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Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit und ein Verfahren zur Pflege eines Energiespeichers in einem ladungserhaltenden Betrieb.
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Es ist bekannt, dass ein Energiespeicher mehrere Energiespeicherzellen umfasst und die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie im Wesentlichen die Summe der in den Energiespeicherzellen gespeicherten Energie ist.
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Weiterhin ist bekannt, dass bei einem Energiespeicher durch bestimmte Lade- und Entlademuster die Energiespeicherzellen beschädigt werden können. Beispielsweise kann ein sogenannter „Memory-Effekt“ auftreten, der zu einem Kapazitätsverlust des Energiespeichers führen kann.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Steuereinheit und ein Verfahren anzugeben, die eine Beschädigung des Energiespeichers zumindest teilweise verhindern.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Energiespeichersteuereinheit für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb. Der Hybridantrieb umfasst eine elektrische Maschine und einen mit der elektrischen Maschine gekoppelten elektrischen Energiespeicher.
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Insbesondere versorgt dabei der Energiespeicher die elektrische Maschine mit elektrischer Energie. Beispielsweise entnimmt die elektrische Maschine dem Energiespeicher Energie, um diese in ein Antriebsmoment zu wandeln. Alternativ oder zusätzlich gibt die elektrische Maschine beispielsweise aber auch Energie an den Energiespeicher ab, etwa wenn die elektrische Maschine Bremsenergie rekuperiert.
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Der Hybridantrieb ist dabei wahlweise in einer für den Energiespeicher ladungsverbrauchenden Betriebsart oder in einer für den Energiespeicher ladungserhaltenden Betriebsart betreibbar.
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Die ladungsverbrauchende Betriebsart kann insbesondere als „charge depleting“-Betriebsart bezeichnet werden. Dabei kann beispielsweise für das Ende eines angenommenen Fahrzyklus des Kraftfahrzeugs ein vorgegebener, niedriger Zielladezustand für den Energiespeicher angestrebt werden.
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Die ladungserhaltende Betriebsart kann insbesondere als „charge sustaining“-Betriebsart bezeichnet werden. Dabei kann beispielsweise für den Ladezustand des Energiespeichers angestrebt werden, dass der Ladezustand des Energiespeichers am Ende eines Betriebszeitfensters im Wesentlichen dem Ladezustand zu Beginn des Betriebszeitfensters entspricht.
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Bei Betrieb des Hybridantriebs in der für den Energiespeicher ladungserhaltenden Betriebsart ist die Energiespeichersteuereinheit eingerichtet, den Energiespeicher in einer Speicherpflegebetriebsart zu betreiben.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Energiespeichersteuereinheit eingerichtet, eine Betriebsstrategie des Hybridantriebs bei Betrieb des Energiespeichers in der Speicherpflegebetriebsart zu beeinflussen.
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Die Betriebsstrategie des Hybridantriebs gibt dabei insbesondere einen Ziel-Gesamtladezustand des Energiespeichers vor, der durch Energieverbrauch und Energiegewinnung erreicht werden soll.
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Insbesondere ist die Energiespeichersteuereinheit eingerichtet, die Betriebsstrategie des Hybridantriebs bei Betrieb des Energiespeichers in der Speicherpflegebetriebsart derart zu beeinflussen, dass der tatsächliche Gesamtladezustand des Energiespeichers ein Ladezustandsintervall nicht verlässt, wobei das Ladezustandsintervall ein Teilbereich des absoluten Ladebereichs des Energiespeichers ist.
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Das Ladezustandsintervall kann dabei insbesondere in Abhängigkeit von dem Ziel-Gesamtladezustand des Energiespeichers bestimmt werden.
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Beispielsweise kann das Ladezustandsintervall derart bestimmt werden, dass der Ziel-Gesamtladezustand innerhalb des Ladezustandsintervalls liegt.
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Darüber hinaus ist die Energiespeichersteuereinheit eingerichtet, die Betriebsstrategie des Hybridantriebs bei Betrieb des Energiespeichers in der Speicherpflegebetriebsart derart zu beeinflussen, dass das Ladezustandsintervall sich während dem Betrieb des Energiespeichers in der Speicherpflegebetriebsart durch den absoluten Ladebereich des Energiespeichers bewegt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Energiespeichersteuereinheit eingerichtet, die Obergrenze und die Untergrenze des Ladezustandsintervalls abwechselnd jeweils zu erhöhen und zu verringern, so dass sich das Ladezustandsintervall durch den absoluten Ladebereich des Energiespeichers bewegt.
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Insbesondere können die Obergrenze und die Untergrenze des Ladezustandsintervalls zyklisch erhöht und verringert werden. Beispielsweise kann die Veränderung der Obergrenze und der Untergrenze des Ladezustandsintervalls zeit- und/oder ereignisgesteuert durchgeführt werden.
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Die Differenz zwischen der Obergrenze und der Untergrenze des Ladezustandsintervalls kann dabei beispielsweise konstant bleiben, so dass sich der Abstand der Obergrenze von der Untergrenze nicht verändert. Alternativ dazu kann die Differenz zwischen der Obergrenze und der Untergrenze des Ladezustandsintervalls beispielsweise aber auch variabel sein, so dass sich der Abstand der Obergrenze von der Untergrenze verändert.
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Erfindungsgemäß umfasst der Energiespeicher zumindest zwei Energiespeicherzellen und die Energiespeichersteuereinheit ist eingerichtet, den Energiespeicher bei Betrieb in der Speicherpflegebetriebsart derart anzusteuern, dass eine erste Teilmenge der Energiespeicherzellen des Energiespeichers die elektrische Maschine versorgt, und eine zweite, von der ersten Teilmenge unterschiedliche Teilmenge der Energiespeicherzellen des Energiespeichers in einer Energiespeicherzellenpflegebetriebsart betrieben wird.
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Insbesondere kann sich dabei die Zugehörigkeit einer ausgewählten Energiespeicherzelle zu einer der beiden Gruppen im Laufe der Zeit verändern. Die ausgewählte Energiespeicherzelle kann beispielsweise zu einem Zeitpunkt to der ersten Teilmenge zugeordnet sein und zum einem auf den Zeitpunkt to folgenden Zeitpunkt t1 der zweiten Teilmenge zugeordnet sein.
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Wenn beispielsweise die elektrische Maschine in einer Fahrsituation mehr elektrische Energie rekuperieren kann, als alle Energiespeicherzellen der ersten Gruppe aufnehmen können, so können temporär oder dauerhaft eine oder mehrere Energiespeicherzellen der zweite Gruppe der ersten Gruppe zugeordnet werden. Diese Situation kann beispielsweise bei einer längeren Bergabfahrt des Kraftfahrzeugs auftreten.
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Erfindungsgemäß ist die Energiespeichersteuereinheit eingerichtet, den Energiespeicher in der Speicherpflegebetriebsart derart anzusteuern, dass der Ladezustand der Energiespeicherzellen des Energiespeichers, die in der Energiespeicherzellenpflegebetriebsart betrieben werden, jeweils einem vorgegebenen Verlauf folgt.
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Insbesondere kann der vorgegebene Verlauf ein konstanter Wert sein.
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Alternativ dazu kann der vorgegebene Verlauf insbesondere auch abwechselnd steigen und sinken, beispielsweise zyklisch, oder mit konstanter Steigung.
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Der vorgegebene Verlauf kann insbesondere für alle Energiespeicherzellen der zweiten Gruppe der gleiche sein. Alternativ dazu kann der vorgegebene Verlauf insbesondere für alle Energiespeicherzellen der zweiten Gruppe die gleiche Form haben, aber zeitversetzt sein. Alternativ dazu kann der vorgegebene Verlauf insbesondere für alle Energiespeicherzellen auch invers sein, so dass die Summe der Ladezustande der Energiespeicherzellen der zweiten Gruppe im Wesentlichen konstant ist.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst der Energiespeicher zumindest zwei Energiespeicherzellen. Die Energiespeichersteuereinheit ist eingerichtet, die Ladezustände der Energiespeicherzellen bei Betrieb des Energiespeichers in der Speicherpflegebetriebsart derart vorzugeben, dass die Summe der Verläufe der Ladezustände der Energiespeicherzellen des Energiespeichers ein Ladezustandsintervall nicht verlässt.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Energiespeichersteuerverfahren für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb, wobei der Hybridantrieb eine elektrische Maschine und einen mit der elektrischen Maschine gekoppelten elektrischen Energiespeicher umfasst, in einer für den Energiespeicher ladungsverbrauchenden Betriebsart betreibbar ist, und in einer für den Energiespeicher ladungserhaltenden Betriebsart betreibbar ist.
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Bei Betrieb des Hybridantriebs in der für den Energiespeicher ladungserhaltenden Betriebsart wird der Energiespeicher in einer Speicherpflegebetriebsart betrieben.
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Die vorstehenden Ausführungen zur erfindungsgemäßen Energiespeichersteuereinheit nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für das erfindungsgemäße Energiespeichersteuerverfahren nach dem zweiten Aspekt der Erfindung. An dieser Stelle und in den Patentansprüchen nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Energiespeichersteuerverfahrens entsprechen den vorstehend beschriebenen oder in den Patentansprüchen beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Energiespeichersteuereinheit.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel für die Struktur eines Energiespeichers,
- 2 einen erfindungsgemäßen, beispielhaften Verlauf eines Gesamtladezustands des Energiespeichers, und
- 3 erfindungsgemäße, beispielhafte Ladezustandsverläufe von Energiespeicherzellen.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Struktur eines Energiespeichers ES. Der Energiespeicher ES umfasst dabei mehrere Energiespeicherzellen Z1 , Z2 , Z3 . Der Gesamtladezustand SOC des Energiespeichers ES ergibt sich dabei im Wesentlich aus der Summe der Ladezustände SOC1, SOC2, SOC3 der Energiespeicherzellen Z1 , Z2 , Z3 .
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Darüber hinaus umfasst der Energiespeicher ES neben den Energiespeicherzellen Z1 , Z2 , Z3 auch eine Energiespeichersteuereinheit SE. Der Energiespeicher ES kann insbesondere in einem Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb eingesetzt werden, wobei der Hybridantrieb eine mit dem Energiespeicher ES gekoppelte elektrische Maschine umfasst.
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Der Hybridantrieb ist dabei wahlweise in einer für den Energiespeicher ES ladungsverbrauchenden Betriebsart oder in einer für den Energiespeicher ES ladungserhaltenden Betriebsart betreibbar.
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Die ladungsverbrauchende Betriebsart kann insbesondere als „charge depleting“-Betriebsart bezeichnet werden. Dabei kann beispielsweise für das Ende eines angenommenen Fahrzyklus des Kraftfahrzeugs ein vorgegebener, niedriger Zielladezustand für den Energiespeicher ES angestrebt werden.
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Die ladungserhaltende Betriebsart kann insbesondere als „charge sustaining“-Betriebsart bezeichnet werden. Dabei kann beispielsweise für den Ladezustand des Energiespeichers ES angestrebt werden, dass der Ladezustand SOC des Energiespeichers ES am Ende eines Betriebszeitfensters im Wesentlichen dem Ladezustand SOC zu Beginn des Betriebszeitfensters entspricht.
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Insbesondere kann von Seiten des Fahrers des Kraftfahrzeugs auswählbar sein, ob der Hybridantrieb in der ladungsverbrauchenden oder der ladungserhaltenden Betriebsart betrieben wird.
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Dabei kann der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Betrieb des Hybridantriebs in der ladungsverbrauchenden Betriebsart insbesondere nur dann auswählen, wenn die Systemgrenzen, z.B. der Ladungszustand des Energiespeichers ES, einen Betrieb des Hybridantriebs in der ladungsverbrauchenden Betriebsart erlauben. Beispielsweise kann bei Unterschreiten einer Schwelle für den Ladungszustand SOC des Energiespeichers ES automatisch, ohne Bedienhandlung des Fahrers, in die ladungserhaltende Betriebsart gewechselt werden.
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Die Auswahl kann insbesondere mittels eines Bedienelements getroffen werden, beispielsweise mittels eines Schalters oder eines Touchscreens. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswahl beispielsweise auch über eine Sprachschnittstelle oder mittels einem mit dem Kraftfahrzeug gekoppelten Smart Device (z.B. Smartphone) getroffen werden.
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2 zeigt einen erfindungsgemäßen, beispielhaften Verlauf des Gesamtladezustands SOC des Energiespeichers ES.
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Bei Betrieb des Hybridantriebs in der für den Energiespeicher ES ladungserhaltenden Betriebsart ist die Energiespeichersteuereinheit SE eingerichtet, den Energiespeicher ES in einer Speicherpflegebetriebsart zu betreiben.
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Die Energiespeichersteuereinheit SE ist dafür eingerichtet, eine den Gesamtladezustand SOC des Energiespeichers ES beeinflussende Betriebsstrategie des Hybridantriebs bei Betrieb des Energiespeichers ES in der Speicherpflegebetriebsart zu beeinflussen.
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Die Betriebsstrategie des Hybridantriebs beeinflusst den Gesamtladezustand SOC des Energiespeichers ES beispielsweise dadurch, dass die Betriebsstrategie Rekuperations- und/oder Boost-Vorgänge der elektrischen Maschine steuert, die wiederrum zu einem Energiebedarf oder einer Energieerzeugung durch die elektrische Maschine führen.
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Insbesondere ist die Energiespeichersteuereinheit SE dafür eingerichtet, die Betriebsstrategie des Hybridantriebs derart zu beeinflussen, dass der tatsächliche Gesamtladezustand SOC des Energiespeichers ES ein Ladezustandsintervall LZImax, LZImin, nicht verlässt, wobei das Ladezustandsintervall LZImax, LZImin, ein Teilbereich des absoluten Ladebereichs SOCmax, SOCmin des Energiespeichers ES ist.
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Dadurch kann für den Fahrer des Kraftfahrzeugs das Fahrerlebnis verbessert werden kann. Insbesondere wenn es sich bei dem Kraftfahrzeug um einen Steckdosenhybrid („Plug-in-Hybrid“, PHEV) handelt kann durch die Einschränkung des Gesamtladezustands SOC auf das Ladezustandsintervall LZImax, LZImin, das Fahrerlebnis eines Hybridelektrokraftfahrzeugs („Hybrid Electric Vehicle“, HEV) nachgebildet werden.
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Die Energiespeichersteuereinheit SE ist darüber hinaus dafür eingerichtet, die Betriebsstrategie des Hybridantriebs derart zu beeinflussen, dass das Ladezustandsintervall LZImax, LZImin, sich während dem Betrieb des Energiespeichers ES in der Speicherpflegebetriebsart durch den absoluten Ladebereich SOCmax, SOCmin des Energiespeichers ES bewegt.
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Die Bewegung des Ladezustandsintervalls LZImax, LZImin, durch den absoluten Ladebereich SOCmax, SOCmin kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die Obergrenze LZImax und die Untergrenze LZImin, des Ladezustandsintervalls LZImax, LZImin, abwechselnd jeweils durch die Energiespeichersteuereinheit erhöht und verringert werden.
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3 zeigt erfindungsgemäße, beispielhafte Ladezustandsverläufe SOC1, SOC2, SOC3 von Energiespeicherzellen Z1 , Z2 , Z3 .
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Die Energiespeichersteuereinheit SE ist dabei eingerichtet, den Energiespeicher ES bei Betrieb in der Speicherpflegebetriebsart derart anzusteuern, dass eine erste Teilmenge der Energiespeicherzellen Z1 , Z2 , Z3 des Energiespeichers ES in einer Normalbetriebsart NBA die elektrische Maschine versorgt, und eine zweite, von der ersten Teilmenge unterschiedliche Teilmenge der Energiespeicherzellen Z1 , Z2 , Z3 des Energiespeichers ES in einer Energiespeicherzellenpflegebetriebsart EPBA betrieben wird.
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Die Zuordnung der einzelnen Energiespeicherzellen Z1 , Z2 , Z3 zu der ersten Gruppe oder der zweiten Gruppe kann insbesondere aktiv gesteuert werden, um den Verschleiß der einzelnen Energiespeicherzellen Z1 , Z2 , Z3 zu beeinflussen.
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Die Energiespeichersteuereinheit SE ist außerdem eingerichtet, den Energiespeicher ES in der Speicherpflegebetriebsart derart anzusteuern, dass der Ladezustand SOC1, SOC2, SOC3 der Energiespeicherzellen Z1 , Z2 , Z3 des Energiespeichers ES, die in der Energiespeicherzellenpflegebetriebsart EPBA betrieben werden, jeweils einem vorgegebenen Verlauf folgt.
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Dieser Verlauf kann beispielsweise konstant sein oder einem vorgegebenen Muster folgen. Dabei ist das Muster insbesondere abhängig von der speziellen Technologie der jeweiligen Energiespeicherzellen. Beispielsweise ist ein konstant halten des Ladezustands SOC1, SOC2, SOC3 der Energiespeicherzellen Z1 , Z2 , Z3 für manche Technologien verschleißoptimal. Für andere Technologien ist beispielsweise ein zyklisches be- und entladen der Energiespeicherzellen Z1 , Z2 , Z3 verschleißoptimal.
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Werden die Energiespeicherzellen Z1 , Z2 , Z3 zyklisch be- und entladen, so kann der Vorgang für verschiedene Energiespeicherzellen Z1 , Z2 , Z3 gegenläufig erfolgen, so dass sich der Gesamtladezustand SOC des Energiespeichers ES nicht verändert. Beispielsweise kann dabei eine erste Energiespeicherzelle Z1 durch das Entladen einer zweiten Energiespeicherzelle Z2 aufgeladen werden.
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Die Ladezustände SOC1, SOC2, SOC3 der Energiespeicherzellen Z1 , Z2 , Z3 werden bei Betrieb des Energiespeichers ES in der Speicherpflegebetriebsart von der Energiespeichersteuereinheit SE derart vorgegeben, dass die Summe der Verläufe der Ladezustände SOC1, SOC2, SOC3 der Energiespeicherzellen Z1 , Z2 , Z3 des Energiespeichers ES das Ladezustandsintervall LZImax, LZImin, nicht verlässt.
