DE102018220212A1

DE102018220212A1 - Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers

Info

Publication number: DE102018220212A1
Application number: DE102018220212.5A
Authority: DE
Inventors: Rainer Heinrich Hoerlein; Frank Gottwald; Thomas Dufaux
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2020-05-28
Also published as: CN113039088A; US12009679B2; US20210399569A1; WO2020109105A1; EP3887193A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers, der eine Speicherzelle zum Speichern von elektrischer Energie und eine Steuereinheit umfasst, wobei ein Sicherheitsschalter vorgesehen ist, der eingerichtet ist, eine elektrische Leitung des elektrischen Energiespeichers zu unterbrechen, wobei ein Strom, der durch die elektrische Leitung fließt, erfasst wird und eine Betätigung des Sicherheitsschalters nur dann erfolgt, wenn der Strom unterhalb eines vorgebbaren Schwellwerts liegt.

Description

Stand der Technik
Elektrische Energiespeicher, wie sie beispielsweise zum Betrieb eines Elektrofahrzeugs verwendet werden, werden üblicherweise über Sicherheitsschalter abgesichert, d. h. es ist ein Schalter vorgesehen, der in der Lage ist, eine stromführende Leitung innerhalb des Energiespeichers in einen nichtleitenden Zustand zu versetzen, beispielsweise dann, wenn ein Auslösesignal an dem Sicherheitsschalter anliegt. Das Auslösesignal kann beispielsweise beim Erkennen eines Defektes des elektrischen Energiespeichers (z.B. Defekt am Energiespeicher selbst oder defekter Stromsensor) gebildet werden oder auch bei einem erkannten Unfall des Fahrzeugs, in dem der elektrische Energiespeicher ggf. verbaut ist oder in Reaktion auf eine zu hohe Stromforderung des Fahrzeugs.
Üblicherweise ist der Sicherheitsschalter dabei derart dimensioniert, dass eine Betätigung des Sicherheitsschalters auch dann sicher möglich ist, wenn ein Kurzschlussstrom, den der elektrische Energiespeicher abgibt, durch den Sicherheitsschalter fließt. Da der Sicherheitsschalter somit für hohe Ströme ausgelegt ist, handelt es sich bei dem Sicherheitsschalter um ein kostenintensives und großes Bauteil. Der Sicherheitsschalter ist üblicherweise für einen Maximalstrom ausgelegt, der unterhalb des Kurzschlussstroms liegt, wobei ein Auslösen des Sicherheitsschalters bei einem Strom oberhalb des Maximalstroms dazu führt, dass der elektrische Energiespeicher anschließend als defekt anzusehen ist. Ein Auslösen des Sicherheitsschalters bei einem Strom oberhalb des Maximalstroms ist daher nur einmalig möglich. Betätigungen bei Strömen unterhalb des Maximalstroms sind reversibel.
Offenbarung der Erfindung
Das Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers, der eine Speicherzelle zum Speichern von elektrischer Energie und eine Steuereinheit umfasst, wobei ein Sicherheitsschalter vorgesehen ist, der eingerichtet ist, eine elektrische Leitung des elektrischen Energiespeichers zu unterbrechen, hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Strom, der durch die elektrische Leitung fließt, erfasst wird und eine Betätigung des Sicherheitsschalters nur dann erfolgt, wenn der Strom unterhalb eines vorgebbaren Schwellwerts liegt. Somit kann sichergestellt werden, dass der Sicherheitsschalter nicht bei jedem beliebigen Wert des Stromes, den der elektrische Energiespeicher abgibt, geschaltet werden kann. Der Sicherheitsschalter kann bezüglich seiner Fähigkeit bei hohen Strömen zu schalten entsprechend kleiner und kostengünstiger ausgelegt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteilhaft ist, dass der Schwellwert einem Maximalstrom des Sicherheitsschalters entspricht. Unter Maximalstrom ist hierbei derjenige Strom zu verstehen, der bauteilbedingt zum Zeitpunkt der Betätigung des Sicherheitsschalters maximal durch den Sicherheitsschalter fließen darf, ohne dass die elektrische Speicherzelle anschließend als defekt anzusehen ist.
Vorteilhaft ist, dass ein Betätigungssignal, das die Betätigung des Sicherheitsschalters bewirken soll, unterdrückt wird, bis der Strom den vorgebbaren Schwellwert unterschreitet. So kann eine möglichst zeitnahe Betätigung des Sicherheitsschalters nach Bildung des Betätigungssignals sichergestellt werden und eine kurzzeitige Entnahme von elektrischer Energie durch einen Strom oberhalb des Schwellwertes ist möglich.
Vorteilhaft ist, dass eine Überschreitungszeit, in der der Strom oberhalb des vorgebbaren Schwellwerts liegt, nicht länger als eine vorgebbare Toleranzzeit ist.
Vorteilhaft ist, dass die Überschreitungszeit abgeschätzt wird, sobald der Strom den vorgebbaren Schwellwert übersteigt und der Sicherheitsschalter betätigt wird, wenn die abgeschätzte Überschreitungszeit die Toleranzzeit übersteigt. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung wird die Überschreitungszeit dabei anhand von Betriebsparametern eines Fahrzeugs, in dem der elektrische Energiespeicher verbaut ist, abgeschätzt. Diese Abschätzung kann beispielsweise auf Basis von in der Vergangenheit aufgezeichneten Ereignissen oder aber unter Verwendung eines antrainierten neuronalen Netzes geschehen. Alternativ kann die Überschreitungszeit mit 0,5 bis 5 Sekunden, insbesondere mit 1 bis 2 Sekunden angenommen werden. Die Toleranzzeit ist dabei insbesondere derart gewählt, dass sichergestellt ist, dass sich der elektrische Energiespeicher innerhalb der Toleranzzeit in einem sicheren Zustand befindet.
Vorteilhaft ist, dass die Überschreitungszeit abgeschätzt wird, sobald der Strom einen Vorschwellwert übersteigt, der kleiner als der vorgebbare Schwellwert ist und der Sicherheitsschalter betätigt wird, wenn die abgeschätzte Überschreitungszeit die Toleranzzeit übersteigt. Somit kann vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass ein Sicherheitsschalter, der derart dimensioniert ist, dass er nicht bei jedem möglichen Strom, der vom elektrischen Energiespeicher abgegeben wird, ausgelöst werden kann, ohne dass der elektrische Energiespeicher anschließend als defekt gilt, nicht auslösen muss, solange der Strom oberhalb des vorgebbaren Schwellwertes ist. Hierfür wird zum Zeitpunkt er Überschreitung eines Vorschwellwertes die Abschätzung der Überschreitungsdauer des Schwellwertes gestartet. Sofern dabei abgeschätzt wird, dass die prädizierte Überschreitungszeit die Toleranzzeit übersteigt, wird sicherheitshalber der Sicherheitsschalter betätigt, sobald der Strom den vorgebbaren Schwellwert erreicht.
Vorteilhaft ist eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen sowie ein elektrischer Energiespeicher, der die Vorrichtung umfasst. Vorteilhaft ist außerdem ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit abläuft.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher vorgestellt. Dabei zeigen:
Figurenliste

1 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs mit einem elektrischen Energiespeicher;
2 eine schematische Darstellung eines Verlaufs eines Stroms, der durch eine elektrische Leitung fließt, die durch den SicherheitsSchalter unterbrochen werden kann;
3 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs (10), das einen elektrischen Energiespeicher (12), eine Fahrzeugsteuereinheit (18) und einen Antriebsmotor (17) umfasst. Der elektrische Energiespeicher (12) umfasst wiederum eine Speicherzelle (14) und eine Steuereinheit (15). An dem elektrischen Energiespeicher (12) ist ein Sicherheitsschalter (16) angeordnet, so dass der Sicherheitsschalter (16) eine elektrische Leitung des elektrischen Energiespeichers (12), über die beispielsweise der Antriebsmotor (17) mit elektrischer Energie versorgt wird, unterbrechen kann. Die Steuereinheit (15) des elektrischen Energiespeichers (12) steht über eine Signalleitung mit dem Sicherheitsschalter (16) in Verbindung. Die Fahrzeugsteuereinheit (18) steht über eine Signalleitung mit der Steuereinheit (15) des elektrischen Energiespeichers (12) in Verbindung.
2 zeigt einen schematischen Verlauf eines Stroms (24), der durch eine elektrische Leitung des elektrischen Energiespeichers (12) fließt. Eine Stromachse ist mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet, eine Zeitachse mit dem Bezugszeichen 21. Der schematische Stromverlauf (24) aus 2 überschreitet zu einem ersten Zeitpunkt (25) einen Vorschwellwert (23), zu einem zweiten Zeitpunkt (26) einen vorgebbaren Schwellwert (22). Zu einem dritten Zeitpunkt (27) unterschreitet der Stromverlauf (24) den vorgebbaren Schwellwert (22). Der dritte Zeitpunkt (27) und der zweite Zeitpunkt (26) definieren somit eine Überschreitungszeit, während der der Stromverlauf (24) oberhalb des Schwellwerts (22) liegt.
3 zeigt einen schematischen Ablauf eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 100 wird der Strom, der durch die elektrische Leitung des elektrischen Energiespeichers (12) fließt, überwacht. Im Anschluss folgt Schritt 110.
In Schritt 110 wird der in Schritt 100 erfasste Strom mit dem Vorschwellwert (23) verglichen. Ist der Strom kleiner als der Vorschwellwert (23), folgt Schritt 100 im Anschluss an Schritt 110. Ist der Strom größer als der Vorschwellwert (23), folgt Schritt 120 im Anschluss an Schritt 110.
In Schritt 120 wird die Überschreitungszeit abgeschätzt. Hierfür kann beispielsweise eine Überschreitungszeit, die in der Vergangenheit aufgetreten ist, als Schätzwert herangezogen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Überschreitungszeit mit Hilfe eines angelernten neuronalen Netzes erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Abschätzung der Überschreitungszeit unter Einbeziehung diverser Betriebsparameter des Elektrofahrzeugs (10) erfolgen, die durch die Fahrzeugsteuereinheit (18) bereitgestellt werden. Im Anschluss an Schritt 120 folgt Schritt 130.
Im Schritt 130 wird geprüft, ob die im Schritt 120 abgeschätzte Überschreitungszeit größer als eine Toleranzzeit ist. Die Toleranzzeit kann dabei insbesondere derart bemessen sein, dass eine Sicherheit des elektrischen Energiespeichers (12) während der Toleranzzeit sichergestellt ist, auch wenn eine Betätigung des Sicherheitsschalters (16) während der Toleranzzeit nicht möglich ist. Ist die Überschreitungszeit größer als die Toleranzzeit, folgt im Anschluss an Schritt 130 Schritt 140. Ist die Überschreitungszeit kleiner als die Toleranzzeit, folgt im Anschluss an Schritt 130 Schritt 150.
In Schritt 140 wird der Sicherheitsschalter (16) betätigt. Die Betätigung des Sicherheitsschalters kann beispielsweise durch die Steuereinheit (15) des elektrischen Energiespeichers (12) oder auch durch die Fahrzeugsteuereinheit (18) bewirkt werden.
Im Schritt 150 wird ein Unterdrückungssignal gesetzt, wobei das Unterdrückungssignal erst dann wieder aufgehoben wird, wenn der in Schritt 100 erfasste Strom den Schwellwert (22) unterschreitet. Solange das Unterdrückungssignal gesetzt ist, wird ein Betätigungssignal, das eine Betätigung des Sicherheitsschalters (16) bewirken soll, unterdrückt. Die Unterdrückung des Betätigungssignals kann dabei beispielsweise durch die Steuereinheit (15) des elektrischen Energiespeichers (12) geschehen.
Durch das vorgestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist sichergestellt, dass das Elektrofahrzeug (10) sicher betrieben werden kann, auch wenn der Sicherheitsschalter (16) derart dimensioniert ist, dass eine Betätigung des Sicherheitsschalters (16) bei hohen Strömen, die durch den elektrischen Leiter des elektrischen Energiespeichers (12) fließen, nicht möglich ist ohne, dass der elektrische Energiespeicher anschließend als defekt einzustufen ist, und daher unterdrückt wird.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers (12), der eine Speicherzelle (14) zum Speichern von elektrischer Energie und eine Steuereinheit (15) umfasst, wobei ein Sicherheitsschalter (16) vorgesehen ist, der eingerichtet ist, eine elektrische Leitung des elektrischen Energiespeichers (12) zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom (24), der durch die elektrische Leitung fließt, erfasst wird und eine Betätigung des Sicherheitsschalter (16) nur dann erfolgt, wenn der Strom (24) unterhalb eines vorgebbaren Schwellwerts (22) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (22) einem Maximalstrom des Sicherheitsschalters (16) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betätigungssignal, das die Betätigung des Sicherheitsschalters (16) bewirken soll, unterdrückt wird, bis der Strom (24) den vorgebbaren Schwellwert (22) unterschreitet.
Verfahren nach einem der vorrangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überschreitungszeit, in der der Strom (24) oberhalb des vorgebbaren Schwellwerts (22) liegt, nicht länger als eine vorgebbare Toleranzzeit ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überschreitungszeit abgeschätzt wird, sobald der Strom (24) den vorgebbaren Schwellwert (22) übersteigt und der Sicherheitsschalter (16) betätigt wird, wenn die abgeschätzte Überschreitungszeit die Toleranzzeit übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überschreitungszeit abgeschätzt wird, sobald der Strom (24) einen Vorschwellwert (23) übersteigt, der kleiner als der vorgebbare Schwellwert (22) ist, und der Sicherheitsschalter (16) betätigt wird, wenn die abgeschätzte Überschreitungszeit die Toleranzzeit übersteigt.
Vorrichtung, eingerichtet jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
Elektrischer Energiespeicher, der die Vorrichtung nach Anspruch 7 umfasst.
Computerprogramm, das eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit abläuft.