderen Energiespeicher, beispielsweise einen Kondensator, ersetzt.The first and the second battery 2 . 3 are of different design. That's the first battery 2 For example, a battery that is capable of providing high performance in the short term. The second battery 3 For example, a battery that is capable of providing a constant power in the long term. In alternative hybrid energy storage systems, at least one of the batteries 2 . 3 replaced by another energy storage, such as a capacitor.

An dem Ausgang des DC/DC-Wandlers 4 ist ferner ein Kontaktanschluss angeordnet, über welchen das Batteriespeichersystem 1 kontaktiert werden kann, um von diesem einen Gesamtstrom Iges zu entnehmen. Der Gesamtstrom Iges setzt sich aus einem von dem DC/DC-Wandlers 4 abgegebenen Wandlerstrom I1d und einem von der zweiten Batterie 3 bereitgestellten zweiten Strom I2 zusammen. Bei einem Entladen der ersten Batterie 3 wird der DC/DC-Wandler 4 von der ersten Batterie 2 mit einem ersten Strom I1 versorgt. Bei einem Laden der ersten Batterie 3 wird die erste Batterie 3 von dem DC/DC-Wandler 4 mit dem ersten Strom I1 versorgt. Dabei ändert sich eine Flussrichtung des ersten Stroms I1.At the output of the DC / DC converter 4 Furthermore, a contact terminal is arranged, via which the battery storage system 1 can be contacted to remove from this one total current I ges . The total current I ges is composed of one of the DC / DC converter 4 output transducer current I 1d and one of the second battery 3 provided second current I 2 together. When unloading the first battery 3 becomes the DC / DC converter 4 from the first battery 2 supplied with a first current I 1 . When charging the first battery 3 becomes the first battery 3 from the DC / DC converter 4 supplied with the first current I 1 . In this case, a flow direction of the first current I 1 changes .

Um eine effiziente und schonende Entladung des Batteriespeichersystems 1 zu erreichen wird dieses mittels der erfindungsgemaßen Verfahren betrieben. Dabei wird der zweite Strom I2 gemäß einer optimalen Steuergröße I2 * geregelt, welche einen Betrag des zweite Stroms I2 definiert. Der zweite Strom I2 wird beispielsweise über den DC/DC-Wandlers 4 geregelt. Die erste Batterie 2 weist eine erste Batteriespannung U1 auf. Die zweite Batterie 3 weist eine zweite Batteriespannung U2 auf.For an efficient and gentle discharge of the battery storage system 1 To achieve this is operated by the inventive method. In this case, the second current I 2 is regulated according to an optimal control variable I 2 * , which defines an amount of the second current I 2 . The second current I 2 is, for example, via the DC / DC converter 4 regulated. The first battery 2 has a first battery voltage U 1 . The second battery 3 has a second battery voltage U 2 .

Im Folgenden wird die Erfindung und die zugrundeliegenden mathematischen Grundsätze näher erläutert.The invention and the underlying mathematical principles are explained in more detail below.

Die erfindungsgemäßen Verfahren ermöglichen eine energieeffiziente Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems, beispielsweise des Batteriespeichersystems 1, und definieren jeweils einen aus zwei Schritten. Im ersten Schritt wird offline, d. h. unter der Berechnung von a priori bekannten Fallbeispielen, eine optimale Adjungierte λ*, bzw. ein Lagrange-Multiplikator gefunden und bereitgestellt. Dies kann wahlweise für verschiedene Fallbeispiele durchgeführt werden. In dem zweiten Schritt wird dann eine zugehörige adaptive Steuerung offenbart, die es ermöglicht das Energiespeichersystem, beispielsweise das Batteriespeichersystem 1, in Echtzeit zu betreiben und einen Betrag des ersten Stroms I1 und des zweiten Stroms I2 zu regeln.The methods according to the invention enable energy-efficient control of a hybrid energy storage system, for example the battery storage system 1 , and each define one of two steps. In the first step, an optimal adjoint λ * or a Lagrangian multiplier is found and provided offline, that is to say under the calculation of a priori known case examples. This can optionally be done for different case studies. In the second step, an associated adaptive control is disclosed, which enables the energy storage system, for example the battery storage system 1 to operate in real time and to regulate an amount of the first current I 1 and the second current I 2 .

Durch das Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems erfolgt ein Lösen eines Optimalsteuerproblems für das hybride Batteriespeichersystem.The method of determining optimized system performance of a hybrid energy storage system solves an optimal control problem for the hybrid battery storage system.

Es wird zunächst ein allgemeines Optimierungsproblem für Optimalsteuerprobleme beschrieben. Im Anschluss wird in das speziell für das hybride Batteriespeichersystem 1 auftretende Optimalsteuerproblem und dessen Lösung mit Hilfe des Minimumprinzips von Pontryagin vorgestellt. Dabei wird beschrieben, wie mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die optimale Adjungierte λ* iterativ über ein sogenanntes Bisektionsverfahren ermittelt werden kann.First, a general optimization problem for optimal control problems will be described. Following is in the specially for the hybrid battery storage system 1 occurring optimum control problem and its solution using the minimum principle of Pontryagin presented. It is described how, by means of the method according to the invention, the optimal adjoint λ * can be determined iteratively by means of a so-called bisection method.

Bei einem Optimalsteuerproblem soll eine Kostenfunktion J unter gegebenen Nebenbedingungen minimiert werden. Ein Beispiel für ein solches Problem wird nachfolgend gegeben. Dabei gibt das Lagrange'sche Gütemaß L die Kosten in Abhängigkeit der Zustandsgrößen x(t) und der Steuergrößen u(t) für jeden Zeitpunkt an. In a optimal control problem, a cost function J should be minimized under given constraints. An example of such a problem is given below. The Lagrangian quality measure L indicates the costs as a function of the state variables x (t) and the control variables u (t) for each point in time.

Das Optimalsteuerproblem kann wie folgt formuliert werden: min { k :   x _ ( t ) X ( t ) , u _ ( t ) U ( t ) } J

Figure DE102017201061A1_0001
J = t a t e L ( x _ ( t ) , u _ ( t ) ) d t   s .t
Figure DE102017201061A1_0002
x _ ( t ) X ( t ) n
Figure DE102017201061A1_0003
u _ ( t ) U ( t ) m
Figure DE102017201061A1_0004
x _ ( t a ) = x _ 0
Figure DE102017201061A1_0005
x _ ( t e ) [ x _ t e , m i n , x _ t e , m a x ]
Figure DE102017201061A1_0006
The optimal control problem can be formulated as follows: min { k : x _ ( t ) X ( t ) . u _ ( t ) U ( t ) } J
Figure DE102017201061A1_0001
J : = t a t e L ( x _ ( t ) . u _ ( t ) ) d t s .t
Figure DE102017201061A1_0002
x _ ( t ) X ( t ) n
Figure DE102017201061A1_0003
u _ ( t ) U ( t ) m
Figure DE102017201061A1_0004
x _ ( t a ) = x _ 0
Figure DE102017201061A1_0005
x _ ( t e ) [ x _ t e . m i n . x _ t e . m a x ]
Figure DE102017201061A1_0006

Eine optimale Steuergröße u* erfüllt dann die folgende Gleichung: u * = a r g m i n { t :   x ( t ) X ( t ) , u ( t ) U ( t ) } ( J ( x _ ( t ) , u _ ( t ) ) )

Figure DE102017201061A1_0007
An optimal control quantity u * then satisfies the following equation: u * = a r G m i n { t : x ( t ) X ( t ) . u ( t ) U ( t ) } ( J ( x _ ( t ) . u _ ( t ) ) )
Figure DE102017201061A1_0007

Das Optimierungsproblem und dessen Lösung mittels des Minimumprinzips von Pontryagin wird nun auf das in 1 dargestellte hybride Batteriespeichersystem 1 bezogen. Das Ziel des Verfahrens ist die Minimierung der Verluste in dem hybriden Batteriespeichersystem 1 über einen vorgegebenen Zeitraum [ta, te]. Mit elektrischen Verlusten in der ersten Batterie Pv,1(t), elektrischen Verlusten in der zweiten Batterie Pv,2(t) und elektrischen Verlusten im DC/DC-Wandler Pv,dcdc(t) kann die Kostenfunktion J für das hybride Batteriespeichersystem 1 aus 1 aufgestellt werden. Bei Minimierung der Kostenfunktion J über den Zeitraum [ta, te] werden die elektrischen Verluste im gezeigten Batteriespeichersystem 1 minimiert: J = t a t e [ P v ,1 ( t ) + P v ,2 ( t ) + P v , d c d c ( t ) ] d t

Figure DE102017201061A1_0008
The optimization problem and its solution by means of the minimum principle of pontryagin will now be applied to the in 1 illustrated hybrid battery storage system 1 based. The goal of the method is to minimize the losses in the hybrid battery storage system 1 over a given period [t a , t e ]. With electrical losses in the first battery P v, 1 (t), electrical losses in the second battery P v, 2 (t) and electrical losses in the DC / DC converter P v, dcdc (t), the cost function J for the hybrid battery storage system 1 out 1 be set up. When the cost function J is minimized over the period [t a , t e ], the electrical losses in the illustrated battery storage system become 1 minimized: J = t a t e [ P v ,1 ( t ) + P v 2 ( t ) + P v . d c d c ( t ) ] d t
Figure DE102017201061A1_0008

Der Gesamtstrom Iges setzt sich nach folgender Knotengleichung aus der Summe des Wandlerstromes I1d an einer der zweiten Batterie 3 zugewandten Seite des DC/DC-Wandlers 4 und des zweiten Stromes I2 der zweiten Batterie 3 zusammen: Ι ges = Ι 1 d + Ι 2

Figure DE102017201061A1_0009
The total current I tot is made up of the sum of the converter current I 1d at one of the second battery according to the following node equation 3 facing side of the DC / DC converter 4 and the second current I 2 of the second battery 3 together: Ι ges = Ι 1 d + Ι 2
Figure DE102017201061A1_0009

Auf einer Seite der ersten Batterie 2 gilt für den Fall, dass die erste Batterie 2 entladen wird (dies ist in dem gezeigten Batteriespeichersystem 1 der Fall, denn der erste Strom I1 größer 0 ist (I1 > 0)) mit einem DC/DC-Wander-Wirkungsgrad ηdcdc: Ι 1 = 1 η dcdc Ι 1 d U 2 U 1 = η dcdc z Ι 1 d U 2 U 1  mit  z = 1  im Entladefall

Figure DE102017201061A1_0010
On one side of the first battery 2 applies in the event that the first battery 2 is discharged (this is in the battery storage system shown 1 the case because the first current I 1 is greater than 0 (I 1 > 0)) with a DC / DC wander efficiency η dcdc : Ι 1 = 1 η dcdc Ι 1 d U 2 U 1 = η dcdc z Ι 1 d U 2 U 1 With z = - 1 in the unloading case
Figure DE102017201061A1_0010

Für den Fall, dass die erste Batterie 2 geladen wird gilt demnach: Ι 1 = η dcdc Ι 1 d U 2 U 1 = η dcdc z Ι 1 d U 2 U 1  mit  z = 1  im Ladefall

Figure DE102017201061A1_0011
In the event that the first battery 2 is loaded accordingly: Ι 1 = η dcdc Ι 1 d U 2 U 1 = η dcdc z Ι 1 d U 2 U 1 With z = 1 in loading case
Figure DE102017201061A1_0011

Ein Ladezustand der ersten Batterie SoC1 und ein Ladezustand der zweiten Batterie SoC2 können anhand des jeweiligen zeitlichen Integrals des Stromes, der durch die jeweilige Batterie 2, 3 fließt, der nominellen Ladung (Qnom,1, bzw. Qnom,2) sowie einem Initalladezustand (SoCinit,1, SoCinit,2) berechnet werden. Die Berechnungen sind in den Gleichungen (12) und (13) dargestellt. Hierbei wurde die Konvention gewählt, dass ein positiver Strom dem Entladefall der jeweiligen Batterie 2, 3 entspricht. S o C 1 ( t ) = S o C init ,1 | t = t a τ = t a t Ι 1 ( τ ) Q nom ,1 d τ

Figure DE102017201061A1_0012
S o C 2 ( t ) = S o C init ,2 | t = t a τ = t a t Ι 2 ( τ ) Q nom ,2 d τ
Figure DE102017201061A1_0013
A state of charge of the first battery SoC 1 and a state of charge of the second battery SoC 2 can be determined by the respective temporal integral of the current supplied by the respective battery 2 . 3 flows, the nominal charge (Q nom, 1 , or Q nom, 2 ) and an initial charge state (SoC init, 1 , SoC init, 2 ) are calculated. The calculations are shown in equations (12) and (13). Here, the convention was chosen that a positive current to the discharge of each battery 2 . 3 equivalent. S O C 1 ( t ) = S O C init ,1 | t = t a - τ = t a t Ι 1 ( τ ) Q nom ,1 d τ
Figure DE102017201061A1_0012
S O C 2 ( t ) = S O C init 2 | t = t a - τ = t a t Ι 2 ( τ ) Q nom 2 d τ
Figure DE102017201061A1_0013

Die vorangegangene allgemeine Form eines Optimalsteuerproblems wird nun auf das hybride Batteriespeichersystem 1 bezogen. Es wird der Ladezustand der zweiten Batterie SoC2 als Zustandsgröße x gewählt (x = SoC2). Der Batteriestrom der zweiten Batterie 3 stellt die Steuergröße dar, wie aus Gleichung (14) hervorgeht. u = Ι 2

Figure DE102017201061A1_0014
The foregoing general form of optimum control problem will now be directed to the hybrid battery storage system 1 based. The state of charge of the second battery SoC 2 is selected as state variable x (x = SoC 2 ). The battery current of the second battery 3 represents the control variable, as shown in Equation (14). u = Ι 2
Figure DE102017201061A1_0014

Die erwähnten Rand- und Nebenbedingungen für die Optimierungsgrößen sind für die Anwendung in dem hybriden Batteriespeichersystem 1 in Gleichung (15) und (16) formuliert. Ein Start-Ladezustand SoC2(ta) der zweiten Batterie 3 ist ein fester Wert. Ein End-Ladezustand SoC2(te) der zweiten Batterie 3 soll in unmittelbarer Nähe dieses Startwertes, also des Start-Ladezustands SoC2(ta), liegen. Für eine Batterie, deren Ladezustand im Bereich 0 % bis 100 % liegt, sind Werte im Bereich um 50 % sinnvoll. Die Definition des Start-Ladezustand SoC2(ta) kann dabei auch von weiteren Faktoren, wie dem Systemaufbau, Spannungsanforderung, einer Wahl eines angeschlossenen Inverters oder einer Beschaffenheit der Energiespeicher selbst abhängen. S o C 2 ( t a ) = S o C 2, t a S o C 2 ( t e ) = S o C 2, t e

Figure DE102017201061A1_0015
S o C 2, m i n S o C 2 ( t ) S o C 2, m a x Ι 2, m i n Ι 2 ( t ) Ι 2, m a x
Figure DE102017201061A1_0016
The mentioned constraints and constraints for the optimization quantities are for use in the hybrid battery storage system 1 in Equations (15) and (16). A starting state of charge SoC 2 (t a ) of the second battery 3 is a fixed value. A final state of charge SoC 2 (t e ) of the second battery 3 should be in the immediate vicinity of this starting value, ie the starting state of charge SoC 2 (t a ). For a battery whose state of charge is in the range 0% to 100%, values in the region of 50% are reasonable. The definition of the starting state of charge SoC2 (ta) can also depend on other factors, such as the system structure, voltage requirement, a choice of a connected inverter or a nature of the energy storage itself. S O C 2 ( t a ) = S O C 2, t a S O C 2 ( t e ) = S O C 2, t e
Figure DE102017201061A1_0015
S O C 2, m i n S O C 2 ( t ) S O C 2, m a x Ι 2, m i n Ι 2 ( t ) Ι 2, m a x
Figure DE102017201061A1_0016

Nachfolgend wird die Lösung des Optimierungsproblems durch das Minimumprinzip von Pontryagin vorgestellt. Das Lagrange'sche Gütemaß (vgl. Gleichung (2)) entspricht hier der in Gleichung (8) integrierten Summe der elektrischen Verlustanteile in den Batterien 2, 3 und dem DC/DC-Wandler 4, wie durch Gleichung (17) beschrieben. L = P v ,1 + P v ,2 + P v ,dcdc

Figure DE102017201061A1_0017
The solution of the optimization problem by the minimum principle of pontryagin is presented below. The Lagrangian quality measure (see equation (2)) corresponds here to the sum of the electrical loss components in the batteries integrated in equation (8) 2 . 3 and the DC / DC converter 4 as described by equation (17). L = P v ,1 + P v 2 + P v , dcdc
Figure DE102017201061A1_0017

In Gleichung (18) ist die definierte Hamilton-Funktion H dargestellt. Diese beinhaltet neben dem Lagrange'schen Gütemaß L einen weiteren Term, das Produkt aus einer zeitvarianter Adjungierten λ(t)T und einer Zustands-Differentialgleichung f (x(t), u(t), t). H ( x ( t ) , u ( t ) , λ ( t ) , t ) = L ( x ( t ) , u ( t ) , t ) + λ ( t ) T f ( x ( t ) , u ( t ) , t )

Figure DE102017201061A1_0018
Equation (18) shows the defined Hamiltonian H. In addition to the Lagrangian quality measure L, this includes another term, the product of a time-variant adjoint λ (t) T and a state differential equation f (x (t), u (t), t). H ( x ( t ) . u ( t ) . λ ( t ) . t ) = L ( x ( t ) . u ( t ) . t ) + λ ( t ) T f ( x ( t ) . u ( t ) . t )
Figure DE102017201061A1_0018

Das Minimumprinzip von Pontryagin gibt eine Reihe von notwendigen Bedingungen vor, die erfüllt werden müssen, damit Optimalität gilt. Dies ist in den Gleichungen (19) bis (23) formuliert. Optimale Trajektorien und Größen werden hier durch die Markierung (·)* gekennzeichnet. x ˙ * ( t ) = λ H | * = h i e r x ˙ 2 * ( t ) = u * Q nom ,2 = f ( x 2 * ( t ) , u * ( t ) )

Figure DE102017201061A1_0019
λ . * ( t ) = x H | *   siehe nachfolgende Erläuterungen
Figure DE102017201061A1_0020
x ( t a ) = x a
Figure DE102017201061A1_0021
x ( t e ) = x e
Figure DE102017201061A1_0022
The minimum principle of Pontryagin specifies a set of necessary conditions that must be met for optimality to apply. This is formulated in equations (19) to (23). Optimal trajectories and sizes are indicated here by the mark (·) *. x ˙ * ( t ) = λ H | * = H i e r x ˙ 2 * ( t ) = - u * Q nom 2 = f ( x 2 * ( t ) . u * ( t ) )
Figure DE102017201061A1_0019
λ , * ( t ) = x H | * see the following explanations
Figure DE102017201061A1_0020
x ( t a ) = x a
Figure DE102017201061A1_0021
x ( t e ) = x e
Figure DE102017201061A1_0022

Die zeitlichen Änderungen des Zustands x und des Lagrange-Multiplikators (auch Adjungierte λ genannt) werden durch die kanonischen Differentialgleichungen (19) und (20) beschrieben. Durch die Wahl der optimalen Steuergröße u* ist der zu minimierende Wert der Hamilton-Funktion H nach Gleichung (23) stets kleiner als der Wert der Hamilton-Funktion H, der durch eine von der optimalen Steuergröße u* abweichende Steuergröße zustande kommt. H ( u ( t ) , x * ( t ) , λ * ( t ) , t ) H ( u * ( t ) , x * ( t ) , λ * ( t ) , t ) ,   u ( t ) U ( t ) ,   t [ t 0 , t e ]

Figure DE102017201061A1_0023
The temporal changes of the state x and the Lagrange multiplier (also called adjuncts λ) are described by the canonical differential equations (19) and (20). By the choice of the optimal control quantity u *, the value of the Hamiltonian function H according to equation (23) which is to be minimized is always smaller than the value of the Hamiltonian H, which results from a control variable deviating from the optimal control variable u *. H ( u ( t ) . x * ( t ) . λ * ( t ) . t ) H ( u * ( t ) . x * ( t ) . λ * ( t ) . t ) . u ( t ) U ( t ) . t [ t 0 . t e ]
Figure DE102017201061A1_0023

Nun soll über dem Zeitraum t ∈ [ta, te] eine optimale Trakektorie u*(t) aus dem Bereich der zulässigen Steuerwerte u(t) gefunden werden, die, unter Einhaltung der Rand- und Nebenbedingungen der Steuer- und Zustandsgrößen, die Hamilton-Funktion H minimiert. Dabei muss nicht immer ein Extremwert in der Form dH/du=0 vorliegen, da es vorkommen kann, dass ein Minimum der Hamilton-Funktion H genau am Randbereich des zulässigen Steuergrößenbereichs vorliegt, in dem die Ableitung der Hamilton-Funktion H noch nicht 0 ist. Demnach gilt allgemein die Anforderung u*=arg min H, wobei Werte der Steuergröße u innerhalb des zulässigen Steuerwertebereichs betrachtet werden.Now, over the period of t ∈ [t a , t e ], an optimal traktorector u * (t) from the range of the permissible control values u (t) is to be found which, while maintaining the boundary and secondary conditions of the control and state variables, the Hamilton function H minimizes. In this case, there does not always have to be an extreme value in the form dH / du = 0, since it may happen that a minimum of the Hamilton function H is present at the edge region of the permissible control variable range in which the derivative of the Hamiltonian function H is not yet 0 , Thus, generally, the requirement u * = arg min H applies, where values of the control quantity u are considered within the allowable control value range.

Das Lösen des Zweipunkt-Randwertproblems, bestehend aus Zustands-Differentialgleichung (19) und Adjungierten-Differentialgleichung (20), kann unter den im Folgenden beschriebenen Annahmen gelöst werden.Solving the two-point boundary value problem, consisting of state differential equation (19) and adjoint differential equation (20), can be solved under the assumptions described below.

Die Verluste des DC/DC-Wandlers 4 sind im Wesentlichen von der Eingangs- und Ausgangsspannung, also der ersten und zweiten Batteriespannung U1, U2, sowie einer transferierten Leistung Pv,dcdc abhängig. Unter der Annahme, dass sich die Batteriespannung U1 der zweiten Batterie 3 während des Betriebs in einem Teilspannungsbereich und damit in einem kleinen Ladezustandsbereich x2(t) = SoC2(t) ≈ konstant aufhält, kann die folgende Vereinfachung in Gleichung (24) getroffen werden. S o C 2 P v ,dcdc ( U 1 , U 2 ( S o C 2 ( t ) ) , Ι 1 d ) U 2 k o n s t a n t 0

Figure DE102017201061A1_0024
The losses of the DC / DC converter 4 are essentially dependent on the input and output voltage, ie the first and second battery voltage U 1 , U 2 , as well as a transferred power P v, dcdc . Assuming that the battery voltage U1 of the second battery 3 During operation in a partial voltage range and thus in a small state of charge range x 2 (t) = SoC 2 (t) ≈ constant, the following simplification can be made in equation (24). S O C 2 P v , dcdc ( U 1 . U 2 ( S O C 2 ( t ) ) . Ι 1 d ) U 2 k O n s t a n t 0
Figure DE102017201061A1_0024

Für die partielle Ableitung einer Verlustleistung der zweiten Batterie Pv,2 gilt mit der getroffenen Annahme Gleichung (25). S o C 2 P v ,2 ( R d c ,2 ( S o C 2 ( t ) , Ι 2 ) ) = S o C 2 ( R dc ,2 Ι 2 2 ) S o C 2 k o n s t a n t 0

Figure DE102017201061A1_0025
For the partial derivation of a power loss of the second battery P v, 2 applies with the assumption made equation (25). S O C 2 P v 2 ( R d c 2 ( S O C 2 ( t ) . Ι 2 ) ) = S O C 2 ( R dc 2 Ι 2 2 ) S O C 2 k O n s t a n t 0
Figure DE102017201061A1_0025

Eine Verlustleistung der ersten Batterie Pv,1 ist unabhängig vom Ladezustand der zweiten Batterie SoC2 und somit gilt für die partielle Ableitung dieser Verlustleistung Gleichung (26). S o C 2 P v ,1 ( R dc ,1 , Ι 1 ) = 0

Figure DE102017201061A1_0026
A power loss of the first battery P v, 1 is independent of the state of charge of the second battery SoC 2 and thus applies to the partial derivative of this power loss equation (26). S O C 2 P v ,1 ( R dc ,1 . Ι 1 ) = 0
Figure DE102017201061A1_0026

Zudem gilt für die Zustands-Differentialgleichung mit SoC2(t) ≈ konstant die Gleichung (27). S o ˙ C 2 ( t ) S o C 2 k o n s t a n t 0

Figure DE102017201061A1_0027
In addition, Equation (27) holds for the state differential equation with SoC 2 (t) ≈ constant. S O ˙ C 2 ( t ) S O C 2 k O n s t a n t 0
Figure DE102017201061A1_0027

Mit der getroffenen Annahme und den sich ergebenden partiellen Differentialgleichungen (24) bis (27) kann die notwendige Bedingung in Gleichung (20) gelöst werden. Sie ergibt sich zu 0. Ebenso folgt daraus, dass die Adjungierte λ konstant ist, wie auch aus Gleichung (28) hervorgeht. λ . ( t ) = δ H ( S o C 2 ( t ) , u ( t ) , λ ( t ) , t ) δ S o C P B 0 λ ( t ) = λ= k o n s t a n t

Figure DE102017201061A1_0028
With the assumption made and the resulting partial differential equations (24) to (27), the necessary condition in equation (20) can be solved. It results in 0. It also follows that the adjoint λ is constant, as can be seen from equation (28). λ , ( t ) = - δ H ( S O C 2 ( t ) . u ( t ) . λ ( t ) . t ) δ S O C P B 0 λ ( t ) = λ = k O n s t a n t
Figure DE102017201061A1_0028

Die Verluste in den Batterieteilen, also in der ersten Batterie 2 und der zweiten Batterie 3, lassen sich über den Gleichstromwiderstand des jeweiligen Batterieteils nach Gleichungen (29) und (30) bestimmen. P v ,1 = R dc ,1 Ι 1 2

Figure DE102017201061A1_0029
P v ,2 = R dc ,2 Ι 2 2
Figure DE102017201061A1_0030
The losses in the battery parts, ie in the first battery 2 and the second battery 3 , can be determined via the DC resistance of the respective battery part according to equations (29) and (30). P v ,1 = R dc ,1 Ι 1 2
Figure DE102017201061A1_0029
P v 2 = R dc 2 Ι 2 2
Figure DE102017201061A1_0030

Mit den Gleichungen (29) und (30), der Knotengleichung (9), der Beziehung u = I2 und den Strom-Wirkungsgrad-Gleichungen (10) und (11) am DC/DC-Wandler 4 lässt sich die Berechnung der elektrischen Verluste der ersten Batterie Pv,1 umstellen und nach Gleichung (31) darstellen. Hierbei gilt z = -1 für den Entladefall der ersten Batterie 3 und z = +1 für den Ladefall. Der Strom der ersten Batterie I1 wird dabei gemäß den Gleichungen (10) und (11) formuliert. P v ,1 ( u ) = R d c ,1 Ι 1 2 = R d c ,1 ( Ι 1 d η d c d c z U 2 U 1 ) 2 = R d c ,1 ( ( Ι g e s u ) η d c d c z U 2 U 1 ) 2

Figure DE102017201061A1_0031
With equations (29) and (30), the node equation (9), the relationship u = I 2 and the current efficiency equations (10) and (11) on the DC / DC converter 4 the calculation of the electrical losses of the first battery P v, 1 can be converted and represented by equation (31). Here, z = -1 for the discharge case of the first battery 3 and z = +1 for the loading case. The current of the first battery I 1 is formulated according to equations (10) and (11). P v ,1 ( u ) = R d c ,1 Ι 1 2 = R d c ,1 ( Ι 1 d η d c d c z U 2 U 1 ) 2 = R d c ,1 ( ( Ι G e s - u ) η d c d c z U 2 U 1 ) 2
Figure DE102017201061A1_0031

Die Ausgangsleistung Pout,dcdc des DC/DC-Wandlers 4 kann mit einem stromrichtungsabhängigen Faktor k in Abhängigkeit von einer Entladeleistung P1d der ersten Batterie bei einem Entladen dargestellt werden, wie auch durch Gleichung (32) dargestellt. P out ,dcdc = P 1 d k ,  mit  k = { 1 Entladen Batterieteil  1,   Ι 1 > 0 1 η dcdc z  Laden Batterieteil  1,   Ι 1 < 0

Figure DE102017201061A1_0032
The output power P out, dcdc of the DC / DC converter 4 can be represented with a current direction dependent factor k as a function of a discharge power P 1d of the first battery when discharged, as also represented by equation (32). P out , dcdc = P 1 d k . With k = { 1 Discharge battery part 1, Ι 1 > 0 1 η dcdc z Charge battery part 1, Ι 1 < 0
Figure DE102017201061A1_0032

Nun lässt sich die Verlustleistung des DC/DC-Wandlers 4 in Abhängigkeit der Steuergröße u nach Gleichung (33) darstellen. Dabei kann die Entladeleistung P1d im Entladefall der ersten Batterie 3 dargestellt werden: P1d = U2 · (Iges - u). Im Ladefall der ersten Batterie 3 gilt: P1d = U2 . (Iges - u) · 1 / ηdcdc. Mit diesen Zusammenhängen ergibt sich für die Verlustleistung des DC/DC-Wandlers Pv,dcdc die folgende Gleichung (33). P v ,dcdc = U 2 ( Ι ges u ) k ( 1 η dcdc )

Figure DE102017201061A1_0033
Now, the power loss of the DC / DC converter can be 4 depending on the control quantity u according to equation (33). In this case, the discharge power P 1d in the discharge case of the first battery 3 P 1d = U 2 · (I ges - u). In the charging case of the first battery 3 applies: P 1d = U 2 . (I ges - u) · 1 / η dcdc . With these relationships, the following equation (33) is obtained for the power dissipation of the DC / DC converter P v, dcdc . P v , dcdc = U 2 ( Ι ges - u ) k ( 1 - η dcdc )
Figure DE102017201061A1_0033

Mit den Gleichungen (17), (19), (28), (32) und (33) lässt sich die Hamilton-Funktion H in Abhängigkeit der Steuergröße u = I2 darstellen, wie dies in Gleichung (34) erfolgt ist. H = L + λ S ο ˙ C 2 = P v ,2 + P v ,1 + P v , d c d c λ u Q n o m ,2 = R d c ,2 u 2 + R d c ,1 ( ( Ι g e s u ) η d c d c z U 2 U 1 ) 2    + U 2 ( Ι g e s u ) k ( 1 η d c d c ) λ u Q n o m ,2

Figure DE102017201061A1_0034
With the equations (17), (19), (28), (32) and (33), the Hamiltonian function H can be represented as a function of the control variable u = I 2 , as has been done in equation (34). H = L + λ S ο ˙ C 2 = P v 2 + P v ,1 + P v . d c d c - λ u Q n O m 2 = R d c 2 u 2 + R d c ,1 ( ( Ι G e s - u ) η d c d c z U 2 U 1 ) 2 + U 2 ( Ι G e s - u ) k ( 1 - η d c d c ) - λ u Q n O m 2
Figure DE102017201061A1_0034

Das Minimumprinzip von Pontryagin impliziert, dass die Hamilton-Funktion H zu jedem Zeitpunkt t ∈ [ta, te] des vorgegbenen Zeitraums ein globales Minimum besitzt. Das Finden des Minimums entspricht dem Lösen eines Extremwertproblems. Durch Ableiten der Hamilton-Funktion H nach der Steuergröße u und dem Nullsetzen kann zunächst ein Extremwert ermittelt werden. Dies entspricht einer notwendigen Bedingung für die Gültigkeit des Extremwerts. Ob es sich zum Zeitpunkt t bei der Steuergröße u im Steuerbereich u ∈ U (t) um einen globalen Extremwert handelt muss überprüft werden. Gleichung (35) zeigt die nach der Steuergröße u abgeleitete Hamilton-Funktion H, die Null gleichgesetzt (∂H/∂u = 0) und nach der Steuergröße u = I2 aufgelöst wurde. Die Größen der Batterien 2, 3 (Spannungen, Gleichstrom-Innenwiderstände) können in Abhängigkeit der Zustandsgröße und Ströme zu jedem Zeitpunkt errechnet werden oder sie sind, wie die Nominalladung, fest hinterlegbar. Ebenso kann auch der Wirkungsgrad des DC/DC-Wandlers 4 für den jeweiligen Arbeitspunkt bestimmt werden. Lediglich die optimale Adjungierte λ* ist zu bestimmen. Dies wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems in entsprechender Weise erreicht. u = U 2 k ( 1 η d c d c ) + 2 Ι g e s R d c ,1 ( η d c d c z U 2 U 1 ) 2 + λ Q n o m ,2 2 ( R d c ,2 + R d c ,1 ( η d c d c z U 2 U 1 ) 2 )

Figure DE102017201061A1_0035
The minimum principle of pontryagin implies that the Hamiltonian H has a global minimum at each time t ∈ [t a , t e ] of the given period. Finding the minimum is equivalent to solving an extreme value problem. By deriving the Hamilton function H according to the control variable u and zeroing, an extreme value can first be determined. This corresponds to a necessary condition for the validity of the extreme value. Whether it is at the time t at the control variable u in the control area u ∈ U (t) is a global extreme value must be checked. Equation (35) shows the Hamiltonian H derived from the control variable u, equated to zero (∂H / ∂u = 0) and resolved after the control variable u = I 2 . The sizes of the batteries 2 . 3 (Voltages, DC internal resistances) can be calculated at any time depending on the state variable and currents, or they are, like the nominal charge, permanently storable. Similarly, the efficiency of the DC / DC converter 4 be determined for the respective operating point. Only the optimal adjoint λ * is to be determined. This is achieved in a corresponding manner by the method according to the invention for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system. u = U 2 k ( 1 - η d c d c ) + 2 Ι G e s R d c ,1 ( η d c d c z U 2 U 1 ) 2 + λ Q n O m 2 2 ( R d c 2 + R d c ,1 ( η d c d c z U 2 U 1 ) 2 )
Figure DE102017201061A1_0035

Mit dem Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems wird daher ein Verfahren zur Bestimmung der optimalen konstanten Adjungierten λ* mittels eines Bisektionsverfahren beschrieben.The method for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system therefore describes a method for determining the optimum constant adjoint λ * by means of a bisection method.

Mit der gegebenen Gleichung (35) ist es möglich, in Abhängigkeit des von dem Batteriespeichersystem 1 geforderten Stromes Iges die optimale Steuergröße u*, bzw. den optimalen Strom I2 * zu berechnen. Für die Berechnung fehlt jedoch noch die optimale Adjungierte λ* für die die Neben- und Randwertbedingungen eingehalten werden.With the given equation (35), it is possible depending on the battery storage system 1 demanded current I tot the optimal control variable u *, or to calculate the optimal current I 2 * . However, the calculation still lacks the optimal adjoint λ * for which the constraints and boundary conditions are met.

Das Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems ist ein iteratives Schleifenverfahren, dessen Ablaufschema in 2 dargestellt ist. Durch das Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems kann für ein über den vorgegbenen Zeitraum [ta, te] a priori gegebenes Leistungsprofil Pges(t) die optimale (zeitkonstante) Adjungierte λ* bestimmt werden. Unter der Voraussetzung der getroffenen Annahme, dass in der zweiten Batterie 3 der Einfluss des Ladezustands der zweiten Batterie SoC2 auf die Hamilton-Funktion H gering ist.The method for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system is an iterative loop method whose flowchart in FIG 2 is shown. By means of the method for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system, the optimum (time-constant) adjoint λ * can be determined for a power profile P ges (t) given a priori over the predetermined time period [t a , t e ]. Assuming the assumption made that in the second battery 3 the influence of the state of charge of the second battery SoC 2 on the Hamilton function H is low.

Zu Beginn des Verfahrens werden durch eine Intialisierung 40 Initalwerte für eine mögliche Adjungierte λm und Modellgrößen des hybriden Batteriespeichersystems 1, insbesondere ein Anfangs-Ladezustand der ersten Batterie SoC1(ta) zu Beginn des vorgegebenen Zeitraums, ein Anfangs-Ladezustand der zweiten Batterie SoC2(ta) zu Beginn des vorgegebenen Zeitraums und ein Nullstrom zu Beginn des vorgegebenen Zeitraums, vorgegeben.At the beginning of the process are by an initialization 40 Initial values for a possible adjoint λ m and model sizes of the hybrid battery storage system 1 , In particular, an initial state of charge of the first battery SoC 1 (t a ) at the beginning of the predetermined period, an initial state of charge of the second battery SoC 2 (t a ) at the beginning of the predetermined period and a zero current at the beginning of the predetermined period, given.

Nach der Initialisierung wird eine erste Iterationsschleife 10 gestartet. Diese weist mehrere Durchläufe auf, wobei aufeinanderfolgenden Durchläufen jeweils eine mögliche Adjungierte λm zugehörig ist. So werden bei einem Ausführen der ersten Iterationsschleife eine Anzahl von Durchläufen ausgeführt in denen die jeweils gleichen Verfahrensschritte abgearbeitet werden. Dabei werden die jeweils gleichen Verfahrensschritte für wechselnde Werte der möglichen Adjungierten λm ausgeführt. Die optimale Adjungierte λ* wird dabei aus der Vielzahl möglicher Adjungierten λm ermittelt. Dies erfolgt mittels eines sogenannten Bisektionsverfahrens. Dies wird auch als Intervallschachtelung bezeichnet. In der beschriebenen Ausführungsform wird beispielhaft ein Intervallhalbierungsverfahren angewendet.After initialization, a first iteration loop 10 started. This has several passes, wherein successive passes each have a possible adjoint λ m is associated. Thus, when executing the first iteration loop, a number of passes are executed in which the respective same method steps are executed. In this case, the respective same method steps are carried out for changing values of the possible adjuncts λ m . The optimal adjoint λ * is determined from the multiplicity of possible adjuvants λ m . This is done by means of a so-called Bisektionsverfahrens. This is also called interval nesting. In the described embodiment, an interval bisection method is used by way of example.

Dazu wird ein Wertebereich definiert, welcher Werte beschreibt, welche die mögliche Adjungierte λm annehmen kann. Dieser Wertebereich beginnt mit einem Anfangswert λu und erstreckt sich bis zu einem Endwert λo. Dieser Wertebereich weist anfänglich einen niedrigsten Anfangswert λu,0 und einen höchsten Endwert λo,0 auf.For this purpose, a range of values is defined which describes values which the possible adjoint λ m can assume. This value range starts with an initial value λ u and extends up to a final value λ o . This range of values initially has a lowest initial value λ u, 0 and a highest final value λ o, 0 .

Bei dem ersten Durchlauf der ersten Iterationsschleife 10 wird ein Wert der möglichen Adjungierten λm in einem Selektionsschritt 14 auf einen Wert gesetzt, welcher zwischen dem Anfangswert λu,0 und dem höchsten Endwert λo,0 liegt. Der Wert der möglichen Adjungierten λm der ersten Iterationsschleife wird als erste mögliche Adjungierte λm,1 bezeichnet. Die erste mögliche Adjungierte λm,1 ergibt sich somit aus dem niedrigsten Anfangswert λu,0 und dem höchsten Endwert λo,0 zu: λm,1 = (λu,0 + λo,0) / 2.At the first pass of the first iteration loop 10 becomes a value of the possible adjoint λ m in a selection step 14 set to a value which is between the initial value λ u, 0 and the highest final value λ o, 0 . The value of the possible adjoint λ m of the first iteration loop is referred to as the first possible adjoint λ m, 1 . The first possible adjoint λ m, 1 thus results from the lowest initial value λ u, 0 and the highest final value λ o, 0 to: λ m, 1 = (λ u, 0 + λ o, 0 ) / 2.

Bei den weiteren Durchläufen der ersten Iterationsschleife 10 wird der Wert der möglichen Adjungierten λm neu festgelegt. Dazu wird ermittelt, ob ein Wert der optimalen Adjungierten λ* höher oder niedriger als der Wert der möglichen Adjungierten λm des aktuellen Durchlaufs der ersten Iterationsschleife 10 ist. Dies erfolgt nach dem ersten Durchlauf der ersten Iterationsschleife 10 beispielsweise dadurch, dass geprüft wird, ob folgendes Kriterium erfüllt ist: [ SoC 2 ( t e , λ m ,1 ) SoC 2, Ref ] * [ SoC 2 ( t e , λ 0 ,1 ) SoC 2, Ref ] < 0

Figure DE102017201061A1_0036
In the further iterations of the first iteration loop 10 the value of the possible adjoint λ m is redefined. For this purpose, it is determined whether a value of the optimum adjoint λ * is higher or lower than the value of the possible adjoint λ m of the current iteration of the first iteration loop 10 is. This is done after the first pass of the first iteration loop 10 for example, by checking that the following criterion is met: [ SoC 2 ( t e . λ m ,1 ) - SoC 2, Ref ] * [ SoC 2 ( t e . λ 0 ,1 ) - SoC 2, Ref ] < 0
Figure DE102017201061A1_0036

Dabei beschreibt die Variable SoC2(tem,1) einen Ladezustand, der sich bei Anwendung der diesem Durchgang zugehörigen möglichen Adjungierten λm, im ersten Durchlauf der ersten Iterationsschleife 10, also bei Anwendung der ersten möglichen Adjungierten λm,1, ergibt. Dieser Ladezustand ist ein der jeweiligen möglichen Adjungierten λm zugehöriger End-Ladezustand SoC2(te), welcher sich für einen letzten Zeitschritt te ergibt. entsprechend beschreibt die Variable SoC2(te0,1) einen Ladezustand, der sich bei Anwendung des diesem Durchgang zugehörigen Endwerts λο,0 im ersten Durchlauf der ersten Iterationsschleife 10 ergibt, wenn dessen Wert als Wert für die mögliche Adjungierte λm gewählt wird. Dieser Ladezustand ist ein dem jeweiligen Endwert λo,0 zugehöriger End-Ladezustand SoC2(te), welcher sich für den letzten Zeitschritt te ergibt.In this case, the variable SoC 2 (t e , λ m, 1 ) describes a state of charge which, when the possible adjunct λ m associated with this passage is used, in the first pass of the first iteration loop 10 , ie when applying the first possible adjoint λ m, 1 , yields. This charge state is one of the respective possible adjuncts λ m associated end state of charge SoC 2 (t e ), which results for a last time step t e . Accordingly, the variable SoC 2 (t e , λ 0,1 ) describes a state of charge which, when the final value λ o, 0 associated with this pass is used , is in the first pass of the first iteration loop 10 if its value is chosen as the value for the possible adjoint λ m . This charge state is a final charge state SoC 2 (t e ) associated with the respective end value λ 0, 0 , which results for the last time step t e .

Abhängig davon, ob diese Bedingung erfüllt ist, wird der Anfangswert λu und der Endwert λo für den nächsten Durchlauf der ersten Iterationsschleife 10 festgelegt. Ist die Bedingung erfüllt, so wird nach dem ersten Durchlauf der ersten Iterationsschleife 10 der Anfangswert λu für den zweiten Durchlauf der der ersten Iterationsschleife 10 festgelegt zu λu,1 = λm,1. Der Endwert λo,0 bleibt für den zweiten Durchlauf der der ersten Iterationsschleife 10 unverändert und ergibt sich somit zu: λo,1 = λo,0. Ist die Bedingung nicht erfüllt, so wird der Endwert λo,0 für den zweiten Durchlauf der der ersten Iterationsschleife 10 festgelegt zu: λo,0 = λm,1. Der Anfangswert λu,0 bleibt in diesem Falle für den zweiten Durchlauf der der ersten Iterationsschleife 10 unverändert und ergibt sich somit zu: λu,1 = λu,0.Depending on whether this condition is met, the initial value λ u and the final value λ o for the next iteration of the first iteration loop 10 established. If the condition is fulfilled, then after the first pass of the first iteration loop 10 the initial value λ u for the second pass of the first iteration loop 10 fixed at λ u, 1 = λ m, 1 . The final value λ o, 0 remains for the second pass of the first iteration loop 10 unchanged and thus results in: λ o, 1 = λ o, 0 . If the condition is not fulfilled, then the final value λ o, 0 for the second pass of the first iteration loop 10 fixed to: λ o, 0 = λ m, 1 . The initial value λ u, 0 remains in this case for the second pass of the first iteration loop 10 unchanged and thus results in: λ u, 1 = λ u, 0 .

Bei jedem folgenden Durchlauf der ersten Iterationsschleife 10 wird die mögliche Adjungierte λm auf einen neuen Wert gesetzt. Dabei wird der Anfangswert λu und der Endwert λo zu dem Wert gewählt, auf den diese bei dem vorherigen Durchlauf der Iterationsschleife 10 festgelegt wurden. Ensprechend wird die mögliche Adjungierte λm für den jeweiligen Durchlauf der ersten Iterationsschleife 10 aus dem zugehörigen Anfangswert λu und dem zugehörigen Endwert λo ermittelt. Für den zweiten Durchlauf der ersten Iterationsschleife 10 ergibt sich die mögliche Adjungierte λm somit wie Folgt: λm,2 = (λu,1 + λo,1) / 2.On each subsequent pass of the first iteration loop 10 the possible adjoint λ m is set to a new value. In this case, the initial value λ u and the final value λ o are chosen to be the value to which they were added during the previous iteration loop pass 10 were determined. Accordingly, the possible adjoint λ m for the respective run of the first iteration loop 10 is determined from the associated initial value λ u and the associated final value λ o . For the second pass of the first iteration loop 10 the possible adjoint λ m thus results as follows: λ m, 2 = (λ u, 1 + λ o, 1 ) / 2.

Entsprechend bei dem zweiten Durchlauf der ersten Iterationsschleife 10 geprüft, ob das folgende Kriterium erfüllt ist: [ SoC 2 ( t e , λ m ,2 ) SoC 2, Ref ] * [ SoC 2 ( t e , λ 0,2 ) SoC 2, Ref ] < 0

Figure DE102017201061A1_0037
Corresponding to the second pass of the first iteration loop 10 Checked that the following criterion is met: [ SoC 2 ( t e . λ m 2 ) - SoC 2, Ref ] * [ SoC 2 ( t e . λ 0.2 ) - SoC 2, Ref ] < 0
Figure DE102017201061A1_0037

Somit wird für jeden Durchlauf der ersten Iterationsschleife 10 ein Anfangswert λu, ein Endwert λo und eine zugehörige mögliche Adjungierte λm festgelegt.Thus, for each pass of the first iteration loop 10 an initial value λ u , a final value λ o and an associated possible adjoint λ m .

Die erste Iterationsschleife 10 wird so oft durchlaufen, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist, was in einem Prüfschritt 13 erkannt wird, der ebenfalls bei jedem Durchlauf der ersten Iterationsschleife ausgeführt wird.The first iteration loop 10 is run through until a termination criterion is met, which is in a test step 13 is detected, which is also executed each time the first iteration loop passes.

Bei jedem Durchlauf der ersten Iterationsschleife (10) wird eine zweite Iterationsschleife (20) ausgeführt. Es ergibt sich, dass die zweite Iterationsschleife (20) mehrfach ausgeführt wird, wobei den in der zweiten Iterationsschleife (20) ausgeführten Verfahrensschritten unterschiedliche Werte für die möglichen Adjungierte λm zugrundeliegen. Each time the first iteration loop ( 10 ), a second iteration loop ( 20 ). It turns out that the second iteration loop ( 20 ) is carried out a number of times, wherein in the second iteration loop ( 20 ) are different values for the possible adjoint λ m underlying.

Die zweite Iterationsschleife 20 weist mehrere Durchläufe auf, wobei aufeinanderfolgenden Durchläufen jeweils ein Zeitwert t aus einem vorgegeben Zeitraum [ta, te] zugeordnet ist. So wird bei einem Ausführen der zweiten Iterationsschleife eine Anzahl von Durchläufen ausgeführt in denen die jeweils gleichen Verfahrensschritte abgearbeitet werden. Dabei werden die jeweils gleichen Verfahrensschritte für wechselnde Werte des Zeitwertes t ausgeführt.The second iteration loop 20 has several passes, wherein successive passes each have a time value t from a predetermined period [t a , t e ] is assigned. Thus, when executing the second iteration loop, a number of passes are executed in which the respective same method steps are executed. In this case, the respective same method steps are carried out for changing values of the time value t.

Dazu ist der vorgegeben Zeitraum [ta, te] durch einen Anfangszeitpunkt ta und einen Endzeitpunkt te definiert. Bei dem ersten Durchlauf der zweiten Iterationsschleife 20 wird ein Wert des Zeitwerts t gleich dem Anfangszeitpunkt ta gesetzt. Zu Beginn jedes weiteren Durchlaufs der zweiten Iterationsschleife 20 wird dieser Wert in einem Zeitwert-Inkrementierungsschritt 21 erhöht. Die zweite Iterationsschleife 20 wird so oft durchlaufen, bis der Wert des Zeitwertes t gleich dem Endzeitpunkt te ist. Durch die zweite Iterationsschleife 20 wird ein Verhalten des Batteriespeichersystems 1 über den vorgegeben Zeitraum [ta, te] hinweg simuliert. Der Zeitwert t beschreibt dabei einen in dem jeweiligen Durchlauf der zweiten Iterationsschleife 20 aktuell betrachteten Zeitpunkt aus dem vorgegeben Zeitraum [ta, te].For this purpose, the predetermined period [t a , t e ] is defined by an initial time t a and an end time t e . At the first pass of the second iteration loop 20 a value of the time value t is set equal to the starting time t a . At the beginning of each further pass of the second iteration loop 20 this value will be in a time value increment step 21 elevated. The second iteration loop 20 is passed through until the value of the time value t is equal to the end time t e . Through the second iteration loop 20 becomes a behavior of the battery storage system 1 simulated over the given period [t a , t e ]. The time value t describes one in the respective run of the second iteration loop 20 currently considered time from the given period [t a , t e] .

In jedem Durchlauf der zweiten Iterationsschleife 20 erfolgt ein Bestimmen jeweils einer optimalen Steuergröße u* für aufeinanderfolgende Zeitpunkte des vorgegebenen Zeitraums. Es wird somit für jeden Durchlauf der zweiten Iterationsschleife 20 eine zugehörige optimale Steuergröße u* ermittelt. Diese wird für jeden Durchlauf der zweiten Iterationsschleife 20 aus einer Vielzahl möglicher Steuergrößen um ermittelt.In each pass of the second iteration loop 20 a determination is made in each case of an optimal control variable u * for successive points in time of the predetermined period. It thus becomes for each pass of the second iteration loop 20 an associated optimal control quantity u * determined. This will be for each pass of the second iteration loop 20 determined from a variety of possible control variables u m .

Die optimale Steuergröße u* beschreibt dabei einen von der zweiten Batterie 3 abzugebenden Strom I2. Die optimale Steuergröße beschreibt somit eine von der zweiten Batterie 3 aufgenommene oder abgegebene Energie. So ist beispielsweise ein Wert der optimalen Steuergröße u* gleich einem Wert, auf welchen der zweite Strom I2 für den in dem jeweiligen Durchlauf der zweiten Iterationsschleife 20 betrachteten Zeitpunkt t in dem vorgegebenen Zeitraum [ta, te] zu regeln ist, um einen möglichst geringe energieeffizienten Betrieb des Batteriespeichersystems 1 mit dem DC/DC-Wandler zu ermöglichen.The optimal control variable u * describes one of the second battery 3 current to be delivered I 2 . The optimal control quantity thus describes one of the second battery 3 absorbed or released energy. For example, a value of the optimal control quantity u * is equal to a value to which the second current I 2 for that in the respective iteration of the second iteration loop 20 Considered time t is to be regulated in the given period [t a , t e ] to the lowest possible energy-efficient operation of the battery storage system 1 to allow with the DC / DC converter.

Die optimale Steuergröße u* wird in jedem Durchlauf der zweiten Iterationsschleife 20 ermittelt und gespeichert. Die optimale Steuergröße u* wird dabei basierend auf einem Minimum der Hamilton-Funktion H ermittelt. Das Bestimmen der optimalen Steuergröße u* erfolgt dabei in jedem Durchlauf der zweiten Iterationsschleife 20, indem eine dritte Iterationsschleife 30 ausgeführt wird.The optimal control quantity u * becomes in each pass of the second iteration loop 20 determined and saved. The optimal control quantity u * is determined based on a minimum of the Hamilton function H. The determination of the optimal control variable u * takes place in each pass of the second iteration loop 20 by adding a third iteration loop 30 is performed.

Die dritte Iterationsschleife 30 weist mehrere Durchläufe auf, wobei aufeinanderfolgenden Durchläufen jeweils ein möglicher Steuerwert um zugehörig ist. So werden bei einem Ausführen der dritten Iterationsschleife 30 eine Anzahl von Durchläufen ausgeführt in denen die jeweils gleichen Verfahrensschritte abgearbeitet werden. Dabei werden die jeweils gleichen Verfahrensschritte für wechselnde Werte des möglichen Steuerwerts um ausgeführt.The third iteration loop 30 has several passes, successive passes each having a possible control value u m is associated. This will be the case when executing the third iteration loop 30 executed a number of passes in which the same process steps are processed. In this case, the respective same method steps are carried out for changing values of the possible control value u m .

Dazu wird ein Steuerwertebereich definiert, welcher Werte beschreibt, welche Werte der mögliche Steuerwert um annehmen kann. Dieser Steuerwertebereich weist einen niedrigsten u-Anfangswert und einen höchsten u-Endwert auf. Bei dem ersten Durchlauf der dritten Iterationsschleife 30 bei jedem Durchlauf der zweiten Iterationsschleife 20 wird ein Wert des möglichen Steuerwerts um auf den u-Anfangswert gesetzt. Zu Beginn jedes weiteren Durchlaufs der dritten Iterationsschleife 10 wird dieser Wert in einem u-Inkrementierungsschritt 31 erhöht. Die dritte Iterationsschleife 30 wird so oft durchlaufen, bis der Wert des möglichen Steuerwerts um gleich dem u-Endwert ist. Die dritte Iterationsschleife 30 wird somit für eine Anzahl möglicher Steuerwerte um durchlaufen, welche sich aus der Erhöhung des Wertes des möglichen Steuerwerts um in dem u-Inkrementierungsschritt 31 ergibt.For this purpose, a control value range is defined which describes values which values the possible control value u m can assume. This control value range has a lowest u-start value and a highest u-end value. At the first pass of the third iteration loop 30 at each pass of the second iteration loop 20 a value of the possible control value u m is set to the u-initial value. At the beginning of each further pass of the third iteration loop 10 this value is incremented in a u-increment step 31. The third iteration loop 30 is passed through until the value of the possible control value u m is equal to the u-end value. The third iteration loop 30 is thus traversed for a number of possible control values u m , which results from the increase of the value of the possible control value u m in the u-increment step 31.

In jedem Durchlauf der dritten Iterationsschleife 30 wird in einem Berechnungsschritt 11 ein Wert der Hamilton-Funktion H, wie diese in Formel (34) dargestellt ist, gemäß der dem jeweiligen Durchlauf der dritten Iterationsschleife 30 zugehörigen Wert der möglichen Steuergröße um errechnet. Bei dem Berechnen des Wertes der Hamilton-Funktion H erfolgt daher eine Addition eines modellierten Systemverlusts Lm mit einer Ableitung des Ladezustandes SoC2 der zweiten Batterie 3, welche mit der möglichen Adjungierten λm multipliziert wurde. Der modellierte Systemverlusts Lm ist ein Parameter, welcher ein Verhalten des Energiespeichersystems, also des Batteriespeichersystems 1, beschreibt und ist somit ein modellierter Systemparameter. In der gebildeten Hamilton-Funktion H ist somit der modellierte Systemverlust Lm der zu optimierende Parameter des hybriden Batteriespeichersystems 1, welcher minimiert werden soll. Zugleich ist der Ladezustandes SoC2 der zweiten Batterie 3 ein Zustand des zweiten Energiespeichers und ist somit ein Speicherzustand.In each pass of the third iteration loop 30 is in a calculation step 11 a value of the Hamiltonian H, as shown in formula (34), according to the respective iteration of the third iteration loop 30 associated value of the possible control variable u m calculated. When calculating the value of the Hamiltonian function H, therefore, an addition of a modeled system loss L m with a derivation of the state of charge SoC 2 of the second battery takes place 3 , which has been multiplied by the possible adjoint λ m . The modeled system loss L m is a parameter, which is a behavior of the energy storage system, ie the battery storage system 1 , describes and is thus a modeled system parameter. In The Hamilton function H thus formed is thus the modeled system loss L m of the parameters to be optimized of the hybrid battery storage system 1 which should be minimized. At the same time, the state of charge SoC 2 of the second battery 3 a state of the second energy storage, and thus is a storage state.

Die Ableitung des Ladezustandes SoC2 der zweiten Batterie 3 wird dabei mittels des für den vorliegenden Durchlauf der ersten Iteratinsschleife 10 gewählten Werts der möglichen Adjungierten λm, des für den vorliegenden Durchlauf der dritten Iteratinsschleife 30 gewählten Werts der möglichen Steuergröße um und der nominellen Ladung Qnom,2 der zweiten Batterie 3 für den aktuell betrachteten Zeitpunkt errechnet.The derivation of the state of charge SoC 2 of the second battery 3 is doing by means of the current iteration of the first iteration loop 10 chosen value of the possible adjoint λ m , that of the present iteration of the third iteration loop 30 selected value of the possible control variable u m and the nominal charge Q nom, 2 of the second battery 3 calculated for the currently considered time.

Der modellierte Systemverlusts Lm und die nominelle Ladung Qnom,2 der zweiten Batterie 3 für den aktuell betrachteten Zeitpunkt werden in einem Modellierungsschritt 32 ermittelt, welcher vor dem Berechnungsschritt 11 in der dritten Iterationsschleife 30 ausgeführt wird.The modeled system loss L m and the nominal charge Q nom, 2 of the second battery 3 for the currently considered time are in a modeling step 32 determined, which before the calculation step 11 in the third iteration loop 30 is performed.

In dem Modellierungsschritt 32 wird der modellierten Systemverlusts Lm errechnet. Dieser wird im Rahmen dieses Verfahrens als „modelliert“ bezeichnet, da das beschriebene Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems durch eine Software ausgeführt werden kann, ohne dass das Batteriespeichersystem 1 physikalisch verfügbar ist. In Formel (34) ist dieser durch den Systemverlust L widergegeben. Der modellierte Systemverlusts Lm ergibt sich aus dem elektrischen Verlust in der ersten Batterie Pv,1(t), dem elektrischen Verluste in der zweiten Batterie Pv,2(t) und dem elektrischen Verlusten im DC/DC-Wandler Pv,dcdc(t). Zur Berechnung dieser elektrischen Verluste ist es notwendig, dass der von dem Batteriespeichersystem 1 geforderten Gesamtstrom Iges bekannt ist, der für den aktuell betrachteten Zeitpunkt gefordert wird. Daher wird in dem Modellierungsschritt 32 der von dem Batteriespeichersystem 1 geforderten Gesamtstrome Iges gemäß einem vorgegebenen Leistungsprofil Pges(t) ermittelt. In dem Leistungsprofil Pges(t) ist für jeden Zeitpunkt des vorgegebenen Zeitraums [ta, te] eine geforderte Leistung hinterlegt, die durch das Batteriespeichersystem 1 bereitzustellen ist. Diese geforderte Leistung wird durch eine Abfrage 22, welche im Rahmen der zweiten Iterationsschleife 20 erfolgt, für den in dem jeweiligen Durchlauf der zweiten Iterationsschleife 20 aktuell betrachteten Zeitpunkt ausgelesen und für den Berechnungsschritt 11 bereitgestellt. Basierend auf der geforderten Leistung wird der geforderte Gesamtstrom Iges für den aktuell betrachteten Zeitpunkt errechnet. Die übrigen dafür benötigten Werte werden bei der Initialisierung 40 hinterlegt. Der modellierte Systemverlust Lm wird somit gemäß einem vorgegebenen Leistungsprofil Pges(t) ermittelt, welches von dem Batteriespeichersystem 1 in dem vorgegebenen Zeitraum [ta, te] durchlaufen wird. Der modellierte Systemverlust Lm wird dabei basierend auf dem Gleichstromwiderstand Rdc,1 der ersten Batterie 2, dem Gleichstromwiderstand Rdc,2 der zweiten Batterie 3, einer von dem Batteriespeichersystem 1 für den jeweiligen Zeitpunkt abzugebenden Leistung P gemäß des vorgegebenen Leistungsprofils Pges(t) und dem Wirkungsgrad ηdcdc des DC/DC-Wandlers 4 ermittelt.In the modeling step 32 is calculated the modeled system loss L m . This is referred to as "modeled" in the context of this method, since the described method for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system can be performed by software, without the battery storage system 1 physically available. In formula (34) this is represented by the system loss L. The modeled system loss L m results from the electrical loss in the first battery P v, 1 (t), the electrical losses in the second battery P v, 2 (t) and the electrical losses in the DC / DC converter P v, dcdc (t). To calculate these electrical losses, it is necessary that the battery storage system 1 required total current I ges is known, which is required for the currently considered time. Therefore, in the modeling step 32 that of the battery storage system 1 required total current I ges determined according to a predetermined power profile P ges (t). In the power profile P ges (t) is for each time of the predetermined period [t a , t e ] a required power deposited by the battery storage system 1 is to provide. This required performance is determined by a query 22 , which in the context of the second iteration loop 20 takes place for in the respective run of the second iteration loop 20 currently selected time and for the calculation step 11 provided. Based on the required power, the required total current I tot is calculated for the currently considered time. The remaining values required for this are at initialization 40 deposited. The modeled system loss L m is thus determined according to a predetermined power profile P ges (t), which is derived from the battery storage system 1 in the given period of time [t a , t e ]. The modeled system loss L m is based on the DC resistance R dc, 1 of the first battery 2 , the DC resistance R dc, 2 of the second battery 3 , one of the battery storage system 1 for the respective time to be delivered power P according to the predetermined power profile P ges (t) and the efficiency η dcdc of the DC / DC converter 4 determined.

Ferner wird in dem Modellierungsschritt 32 die nominellen Ladung Qnom,2 der zweiten Batterie 3 für den aktuell betrachteten Zeitpunkt berechnet. Dazu wird auf den Ladezustand SoC2 der zweiten Batterie 3 zugegriffen, welcher bei einem vorherigen Durchlauf der zweiten Iterationsschleife 20 gespeichert wurde. Dieser Ladezustand der zweiten Batterie SoC2 wird gemäß der Formel (13) aktualisiert und für den Berechnungsschritt 11 bereitgestellt. Zudem wird dieser Ladezustand der zweiten Batterie SoC2 gespeichert, damit auf diesem in einem folgenden Durchlauf der zweiten Iterationsschleife 20 zugegriffen werden kann. Bei einem ersten Durchlauf der zweiten Iterationsschleife 20, wenn noch kein Ladezustand der zweiten Batterie SoC2 aus einem vorherigen Durchlauf der zweiten Iterationsschleife 20 vorliegt, wird auf den bei der Initialisierung 40 bereitgestellten Anfangs-Ladezustand der zweiten Batterie SoC2(ta) zugegriffen. Further, in the modeling step 32 the nominal charge Q nom, 2 of the second battery 3 calculated for the currently considered time. For this purpose, the state of charge SoC 2 of the second battery 3 which is at a previous pass of the second iteration loop 20 was saved. This state of charge of the second battery SoC 2 is updated according to the formula (13) and for the calculation step 11 provided. In addition, this state of charge of the second battery SoC 2 is stored, so that on this in a subsequent pass of the second iteration loop 20 can be accessed. On a first pass of the second iteration loop 20 , if still no state of charge of the second battery SoC 2 from a previous pass of the second iteration loop 20 is present at the initialization 40 provided initial state of charge of the second battery SoC 2 (t a ) accessed.

Für die Berechnung der Hamilton-Funktion H in dem Berechnungsschritt 11 wird, wie aus Formel (34) ersichtlich, ferner eine Adjungierte λ benötigt. Als Adjungierte λ wird die mögliche Adjungierte λm, welche dem jeweils vorliegenden Durchlauf der ersten Iterationsschleife 10 zugehörig ist, zur Berechnung verwendet. Aus Formel (34) ergibt sich, dass die Hamilton-Funktion H abhängig von einem modellierten Systemverlust Lm, der möglichen Adjungierten λm und dem Ladezustand der zweiten Batterie SoC2 ist. Die Hamilton-Funktion H ist dem Batteriespeichersystem 1 zugehörig, da diese durch Wert formuliert wird, welche das Batteriespeichersystem 1 beschreiben.For the calculation of the Hamiltonian H in the calculation step 11 Furthermore, as shown in formula (34), an adjoint λ is required. As adjoint λ, the possible adjoint λ m , which is the respective pass of the first iteration loop 10 is associated, used for calculation. From formula (34) it follows that the Hamiltonian function H is dependent on a modeled system loss L m , the possible adjoint λ m and the state of charge of the second battery SoC 2 . The Hamilton function H is the battery storage system 1 as this is formulated by value which the battery storage system 1 describe.

Für jeden Durchlauf der dritten Iterationsschleife wird 30 der Wert der Hamilton-Funktion H, der sich bei der Berechnung der Hamilton-Funktion H in dem Berechnungsschritt 11 ergibt, gespeichert. Es wird in dem Berechnungsschritt 11 ein kleinster Wert der gespeicherten Werte ermittelt. Der kleinste der gespeicherten Werte, welcher sich bei einem letzten Durchlauf der dritten Iterationsschleife 30 jeweils ergibt, ist das Minimum der Hamilton-Funktion H. Die mögliche Steuergröße um bei deren Durchlauf der dritten Iterationsschleife 30 der kleinste der gespeicherten Werte erzeugt wurde, wird als optimale Steuergröße u* bestimmt. Somit wird die mögliche Steuergröße um als optimale Steuergröße u* bestimmt, bei welcher der Wert der Hamilton-Funktion H einen minimalen Wert aufweist.For each iteration of the third iteration loop, 30 becomes the value of the Hamiltonian H, which is in the calculation of the Hamiltonian H in the calculation step 11 results, saved. It will be in the calculation step 11 a smallest value of the stored values is determined. The smallest of the stored values, which occurs on a last pass of the third iteration loop 30 in each case, the minimum of the Hamiltonian function is H. The possible control variable u m in its passage through the third iteration loop 30 the smallest of the stored values has been generated is determined as the optimal control quantity u *. Thus, the possible control variable u m is determined as an optimal control quantity u *, at which the value of the Hamiltonian H has a minimum value.

Bei jeder Ausführung der zweiten Iterationsschleife 20 erfolgt ein Errechnen eines finalen Ladezustands der zweiten Batterie SoC2E (auch als SoC2(te) bezeichnet), den die zweite Batterie 3 nach einem Ablauf des vorgegeben Zeitraums [ta, te] aufweist, wenn der von der zweiten Batterie 3 abgegebene zweite Strom I2 in dem vorgegeben Zeitraum [ta, te] gemäß der jeweils optimalen Steuergröße u* gesteuert wurde. Dazu wird der in dem letzten Durchlauf der zweiten Iterationsschleife 20 in dem Modellierungsschritt 32 gespeicherten Ladezustands der zweiten Batterie SoC2 zugegriffen, der sich ergibt wenn in der dritten Iterationsschleife 30 die mögliche Steuergröße um gleich der optimalen Steuergröße u* ist.Each time the second iteration loop is executed 20 a final state of charge of the second battery SoC 2E (also referred to as SoC 2 (t e )) is calculated by the second battery 3 after a lapse of the predetermined period [t a , t e ] when that of the second battery 3 delivered second current I 2 in the predetermined period [t a , t e ] was controlled in accordance with the respective optimal control variable u *. This is done in the last run of the second iteration loop 20 in the modeling step 32 stored stored state of charge of the second battery SoC 2 , which results when in the third iteration loop 30 the possible control quantity u m is equal to the optimal control quantity u *.

Ist die zweite Iterationsschleife 20 fertig ausgeführt, also sind alle Durchläufe der zweiten Iterationsschleife 20 vollständig ausgeführt, so erfolgt in der ersten Iterationsschleife 10 ein Detektieren, ob der mittels der zweiten Iterationsschleifen 20 errechnete finale Ladezustand der zweiten Batterie SOC2E innerhalb eines vorgegebenen Ladeintervalls liegt und ein Bereitstellen einer optimalen Adjungierten λ*, welche der möglichen Adjungierten λ des Durchlaufs der ersten Iterationsschleife 10 entspricht, für welchen detektiert wurde, dass der finale Ladezustand SoC2E innerhalb des vorgegebenen Ladeintervalls liegt. Das vorgegebene Ladeintervall ist ein Intervall um einen anfänglichen Ladezustand des zweiten Energiespeichers SOC2A, also um den Anfangs-Ladezustand der zweiten Batterie SoC2(ta). So wird in dieser Ausführungsform geprüft, ob der finale Ladezustand SoC2E der zweiten Batterie 3 in einem Intervall um den bei der Initialisiertung 40 gewählten Anfangs-Ladezustand der zweiten Batterie SoC2(ta) liegt. So wird geprüft, ob der finale Ladezustand SoC2E der zweiten Batterie 3 für den jeweiligen Durchlauf der ersten Iterationsschleife 10 weniger als 1% von dem Anfangs-Ladezustand der zweiten Batterie SoC2(ta) abweicht. Ist dies der Fall, so wird der dem jeweiligen Durchlauf der ersten Iterationsschleife 10 zugehörige Wert der möglichen Adjungierten λm als Wert für die optimale Adjungierten λ* bestimmt.Is the second iteration loop 20 done, so all the passes are the second iteration loop 20 Completely executed, so in the first iteration loop 10 detecting whether the second iteration loop 20 calculated final state of charge of the second battery SOC 2E is within a predetermined charging interval and providing an optimal adjoint λ *, which of the possible adjoint λ the passage of the first iteration loop 10 for which it has been detected that the final state of charge SoC 2E is within the predetermined charging interval. The predetermined charging interval is an interval around an initial charging state of the second energy storage SOC 2A , that is, the initial state of charge of the second battery SoC 2 (t a ). Thus, in this embodiment, it is checked whether the final state of charge SoC 2E of the second battery 3 at an interval around that at initialization 40 Selected initial state of charge of the second battery SoC 2 (t a ) is located. Thus, it is checked whether the final state of charge SoC 2E of the second battery 3 for the respective run of the first iteration loop 10 less than 1% from the initial state of charge of the second battery SoC 2 (t a ) is different. If this is the case, the value of the possible adjoint λ m associated with the respective run of the first iteration loop 10 is determined as the value for the optimum adjoint λ *.

In dem Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems wird zum Lösen eines Optierungsproblems mittels iterativem Verfahren sowohl zeitlich als auch in den Modelldynamiken diskretisiert. Nach der Initialisierung im ersten Zeitschritt kann für den Folgezeitschritt die Entwicklung der Modellgrößen (Ladezustände in den Batterien) der Zustand aktualisiert werden. Es wird dann für eine vorzugebende Menge von Steuerwerten u = I2 in der „u = I2 Schleife“, also der dritten Iterationsschleife 30, für die vorgegeben Adjungierte λ jeder zugehörige Wert der Hamilton-Funktion H mittels Gleichung (34) errechnet. Die Menge der Steuerwerte entspricht den möglichen Stromwerten der ersten Batterie 3.In the method for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system, an iterative method is used to solve an optimization problem both in terms of time and model dynamics. After the initialization in the first time step, the state can be updated for the subsequent time step, the development of the model variables (states of charge in the batteries). It then becomes u = I 2 in the "u = I 2 loop", ie the third iteration loop, for a given set of control values 30 , for the given adjoint λ, each associated value of the Hamiltonian H is calculated by equation (34). The amount of control values corresponds to the possible current values of the first battery 3 ,

Anschließend wird im Block „min(H)“ der Stromwert für den zweiten Strom I2 und somit die optimale Steuergröße u* festgestellt, welcher die Hamilton-Funktion H, unter Einhaltung der Nebenbedingungen, minimiert.Subsequently, in the block "min (H)", the current value for the second current I 2 and thus the optimum control quantity u * is determined, which minimizes the Hamiltonian function H while maintaining the secondary conditions.

Dann erfolgt in einem Prüfungsschritt 12 die Prüfung, ob das gesamte Leistungsprofil L(t) bis zum Endzeitschritt te durchlaufen wurde. Wenn nicht, dann wird diese Berechnung des optimalen Strom-Stellwertes für das gesamte Problem und die in dem Schritt vorgegebene mögliche Adjungierte λ durchgeführt.Then takes place in a test step 12 Checking whether the entire performance profile L (t) has been run through to the end time step t e . If not, then this computation of the optimal current setpoint for the entire problem and the possible adjoint λ given in the step is performed.

Ist die Berechnung im letzten Zeitschritt te angekommen so wird überprüft, ob die Randbedingung, dass der End-Ladezustand SoC2(te) von der zweiten Batterie 3 dem Anfangs-Ladezustand SoC2(ta) entspricht, für die gegebene mögliche Adjungierte λm eingehalten wurde. Da das Modell diskretisiert wird, kann eine Schranke von bspw. SoC2(t2)+/-1 % gewählt werden. Ist dies nicht der Fall wird wie im Folgenden beschrieben weiter verfahren.If the calculation has arrived at the last time step t e , it is checked whether the boundary condition that the final state of charge SoC 2 (t e ) from the second battery 3 corresponds to the initial state of charge SoC 2 (t a ) for which given possible adjoint λ m has been maintained. Since the model is discretized, a barrier of, for example, SoC 2 (t 2 ) +/- 1% can be selected. If this is not the case, proceed as described below.

Das Verfahren wählt nun in einem weiteren Schleifendurchlauf der ersten Iterationsschleife 10, durch iteratives Annähern an einen optimalen Wert für die optimale Adjungierte λ*, weitere mögliche Adjungierte λm aus, welche nach beschriebenem Schema in dem Selektionsschritt 14 in den Rechendurchlauf eingepflegt werden.The method now selects the first iteration loop in a further loop pass 10 , by iteratively approximating to an optimal value for the optimal adjoint λ *, further possible adjuncts λ m , which according to the scheme described in the selection step 14 be entered in the calculation cycle.

Es wird, wie in 2 zu sehen, der Ablauf so lange wiederholt, bis in dem Prüfschritt 13 das Kriterium SoC2(ta) ≈ SoC2(t2) erfüllt ist. Dann ist die optimale Adjungierte λ* bestimmt. Dieses Kriterium ist das Abbruchkriterium. Die optimale Adjungierte λ* ist die mögliche Adjungierte λm, die dem Durchlauf der ersten Iterationsschleife 10 zugrunde liegt, in dem das Abbruchkriterium erfüllt wird.It will, as in 2 to see the sequence repeated until the test step 13 the criterion SoC 2 (t a ) ≈ SoC 2 (t 2 ) is fulfilled. Then the optimal adjoint λ * is determined. This criterion is the termination criterion. The optimal adjoint λ * is the possible adjoint λ m , which is the passage of the first iteration loop 10 underlying the abort criterion.

In alternativen Ausführungsformen des Verfahrens zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems (1) erfolgt das Bestimmen der optimalen Steuergröße (u*) in jedem Durchlauf der zweiten Iterationsschleife (20) durch ein analytisches errechnen. Dabei erfolgt eine rechnerische Minimierung der in Gleichung (34)gegebenen Hamilton-Funktion. Dies kann mitels Algorithmen erfolgen, die bspw. auch in einem Steuergerät laufen können. Es gilt in diesem Falle die allgemeine Optimierungsaufgabe u*=arg min H. Es erfolgt somit ein Wandel von dH/du = 0 zu der allgemeineren Forderung u*=arg min H. Dies ist daher vorteilhaft, da es vorkommen kann, dass das Minimum der Hamilton-Funktion innerhalb des beschränkt-gültigen Wertebereichs der Steuergröße u, am Rand dieses Wertebereichs ein Minimum annimmt. In diesem Falle ist die Bedingung dH/du=0 nicht. Daher ist die allgemeinere Form vorteilhaft.In alternative embodiments of the method for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system ( 1 ), the optimum control variable (u *) is determined in each pass of the second iteration loop ( 20 ) by an analytical calculation. In this case, there is a mathematical minimization of the Hamilton function given in equation (34). This can be done using algorithms that, for example, can also run in a control unit. In this case, the general optimization task u * = arg min H applies. There is thus a change from dH / du = 0 to the more general requirement u * = arg min H. This is therefore advantageous since it may happen that the minimum the Hamilton function within the limited-valid value range of the control variable u, takes a minimum at the edge of this value range. In this case, the condition dH / du = 0 is not. Therefore, the more general form is advantageous.

Im Folgenden wird mit Bezug auf 3 das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems 1 erläutert. In diesem erfolgt eine Adaption der optimalen Adjungierten λ*für eine echtzeitfähigen adaptive Steuerung.The following is with reference to 3 the inventive method for controlling a hybrid energy storage system 1 explained. In this, an adaptation of the optimal adjoint λ * for a real-time capable adaptive control.

Die off-line bestimmbare Lösung, die mit voranstehend Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems beschrieben wurde, wird nun in eine echtzeitfähige Steuerung überführt. Ziel ist es demnach für eine beliebige zeitabhängige Stromanfrage Iges(t) über einen Zeitraum die optimale Steuerung zu ermöglichen. So entsteht ein kausales Energiemanagement, welches ohne Informationen aus einem Prädiktionszeithorizont auskommt. Hier wird somit ein adaptives Verfahren ermöglicht, welches auf Basis der durch das Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens vorab bestimmten off-line Lösungen arbeitet.The off-line determinable solution described in the above method for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system is now converted to real-time capable control. The goal is therefore for any time-dependent current request I ges (t) over a period of time to enable optimal control. This creates a causal energy management, which manages without information from a prediction time horizon. Here, an adaptive method is thus enabled which operates on the basis of the off-line solutions predetermined by the method for determining an optimized system behavior.

Die für ein bekanntes Problem berechnete optimale Adjungierte λ* kann nun verwendet werden um im Zusammenspiel mit den in Gleichung (35) definierten Zusammenhängen die Steuerung, bzw. die in jedem Zeitschritt zu bestimmende Stromaufteilung zwischen dem Strom der ersten Batterie I1d(t) und dem Strom der zweiten Batterie I2(t) zu realisieren. Zu jedem Zeitschritt wird dazu der Strom der zweiten Batterie I2(t) ausgerechnet, welcher einer Steuergröße u(t) entspricht. Es gilt somit: I2(t) = u(t).The optimal adjoint λ * calculated for a known problem can now be used in conjunction with the relationships defined in equation (35) to control or divide the current between the current of the first battery I 1d (t) and to be determined in each time step to realize the current of the second battery I 2 (t). At each time step, the current of the second battery I 2 (t) is calculated, which corresponds to a control quantity u (t). The following therefore holds: I 2 (t) = u (t).

Wird nun ein Steuerungsproblem gelöst, welches dem des off-line-Lösungsvorgangs ähnlich ist, aber nicht genau entspricht, so wird das Endwertkriterium eines festen Ladezustandes nicht in jedem Fall eingehalten werden.Now, if a control problem is solved, which is similar to that of the off-line solution process, but does not exactly correspond, the final value criterion of a fixed state of charge will not be met in every case.

Ebenso ist der Endzeitpunkt te nicht bekannt. Um diesem Problem gerecht zu werden wird eine adaptive Steuerung eingeführt, die dem Abweichen von einem Referenz-Ladezustand SoC2,Soll der zweiten Batterie 3 entgegenwirkt. Dies wird mit einem PI-Regler 51 realisiert, der auf die Differenz zwischen Soll- und Ist-Ladezustand der zweiten Batterie 3 reagiert. Der Referenz-Ladezustand SoC2,Soll entspricht dabei insbesondere dem Referenz-Ladezustand SoC2,Ref, welcher bei dem Bestimmen der optimalen ersten Adjungierten λ* gewählt wurde.Similarly, the end time t e is not known. In order to cope with this problem, an adaptive control is introduced which deviates from a reference state of charge SoC 2, setpoint of the second battery 3 counteracts. This is done with a PI controller 51 realized on the difference between the target and actual state of charge of the second battery 3 responding. The reference state of charge SoC 2, target in this case corresponds in particular to the reference state of charge SoC 2, Ref , which was selected in determining the optimum first adjoint λ *.

Die Gleichung des PI-Reglers 51 ist in Formel (36) gezeigt. In Abhängigkeit der Regeldifferenz von Soll- und Ist-Ladezustand der zweiten Batterie 3 wird damit ein zu schnelles Entladen oder Laden vermieden. Der Ladezustand hält sich, in Abhängigkeit der dem Regler bereitgestellten Reglergrößen, einem Proportionalwert Kp und einem Integralwert Ki, im Bereich des Referenz-Ladezustandes SoC2,Soll auf. Die Größen des Proportionalwerts Kp und des Integralwerts Ki können über eine Parameterstudie gefunden werden. λ ( t ) = λ * + K p ( S o C 2, S o l l S o C 2 ( t ) ) + K i t a t ( S o C 2, S o l l S o C 2 ( τ ) ) d τ

Figure DE102017201061A1_0038
The equation of the PI controller 51 is shown in formula (36). Depending on the control difference between the nominal and actual state of charge of the second battery 3 This avoids too fast unloading or loading. The state of charge is maintained as a function of the regulator quantities provided to the regulator, a proportional value Kp and an integral value Ki in the region of the reference state of charge SoC 2, target . The magnitudes of the proportional value Kp and the integral value Ki can be found by a parameter study. λ ~ ( t ) = λ * + K p ( S O C 2, S O l l - S O C 2 ( t ) ) + K i t a t ( S O C 2, S O l l - S O C 2 ( τ ) ) d τ
Figure DE102017201061A1_0038

In 3 wird die in das Energiemanagement eingebettete Reglerstruktur des hybriden Batteriespeichersystems 1 gezeigt. Dies beginnt ausgehend von einer Regeldifferenz zwischen Soll- und Ist-Ladezustand der zweiten Batterie 3, mit der vorgegebenen optimalen Adjungierten λ* und mit den Reglerparametern.In 3 becomes the controller structure of the hybrid battery storage system embedded in the energy management 1 shown. This starts from a control difference between the setpoint and actual state of charge of the second battery 3 , with the given optimal adjoint λ * and with the controller parameters.

So zeigt 3 eine Vorrichtung 50 zur Steuerung des hybriden Batteriespeichersystems 1, umfassend eine Regelungseinheit 54, welche dazu eingerichtet ist, das Verfahren zur Steuerung des hybriden Batteriespeichersystems 1 auszuführen.So shows 3 a device 50 for controlling the hybrid battery storage system 1 comprising a control unit 54 , which is adapted to the method for controlling the hybrid battery storage system 1 perform.

Die Vorrichtung 50 umfasst den PI-Regler 51, welcher zwei Eingänge aufweist. Über die beiden Eingänge erfolgt ein Erfassen eines ersten Eingangswertes und eines zweiten Eingangswertes, wobei der erste Eingangswert ein vorberechneter Wert der optimalen Adjungierten λ* beschreibt und der zweite Eingangswert eine Abweichung eines Ladezustands SoC2 der zweiten Batterie 3, also eines Speicherzustandes der zweiten Batterie 3, von einem Referenz-Ladezustand SOC2, Soll beschreibt. Der Wert für die optimale Adjungierte λ* wird beispielsweise von einem Speicherbaustein bereitgestellt, in welchem die gemäß dem Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems bestimmte optimale Adjungierte λ* abgespeichert wurde. In diesem Speicherbaustein ist auch der Referenz-Ladezustand SOC2, Soll gespeichert und wird zum Erfassen durch den PI-Regler 51 als zweiten Eingangswert bereitgestellt. Der Referenz-Ladezustand SOC2, Soll ist beispielsweise gleich einem Wert des in dem Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems gewählten Anfangs-Ladezustand der ersten Batterie SoC1(ta) zu Beginn des vorgegebenen Zeitraums [ta, te] gewählt wurde.The device 50 includes the PI controller 51 which has two inputs. A first input value and a second input value are detected via the two inputs, wherein the first input value describes a precalculated value of the optimum adjoint λ * and the second input value describes a deviation of a state of charge SoC 2 of the second battery 3 , So a memory state of the second battery 3 Describes from a reference state of charge SOC 2, intended. The value for the optimal adjoint λ * is provided, for example, by a memory module in which the optimum adjoint λ * determined according to the method for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system has been stored. The reference state of charge SOC 2, setpoint is also stored in this memory module and is detected by the PI controller 51 provided as a second input value. For example, the reference state of charge SOC 2 , target is equal to a value of the initial state of charge of the first battery SoC 1 (t a ) at the beginning of the predetermined period [t a , t e ] selected in the method for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system. was chosen.

Durch den PI-Regler 51 erfolgt ein Anpassen der optimalen Adjungierten λ* für einen aktuellen Ladezustand der zweiten Batterie SoC2 basierend auf dem ersten und dem zweiten Eingangswert, also basierend auf der optimalen Adjungierten λ* und dem Referenz-Ladezustand SOC2, Soll, um eine angepasste Adjungierte λa zu ermitteln. Dazu wird zunächst ein aktueller Ladezustand der zweiten Batterie SOC2 ermittelt. Dies erfolgt mittels zumindest eines Messwertes, welcher an der zweiten Batterie 2 erfasst wird. Die angepasste Adjungierte λa wird gemäß der Formel (36) ermittelt und an einem Ausgang des PI-Reglers 51 bereitgestellt.Through the PI controller 51 an adaptation of the optimal adjuncts λ * for a current state of charge of the second battery SoC 2 based on the first and the second input value, ie based on the optimal adjoint λ * and the reference state of charge SOC 2, Soll , is performed by an adapted adjoint λ a to investigate. For this purpose, a current state of charge of the second battery SOC 2 is first determined. This is done by means of at least one measured value, which at the second battery 2 is detected. The adjusted adjoint λ a is determined according to formula (36) and at an output of the PI controller 51 provided.

Der für die angepasste Adjungierte λa ermittelte Wert wird von dem PI-Regler 51 an eine Steuereinheit 52 übertragen. Die Steuereinheit 52 weist ferner einen Eingang auf, an welchem ein Stromzielwert bereitgestellt wird, welcher einen Strom beschreibt, welcher von der ersten Batterie 2 und der zweiten Batterie 3 gemeinsam bereitzustellen ist. Somit ist der Stromzielwert ein Energiezielwert, da dieser eine Energie beschreibt, welche von der ersten Batterie und der zweiten Batterie 3 bereitzustellen ist. Dieser Stromzielwert wird beispielsweise von einer externen Elektronik bereitgestellt, welche einen Strom ermittelt, welcher von einem an das Batteriespeichersystem 1 angeschlossenen Verbraucher benötigt wird. Der Stromzielwert beschreibt den geforderten Gesamtstrom Iges.The value determined for the adjusted adjoint λ a is determined by the PI controller 51 to a control unit 52 transfer. The control unit 52 also has an input to which a current target value describing a current coming from the first battery is provided 2 and the second battery 3 is to provide together. Thus, the current target value is an energy target because it describes an energy of the first battery and the second battery 3 is to provide. This current target value is provided, for example, by an external electronics, which determines a current, which flows from one to the battery storage system 1 connected consumer is needed. The current target value describes the required total current I ges .

Durch die Steuereinheit 52 wird gemäß der Formel (35) ein Wert einer optimalen Steuergröße I2 * ermittelt (u = I2 *), welcher den von der zweiten Batterie 3 abzugebenden Strom beschreibt. Die optimale Steuergröße I2 * beschreibt somit eine von der zweiten Batterie 3 aufgenommene oder abgegebene Energie. Dabei wird die angepasste Adjungierten λa als Adjungierte A zur Berechnung der optimalen Steuergröße I2 * gemäß Formel (35) genutzt. Die optimale Steuergröße I2 *wird ermittelt, indem die Formel (35) in der Steuereinheit 52 abgespeichert ist und rechnerisch gelöst wird. Diese kann beispielsweise mittels einer digitalen Recheneinheit erfolgen. Alternativ ist es vorteilhaft, dass die optimale Steuergröße I2 * von der Steuereinheit 52 tabellarisch ermittelt wird, wobei eine Tabelle abgefragt wird, in welcher unterschiedlichen Kombinationen von Werten der angepasste Adjungierten λa und Werten des Stromzielwerts Iges jeweils eine optimale Steuergröße I2 * zugeordnet ist. Das bedeutet, dass für alle möglichen Wertekombinationen für die angepasste Adjungierten λa und den Stromzielwert bereits eine zugehörige optimale Steuergröße I2 * errechnet wurde, und diese in der Steuereinheit 52 hinterlegt wurden.Through the control unit 52 According to formula (35), a value of an optimal control quantity I 2 * is determined (u = I 2 * ) corresponding to that of the second battery 3 to be given stream. The optimal control variable I 2 * thus describes one of the second battery 3 absorbed or released energy. In this case, the adjusted adjoint λ a is used as adjoint A for the calculation of the optimal control variable I 2 * according to formula (35). The optimal control quantity I 2 * is determined by the formula (35) in the control unit 52 is stored and is solved by calculation. This can be done for example by means of a digital processing unit. Alternatively, it is advantageous that the optimal control variable I 2 * from the control unit 52 is determined in tabular form, wherein a table is queried in which different combinations of values of the adjusted adjoint λ a and values of the current target value I ges each have an optimal control variable I 2 * is assigned. This means that an associated optimal control variable I 2 * has already been calculated for all possible value combinations for the adjusted adjoint λ a and the current target value, and this in the control unit 52 were deposited.

Das Ermitteln einer optimalen Steuergröße I2 * erfolgt in beiden Fällen basierend auf der angepassten Adjungierten λa und dem Stromzielwert Iges. Unabhängig, ob die Werte der optimale Steuergröße I2 * vorab vorberechnet wurden und nun ausgewählt werden, oder ob diese in Echtzeit berechnet werden, wird die optimale Steuergröße I2 * gemäß einer dem Batteriespeichersystem 1 zugehörigen Hamilton-Funktion H ermittelt, da diese basierend auf Formel (35) ermittelt wird, welche sich durch Auflösen der in Formel (34) beschrieben Hamilton-Funktion H ergibt. Wie zuvor beschrieben ist diese Hamilton-Funktion H abhängig von einem berechneten Systemverlust Lb, der angepassten Adjungierten λa und dem aktuellen Ladezustand SoC2 des zweiten Energiespeichers. Dabei ist der berechnete Systemverlust Lb in Formel (35) als Systemverlust L zu verstehen. So wird der Systemverlust L hier als berechneter Systemverlust Lb bezeichnet, da dieser für das tatsächlich existierende Batteriespeichersystem 1 berechnet wird.Determining an optimum control variable I 2 * in both cases based on the adjusted adjoint λ a and the current target value I ges. Regardless of whether the values of the optimal control quantity I 2 * have been pre-calculated and are now selected, or whether they are calculated in real time, the optimal control quantity I 2 * becomes according to a battery storage system 1 Hamilton's function H, since this is determined based on formula (35), which results from solving the Hamiltonian function H described in formula (34). As described above, this Hamilton function H depends on a calculated system loss L b , the adjusted adjoint λ a and the current state of charge SoC 2 of the second energy store. In this case, the calculated system loss L b in formula (35) is to be understood as a system loss L. Thus, the system loss L is here referred to as the calculated system loss L b , since this for the actual existing battery storage system 1 is calculated.

Wie aus Formel (34) ebenfalls ersichtlich ist, ist der berechnete Systemverlust Lb abhängig von der Verlustleistung der ersten Batterie Pv,1 , der Verlustleistung der zweiten Batterie Pv,2 und der Verlustleistung des DC/DC-Wandlers Pv,dcdc.As can also be seen from formula (34), the calculated system loss L b is dependent on the power loss of the first battery P v, 1 , the power loss of the second battery P v, 2 and the power loss of the DC / DC converter P v, dcdc ,

Die von der Steuereinheit 52 ermittelte optimale Steuergröße I2 * wird bereitgestellt um den zweiten Strom I2, also den von der zweiten Batterie 3 bereitgestellten Strom entsprechend zu regeln. Um den ersten Strom I1 oder in dem aus 1 bekannten Batteriespeichersystem 1 den Strom am Ausgang des DC/DC-Wandlers 4, also den Wandlerstrom I1d, zu Steuern wird eine Differenz zwischen der optimale Steuergröße I2 * und dem Stromzielwerte ermittelt. Dies erfolgt beispielsweise mittels eines Differenzierers 53.The from the control unit 52 determined optimal control variable I 2 * is provided by the second current I 2 , that of the second battery 3 regulated electricity. To the first current I 1 or in the out 1 known battery storage system 1 the current at the output of the DC / DC converter 4 , That is, the converter current I 1d , to control a difference between the optimal control variable I 2 * and the current target values is determined. This is done for example by means of a differentiator 53 ,

4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 60 zum Erzeugen der optimalen Adjungierten λ*. Die Vorrichtung 60 zum Erzeugen der optimalen Adjungierten λ*, umfassend eine Recheneinheit 61, beispielsweise einen Prozessor, welche dazu eingerichtet ist, das zuvor beschriebene Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens des hybriden Batteriespeichersystems 1 auszuführen. Die Vorrichtung 60 weist einen Eingang 62 auf, über welchen die Werte bereitgestellt werden könne, die notwendig sind, um das Batteriespeichersystem 1 zu definieren. Die Vorrichtung 60 weist einen Ausgang 63 auf, über welchen die optimale Adjungierte λ* bereitgestellt wird. 4 shows a device according to the invention 60 for generating the optimal adjoint λ *. The device 60 for generating the optimal adjoint λ *, comprising a computing unit 61 . For example, a processor configured to perform the method described above for determining an optimized system behavior of the hybrid battery storage system 1 perform. The device 60 has an input 62 through which the values necessary to provide the battery storage system can be provided 1 define. The device 60 has an exit 63 on which the optimal adjoint λ * is provided.

Es wird ferner explizit darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäßen Verfahren in entsprechender Weise ausgeführt werden können, wenn die optimale Steuergröße u* in dem Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens des hybriden Energiespeichersystems 1 und die optimale Steuergröße I2* in dem Verfahren zur Steuerung des hybriden Energiespeichersystems 1 den von dem ersten Batteriespeicher abzugebenden Strom beschreiben.It is further explicitly pointed out that the methods according to the invention can be carried out in a corresponding manner if the optimal control variable u * in the method for determining an optimized system behavior of the hybrid energy storage system 1 and the optimal control quantity I 2 * in the method for controlling the hybrid energy storage system 1 Describe the output from the first battery storage power.

Nebst obenstehender Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der 1 bis 4 verwiesen.In addition to the above disclosure is made explicitly to the disclosure of 1 to 4 directed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102013014667 A1 [0009]DE 102013014667 A1 [0009]

Claims (15)

Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems (1) mit zumindest einem ersten Energiespeicher (2) und einem zweiten Energiespeicher (3) durch Bestimmen einer optimalen Adjungierten (λ*), umfassend: - Ausführen einer ersten Iterationsschleife (10) in mehreren Durchläufen, wobei aufeinanderfolgenden Durchläufen jeweils eine mögliche Adjungierte (λ) zugehörig ist, - wobei bei jedem Durchlauf der ersten Iterationsschleife (10) eine zweite Iterationsschleife (20) ausgeführt wird, welche die Schritte umfasst: • Bestimmen jeweils einer optimalen Steuergröße (u*) für aufeinanderfolgende Zeitpunkte eines vorgegebenen Zeitraums, wobei die optimale Steuergröße (u*) eine Größe ist, durch welche eine von dem zweiten Energiespeicher aufgenommene oder abgegebene Energie beschrieben wird, und basierend auf einem Minimum einer Hamilton-Funktion (H) ermittelt wird, wobei die Hamilton-Funktion (H) dem Energiespeichersystem (1) zugehörig ist und abhängig von einem modellierten Systemparameter (Lm), der möglichen Adjungierten (λ) und einem Speicherzustand (SoC2) des zweiten Energiespeichers (3) ist, wobei der modellierte Systemparameter (Lm) ein zu optimierender Parameter des hybriden Energiespeichersystems (1) ist, und gemäß einem vorgegebenen Leistungsprofil ermittelt wird, welches von dem Energiespeichersystem (1) in dem vorgegebenen Zeitraum durchlaufen wird, und • Errechnen eines finalen Speicherzustands (SoC2E) des zweiten Energiespeichers (3), den der zweite Energiespeicher (3) nach dem vorgegeben Zeitraum aufweist, wenn die von dem zweiten Energiespeicher (3) aufgenommene oder abgegebene Energie in dem vorgegeben Zeitraum gemäß der jeweils optimalen Steuergröße (u*) gesteuert wurde, - Detektieren, ob der mittels der zweiten Iterationsschleifen (20) errechnete finale Speicherzustand (SOC2E) des zweiten Energiespeichers (3) innerhalb eines vorgegebenen Intervalls liegt und Bereitstellen einer optimalen Adjungierten (λ*), welche der möglichen Adjungierten (λ) des Durchlaufs der ersten Iterationsschleife (10) entspricht, für welchen detektiert wurde, dass der finale Speicherzustand (SoC2E) innerhalb des vorgegebenen Intervalls liegt.A method for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system (1) having at least a first energy store (2) and a second energy store (3) by determining an optimal adjoint (λ *), comprising: - performing a first iteration loop (10) in multiple passes wherein successive passes each have one possible adjoint (λ) associated with it, wherein on each pass of the first iteration loop (10) a second iteration loop (20) is carried out, comprising the steps of: determining respectively an optimal control quantity (u *) for successive times of a given time period, wherein the optimal control quantity (u *) is a quantity describing an energy received or delivered by the second energy store and is determined based on a minimum of a Hamiltonian (H), the Hamiltonian Function (H) associated with the energy storage system (1) is dependent on a modeled system parameter (L m ), the possible adjoint (λ) and a memory state (SoC 2 ) of the second energy store (3), the modeled system parameter (L m ) being a parameter to be optimized of the hybrid energy storage system (1 ), and is determined according to a predetermined power profile, which is traversed by the energy storage system (1) in the predetermined period of time, and • calculating a final storage state (SoC 2E ) of the second energy store (3), the second energy store (3) after having the predetermined period of time when the energy absorbed or emitted by the second energy store (3) was controlled in the predetermined period according to the respective optimal control variable (u *), - detecting whether the final memory state calculated by means of the second iteration loops (20) ( SOC 2E ) of the second energy store (3) is within a predetermined interval and providing a optimal adjoint (λ *) corresponding to the possible adjoint (λ) of the pass of the first iteration loop (10) for which it has been detected that the final memory state (SoC 2E ) is within the predetermined interval. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optimale Steuergröße (u*) einen von dem zweiten Energiespeicher (3) abzugebenden Strom beschreibt, und/oder der modellierte Systemparameter (Lm) ein modellierter Systemverlust ist, und/oder der Speicherzustand ein Ladezustand ist, wobei der finale Speicherzustand (SoC2E) ein finaler Ladezustand ist, und/oder das Intervall ein Ladeintervall ist.Method according to Claim 1 , characterized in that the optimal control quantity (u *) describes a stream to be delivered by the second energy store (3), and / or the modeled system parameter (L m ) is a modeled system loss, and / or the store state is a state of charge, wherein the final memory state (SoC 2E ) is a final state of charge, and / or the interval is a charging interval. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Iterationsschleife (10) ein Bisektionsverfahren ausführt, um die mögliche Adjungierte (λ) zu ermitteln.Method according to Claim 1 , characterized in that the first iteration loop (10) performs a bisection method to determine the possible adjoint (λ). Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - das Bestimmen der optimalen Steuergröße (u*) in jedem Durchlauf der zweiten Iterationsschleife (20) erfolgt, indem eine dritte Iterationsschleife (30) ausgeführt wird, wobei aufeinanderfolgenden Durchläufen in der dritten Iterationsschleife (30) jeweils ein möglicher Steuerwert (u) zugehörig ist, wobei in jedem Durchlauf der dritten Iterationsschleife (30) ein Wert der Hamilton-Funktion (H) gemäß der dem jeweiligen Durchlauf der dritten Iterationsschleife (30) zugehörigen möglichen Steuergröße (u) errechnet wird und die mögliche Steuergröße (u) als optimale Steuergröße (u*) bestimmt wird, bei welcher der Wert der Hamilton-Funktion (H) einen minimalen Wert aufweist, oder - das Bestimmen der optimalen Steuergröße (u*) in jedem Durchlauf der zweiten Iterationsschleife (20) durch ein analytisches Errechnen erfolgt.Method according to Claim 1 characterized in that - determining the optimal control quantity (u *) in each pass of the second iteration loop (20) is performed by executing a third iteration loop (30), wherein successive passes in the third iteration loop (30) each represent a possible control value (u) is associated, wherein in each pass of the third iteration loop (30) a value of the Hamilton function (H) according to the respective run of the third iteration loop (30) associated possible control variable (u) is calculated and the possible control variable (u ) is determined as an optimal control quantity (u *) at which the value of the Hamiltonian (H) has a minimum value, or - the determination of the optimal control quantity (u *) in each pass of the second iteration loop (20) by an analytic Calculation takes place. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene Intervall ein Intervall um einen anfänglichen Speicherzustand (SOC2A) des zweiten Energiespeichers (3) ist, welchen der zweite Energiespeicher (3) zu Beginn des vorgegeben Zeitraums aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined interval is an interval around an initial storage state (SOC 2A ) of the second energy store (3), which the second energy store (3) has at the beginning of the predetermined period. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der modellierte Systemparameter (Lm) basierend auf einem Gleichstromwiderstand des ersten Energiespeichers (2), einem Gleichstromwiderstand des zweiten Energiespeichers (3), einer von dem Energiespeichersystem (1) für den jeweiligen Zeitpunkt abzugebenden Leistung (P) gemäß des vorgegebenen Leistungsprofils und einem Wirkungsgrad eines DC/DC-Wandlers (4), über den der erste Energiespeicher (2) und der zweite Energiespeicher (3) in dem Energiespeichersystem (1) verbunden sind, ermittelt wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the modeled system parameter (L m ) based on a DC resistance of the first energy store (2), a DC resistance of the second energy store (3), one of the energy storage system (1) to be delivered for the respective time Power (P) according to the predetermined power profile and an efficiency of a DC / DC converter (4) via which the first energy storage (2) and the second energy storage (3) are connected in the energy storage system (1) is determined. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Berechnen des Wertes der Hamilton-Funktion (H) eine Addition des modellierten Systemparameters (Lm) mit einer Ableitung des Speicherzustandes (SoC2) des zweiten Energiespeichers (3) erfolgt, welche mit der möglichen Adjungierten (λ) multipliziert wurde.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in calculating the value of the Hamiltonian function (H) an addition of the modeled system parameter (L m ) takes place with a derivation of the memory state (SoC 2 ) of the second energy store (3) was multiplied by the possible adjoint (λ). Verfahren zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems (1), welches zumindest einen ersten Energiespeicher (2) und einen zweiten Energiespeicher (3) umfasst, umfassend: - Erfassen eines ersten Eingangswertes und eines zweiten Eingangswertes, wobei der erste Eingangswert einen vorberechneten Wert einer optimalen Adjungierten (λ*) beschreibt und der zweite Eingangswert eine Abweichung eines Speicherzustandes (SoC2) des zweiten Energiespeichers (3) von einem Referenz-Speicherzustand (SOC2, Soll) beschreibt, - Anpassen der optimalen Adjungierten (λ*) für einen aktuellen Speicherzustand (SoC2) des zweiten Energiespeichers (3) basierend auf dem ersten und dem zweiten Eingangswert, um eine angepasste Adjungierte (λa) zu ermitteln, - Bereitstellen eines Energiezielwertes (Iges), welcher eine Energie beschreibt, welche von dem ersten Energiespeicher (2) und dem zweiten Energiespeicher (3) gemeinsam bereitzustellen ist, - Ermitteln einer optimalen Steuergröße (I2 *) basierend auf der angepassten Adjungierten (λa) und dem Energiezielwert (Iges), wobei die optimale Steuergröße (I2 *) eine Größe ist, durch welche eine von dem zweiten Energiespeicher aufgenommene oder abgegebene Energie beschrieben wird, und die optimale Steuergröße (I2 *) gemäß einer dem Energiespeichersystem (1) zugehörige Hamilton-Funktion (H) ermittelt wird, wobei die Hamilton-Funktion (H) abhängig von einem berechneten Systemparameter (Lb) des hybriden Energiespeichersystems (1), der angepassten Adjungierten (λa) und dem aktuellen Speicherzustand (SoC2) des zweiten Energiespeichers ist.Method for controlling a hybrid energy storage system (1) comprising at least a first energy store (2) and a second energy store (3), comprising: - detecting a first input value and a second input value, the first input value including a precalculated value of an optimal adjuster (2) λ *) and the second input value describes a deviation of a memory state (SoC 2 ) of the second energy store (3) from a reference memory state (SOC 2, Soll ), - adapting the optimal adjuncts (λ *) for a current memory state (SoC 2 ) of the second energy store (3) based on the first and the second input value in order to determine a matched adjuster (λ a ), - providing an energy target value (I ges ) which describes an energy which is consumed by the first energy store (2) and to provide the second energy store (3) together, - determining an optimal control variable (I 2 * ) basi on the adjusted adjoint (λ a ) and the energy target value (I tot ), the optimal control quantity (I 2 * ) being a quantity describing an energy received or delivered by the second energy store, and the optimal control quantity (I 2 * ) is determined according to a Hamilton function (H) associated with the energy storage system (1), the Hamilton function (H) being dependent on a calculated system parameter (L b ) of the hybrid energy storage system (1), the adapted adjunct (λ a ) and the current memory state (SoC 2 ) of the second energy store. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherzustand ein Ladezustand ist, und/oder der Energiezielwert (Iges) ein Stromzielwert ist, und/oder die optimale Steuergröße (I2 *) einen von dem zweiten Energiespeicher (3) abzugebenden Strom beschreibt, und/oder der berechnete Systemparameter (Lb) ein Systemverlust des hybriden Energiespeichersystems (1) ist.Method according to Claim 8 , characterized in that the storage state is a state of charge, and / or the energy target value (I ges ) is a current target value, and / or the optimal control variable (I 2 * ) describes a stream to be delivered by the second energy store (3), and / or the calculated system parameter (L b ) is a system loss of the hybrid energy storage system (1). Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der berechnete Systemparameter (Lb) abhängig von einer Verlustleistung des ersten Energiespeichers (2) und einer Verlustleistung des zweiten Energiespeichers (3) ist und insbesondere ferner abhängig von einer Verlustleistung eines Energiewandlers (4) ist, über den der erste Energiespeicher (2) und der zweite Energiespeicher (3) in dem Energiespeichersystem (1) verbunden sind.Method according to one of Claims 8 or 9 , characterized in that the calculated system parameter (L b ) is dependent on a power loss of the first energy store (2) and a power loss of the second energy store (3) and in particular further dependent on a power loss of an energy converter (4), via which the first Energy storage (2) and the second energy storage (3) in the energy storage system (1) are connected. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optimale Steuergröße (I2 *) rechnerisch ermittelt wird, oder die optimale Steuergröße (I2 *) tabellarisch ermittelt wird, wobei bei dem tabellarischen Ermitteln eine Tabelle abgefragt wird, in welcher unterschiedlichen Kombinationen von Werten der angepasste Adjungierten (λa) und Werten des Stromzielwerts (Iges) jeweils eine optimale Steuergröße (I2 *) zugeordnet ist.Method according to one of the preceding Claims 8 to 10 , characterized in that the optimal control variable (I 2 * ) is computationally determined, or the optimal control variable (I 2 * ) is determined in tabular form, wherein in the tabular determination a table is queried in which different combinations of values of the adjusted adjunct ( λ a) and values of the current target value (I tot) is assigned an optimum control variable (I 2 *). Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen der optimalen Adjungierten (λ*) mittels eines PI-Reglers (7) erfolgt.Method according to one of the preceding Claims 8 to 11 , characterized in that the adaptation of the optimal adjoint (λ *) by means of a PI controller (7) takes place. Verfahren gemäß einem der voranstehenden Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die optimale Adjungierte (λ*) durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 erzeugt wird.Method according to one of the preceding Claims 8 to 12 , characterized in that the optimal adjoint (λ *) is obtained by the method according to any one of Claims 1 to 6 is produced. Vorrichtung zum Erzeugen einer optimalen Adjungierten (λ*), umfassend eine Recheneinheit , welche dazu eingerichtet ist, das Verfahren zum Bestimmen eines optimierten Systemverhaltens eines hybriden Energiespeichersystems (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.An apparatus for generating an optimal adjoint (λ *), comprising a computing unit, which is adapted to the method for determining an optimized system behavior of a hybrid energy storage system (1) according to one of Claims 1 to 7 perform. Vorrichtung (50) zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems, umfassend eine Regelungseinheit (54), welche dazu eingerichtet ist, das Verfahren zur Steuerung eines hybriden Energiespeichersystems gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13 auszuführen.Device (50) for controlling a hybrid energy storage system, comprising a control unit (54), which is adapted to the method for controlling a hybrid energy storage system according to one of Claims 8 to 13 perform.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114212005A (en) * 2021-12-29 2022-03-22 上海重塑能源科技有限公司 Energy management method and device for fuel cell system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140210267A1 (en) * 2011-09-16 2014-07-31 Hitachi, Ltd. Power distribution device
DE102013014667A1 (en) 2013-08-30 2015-03-05 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Method for the application of the control of the drive of a hybrid vehicle
DE102014002973A1 (en) * 2013-12-13 2015-06-18 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Method for charging batteries and converter for charging
US20160254664A1 (en) * 2015-02-26 2016-09-01 Microsoft Technology Licensing, Llc Load Allocation for Multi-Battery Devices

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010091076A1 (en) * 2009-02-05 2010-08-12 Abb Research Ltd. Integrated voltage and var optimization process for a distribution system
DE102011079874A1 (en) * 2011-07-27 2013-01-31 Robert Bosch Gmbh Energy storage device, system with energy storage device and method for operating an energy storage device
CN103337001B (en) * 2013-07-18 2016-10-05 山东大学 Consider the wind farm energy storage capacity optimization method of optimal desired output and state-of-charge
CN104806450B (en) * 2015-03-25 2017-07-14 华北电力大学(保定) A kind of wind power system MPPT control method based on gravitation neutral net
CN105024599A (en) * 2015-08-10 2015-11-04 华北电力大学(保定) Wave energy power generation system maximum power tracking device and control method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140210267A1 (en) * 2011-09-16 2014-07-31 Hitachi, Ltd. Power distribution device
DE102013014667A1 (en) 2013-08-30 2015-03-05 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Method for the application of the control of the drive of a hybrid vehicle
DE102014002973A1 (en) * 2013-12-13 2015-06-18 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Method for charging batteries and converter for charging
US20160254664A1 (en) * 2015-02-26 2016-09-01 Microsoft Technology Licensing, Llc Load Allocation for Multi-Battery Devices

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ali Castaings, Walter Lhomme, Rochdi Trigui, Alain Bouscayrol, Comparison of energy management strategies of a battery/supercapacitors system for electric vehicle under real-time constraints, Applied Energy, Volume 163, 2016, Pages 190-200, *
E. Vinot, R. Trigui and B. Jeanneret, "Optimal management of electric vehicles with a hybrid storage system," 2010 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Lille, 2010, pp. 1-6 *
F. Odeim, J. Roes and A. Heinzel, "Power Management Optimization of a Fuel Cell/Battery/Supercapacitor Hybrid System for Transit Bus Applications," in IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 65, no. 7, pp. 5783-5788, July 2016. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114212005A (en) * 2021-12-29 2022-03-22 上海重塑能源科技有限公司 Energy management method and device for fuel cell system

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