DE102018005797A1 - A method of estimating the time required for a full charge of a rechargeable electrochemical energy storage device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung der erforderlichen Zeitdauer für die Vollladung einer wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung auf Grundlage von zwei Zeitdauer-Abschätzungen, einer ersten, „statischen“ Zeitdauer-Abschätzung auf Grundlage von vor-parametrisierten Ladeprofilen, und einer zweiten, „dynamischen“ Zeitdauer-Abschätzung auf Grundlage von wenigstens einem jüngsten, erfassten Ladeprofil aufgrund eines realen Ladevorgangs, das in einer Daten-Speichereinrichtung gespeichert ist. Es wird eine Gewichtung der beiden Zeitdauer-Abschätzungen in Abhängigkeit von dem Alterungszustand der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung vorgenommen.θ= statische Ladezeitdauerθ= dynamische Ladezeitdauerωund ω= Gewichtungsfaktoren; ω+ ω= 1Beginn Lebensdauer (SoH = 1): ω= 0,9 (bevorzugt 0,7) ; ω= 0,1 (bevorzugt 0,3) Ende Lebensdauer (SoH = bspw. 0,8) ω= bspw. 0,5 ; ω= bspw. 0,5Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtete Steuereinrichtung sowie ein zumindest auch elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug mit der Steuereinrichtung.The invention relates to a method for estimating the required period for full charge of a rechargeable electrochemical energy storage device based on two time duration estimates, a first "static" duration estimate based on pre-parametric load profiles, and a second "dynamic" one. Time duration estimation based on at least one recent detected charging profile due to a real charging stored in a data storage device. A weighting of the two duration estimates is made depending on the aging condition of the rechargeable electrochemical energy storage device. Θ = static charging time θ = dynamic charging time ω and ω = weighting factors; ω + ω = 1Bstart life (SoH = 1): ω = 0.9 (preferably 0.7); ω = 0.1 (preferably 0.3) End life (SoH = eg 0.8) ω = eg 0.5; The present invention also relates to a control device configured for carrying out the method as well as to a motor vehicle which can be driven at least by an electric motor with the control device.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abschätzen der für eine Vollladung einer wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung erforderlichen Zeitdauer. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektronische Steuereinrichtung, die zum Durchführen des Verfahrens eingerichtet ist, sowie ein zumindest auch elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie und der Steuereinrichtung.The invention relates to a method for estimating the time required for a full charge of a rechargeable electrochemical energy storage device. Furthermore, the invention relates to an electronic control device which is set up for carrying out the method, as well as a motor vehicle which can be driven at least also by an electric motor with a traction battery and the control device.
Aufgrund knapper werdender fossiler Rohstoffe und der damit zumindest mittel- und langfristig zu erwartenden steigenden Preise für Brennstoffe auf Basis derartiger Rohstoffe sowie aufgrund der anthropogen verursachten Kohlendioxid-Emissionen und den damit einhergehenden Klimaveränderungen sind in den vergangenen Jahren zunehmend die Themen der Energieversorgung mittels sog. erneuerbarer Energien und der Elektromobilität in den Fokus des Interesses gerückt.Due to dwindling fossil fuels and the resulting rising fuel prices on the basis of such raw materials as well as anthropogenic carbon dioxide emissions and associated climate changes, the topics of energy supply have become increasingly renewable in recent years Energy and electromobility have become the focus of interest.
Sowohl im Bereich der erneuerbaren Energien als auch im Bereich der Elektromobilität spielen derzeit wiederaufladbare, elektrochemische Energiespeicher (Sekundärbatterien), insbesondere wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien, eine dominierende Rolle.Rechargeable, electrochemical energy stores (secondary batteries), in particular rechargeable lithium-ion batteries, are currently playing a dominant role both in the field of renewable energies and in the area of electromobility.
Wie Fachleuten bekannt ist, weisen derzeit verfügbare, wiederaufladbare, elektrochemische Energiespeicher, genauer die wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeicherzellen von Sekundärbatterien (die nachfolgend der Einfachheit halber oftmals nur als „Batteriezellen“ bezeichnet werden) durch unterschiedliche chemische und physikalische Prozesse ein kalendarisches und/oder zyklisches Alterungsverhalten auf, welches sich im Laufe der Lebensdauer einer Sekundärbatterie typischerweise durch einen Kapazitätsverlust, eine geringere Leistung, einen höheren Innenwiderstand (schlechterer Wirkungsgrad), mehr Abwärme und ggf. auch Gasbildung bemerkbar macht. As is known to those skilled in the art, currently available, rechargeable, electrochemical energy stores, more specifically the rechargeable, electrochemical energy storage cells of secondary batteries (which will hereafter be referred to simply as "battery cells" for simplicity), exhibit calendar and / or cyclic aging behavior through different chemical and physical processes which, over the life of a secondary battery, typically manifests itself in capacity loss, lower power, higher internal resistance (lower efficiency), more waste heat, and possibly also gas formation.
Durch den im Laufe der Nutzungsdauer einer Sekundärbatterie eintretenden Kapazitätsverlust, d.h. durch die abnehmende Menge an speicherbarer elektrischer Energie durch die Batteriezellen verkürzt sich im Laufe der Lebensdauer einer Sekundärbatterie die für eine Aufladung erforderliche Ladezeit, bezogen auf einen gegebenen anfänglichen Ladezustand (SoC; State of Charge), den gewünschten Ladezustand bei Vollladung (SoC von bspw. 98%, 99% oder 100%) und die jeweilige Ladeleistung der verwendeten Ladevorrichtung.Due to the capacity loss occurring during the life of a secondary battery, i. the decreasing amount of storable electrical energy through the battery cells shortens the charge time required for charge over a lifetime of a secondary battery, based on a given initial state of charge (SoC), the desired charge state at full charge (SoC of eg. 98%, 99% or 100%) and the respective charging capacity of the charging device used.
Auch werden derzeit verfügbare Sekundärbatterien nicht mit einer konstanten Leistung geladen. So wird regelmäßig bspw. bei Erreichen eines SoC von etwa 80% von einem linearen Aufladevorgang (mit konstanter Ladeleistung) zu einer degressiven Ladeleistung übergegangen (gesteuert bspw. durch ein Batteriemanagement-System), um eine Schädigung der Sekundärbatterie zu vermeiden.Also, currently available secondary batteries are not charged at a constant power. Thus, for example, when reaching a SoC of about 80% of a linear charging (with constant charging power) to a degressive charging power is passed (controlled for example. By a battery management system) to avoid damage to the secondary battery.
Aufgrund der sich hierdurch insgesamt ergebenden, unterschiedlichen Ladeprofile kann die erforderliche Dauer der Ladezeit einer Sekundärbatterie, bezogen auf einen gegebenen anfänglichen Ladezustand (SoC; State of Charge), den gewünschten Ladezustand bei Vollladung und der verwendeten Ladevorrichtung variieren.Due to the resulting overall different charging profiles, the required duration of the charging time of a secondary battery, based on a given initial state of charge (SoC), may vary the desired charge state at full charge and the charging device used.
Eine möglichst genaue Abschätzung der erforderlichen Dauer der Ladezeit einer Sekundärbatterie bis zur Vollladung ist jedoch aus verschiedenen Gründen wünschenswert. So kann bspw. ein Nutzer eines zumindest auch elektromotorisch antreibbaren Fahrzeugs (rein batterieelektrisch angetriebenes Fahrzeug, serielles Hybrid-Fahrzeug, Plug-In-Hybrid-Fahrzeug, etc.) aufgrund einer solchen Abschätzung erkennen, ob bzw. wie weit die Sekundärbatterie (Traktionsbatterie) seines Fahrzeugs bis zur nächsten von ihm geplanten Nutzung aufgeladen werden kann. Dies kann dazu beitragen, eine sog. „Reichweiten-Angst“ von Nutzern derartiger Fahrzeuge zu lindern oder zu verhindern.However, the most accurate estimation of the required duration of the charging time of a secondary battery to full charge is desirable for various reasons. Thus, for example, a user of a vehicle which can also be driven by an electric motor (purely battery-electric vehicle, hybrid serial vehicle, plug-in hybrid vehicle, etc.) can detect on the basis of such an estimate whether or how far the secondary battery (traction battery) his vehicle until the next intended use. This can help alleviate or prevent a so-called "range anxiety" from users of such vehicles.
Auch kann bei einer Fahrzeug-Flotte die Auslastung der Ladeinfrastruktur optimal geplant werden, wenn möglichst genaue Abschätzungen bezüglich der Dauer der Ladezeit bis zur Vollladung der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung der Fahrzeuge der Flotte vorliegen.Also, in a vehicle fleet, the load of the charging infrastructure can be optimally planned when the most accurate estimates of the duration of the charging time to full charge of the rechargeable, electrochemical energy storage device of the vehicles of the fleet are available.
Auch ist bekannt, dass bspw. bei wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien ein Vollladungszustand, der über eine längere Zeitdauer gegeben ist, ohne dass die wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie wieder (teil)entladen würde, sich nachteilig auf die Lebensdauer der wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterien auswirken kann. Daher kann es von Vorteil sein, wenn ein Ladevorgang so gesteuert wird, dass er kurz vor einer geplanten Nutzung der wiederaufladbaren Lithium-lonen-Batterie endet, wozu eine möglichst genaue Abschätzung der erforderlichen Ladezeitdauer zur Bestimmung des Beginns des Aufladevorgangs hilfreich ist.It is also known that, for example, in the case of rechargeable lithium-ion batteries, a full charge state, which is given over a longer period of time without the rechargeable lithium-ion battery being (partially) discharged again, adversely affects the life of the rechargeable lithium-ion battery. Ion batteries can affect. Therefore, it may be advantageous if a charge is controlled to end shortly before a planned use of the rechargeable lithium-ion battery, for which an accurate estimate of the required charging time to determine the start of the charging process is helpful.
Vor dem Hintergrund dieses letztgenannten Aspekts schlägt die
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein im Vergleich zum vorbekannten Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Abschätzung der Ladezeitdauer einer wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung, bspw. einer wiederaufladbaren Traktionsbatterie eines zumindest auch elektromotorisch antreibbaren Kraftfahrzeugs sowie eine Steuervorrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, zur Verfügung zu stellen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zumindest auch elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie zur Verfügung zu stellen, welches eine erfindungsgemäße elektronische Steuereinrichtung aufweist.It is an object of the present invention to provide a method, which is improved in comparison with the known prior art, for estimating the charging time duration of a rechargeable, electrochemical energy storage device, for example a rechargeable traction battery of a motor vehicle which can also be driven by an electric motor, and a control device which is set up to carry out the method. to provide. It is a further object of the present invention to provide a motor vehicle, which can be driven at least by electric motor, with a traction battery which has an electronic control device according to the invention.
Diese Aufgaben werden gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1, die Steuereinrichtung gemäß Anspruch 7 sowie das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These objects are achieved by the method according to
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Abschätzen der Zeitdauer vorgeschlagen, die für eine Vollladung einer wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung eines zumindest auch elektromotorisch antreibbaren Kraftfahrzeugs unter Verwendung einer fahrzeugexternen Ladevorrichtung für elektrische Energie erforderlich ist, mittels einer hierzu eingerichteten, elektronischen Steuereinrichtung.According to the invention, a method is proposed for estimating the time duration required for a full charge of a rechargeable, electrochemical energy storage device of a motor vehicle which can be driven by an electric motor using an external electric vehicle charging device, by means of an electronic control device configured for this purpose.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- a) Ermittlung des Ladezustands der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung zu Beginn eines Ladevorgangs;
- b) Ermittlung der Ladeleistung der fahrzeugexternen Ladevorrichtung zu Beginn des Ladevorgangs,
- c) Ermittlung der sich aufgrund von a) und b) ergebenden Zeitdauer θp für eine Vollladung der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung unter Verwendung von in einer ersten elektronischen Daten-Speichereinrichtung für verschiedene Ladeleistungen gespeicherten, gemessenen oder berechneten Ladeprofilen der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung im Neuzustand;
- d) Ermittlung der sich aufgrund von a) und b) ergebenden Zeitdauer θh für eine Vollladung der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung unter Verwendung von wenigstens dem in der ersten oder einer davon verschiedenen zweiten elektronischen Daten-Speichereinrichtung gespeicherten neuesten, gemessenen Ladeprofil der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung; und
- e) Abschätzung durch die Steuereinrichtung der erforderlichen Zeitdauer für eine Vollladung der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung durch Bildung der Summe der mit einem Gewichtungsfaktor ωp multiplizierten Zeitdauer θp gemäß c) und der mit einem Gewichtungsfaktor ωh multiplizierten Zeitdauer θh gemäß d), wobei die Summe der beiden Gewichtungsfaktoren ωp und ωh 1 ist, der Wert des Gewichtungsfaktors ωp für die Zeitdauer θp gemäß c) mit zunehmender Alterung der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung kleiner als der Wert dieses Gewichtungsfaktors ωp im Neuzustand der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung gewählt wird, und der Wert des Gewichtungsfaktors ωh für die Zeitdauer θh gemäß d) mit zunehmender Alterung der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung größer als der Wert dieses Gewichtungsfaktors ωh im Neuzustand der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung gewählt wird.
- a) determination of the state of charge of the rechargeable, electrochemical energy storage device at the beginning of a charging process;
- b) determination of the charging power of the vehicle-external charging device at the beginning of the charging process,
- c) determining the period of time θ p resulting from a) and b) for a full charge of the rechargeable electrochemical energy storage device using charging profiles of the rechargeable electrochemical energy storage device stored in a first electronic data storage device for different charging powers, measured or calculated ;
- d) determining the period of time θ h resulting from a) and b) for a full charge of the rechargeable electrochemical energy storage device using at least the newest measured charging profile of the rechargeable electrochemical cell stored in the first or a different second electronic data storage device energy storage device; and
- e) estimating by the control means of the required time for full charging of the rechargeable electrochemical energy storage device by forming the sum of a weighting factor ω p multiplied period θ p according to c) and by a weighting factor ω h multiplied time θ h according to d), wherein the sum of the two weighting factors ω p and
ω h 1, the value of the weighting factor ω p for the period θ p according to c) with increasing aging of the rechargeable, electrochemical energy storage device is smaller than the value of this weighting factor ω p in the new state of the rechargeable, electrochemical energy storage device is chosen, and the value of the weighting factor ω h for the period θ h according to d) with increasing aging of the rechargeable, electrochemical energy storage device greater than the value of this weighting factor ω h in the new state of the rechargeable, elektroche mix energy storage device is selected.
Dies bedeutet, auf andere Weise ausgedrückt:
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden für die Abschätzung der erforderlichen Zeitdauer für eine Vollladung einer wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung (bspw. einer Traktionsbatterie) zum einen „statische“ Ladeprofile verwendet, d.h. Ladeprofile, die bspw. vom Hersteller der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung für verschiedene Ladeleistungen zur Verfügung gestellt werden oder die zu Beginn der Nutzung der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung (d.h. wenn sich die Energiespeichervorrichtung noch im Neuzustand befindet) von einem Nutzer tatsächlich ermittelt und/oder gegebenenfalls auch im Wege von Simulationsrechnungen erstellt werden. Diese statischen Ladeprofile werden in einer ersten Daten-Speichereinrichtung gespeichert und während der Lebensdauer der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung nicht verändert.In the method according to the invention, for the estimation of the required period of time for a full charge of a rechargeable, electrochemical energy storage device (eg a traction battery), "static" charging profiles are used, ie charging profiles, for example from the manufacturer of the rechargeable, electrochemical energy storage device for different charging powers Be made available or at the beginning of the use of the rechargeable electrochemical energy storage device (ie when the energy storage device is still in new condition) actually determined by a user and / or optionally also by way of Simulation calculations are created. These static charging profiles are stored in a first data storage device and are not changed during the life of the rechargeable electrochemical energy storage device.
Zum anderen werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für die Abschätzung der erforderlichen Zeitdauer für die Vollladung der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung „dynamische“ Ladeprofile verwendet. Solche dynamische Ladeprofile bilden die tatsächlichen Verläufe von Ladevorgängen der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung ab. Hierbei können verschiedene Ladeprofile erfasst und gespeichert werden, etwa solche, die sich bei verschiedenen Ladeleistungen ergeben und/oder ausgehend von unterschiedlichen Ladezuständen zu Beginn eines Ladevorgangs.On the other hand, in the method according to the invention for the estimation of the required period of time for the full charge of the rechargeable, electrochemical energy storage device "dynamic" charging profiles are used. Such dynamic charging profiles depict the actual courses of charging processes of the rechargeable, electrochemical energy storage device. In this case, different charging profiles can be detected and stored, such as those resulting from different charging powers and / or starting from different charging states at the beginning of a charging process.
Erfindungsgemäß wird zu Beginn eines Ladevorgangs der Ladezustand (SoC) der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung und die aktuelle Ladeleistung der Ladevorrichtung ermittelt und die sich hieraus aufgrund der statischen Ladeprofile unmittelbar ergebende (wenn für die gegebene Ladeleistung ein statisches Ladeprofil existiert) oder berechenbare (wenn für die gegebene Ladeleistung kein unmittelbar „passendes“ Ladeprofil existiert) erforderliche Zeitdauer θp bis zur Vollladung ermittelt, wobei hierbei - wie oben bereits erwähnt - Ladeprofile im Neuzustand der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung herangezogen werden.According to the invention, the state of charge (SoC) of the rechargeable, electrochemical energy storage device and the charging current of the charging device are determined at the beginning of a charging process and resulting directly from the static charging profiles (if a static charging profile exists for the given charging power) or calculable (if for the given charging power no immediately "matching" charging profile exists) required time θ p determined until full charge, in which case - as already mentioned above - charging profiles are used in the new state of the rechargeable electrochemical energy storage device.
Des Weiteren wird zu Beginn eines Ladevorgangs die gegebene Ladeleistung der Ladevorrichtung mit wenigstens dem letzten gemessenen dynamischen Ladeprofil verglichen und daraus unter Berücksichtigung des anfänglichen Ladezustands der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung entweder die erforderliche Zeitdauer θh bis zur Vollladung abgelesen (wenn die gegebene Ladeleistung mit der Ladeleistung beim zuletzt erfassten Ladevorgang übereinstimmt) oder ermittelt (wenn die gegebene Ladeleistung mit der Ladeleistung beim zuletzt erfassten Ladevorgang nicht übereinstimmt), wobei die Zeitdauer θh bis zur Vollladung auch vom Alterungszustand (SoH; State of Health) der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung abhängig ist.Furthermore, at the beginning of a charging process, the given charging power of the charging device is compared with at least the last measured dynamic charging profile and read therefrom, taking into account the initial state of charge of the rechargeable electrochemical energy storage device either the required period of time θ h to full charge (if the given charging power with the charging power coincides with the last detected charging) or determined (when the given charging power with the charging power at the last detected charging does not match), wherein the time period θ h to full charge and the state of health (SoH, State of Health) of the rechargeable, electrochemical energy storage device is dependent.
Die sich so ergebenden, insbesondere bei gealterten wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtungen regelmäßig unterschiedlichen Zeitdauern θp und θh werden je nach Alterungszustand der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung mit einem entsprechend angepassten Gewichtungsfaktor ωp bzw. ωh multipliziert und die sich hierdurch ergebenden beiden Zeitdauern addiert, wodurch erfindungsgemäß die abgeschätzte Ladezeitdauer für die Vollladung der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung erhalten wird.The thus resulting, in particular in the case of aged rechargeable, electrochemical energy storage devices regularly different durations θ p and θ h are multiplied depending on the aging state of the rechargeable electrochemical energy storage device with a correspondingly adapted weighting factor ω p or ω h and the resulting two durations added, whereby, according to the invention, the estimated charge time for the full charge of the rechargeable electrochemical energy storage device is obtained.
Für die Ermittlung des Alterungszustands (SoH) einer wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung können verschiedene Parameter herangezogen werden, wie etwa interner Widerstand, tatsächliche Kapazität, Selbstentladung, Anzahl an Lade-Entlade-Zyklen, Lade-Schlussspannung, etc. Weisen in einer wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung alle betrachteten Parameter Werte auf, die denjenigen einer neuen wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung entsprechen, wird der SoH mit 100% oder 1 angegeben. Weist in einer wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung wenigstens einer der betrachteten Parameter einen schlechteren Wert auf, als er für eine neue wiederaufladbare, elektrochemische Energiespeichervorrichtung spezifiziert ist, wird der SoH mit <100% oder <1 angegeben. Für wiederaufladbare, elektrochemische Energiespeichervorrichtungen wird je nach Anwendungszweck und/oder Art der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung oftmals ein SoH-Wert definiert (bspw. SoH = 80% bzw. 0,8), bei dessen Erreichen von einem Ende der Lebensdauer der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung ausgegangen wird.Various parameters may be used to determine the state of aging (SoH) of a rechargeable electrochemical energy storage device, such as internal resistance, actual capacitance, self-discharge, number of charge-discharge cycles, charge-end voltage, etc. In a rechargeable electrochemical energy storage device For all parameters considered values corresponding to those of a new rechargeable electrochemical energy storage device, the SoH is given as 100% or 1. If the value in a rechargeable electrochemical energy storage device of at least one of the parameters considered is lower than specified for a new rechargeable electrochemical energy storage device, the SoH is given as <100% or <1. For rechargeable electrochemical energy storage devices, depending on the application and / or type of rechargeable electrochemical energy storage device, an SoH value is often defined (eg, SoH = 80% and 0.8, respectively), reaching one end of life of the rechargeable electrochemical Energy storage device is assumed.
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Gewichtungsfaktor ωp bzw. ωh in jeder geeigneten Art und Weise an den jeweils gegebenen SoH einer wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung angepasst werden, bspw. proportional, unterproportional oder überproportional.According to the present invention, the weighting factors ω p and ω h can be adapted in any suitable manner to the particular given SoH of a rechargeable, electrochemical energy storage device, for example proportionally, disproportionately or disproportionately.
In vorteilhafter Weise wird bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
- a) ein Wert von 0,9, bevorzugt 0,7, für den Gewichtungsfaktor ωp der Zeitdauer θp gemäß obigem Punkt c) für die wiederaufladbare, elektrochemische Energiespeichervorrichtung im Neuzustand gewählt, und wird der Wert dieses Gewichtungsfaktors ωp bis hin zum Erreichen des Endes der Nutzungsdauer der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung auf 0,5 abgesenkt, und
- b) ein Wert von 0,1, bevorzugt 0,3, für den Gewichtungsfaktor ωh der Zeitdauer θh gemäß obigem Punkt d) für die wiederaufladbare, elektrochemische Energiespeichervorrichtung im Neuzustand gewählt, und wird der Wert dieses Gewichtungsfaktors ωh bis hin zum Erreichen des Endes der Nutzungsdauer der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung auf 0,5 angehoben.
- a) a value of 0.9, preferably 0.7, for the weighting factor ω p of the period θ p according to the above point c) is selected for the rechargeable, electrochemical energy storage device in the new state, and is the value of this weighting factor ω p to reach the end of the useful life of the rechargeable, electrochemical energy storage device is lowered to 0.5, and
- b) a value of 0.1, preferably 0.3, for the weighting factor ω h of the period θ h according to the above point d) is selected for the rechargeable, electrochemical energy storage device in the new state, and the value of this weighting factor ω h until reaching of the end of the life of the rechargeable electrochemical energy storage device is increased to 0.5.
Dies bedeutet, auf andere Weise ausgedrückt:
bei Neuzustand (Gesundheitszustand bzw. State of Health = 100% bzw. 1) der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung, und
mit: ωp = bspw. 0,5; ωh = bspw. 0,5
bei Ende der Nutzungsdauer (bei Gesundheitszustand bzw. State of Health von bspw. 80% bzw. 0,8) der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung This means, in other words:
at Neuzustand (State of Health = 100% or 1) of the rechargeable, electrochemical energy storage device, and
with: ω p = eg 0.5; ω h = eg 0.5
at the end of the useful life (state of health of, for example, 80% or 0.8, respectively) of the rechargeable electrochemical energy storage device
Ebenfalls kann in vorteilhafter Weise bei dem Verfahren für die Ermittlung der Zeitdauer θh für eine Vollladung der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung gemäß obigen Punkt d) eine Mehrzahl der in der ersten oder einer davon verschiedenen zweiten elektronischen Daten-Speichereinrichtung gespeicherten letzten Ladeprofile der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung verwendet werden, wobei aus der Mehrzahl an Ladeprofilen bspw. ein Mittelwert für die Zeitdauer θh gemäß obigem Punkt d) errechnet oder abgeschätzt werden kann.Also advantageously, in the method for determining the period of time θ h for a full charge of the rechargeable electrochemical energy storage device according to item d) above, a plurality of the last charging profiles of the rechargeable electrochemical cells stored in the first or a different second electronic data storage device Energy storage device can be used, wherein from the plurality of charging profiles, for example, an average value for the period of time θ h according to the above point d) can be calculated or estimated.
Damit aus den letzten gemessene Ladeprofilen diejenigen ermittelt werden können, die tatsächlich bspw. die letzten fünf, sechs, sieben, acht, neun oder zehn Ladeprofile sind, ist es von Vorteil, wenn die Daten der Ladeprofile jeweils mit einem Datums- und Zeit-Stempel versehen sind.In order to be able to determine from the last measured charging profiles those which are actually, for example, the last five, six, seven, eight, nine or ten loading profiles, it is advantageous if the data of the loading profiles each have a date and time stamp are provided.
Insbesondere um die erforderliche Speicherkapazität für die erste Daten-Speichereinrichtung möglichst gering zu halten, ist es für die Ermittlung der Zeitdauer θp gemäß obigem Punkt c) von Vorteil, wenn in der ersten elektronischen Daten-Speichereinrichtung statische Ladeprofile gespeichert werden, bei denen in festen Zeitabständen Messwerte erfasst oder für feste Zeitabstände Messwerte berechnet oder simuliert wurden, wobei die Zeitabstände je nach Ladeleistung unterschiedlich gewählt sein können.In particular, in order to keep the required storage capacity for the first data storage device as low as possible, it is for the determination of the time period θ p according to the above point c) advantageous if stored in the first electronic data storage device static charging profiles in which fixed Measured time intervals measured values or were calculated or simulated for fixed time intervals measured values, the time intervals may be selected differently depending on the charging power.
So kann bspw. vorgesehen sein, dass bei einer Ladeleistung von 60kW ein Messpunkt nach jeder Stunde erfasst, berechnet oder abgeschätzt wird, bei einer Ladeleistung von 100kW ein Messpunkt alle 45 Minuten, bei einer Ladeleistung von 150kW ein Messpunkt alle 30 Minuten, bei einer Ladeleistung von 200kW ein Messpunkt alle 20 Minuten und bei einer Ladeleistung von 300kW ein Messpunkt alle 15 Minuten. Diese Werte sind selbstverständlich rein beispielhaft zu verstehen und können bei einer ausreichenden Speicherkapazität selbstverständlich auch kürzer gewählt werden.Thus, for example, it may be provided that at a charging power of 60 kW a measuring point is recorded, calculated or estimated after each hour, with a charging power of 100 kW one measuring point every 45 minutes, with a charging power of 150 kW one measuring point every 30 minutes with a charging power from 200kW a measuring point every 20 minutes and at a charging power of 300kW a measuring point every 15 minutes. Of course, these values are to be understood as purely exemplary and, given a sufficient storage capacity, may of course also be shorter.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren oder einem seiner vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen als zweite elektronische Daten-Speichereinrichtung eine FIFO-Daten-Speichereinrichtung verwendet wird und bei Erreichen der Speichergrenze der FIFO-Daten-Speichereinrichtung jeweils das älteste Ladeprofil durch das jüngste Ladeprofil ersetzt wird.It is also advantageous if in the inventive method or one of its advantageous developments and refinements as a second electronic data storage device, a FIFO data storage device is used and upon reaching the memory limit of the FIFO data storage device respectively the oldest charging profile by the youngest Loading profile is replaced.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren oder einem seiner vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen kann weiter vorgesehen sein, dass nach Abschätzung der erforderlichen Zeitdauer für eine Vollladung der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung die abgeschätzte Zeitdauer durch die Steuereinrichtung an eine fahrzeugseitige und/oder fahrzeugexterne Einrichtung ausgegeben wird.In the method according to the invention or one of its advantageous developments and refinements, provision can furthermore be made for the estimated time duration to be output by the control device to a vehicle-side and / or vehicle-external device after estimating the required time duration for a full charge of the rechargeable, electrochemical energy storage device.
Hierbei kann Ausgabe der Daten auf jede beliebige Art und Weise erfolgen, etwa drahtgebunden oder drahtlos und es kann die abgeschätzte Zeitdauer durch die fahrzeugseitige und/oder fahrzeugexterne Einrichtung (bspw. fahrzeugexterne Recheneinrichtung, mobiles Endgerät, etc.) in an sich beliebiger Art und Weise weiterverarbeitet werden, bspw. in Form einer Anzeige mittels eines Bildschirms und/oder einer akustischen Wiedergabe mittels eines Lautsprechers. Des Weiteren kann die abgeschätzte Zeitdauer sowohl von der Steuereinrichtung als auch von der (von der Steuereinrichtung verschiedenen) fahrzeugseitigen und/oder fahrzeugexternen Einrichtung für weitere Verfahren und Vorrichtungen verwendet und/oder an andere Vorrichtungen weitergegeben werden.In this case, the data can be output in any desired manner, for example by wire or wireless, and the estimated time can be determined by the vehicle-side and / or vehicle-external device (for example, vehicle-external computing device, mobile terminal, etc.) in any desired manner be further processed, for example. In the form of a display by means of a screen and / or an acoustic reproduction by means of a loudspeaker. Furthermore, the estimated time duration can be used by the control device as well as by the vehicle-side and / or vehicle-external device (other than the control device) for further methods and devices and / or forwarded to other devices.
Von der vorliegenden Erfindung umfasst ist auch eine elektronische Steuereinrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder einer seiner vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen eingerichtet ist.Also included in the present invention is an electronic control device, which is characterized in that it is set up to carry out the method according to the invention or one of its advantageous developments and refinements.
Des Weiteren ist von der vorliegenden Erfindung ein zumindest auch elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie umfasst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es eine erfindungsgemäße, elektronische Steuereinrichtung aufweist.Furthermore, the present invention comprises a motor vehicle, which can be driven at least by electric motor, with a traction battery, which is characterized in that it has an electronic control device according to the invention.
Da Fachleuten die Funktionsweise, der mögliche Aufbau und das mögliche Zusammenwirken der für das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, die erfindungsgemäße Steuereinrichtung und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug erforderlichen und/oder verwendbaren Vorrichtungen/Einrichtungen/ Komponenten/ Elemente bekannt ist, braucht in dieser Anmeldung hierauf nicht näher eingegangen werden.Since the method of operation, the possible structure and possible interaction of the devices / devices / components / elements required and / or usable for the method according to the present invention, the inventive control device and the motor vehicle according to the invention are known, this application does not need to be described in detail To be received.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei zeigen:
-
1 eine beispielhafte, graphische Darstellung von in der ersten Daten-Speichereinrichtung gespeicherte, statische Ladeprofile bei verschiedenen Ladeleistungen; -
2 eine beispielhafte, graphische Darstellung von in der ersten oder zweiten Daten-Speichereinrichtung gespeicherte, dynamische, mit einem Datums- und Zeit-Stempel versehene Ladeprofile; -
3 eine beispielhafte, graphische Darstellung einer elektronischen Steuereinrichtung (ECU) gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
1 an exemplary graphical representation of stored in the first data storage device static charging profiles at different charging powers; -
2 an exemplary, graphical representation of stored in the first or second data storage means, dynamic, provided with a date and time stamp load profiles; -
3 an exemplary graphical representation of an electronic control unit (ECU) according to the present invention.
In den Figuren sind gleiche Elemente und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same elements and functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
Auch ist es nicht erforderlich, dass Ladeprofile ab einem SoC von 0% gespeichert sind. Da oftmals ein linearer Ladevorgang bis hinauf zu einem SoC von etwa 80% verwendet wird, kann es bspw. ausreichend sein, nur Ladeprofile ab einem SoC von 10% oder 15% zu speichern. Dies sind auch SoC-Bereiche, bei denen oftmals wiederaufladbare, elektrochemische Energiespeichervorrichtungen (wie bspw. Traktionsbatterien) zum Wiederaufladen mit Ladevorrichtungen verbunden werden.Also, it is not necessary that charging profiles are stored from a SoC of 0%. Since a linear charging process is often used up to a SoC of about 80%, it may be sufficient, for example, to store only charging profiles starting at a SoC of 10% or 15%. These are also SoC regions where rechargeable electrochemical energy storage devices (such as traction batteries) are often connected to rechargers for recharging.
Wie in
Auf Grundlage des oder der „aktuellen“, d.h. des letzten dynamischen Ladeprofils oder der letzten dynamischen Ladeprofile kann eine Zeitdauer θh für die Vollladung (beim Beispiel gemäß
Die Abschätzung der erforderlichen Zeitdauer für die Vollladung einer wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung beschränkt sich erfindungsgemäß nicht auf die Auswertung des letzten dynamischen oder einiger weniger letzter dynamischer Ladeprofile, da diese Ladeprofile mit Fehlern behaftet sein können und lediglich ein mehr oder weniger gute statistische Annäherung an das tatsächliche Ladeverhalten der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung darstellen.The estimation of the required period for the full charge of a rechargeable, electrochemical energy storage device according to the invention is not limited to the evaluation of the last dynamic or some last dynamic charging profiles, since these charging profiles may be subject to errors and only a more or less good statistical approximation to the actual Represent charging behavior of the rechargeable, electrochemical energy storage device.
Aus diesem Grund basiert das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auf zwei Abschätzungen, einer „statischen“ Abschätzung auf Grundlage von vor-parametrisierten Ladeprofilen, und einer weiteren, „dynamischen“ Abschätzung auf Grundlage von wenigstens einem letzten (d.h. jüngsten) Ladeprofil, das in einer Daten-Speichereinrichtung während Ladevorgängen im Laufe der Lebensdauer der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung (Sekundärbatterie) gespeichert wird.For this reason, the method according to the present invention is based on two estimates, a "static" estimate based on pre-parametric load profiles, and another "dynamic" estimate based on at least one last (ie recent) load profile included in a Data storage device during charging during the life of the rechargeable electrochemical energy storage device (secondary battery) is stored.
Zu Beginn der Lebensdauer der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung erhält die statische Abschätzung eine hohe Gewichtung mittels eines entsprechend hohen Gewichtungsfaktors ωp; dementsprechend erhält die dynamische Abschätzung eine niedrige Gewichtung mittels eines entsprechend kleinen Gewichtungsfaktors ωh. Mit dem fortschreitenden Alterungsprozess der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung, der durch den Alterungszustand (SoH; State of Health) ausgedrückt werden kann, verliert die Gewichtung der statischen Abschätzung an Wert und gewinnt die dynamische Gewichtung an Wert, was durch die entsprechende Veränderung der Gewichtungsfaktoren ωp und ωh zum Ausdruck gebracht wird. Durch diesen Mechanismus wird eine große Zuverlässigkeit bei der Abschätzung der erforderlichen Zeitdauer für die Aufladung der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung über die gesamte Lebensdauer der wiederaufladbaren, elektrochemischen Energiespeichervorrichtung erreicht.At the beginning of the life of the rechargeable electrochemical energy storage device, the static estimate obtains a high weighting by means of a correspondingly high weighting factor ω p ; accordingly receives the dynamic estimation a low weighting by means of a correspondingly small weighting factor ω h . With the aging process of the rechargeable electrochemical energy storage device being able to be expressed by the state of health (SoH), the static estimation weighting loses value and the dynamic weighting value is increased, as indicated by the corresponding change in the weighting factors ω p and ω h is expressed. This mechanism achieves great reliability in estimating the time required to charge the rechargeable electrochemical energy storage device throughout the life of the rechargeable electrochemical energy storage device.
Beispielhaft kann dies formelhaft wie folgt ausgedrückt werden:
- θp = statische Ladezeitdauer
- θh = dynamische Ladezeitdauer
- ωp und ωh = Gewichtungsfaktoren; ωp + ωh = 1
- θ p = static charging time
- θ h = dynamic charging time
- ω p and ω h = weighting factors; ω p + ω h = 1
Beginn Lebensdauer (SoH = 1): ωp = 0,9 (bevorzugt 0,7) ; ωh = 0,1 (bevorzugt 0,3) Ende Lebensdauer (SoH = bspw. 0,8) ωp = bspw. 0,5 ; ωh = bspw. 0,5Start life (SoH = 1): ω p = 0.9 (preferably 0.7); ω h = 0.1 (preferably 0.3) end life (SoH = eg 0.8) ω p = eg 0.5; ω h = eg 0.5
Diagnose Services können beispielhaft mit folgender Befehlsfolge durchgeführt werden: Lese_Kurven_Parameter
Schreibe_Kurven_Parameter
Setze_Kurven_Historie zurück
Lese_Gewichtungen
Schreibe_Gewichtungen
Lese_AbschätzungenDiagnostic services can be performed by way of example with the following command sequence: read_curve_parameters
Schreibe_Kurven_Parameter
Reset_Curve_History
Lese_Gewichtungen
Schreibe_Gewichtungen
Lese_Abschätzungen
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- elektronische Steuereinrichtung (ECU)electronic control device (ECU)
- 22
- Schnittstelleinterface
- 33
- Schnittstelleinterface
- 44
- Schnittstelleinterface
- 55
- Schnittstelleinterface
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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