DE102019128321A1 - Computer-implemented method for calculating the charging energy of an energy store in an electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Berechnung einer Ladeenergie eines Energiespeichers eines Elektrokraftfahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte:- Berechnung eines maximalen elektrischen Widerstands eines Ladekabels (101) (S1);- Berechnung eines minimalen elektrischen Widerstands des Ladekabels (101) (S1);- Ermittlung eines Widerstandsmittelwerts aus dem maximalen Widerstand und dem minimalen Widerstand (S2);- Durchführung eines Aufladevorgangs des Energiespeichers unter Verwendung des Ladekabels (101) (S3);- Berechnung einer Ladeenergie unter Verwendung des Widerstandsmittelwerts (S4).The invention relates to a computer-implemented method for calculating the charging energy of an energy store of an electric motor vehicle, comprising the following steps: calculating a maximum electrical resistance of a charging cable (101) (S1); - calculating a minimum electrical resistance of the charging cable (101) (S1); - Determination of an average resistance value from the maximum resistance and the minimum resistance (S2); - Carrying out a charging process of the energy storage device using the charging cable (101) (S3); - Calculation of a charging energy using the average resistance value (S4).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Berechnung einer Ladeenergie eines Energiespeichers eines Elektrokraftfahrzeugs. Unter einem Energiespeicher wird im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere eine wiederaufladbare Batterie verstanden.The present invention relates to a computer-implemented method according to claim 1 for calculating a charging energy of an energy store of an electric motor vehicle. In the context of this description, an energy store is understood to mean, in particular, a rechargeable battery.
Die Berechnung der Ladeenergie ist wichtig, wenn das Elektrokraftfahrzeug an einer öffentlich zugänglichen Energiequelle aufgeladen werden soll. Die Ladeenergie, mit der der Energiespeicher aufgeladen wird, soll üblicherweise vom Benutzer des Elektrokraftfahrzeugs bezahlt werden. Zu diesem Zweck soll der Betrag der Ladeenergie möglichst genau bekannt sein. Andernfalls droht eine Benachteiligung des Betreibers der Energiequelle oder eine Benachteiligung des Benutzers des Elektrokraftfahrzeugs.The calculation of the charging energy is important if the electric vehicle is to be charged from a publicly accessible energy source. The charging energy with which the energy store is charged should usually be paid for by the user of the electric motor vehicle. For this purpose, the amount of charging energy should be known as precisely as possible. Otherwise, the operator of the energy source is at a disadvantage or the user of the electric motor vehicle is at a disadvantage.
Unter der Energiequelle wird dabei im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere eine Vorrichtung verstanden, die dazu ausgebildet ist, Energie für die Aufladung von Elektrokraftfahrzeugen bereit zu stellen. Zu diesem Zweck kann die Energiequelle beispielsweise mit einem elektrischen Versorgungsnetzwerk verbunden sein und einen Anschluss für ein Ladekabel aufweisen, mit dem dann die Energiequelle mit dem Elektrokraftfahrzeug verbunden werden kann. Eine solche Energiequelle kann beispielsweise auch als Ladesäule bezeichnet werden.In the context of this description, the energy source is understood to mean, in particular, a device that is designed to provide energy for charging electric motor vehicles. For this purpose, the energy source can be connected, for example, to an electrical supply network and have a connection for a charging cable, with which the energy source can then be connected to the electric motor vehicle. Such an energy source can also be referred to as a charging station, for example.
Ein Verfahren zur Durchführung eines Aufladevorgangs eines Energiespeichers eines Elektrokraftfahrzeugs ist aus der
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das eine Berechnung der an den Energiespeicher übertragenen Ladeenergie ermöglicht. Außerdem soll ein solches System geschaffen werden.In contrast, the present invention is based on the object of creating a method which enables the charging energy transferred to the energy store to be calculated. In addition, such a system is to be created.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch ein System gemäß Anspruch 10 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method according to claim 1 and by a system according to claim 10. Embodiments of the invention are given in the dependent claims.
Um die an den Energiespeicher übertragene Ladeenergie berechnen zu können, ist es vorteilhaft, den Widerstand des während des Aufladevorgangs verwendeten Ladekabels zu kennen. Wenn dieser Widerstand bekannt ist, können die elektrische Stromstärke und die elektrische Spannung an der Energiequelle gemessen werden. Die Ladeenergie kann dann aus dem Widerstand, der elektrischen Stromstärke und der elektrischen Spannung berechnet werden. Dabei ist eine systematische Benachteiligung des Benutzers des Elektrokraftfahrzeugs oder des Betreibers der Energiequelle zu vermeiden; zufällige Fehler im Rahmen der Messgenauigkeiten sind im Eichrecht geregelt.In order to be able to calculate the charging energy transferred to the energy store, it is advantageous to know the resistance of the charging cable used during the charging process. If this resistance is known, the electrical current and voltage at the energy source can be measured. The charging energy can then be calculated from the resistance, the electrical current strength and the electrical voltage. Systematic disadvantage for the user of the electric vehicle or the operator of the energy source must be avoided; Random errors within the scope of the measurement accuracy are regulated in calibration law.
Zunächst werden ein maximaler und ein minimaler Widerstand des Ladekabels berechnet. Der maximale und der minimale Widerstand können beispielsweise unter Berücksichtigung von Toleranzen und/oder unterschiedlichen Temperaturen berechnet werden. Aus dem maximalen und dem minimalen Widerstand wird ein Widerstandsmittelwert ermittelt. Der Widerstandsmittelwert kann beispielsweise das arithmetische Mittel aus dem maximalen und dem minimalen Widerstand sein.First, a maximum and a minimum resistance of the charging cable are calculated. The maximum and the minimum resistance can be calculated, for example, taking into account tolerances and / or different temperatures. An average resistance value is determined from the maximum and minimum resistance. The resistance mean value can be, for example, the arithmetic mean of the maximum and the minimum resistance.
Anschließend wird der Aufladevorgang des Energiespeichers unter Verwendung des Ladekabels durchgeführt. Das Ladekabel kann dabei beispielsweise einen Anschluss der Energiequelle mit einem Anschluss des Elektrokraftfahrzeugs verbinden. Eine Ladeenergie wird unter Verwendung des Widerstandsmittelwerts berechnet. Die Ladeenergie kann insbesondere die Energie sein, mit der der Energiespeicher aufgeladen wurde. Die Verwendung des Widerstandsmittelwerts ist vorteilhaft, da dieser Wert wahrscheinlich eine relativ geringe Abweichung zum realen Wert während des Aufladevorgangs aufweist. Außerdem handelt es sich bei den Abweichungen zum realen Wert um statistisch zufällige Fehler, deren Bedeutung bei mehrmaliger Verwendung unterschiedlicher Ladekabel sinkt. Ein systematischer Fehler, dessen Bedeutung sich auch bei mehrmaliger Verwendung unterschiedlicher Ladekabel summieren würde, liegt nicht vor.The energy storage device is then charged using the charging cable. The charging cable can, for example, connect a connection of the energy source to a connection of the electric motor vehicle. A charging energy is calculated using the average resistance value. The charging energy can in particular be the energy with which the energy store was charged. The use of the resistance mean value is advantageous because this value is likely to have a relatively small deviation from the real value during the charging process. In addition, the deviations from the real value are statistically random errors, the significance of which decreases when different charging cables are used several times. There is no systematic error, the importance of which would add up even if different charging cables were used several times.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Ladekabel während des Aufladevorgangs einen Kontaktierungspunkt der Energiequelle mit dem Energiespeicher elektrisch verbinden. Der Kontaktierungspunkt kann dabei der Punkt sein, an dem ein Ende des Ladekabels elektrisch ein Kabel der Energiequelle kontaktiert. Die Energiequelle kann Messmittel umfassen, die dazu ausgebildet sein, eine elektrische Ladestromstärke und eine elektrische Ladespannung zu messen. Die Ladestromstärke und die Ladespannung können während des Aufladevorgangs am Kontaktierungspunkt durch die Messmittel gemessen werden. Vorzugsweise werden die elektrische Ladestromstärke und die elektrische Ladespannung während des gesamten Aufladevorgangs gemessen. Die Berechnung der Ladeenergie kann unter Verwendung der Ladestromstärke und der Ladespannung erfolgen.According to one embodiment of the invention, the charging cable can electrically connect a contacting point of the energy source to the energy store during the charging process. The contacting point can be the point at which one end of the charging cable electrically contacts a cable of the energy source. The energy source can comprise measuring means which are designed to measure an electrical charging current strength and an electrical charging voltage. The charging current and the charging voltage can be measured by the measuring device during the charging process at the contacting point. The electrical charging current and the electrical charging voltage are preferably measured during the entire charging process. The charging energy can be calculated using the charging current and voltage.
Auf diese Weise können die Messmittel in der Energiequelle verwendet werden, um die an den Energiespeicher übertragene elektrische Energie relativ genau zu berechnen. Da der Widerstandsmittelwert bekannt ist, werden keine zusätzlichen Kabel benötigt, die zum Elektrokraftfahrzeug geführt werden, um die Ladestromstärke und die Ladespannung direkt am Elektrokraftfahrzeug zu messen.In this way, the measuring means in the energy source can be used in order to calculate the electrical energy transferred to the energy store relatively precisely. Since the average resistance value is known, no additional cables are required that are routed to the electric vehicle. to measure the charging current and voltage directly on the electric vehicle.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann ein erster Widerstandswert des Ladekabels bei einer ersten Temperatur ermittelt werden. Der erste Widerstandswert kann beispielsweise gemessen oder berechnet werden. Der maximale elektrische Widerstand kann berechnet werden, indem der ersten Widerstandswert und ein erster Toleranzwert addiert werden. Der erste Toleranzwert kann dabei insbesondere der Berücksichtigung von Mess- oder Berechnungsungenauigkeiten dienen.According to one embodiment of the invention, a first resistance value of the charging cable can be determined at a first temperature. The first resistance value can be measured or calculated, for example. The maximum electrical resistance can be calculated by adding the first resistance value and a first tolerance value. The first tolerance value can in particular serve to take into account measurement or calculation inaccuracies.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann ein zweiter Widerstandswert des Ladekabels bei einer zweiten Temperatur ermittelt werden. Der zweite Widerstandswert kann beispielsweise gemessen oder berechnet werden. Der minimale elektrische Widerstand kann berechnet werden, indem ein zweiter Toleranzwert vom zweiten Widerstandswert subtrahiert wird. Der zweite Toleranzwert kann dabei insbesondere der Berücksichtigung von Mess- oder Berechnungsungenauigkeiten dienen. Der zweite Toleranzwert kann beispielsweise identisch zum ersten Toleranzwert sein. Alternativ dazu ist es möglich, dass der zweite Toleranzwert Kontaktwiderstände der Messmittel berücksichtigt.According to one embodiment of the invention, a second resistance value of the charging cable can be determined at a second temperature. The second resistance value can be measured or calculated, for example. The minimum electrical resistance can be calculated by subtracting a second tolerance value from the second resistance value. The second tolerance value can in particular serve to take into account measurement or calculation inaccuracies. The second tolerance value can be identical to the first tolerance value, for example. Alternatively, it is possible for the second tolerance value to take contact resistances of the measuring means into account.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die zweite Temperatur niedriger als die erste sein. Dies ist insbesondere vorteilhaft, da der reale Widerstand des Ladekabels häufig bei höheren Temperaturen größer ist als bei niedrigeren Temperaturen.According to one embodiment of the invention, the second temperature can be lower than the first. This is particularly advantageous since the real resistance of the charging cable is often greater at higher temperatures than at lower temperatures.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung können die Ladestromstärke und/oder die Ladespannung während des Aufladevorgangs zeitabhängig sein. Durch unterschiedliche Ladespannungen und Ladestromstärken während des Aufladevorgangs können bei bestimmten Ladespannungen oder Ladestromstärken auftretende systematische Abweichungen des realen Widerstands des Ladekabels vom Widerstandsmittelwert weniger relevant sein. Die Genauigkeit des Verfahrens wird somit erhöht.According to one embodiment of the invention, the charging current and / or the charging voltage can be time-dependent during the charging process. Due to different charging voltages and charging currents during the charging process, systematic deviations of the real resistance of the charging cable from the average resistance value can be less relevant for certain charging voltages or charging currents. The accuracy of the method is thus increased.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Ladeenergie berechnet werden, indem zunächst eine zeitabhängige Ladeleistung berechnet wird, die dann über die Zeit integriert wird. Die zeitabhängige Ladeleistung lässt sich aus dem Widerstandsmittelwert, der Ladespannung und der Ladestromstärke berechnen.According to one embodiment of the invention, the charging energy can be calculated by first calculating a time-dependent charging power, which is then integrated over time. The time-dependent charging power can be calculated from the average resistance value, the charging voltage and the charging current.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Ladeleistung gemäß folgender Formel berechnet werden:
- wobei P(t) die Ladeleistung, I(t) die Ladestromstärke, U(t) die Ladespannung und
- R der Widerstandsmittelwert ist.
- where P (t) is the charging power, I (t) is the charging current, U (t) is the charging voltage and
- R is the resistance mean.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Ladekabel als Schnellladekabel ausgebildet sein. Hierunter wird im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere verstanden, dass das Ladekabel dazu geeignet ist, den Aufladevorgang mit einer Leistung von mehr als 20kW durchzuführen. Vorzugsweise wird der Aufladevorgang mit einer solchen Leistung durchgeführt.According to one embodiment of the invention, the charging cable can be designed as a fast charging cable. In the context of this description, this is understood in particular to mean that the charging cable is suitable for carrying out the charging process with a power of more than 20 kW. The charging process is preferably carried out with such a power.
Das System gemäß Anspruch 10 umfasst eine Energiequelle und ein Ladekabel. Das System ist dazu ausgebildet, einen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs aufzuladen, wenn der Energiespeicher elektrisch über das Ladekabel mit der Energiequelle verbunden ist. Die Energiequelle ist dazu ausgebildet, eine Ladeenergie unter Verwendung eines Widerstandsmittelwerts des Ladekabels zu berechnen. Die Energiequelle kann außerdem dazu ausgebildet sein, verschiedene zuvor in Verbindung mit dem Verfahren beschriebene Verfahrensschritte auszuführen.The system of claim 10 comprises a power source and a charging cable. The system is designed to charge an energy store of a motor vehicle when the energy store is electrically connected to the energy source via the charging cable. The energy source is designed to calculate a charging energy using an average resistance value of the charging cable. The energy source can also be designed to carry out various method steps described above in connection with the method.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Schritte und für Schritte mit gleichen oder ähnlichen Funktionen dieselben Bezugszeichen verwendet. Um solche Schritte unterscheiden zu können, können ein oder mehrere Apostrophe angehängt werden. Dabei zeigt
-
1 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens nach einer Ausführungsform der Erfindung; und -
2 eine schematische Ansicht eines Systems nach einer Ausführungsform der Erfindung.
-
1 a schematic flow diagram of a method according to an embodiment of the invention; and -
2 a schematic view of a system according to an embodiment of the invention.
Im ersten Schritt
Anschließend wird in Schritt
In Schritt
Hierbei ist I(t) die zeitabhängige Ladestromstärke, U(t) die zeitabhängige Ladespannung und R der Widerstandsmittelwert.Here I (t) is the time-dependent charging current, U (t) is the time-dependent charging voltage and R is the mean resistance value.
Aus der Ladeleistung kann die Ladeenergie durch eine Integration über die Zeit berechnet werden. Dies hat den Vorteil, dass ein bei der Berechnung der Ladeleistung vorhandener statistischer Fehler weiter verringert wird.The charging energy can be calculated from the charging power by integrating it over time. This has the advantage that a statistical error that occurs when calculating the charging power is further reduced.
Versuche haben gezeigt, dass bei einem maximalen Widerstand von 11,0mΩ und einem minimalen Widerstand von 5,5mΩ der Widerstandsmittelwert in Höhe von 8,25mΩ ein zufälliger Fehler zwischen 0,03% und 0,46% bei der Berechnung der Ladeenergie auftritt. Der Fehler ist dabei noch von Ladestrom und Ladespannung abhängig. Je höher die Stromstärke ist, desto höher ist auch der Fehler. Je höher die Spannung ist, desto niedriger ist der Fehler. Der oben angegebene Fehler von 0,46% ist dabei bei einer Spannung von 300V und einer Stromstärke von 500A ermittelt worden. Der Fehler von 0,03% ist bei einer Spannung von 1000V und einer Stromstärke von 100A ermittelt worden.Tests have shown that with a maximum resistance of 11.0mΩ and a minimum resistance of 5.5mΩ, the average resistance value of 8.25mΩ, a random error between 0.03% and 0.46% occurs when calculating the charging energy. The error is still dependent on the charging current and charging voltage. The higher the current, the higher the error. The higher the voltage, the lower the error. The above error of 0.46% was determined at a voltage of 300V and a current of 500A. The error of 0.03% has been determined at a voltage of 1000V and a current of 100A.
In
Der Widerstand des Ladekabels
Aus diesen Gründen wird der Widerstandsmittelwert für das Ladekabel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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