DE102018220780A1 - Method for operating an at least partially electrically powered vehicle - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit und einem leistungselektronischen Bauteil beschrieben, mit den Schritten:a) Ermitteln eines Fahrziels und/oder einer Kategorie einer angestrebten Fahrt mit dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug;b) Ermitteln mindestens eines Stromgrenzwertes für einen in dem Fahrzeug zum elektrischen Antrieb genutzten elektrischen Strom in Abhängigkeit des Fahrziels und/oder der Kategorie der angestrebten Fahrt in Schritt a);c) Ansteuern des leistungselektronischen Bauteils derart, dass der Stromgrenzwert aus Schritt b) eingehalten wird.Weiterhin wird eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm, ein entsprechendes maschinenlesbares Speichermedium mit dem Computerprogramm und ein elektrischer Energiespeicher mit der Vorrichtung beschrieben.A method for operating an electrically driven vehicle with at least one electrical energy storage unit and a power electronic component is described, comprising the steps of: a) determining a destination and / or a category of a desired journey with the electrically driven vehicle; b) determining at least one current limit value for an electric current used in the vehicle for the electric drive depending on the destination and / or the category of the intended journey in step a); c) controlling the power electronic component in such a way that the current limit value from step b) is maintained Device, a corresponding computer program, a corresponding machine-readable storage medium with the computer program and an electrical energy store with the device.
Description
Die vorliegende Offenbarung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.The present disclosure is based on a method for operating an at least partially electrically powered vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Durch die zunehmende Elektrifizierung, insbesondere im Fahrzeugbereich, werden elektrische Energiespeicher zunehmend wichtiger und stärker nachgefragt. Dabei steht neben einer steigenden Energie- und Leistungsdichte auch die zumindest lokale Einsparung klimaschädlicher Stoffe, insbesondere klimaschädlicher Gase wie Kohlenstoffdioxid, im Fokus. Elektrische Energiespeicher sind dabei meist aus mehreren kleineren elektrischen Energiespeichereinheiten aufgebaut, welche in geeigneter Weise elektrisch miteinander verbunden sind. Insbesondere eine Optimierung beziehungsweise ein geeigneter Betrieb dieser elektrischen Energiespeichereinheiten, beispielsweise wenn es um die Einhaltung von bestimmten Stromgrenzen im Fahrzeug geht, ist dabei wichtig. Zum einen kann die Einhaltung dieser Grenzwert sicherheitskritisch sein, zum anderen können darüber zusätzliche Funktionalitäten abgebildet werden, beispielsweise eine erhöhte Lebensdauer der elektrischen Energiespeichereinheiten.Due to the increasing electrification, particularly in the vehicle sector, electrical energy storage devices are becoming increasingly important and in greater demand. In addition to increasing energy and power density, the focus is also on at least local savings of climate-damaging substances, in particular climate-damaging gases such as carbon dioxide. Electrical energy storage devices are usually made up of several smaller electrical energy storage units, which are electrically connected to one another in a suitable manner. In particular, optimization or suitable operation of these electrical energy storage units, for example when it comes to compliance with certain current limits in the vehicle, is important here. On the one hand, compliance with this limit value can be safety-critical, on the other hand, additional functionalities can be mapped via it, for example an increased service life of the electrical energy storage units.
Insbesondere bei elektrischen angetriebenen Fahrzeugen wie Hybrid-Fahrzeugen, also Fahrzeugen, welche neben einem Elektromotor noch einen Verbrennungsmotor aufweisen, ist eine entsprechende Vorgabe von Stromgrenzwerten zur bestmöglichen Ausreizung des CO2-Einsparpotenzials sinnvoll. Dies trifft beispielsweise auf Systeme mit elektrischen Energiespeichern auf 48V-Basis zu.Particularly in the case of electrically powered vehicles such as hybrid vehicles, that is to say vehicles which, in addition to an electric motor, also have an internal combustion engine, a corresponding specification of current limit values for the best possible exploitation of the CO2 saving potential makes sense. This applies, for example, to systems with 48V-based electrical energy storage systems.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Offenbart werden ein Verfahren zum Betrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechender elektrischer Energiespeicher mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.A method for operating an electrically driven vehicle, a corresponding device, a corresponding computer program and a corresponding electrical energy store with the features of the independent claims are disclosed.
Im Rahmen des Verfahrens wird ein Fahrziel und/oder eine Kategorie einer angestrebten Fahrt mit dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug ermittelt, so dass eine Länge der angestrebten Fahrt bekannt ist oder mittels des aktuellen Standorts des Fahrzeugs und des Fahrziels einfach ermittelt werden kann oder dass zumindest die Art der angestrebten Fahrt, beispielsweise innerhalb einer Stadt oder eine längere Überlandfahrt, bekannt ist.Within the scope of the method, a destination and / or a category of a desired journey with the electrically driven vehicle is determined, so that a length of the desired journey is known or can simply be determined by means of the current location of the vehicle and the destination, or at least the type the intended journey, for example within a city or a longer overland journey, is known.
Weiterhin wird mindestens ein Stromgrenzwert für einen in dem Fahrzeug zum elektrischen Antrieb genutzten elektrischen Strom ermittelt, welcher in die oder aus der elektrischen Energiespeichereinheit fließt, wobei die Ermittlung in Abhängigkeit des Fahrziels und/oder der Kategorie der angestrebten Fahrt erfolgt. So kann beispielsweise für eine Fahrt in der Innenstadt ein höherer Stromgrenzwert bestimmt werden als für eine lange Überlandfahrt mit höherer Geschwindigkeit, bei der beispielsweise eine Verbrennungsmotor in einem Hybridfahrzeug effizient betrieben werden kann.Furthermore, at least one current limit value is determined for an electrical current used in the vehicle for the electrical drive, which flows into or out of the electrical energy storage unit, the determination taking place as a function of the destination and / or the category of the intended journey. For example, a higher current limit value can be determined for a journey in the city center than for a long overland journey at higher speed, during which, for example, an internal combustion engine can be operated efficiently in a hybrid vehicle.
Weiterhin wird ein leistungselektronisches Bauteil, beispielsweise ein Wechselrichter, so angesteuert, dass der mindestens eine Stromgrenzwert eingehalten wird.Furthermore, a power electronic component, for example an inverter, is controlled in such a way that the at least one current limit value is maintained.
Dies ist vorteilhaft, da die elektrische Energiespeichereinheit bewusst bestmöglich ausgenutzt wird, um durch die Nutzung der in ihr gespeicherten Energie Kohlenstoffdioxid zumindest lokal einzusparen, da das Fahrzeug im Rahmen des Stromgrenzwertes bestmöglich mit elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeicher angetrieben wird. So wird beispielsweise das Fahrzeug für kürzere Strecken mit einem höheren Stromgrenzwert betrieben, da das Fahrzeug nach der kürzeren Nutzung nicht in Betrieb sein wird. Dies ermöglicht beispielsweise ein Abkühlen der elektrischen Energiespeichereinheit beziehungsweise einen internen Ausgleich von möglichen Potenzialunterschieden in Elektroden des elektrischen Energiespeichers. Bei längerer Nutzung, beispielsweise bei Überlandfahrten, ist eine derartige Abkühlung nicht möglich, daher wird ein dort beispielsweise ein niedrigerer Stromgrenzwert vorgegeben. Somit kann durch eine entsprechende Vorgabe des Stromgrenzwertes beispielsweise auch die Geschwindigkeit, mit der ein entsprechender Temperaturgrenzwert erreicht wird, beeinflusst werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft für elektrische Energiespeichereinheiten, die über kein Thermomanagementsystem verfügen bzw. nicht aktiv gekühlt werden. Dort ist die Einhaltung von Temperaturgrenzen sehr herausfordernd. Dies trifft beispielsweise auf elektrische Energiespeicher auf 48V-Basis zu.This is advantageous because the electrical energy storage unit is deliberately used in the best possible way in order to at least locally save carbon dioxide through the use of the energy stored in it, since the vehicle is driven as well as possible with electrical energy from the electrical energy storage within the current limit value. For example, the vehicle is operated with a higher current limit for shorter distances since the vehicle will not be in operation after the shorter use. This enables, for example, cooling of the electrical energy storage unit or internal compensation of possible potential differences in electrodes of the electrical energy storage. Such cooling is not possible with longer use, for example when driving overland, so a lower current limit value is specified there, for example. The speed at which a corresponding temperature limit value is reached can thus also be influenced, for example, by correspondingly specifying the current limit value. This is particularly advantageous for electrical energy storage units that do not have a thermal management system or are not actively cooled. Compliance with temperature limits is very challenging there. This applies, for example, to 48V-based electrical energy storage devices.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.
Zweckmäßigerweise wird eine Einsparung eines klimaschädlichen Stoffes ermittelt, welche in Abhängigkeit des ermittelten Stromgrenzwertes erzielt wird. Weiterhin wird die Einsparung des klimaschädlichen Stoffes angezeigt, um einem Nutzer des Fahrzeugs eine Bewertung und/oder Änderung seines Fahrverhaltens zu ermöglichen. Dies ist vorteilhaft, da ein Nutzer so dazu gebracht wird, bewusst und mit möglichst geringeren Emissionen zu fahren, beispielsweise indem er extreme Bremsmanöver oder Beschleunigungsvorgänge verhindert, welche ein Überschreiten des Stromgrenzwertes bewirken.A saving of a climate-damaging substance is expediently determined, which is achieved as a function of the determined current limit value. Furthermore, the saving of the climate-damaging substance is displayed in order to enable a user of the vehicle to evaluate and / or change his driving behavior. This is advantageous because a user is made to do so consciously and with the lowest possible emissions drive, for example by preventing extreme braking maneuvers or acceleration processes that cause the current limit value to be exceeded.
Zweckmäßigerweise wird mindestens ein Regelparameter eines Thermomanagementsystems in Abhängigkeit des ermittelten Stromgrenzwertes eingestellt. Dies ist vorteilhaft, da somit zum einen eine höhere Regelgüte, beispielsweise eine schnellere Einschwingzeit oder geringere Überschwinger, erzielt werden und zum anderen auch reduzierte Aufwände für die Stellgröße, beispielsweise verringerte elektrische Ströme in einem Pumpenantrieb des Thermomanagementsystems, notwendig sind. Dies trägt zu der Einsparung an dem klimaschädlichen Stoff bei und wirkt sich durch die bessere Regelgüte auch positiv auf die Lebensdauer der elektrischen Energiespeichereinheit aus. Ein Regelparameter ist beispielsweise der Wert der Konstante eines Proportionalreglers. At least one control parameter of a thermal management system is expediently set as a function of the determined current limit value. This is advantageous since, on the one hand, a higher control quality, for example a faster settling time or lower overshoot, is achieved and, on the other hand, reduced expenditure for the manipulated variable, for example reduced electrical currents in a pump drive of the thermal management system, is also necessary. This contributes to the saving on the climate-damaging substance and also has a positive effect on the service life of the electrical energy storage unit due to the better control quality. A control parameter is, for example, the value of the constant of a proportional controller.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Ermittlung der Einsparung mittels eines mathematischen Modells, in dem mindestens ein Wert elektrischer Energie mit einem Wert des klimaschädlichen Stoffes abgebildet ist. Dies ist vorteilhaft, da somit situativ beziehungsweise nach einer Fahrt eine Einsparung an dem klimaschädlichen Stoff direkt angegeben werden kann.The saving is expediently determined by means of a mathematical model in which at least one value of electrical energy is represented with a value of the climate-damaging substance. This is advantageous because, depending on the situation or after a trip, a saving in the climate-damaging substance can be specified directly.
Zweckmäßigerweise wird ein Thermomanagementsystem derart angesteuert, dass ein vordefinierter Temperaturgrenzwert für die elektrische Energiespeichereinheit nicht überschritten wird. Dies ist vorteilhaft, da dadurch ein übermäßiges Erwärmen der elektrischen Energiespeichereinheit vermieden wird, was einerseits ihre Lebensdauer erhöht und andererseits ihre Leistungsfähigkeit gewährleistet.A thermal management system is expediently controlled in such a way that a predefined temperature limit value for the electrical energy storage unit is not exceeded. This is advantageous because it prevents excessive heating of the electrical energy storage unit, which on the one hand increases its service life and on the other hand ensures its performance.
Zweckmäßigerweise basiert der Stromgrenzwert auf einem Effektivwert des Stromes. Dies ist vorteilhaft, da der Effektivwert ein geeignetes Maß für die an einem ohmschen Verbraucher abfallende Wärmeleistung ist. Bei einer Ermittlung, ob der Stromgrenzwert eingehalten wird, wird somit aus gemessenen Stromwerten der Effektivwert des Stromes ermittelt und mit dem als Effektivwert gegebenen Stromgrenzwert verglichen.The current limit value is expediently based on an effective value of the current. This is advantageous since the effective value is a suitable measure for the thermal output dropping at an ohmic consumer. When determining whether the current limit value is observed, the effective value of the current is thus determined from measured current values and compared with the current limit value given as the effective value.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung eine Vorrichtung zum Betrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit und ein leistungselektronisches Bauteil aufweist. Weiterhin umfasst die Vorrichtung mindestens ein Mittel, welches insbesondere als Batteriemanagementsteuergerät ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Mittel eingerichtet ist, die Schritte des offenbarten Verfahrens auszuführen. Somit können die oben genannten Vorteile durch die Vorrichtung realisiert werden.The disclosure furthermore relates to a device for operating an electrically driven vehicle, the vehicle having at least one electrical energy storage unit and a power electronic component. Furthermore, the device comprises at least one means, which is designed in particular as a battery management control device, the at least one means being set up to carry out the steps of the disclosed method. Thus, the advantages mentioned above can be realized by the device.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, alles Schritte des offenbarten Verfahrens auszuführen. Somit können durch das Computerprogramm die oben genannten Vorteile realisiert werden.The disclosure furthermore relates to a computer program which is set up to carry out all steps of the disclosed method. Thus, the advantages mentioned above can be realized by the computer program.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das offenbarte Computerprogramm gespeichert ist. Somit ergibt sich zusätzlich zu den bereits genannten Vorteilen der Vorteil der einfachen und schnellen Verteilung des Computerprogramms mittels des Speichermediums.The disclosure furthermore relates to a machine-readable storage medium on which the disclosed computer program is stored. In addition to the advantages already mentioned, this results in the advantage of simple and quick distribution of the computer program by means of the storage medium.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein elektrischer Energiespeicher, welcher mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit und eine offenbarte Vorrichtung aufweist. Wenn der elektrische Energiespeicher in ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug eingebaut ist, können die oben genannten Vorteile realisiert werden.The disclosure furthermore relates to an electrical energy store which has at least one electrical energy storage unit and a disclosed device. If the electrical energy storage device is installed in an electrically driven vehicle, the advantages mentioned above can be realized.
Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit kann insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul mit mindestens einer elektrochemischen Batteriezelle und/oder ein Batteriepack mit mindestens einem Batteriemodul verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeichereinheit eine lithiumbasierte Batteriezelle oder ein lithiumbasiertes Batteriemodul oder ein lithiumbasiertes Batteriepack sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder ein Lithium-Ionen-Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein. Weiterhin kann die Batteriezelle vom Typ Lithium-Polymer-Akkumulator, Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Blei-Säure-Akkumulator, Lithium-Luft-Akkumulator oder Lithium-Schwefel-Akkumulator beziehungsweise ganz allgemein ein Akkumulator beliebiger elektrochemischer Zusammensetzung sein. Auch ein Kondensator ist als elektrische Energiespeichereinheit möglich.An electrical energy storage unit can in particular be understood to mean an electrochemical battery cell and / or a battery module with at least one electrochemical battery cell and / or a battery pack with at least one battery module. For example, the electrical energy storage unit can be a lithium-based battery cell or a lithium-based battery module or a lithium-based battery pack. In particular, the electrical energy storage unit can be a lithium-ion battery cell or a lithium-ion battery module or a lithium-ion battery pack. Furthermore, the battery cell can be of the type lithium polymer accumulator, nickel metal hydride accumulator, lead acid accumulator, lithium air accumulator or lithium sulfur accumulator or very generally an accumulator of any electrochemical composition. A capacitor is also possible as an electrical energy storage unit.
Das mindestens eine Mittel kann beispielsweise ein Batteriemanagementsteuergerät und eine entsprechende Leistungselektronik, beispielsweise einen Wechselrichter, sowie Stromsensoren und/oder Spannungssensoren und/oder Temperatursensoren umfassen. Auch eine elektronische Steuereinheit, insbesondere in der Ausprägung als Batteriemanagementsteuergerät, kann solch ein Mittel sein.The at least one means can comprise, for example, a battery management control device and corresponding power electronics, for example an inverter, and current sensors and / or voltage sensors and / or temperature sensors. An electronic control unit, in particular in the form of a battery management control device, can also be such a means.
Unter einer elektronischen Steuereinheit kann insbesondere ein elektronisches Steuergerät, welches beispielsweise einen Mikrocontroller und/oder einen applikationsspezifischen Hardwarebaustein, z.B. einen ASIC, umfasst, verstanden werden, aber ebenso kann darunter ein Personalcomputer oder eine speicherprogrammierbare Steuerung fallen.An electronic control unit can be understood to mean, in particular, an electronic control device which, for example, comprises a microcontroller and / or an application-specific hardware module, for example an ASIC, but it can also include a personal computer or a programmable logic controller.
FigurenlisteFigure list
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.Advantageous embodiments of the invention are shown in the figures and detailed in the following description.
Es zeigen:
-
1 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform; -
2 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform; -
3 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform; -
4 Diagramme, die schematisch die Auswirkungen des offenbarten Verfahrens gemäß einer Ausführungsform visualisieren; und -
5 eine schematische Darstellung der offenbarten Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
-
1 a flowchart of the disclosed method according to a first embodiment; -
2nd a flowchart of the disclosed method according to a second embodiment; -
3rd a flowchart of the disclosed method according to a third embodiment; -
4th Diagrams that schematically visualize the effects of the disclosed method according to one embodiment; and -
5 is a schematic representation of the disclosed device according to an embodiment.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche Verfahrensschritte.The same reference symbols in all figures denote the same device components or the same method steps.
In einem zweiten Schritt
In einem dritten Schritt
In einem zweiten Schritt
In einem dritten Schritt
In einem vierten Schritt
In einem fünften Schritt
In einem zweiten Schritt
In einem dritten Schritt
In einem vierten Schritt
In einem fünften Schritt
In dem zweiten Diagramm von oben ist der zeitliche Verlauf der Temperatur
In dem dritten Diagramm von oben ist die durch die Fahrt eingesparte Menge an Kohlenstoffdioxid dargestellt. Je nach Stromhöhe ist die Einsparung stärker oder schwächer. Die Einsparung an Kohlenstoffdioxid ist somit abhängig von dem jeweils anwendbaren Stromgrenzwert. Am Ende der Fahrt zu dem dritten Zeitpunkt
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2018
- 2018-12-03 DE DE102018220780.1A patent/DE102018220780A1/en active Pending
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