-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zur Erhöhung der Reichweite eines Elektrofahrzeugs.
-
Fahrzeuge mit einem Elektroantrieb (d.h. mit einem Elektromotor, der für den Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird) umfassen typischerweise einen Energiespeicher (auch als Hochvoltspeicher oder Traktionsbatterie bezeichnet), der eingerichtet ist, elektrische Energie für den Betrieb des Elektromotors zu speichern. Die elektrische Energie für den Antrieb des Fahrzeugs (auch als Traktionsenergie bezeichnet) wird typischerweise elektrochemisch in dem Energiespeicher gespeichert. Beispielhafte Energiespeicher umfassen eine Vielzahl von Li-Ionen basierte Speicherzellen.
-
Der elektrische Energiespeicher umfasst eine begrenzte Kapazität zur Speicherung von Traktionsenergie. Dabei ist derzeit die mit der begrenzten Kapazität erreichbare Reichweite eines Fahrzeugs relativ klein im Vergleich zu der Reichweite, die mit einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor erreicht werden kann. Außerdem ist derzeit die Anzahl von öffentlichen Ladestationen für Elektrofahrzeuge relativ begrenzt. Daher besteht bei einem Elektrofahrzeug eine erhöhte Gefahr dafür, dass das Elektrofahrzeug mit der verfügbaren elektrischen Energie nicht ein gewünschtes Fahrziel erreichen kann und das Elektrofahrzeug möglicherweise „liegen bleibt“.
-
Beispielsweise die
DE 10 2015 203 491 A1 befasst sich mit der technischen Aufgabe, in effizienter Weise die Gefahr dafür, dass ein Elektrofahrzeug keine ausreichende elektrische Energie zum Erreichen eines gewünschten Fahrziels aufweist, zu reduzieren. Insbesondere soll es einem Fahrer eines Elektrofahrzeugs in effizienter Weise ermöglicht werden, bei Bedarf die Reichweite des Elektrofahrzeugs zu erhöhen.
-
Gemäß dieser Druckschrift wird ein Verfahren zur Erhöhung der Reichweite eines Fahrzeugs beschrieben, wobei das Verfahren das Ermitteln umfasst, dass für den Betrieb des Elektromotors eine Füllstand-Reserve eines Energiespeichers des Fahrzeugs verwendet werden soll.
-
Der Energiespeicher ist eingerichtet, elektrische Energie zu speichern, wobei die Menge an elektrischer Energie in dem Energiespeicher typischerweise durch einen Füllstand (auch als State of Charge, SOC, bezeichnet) des Energiespeichers angezeigt wird. Der Energiespeicher wird meist in einem Standard-Betriebsmodus betrieben, bei dem der Energiespeicher nicht vollständig geladen und/oder nicht vollständig entladen wird, um eine möglichst hohe Lebensdauer des Energiespeichers (d.h. eine möglichst hohe Anzahl von Speicherzyklen) zu erreichen. Der Energiespeicher kann z.B. im Standard-Betriebsmodus bis zu einem minimal zulässigen Füllstand (weiter unter auch als untere Ladezustandsgrenze genannt) entladen (wobei der minimal zulässige Füllstand größer als 0% ist) und/oder bis zu einem maximal zulässigen Füllstand geladen werden (wobei der maximal zulässige Füllstand kleiner als 100% ist). Mit anderen Worten, der Energiespeicher kann im Standard-Betriebsmodus in einem für den Energiespeicher vorgesehenen grundsätzlich zulässigen Füllstand-Bereich betrieben werden. Dabei kann der vorgesehene Füllstand-Bereich nach unten durch den minimal zulässigen Füllstand und/oder nach oben durch den maximal zulässigen Füllstand begrenzt sein.
-
Die Füllstand-Reserve liegt außerhalb von dem für den Energiespeicher vorgesehenen Füllstand-Bereich. Die Füllstand-Reserve kann z.B. eine untere Füllstand-Reserve umfassen, bei der ein Füllstand des Energiespeichers unterhalb von dem minimal zulässigen Füllstand liegt (ggf. bis runter zu einem minimal möglichen Füllstand von z.B. 0%). Alternativ oder ergänzend kann die Füllstand-Reserve eine obere Füllstand-Reserve umfassen, bei der der Füllstand des Energiespeichers oberhalb von dem maximal zulässigen Füllstand liegt (ggf. bis hoch zu einem maximal möglichen Füllstand von z.B. 100%).
-
Typischerweise wird beim Betrieb des Energiespeichers innerhalb des vorgesehenen Füllstand-Bereichs eine Lebensdauer des Energiespeichers statistisch weniger reduziert, als beim Betrieb des Energiespeichers innerhalb der Füllstand-Reserve. Es ist daher meist vorteilhaft (für die Lebensdauer des Energiespeichers), den Energiespeicher standardmäßig im Standard-Betriebsmodus, d.h. innerhalb von dem vorgesehenen Füllstand-Bereich, zu betreiben. Die Füllstand-Reserve des Energiespeichers sollte andererseits nur in Ausnahmefällen verwendet werden, da eine Nutzung der Füllstand-Reserve des Energiespeichers typischerweise statistisch zu einer Reduzierung der Lebensdauer des Energiespeichers führt (im Vergleich zu einer ausschließlichen Nutzung im vorgesehenen Füllstand-Bereich).
-
Das Verfahren umfasst somit das Ermitteln, dass (ausnahmsweise) die Füllstand-Reserve des Energiespeichers für den Betrieb des Elektromotors des Fahrzeugs verwendet werden soll. Dieser Betriebsmodus des Energiespeichers kann als Kapazitäts-erweiternder Betriebsmodus des Energiespeichers bezeichnet werden. Es kann somit ermittelt werden, dass der Kapazitäts-erweiternde Betriebsmodus des Energiespeichers aktiviert werden soll, bei dem nicht nur der vorgesehene Füllstand-Bereich sondern auch die Füllstand-Reserve des Energiespeichers für den Betrieb des Elektromotors zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird.
-
Das Verfahren umfasst weiter, in Reaktion auf das Ermitteln, dass der Kapazitäts-erweiternde Betriebsmodus des Energiespeichers aktiviert werden soll, das Verwenden von elektrischer Energie aus der Füllstand-Reserve des Energiespeichers, um den Elektromotor des Fahrzeugs zu betreiben (d.h. um das Fahrzeug anzutreiben). Die Verwendung der Füllstand-Reserve des Energiespeichers kann auf eine vordefinierte Anzahl von Ladezyklen des Energiespeichers (z.B. auf einen einzigen Ladezyklus) begrenzt sein. Das heißt, das Verfahren kann weiter umfassen, das Beschränken der Nutzung der Füllstand-Reserve des Energiespeichers auf eine vordefinierte, begrenzte Anzahl von Ladezyklen. Der Energiespeicher kann nach der begrenzten Anzahl von Ladezyklen automatisch von dem Kapazitäts-erweiternden Betriebsmodus in den Standard-Betriebsmodus übergehen.
-
Der Kapazitäts-erweiternde Betriebsmodus darf gemäß diesem Stand der Technik grundsätzlich nur durch eine explizite Anforderung bzw. Eingabe eines Nutzers aktiviert werden. Das Ermitteln, dass die Füllstand-Reserve des Energiespeichers verwendet werden soll, umfasst daher das Erfassen der Eingabe von einem Nutzer des Fahrzeugs über eine Eingabe/Ausgabe-Einheit des Fahrzeugs. Durch das Erfordernis einer expliziten Eingabe von einem Nutzer des Fahrzeugs und durch die optionale Kopplung der Nutzung der Füllstand-Reserve des Energiespeichers an ein oder mehrere Bedingungen kann die Schädigung des Energiespeichers durch eine exzessive Nutzung der Füllstand-Reserve begrenzt werden. Weiterhin kann die Nutzung der Füllstand-Reserve einem Nutzer als Mehrwertfunktion des Fahrzeugs (ggf. gegen Bezahlung) angeboten werden.
-
Das Verfahren kann weiter umfassen, das Aktivieren von ein oder mehreren Maßnahmen, durch die ein Verbrauch an elektrischer Energie durch das Fahrzeug reduziert wird, während elektrische Energie aus der Füllstand-Reserve für den Betrieb des Elektromotors verwendet wird. Es kann angenommen werden, dass, wenn ein Nutzer den Kapazitäts-erweiternden Betriebsmodus des Energiespeichers aktiviert, der Nutzer des Fahrzeugs die Reichweite des Fahrzeugs maximieren möchte. Es kann daher vorteilhaft sein, dass ggf. automatisch ein oder mehrere Verbrauchs-reduzierende Maßnahmen (z.B. die Deaktivierung einer Klimaanlage und/oder die Beschränkung einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs) durchgeführt werden, wenn der Kapazitäts-erweiternde Betriebsmodus des Energiespeichers aktiviert ist. So kann die Reichweite des Fahrzeugs weiter erhöht werden.
-
Die untere Füllstand-Reserve kann während einer Fahrt des Fahrzeugs bereitgestellt werden, um die Reichweite des Fahrzeugs (z.B. zum Erreichen eines Zielortes) zu erhöhen. Insbesondere kann während der Fahrt des Fahrzeugs ermittelt werden, dass die untere Füllstand-Reserve verwendet werden soll. Es kann somit eine sogenannte „LIMP HOME“ Funktion, auch „Turtle Mode“ genannt, für das Fahrzeug bereitgestellt werden. Bei diesem in der
DE 10 2015 203 491 A1 beschriebenen System wird also mit einer sogenannten „LIMP HOME“ Funktion eine Füllstand-Reserve eines Hochvoltspeichers nur bei manueller Anforderung durch den Fahrer bereitgestellt. Wird die Füllstands-Reserve freigeschaltet, wird dabei dem Fahrer keine Reichweite, also z.B. „0 km“ oder „- - -“, angezeigt.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, die Reichweite eines Elektrofahrzeuges zu erhöhen, ohne den Fahrer durch erforderliche manuelle Eingriffe zu belasten.
-
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erhöhung der Reichweite eines Fahrzeugs, welches durch einen Elektromotor und eine Hochvoltbatterie angetrieben wird, mit einer elektronischen Steuereinheit, die insbesondere derart programmiert ist,
- - dass abhängig von einem immer wieder aktuell geschätzten Ladezustand der Hochvoltbatterie dem Fahrer eine entsprechende Restreichweite angezeigt wird,
- - dass eine untere Ladezustandsgrenze definiert ist, die bei fehlerfreier Schätzung des Ladzustands einer anzuzeigenden Restreichweite von Null zugeordnet ist,
- - dass der unteren Ladzustandsgrenze eine definierte erste minimal zulässige Zellspannungsgrenze zugeordnet ist,
- - dass während eines Fahrbetriebs überwacht wird, ob aufgrund eines Schätzfehlers mehr Reichweite angezeigt wird als aufgrund des aktuellen Ladezustands abrufbar ist,
- - dass die Anzeige um die Schätzfehler-Differenz nicht (sprunghaft) korrigiert wird (um den Fahrer nicht zu irritieren) und
- - dass automatisch ein Notmodus aktiviert wird, wenn ein Schätzfehler erkannt wird, wobei im Notmodus ein Reduzieren der Zellspannung unter die erste Zellspannungsgrenze zugelassen wird.
-
Vorzugsweise wird die Zellspannung im Notmodus derart abgesenkt, dass die angezeigte Restreichweite tatsächlich erreichbar ist. Allerdings wird die reduzierte Zellspannung nur temporär, z.B. bis zum nächsten Ladevorgang oder bis zum Erreichen einer reduzierten zweiten Zellspannungsgrenze zugelassen.
-
Die Erfindung umfasst folgende vorteilhafte Weiterbildungen:
- - Der Notmodus wird vorzugsweise in einem Ladezustandsbereich unmittelbar unterhalb eines definierten Schätzvorhaltes vorgegeben.
- - Der definierte Schätzvorhalt wird unmittelbar unterhalb der unteren Ladezustandsgrenze vorgegeben.
- - Der Notmodus ist bei Vorliegen definierter Bedingungen unterdrückbar, wobei eine Bedingung zur Unterdrückung des Notmodus z.B. das Unterschreiten der zweiten Zellspannungsgrenze oder einer Alterungsgrenze sein kann.
- - In einem Fahrbetrieb mit unterdrücktem Notmodus kann die untere Ladezustandsgrenze höher festgelegt werden als in einem Fahrbetrieb mit zugelassenem Notmodus.
- - In einem Fahrbetrieb mit unterdrücktem Notmodus kann zusätzlich oder alternativ der Ladezustandsbereich des Schätzvorhalts größer sein als in einem Fahrbetrieb mit zugelassenem Notmodus.
-
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
- Im Rahmen der Entwicklung von SOC (State-of-Charge) Algorithmen sowie bei der Auslegung des nutzbaren Energieinhalts im Bereich der Entwicklung von Hochvoltspeichern für elektrische Fahrzeuge wird laufend versucht, erstens den Schätzvorhalt zu reduzieren, um dem Fahrzeug mehr nutzbare Reichweite zur Verfügung stellen zu können, und zweitens die Anzahl der Fälle zu reduzieren oder zumindest nicht zu erhöhen, in denen eine Restreichweite von 0km angezeigt wird, obwohl tatsächlich noch eine größere Restreichweite vorliegt („Liegenbleiber mit Restreichweite“).
-
In jedem elektrischen Fahrzeug wird der Ladezustand der Batterie nur geschätzt, da eine tatsächliche Messung technisch nicht möglich ist. Bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen soll stets sichergestellt werden, dass der Fahrer nicht mit angezeigter Restreichweite wegen tatsächlich leerer Batterie „liegen bleibt“. Um dies sicherzustellen, werden Algorithmen eingesetzt, die den Ladezustand möglichst genau schätzen. Da diese Schätzung nur eine endliche Genauigkeit hat, wird ein sogenannter „Schätzvorhalt“ definiert, der im Normalfall als Reichweite nicht zur Verfügung gestellt wird und somit die nutzbare Energie bzw. die elektrische Reichweite grundsätzlich reduziert.
-
Trotz hohem Schätzvorhalt kann ein Liegenbleiben mit Restreichweite nicht in allen Fällen ausgeschlossen werden. Es muss immer ein Kompromiss zwischen einer Reduzierung des „Liegenbleiber“-Risikos und einer Optimierung der elektrischen Reichweite gefunden werden.
-
Wird erkannt, dass ein Schätzfehler in dem Sinne vorliegt, dass dem Fahrer noch mehr Reichweite oder Leistung angezeigt wird als durch den zur Verfügung stehenden Ladezustand der Batterie abrufbar ist, (z.B. entsprechend 80 km/h Konstantfahrt), wird erfindungsgemäß ein vorzugsweise zum Schätzvorhalt hinzukommender Notmodus zur Sicherstellung der Restreichweite („ReSi“-Modus) aktiviert. In diesem Notmodus werden die regulären Zellspannungsgrenzen temporär abgesenkt, um eine im Normalfall nicht nutzbare Energie freizuschalten. Der Betriebsbereich der Batterie wird sozusagen temporär noch mehr aufgeweitet als nur bei einem Schätzvorhalt.
-
Die Zellspannungsgrenze kann aus Alterungsgründen nicht dauerhaft abgesenkt werden, da die Zellen in diesem niedrigen Spannungsbereich vergleichsweise stark altern. Da dieser Notmodus aber nur in seltenen Fällen auftritt (SOC-Schätzfehler UND der Fahrer nutzt seine angezeigte Reichweite voll aus), kann ein Absenken der Zellspannungsgrenze in diesen zeitlich begrenzt auftretenden Fällen akzeptiert werden.
-
Erfindungsgemäß kann mit dem Schätzfehler-abhängigen Notmodus auch ein vergleichsweise geringer Schätzvorhalt definiert werden. Es wird somit auch eine kontinuierlich erhöhte Reichweite gewonnen.
-
Verfahrensmäßiges Ausführungsbeispiel:
- Wird von einer für die Umsetzung der Erfindung erforderlichen elektronischen Steuereinheit ein Schätzfehler erkannt, insbesondere dadurch, dass sich die Zellspannungen der einzelnen Zellen des Hochvoltspeichers bereits an der Zellspannungsgrenze des Standard-Betriebsmodus befinden (z.B. 2,8 V), dass unter Berücksichtigung des geschätzten Ladezustands (SOC) die Reichweite im Standard-Betriebsmodus gegen 0km geht und dass dem Fahrer aber dennoch Reichweite über 0km angezeigt wird, wird erfindungsgemäß automatisch der Notmodus aktiviert. Hierzu wird die Zellspannungsgrenze abgesenkt (z.B. von 2,8V (Normalbetrieb) auf 2,1V), um Energiereserven freizugeben. Grundsätzlich ist dafür eine Spannungsüberwachung aller Batteriezellen erforderlich.
-
Wird das Fahrzeug geladen, wird der Notmodus wieder zurückgenommen.
-
Der Schätzvorhalt (der üblicherweise von einem Schätzfehler von 5% ausgeht) kann für alle Fahrzeuge reduziert werden, da für die wenigen „kritischen“ Fälle nun der erfindungsgemäße Notmodus zur Vermeidung von Liegenbleibern mit Restreichweite existiert.
-
Die manuell auslösbare Füllstand-Reserve aus dem Stand der Technik wird erfindungsgemäß also zweistufig durch den (vorzugsweise reduzierten) Schätzvorhalt und den abhängig von der Schätzfehler-Erkennung automatisch ausgelösten Notmodus ersetzt.
-
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung von möglichen Komponenten eines elektrischen Fahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen Notmodus,
- 2 einen erster Aspekt der Erfindung zum Sicherstellen einer Restreichweite bei einem SOC-Schätzfehler, der größer als der festgelegte Schätzvorhalt ist, im Vergleich zum Status Quo,
- 3 einen zweiten Aspekt der Erfindung zum Sicherstellen einer Restreichweite bei einem reduzierten SOC-Schätzvorhalt, aber bei einem SOC-Schätzfehler von Null, im Vergleich zum Status Quo, 4 verschiedene definierte Spannungsschwellen für eine Zelle,
- 5 den erfindungsgemäßen Notmodus bei gleichzeitig reduziertem Schätzvorhalt und
- 6 den Schätzvorhalt gemäß dem Stand der Technik.
-
1 zeigt ein Blockdiagramm mit beispielhaften Komponenten eines elektrischen Fahrzeugs 100. Insbesondere umfasst das Fahrzeug 100 einen Energiespeicher 102 (insbesondere Hochvoltspeicher), der eingerichtet ist, elektrische Energie für den Betrieb von einem Elektromotor des Fahrzeugs 100 bereitzustellen. Der Energiespeicher 102 ist eingerichtet, seinen Füllstand (auch als State of Charge, SOC oder Ladezustand bezeichnet) zu ermitteln und einer elektronischen Steuereinheit 101 bereitzustellen. Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, anhand des Füllstands (SOC) des Energiespeichers 102 eine verbleibende Reichweite des Fahrzeugs 100 zu ermitteln. Die Steuereinheit 101 kann alternativ jedoch auch selbst abhängig von Signalen des Energiespeichers 102 den Ladzustand und die daraus folgende Restreichweite zu ermitteln, insbesondere zu schätzen.
-
Das Fahrzeug 100 kann weiterhin eine Navigationseinheit 104 umfassen, die eingerichtet ist, eine Position des Fahrzeugs 100 und/oder eine geplante Fahrroute für das Fahrzeug 100 zu ermitteln. Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, zu ermitteln, ob das Fahrzeug 100 in Anbetracht der verbleibenden Reichweite die geplante Fahrroute abfahren kann.
-
Zur Erhöhung der Lebensdauer eines Energiespeichers 102 (insbesondere eines elektrochemischen Energiespeichers, wie z.B. eines Li-Ionen basierten Energiespeichers) wird ein Energiespeicher 102 typischerweise in einem Füllstand-Bereich betrieben, durch den die effektiv zu Verfügung stehende Kapazität des Energiespeichers 102 gegenüber einer maximalen Kapazität des Energiespeichers 102 reduziert ist (Standard-Betriebsmodus). Im Standard-Betriebsmodus wird insbesondere eine untere Ladzustandsgrenze grundsätzlich nicht unterschritten.
-
Weiterhin kann eine Eingabe/Ausgabe-Einheit 103 des Fahrzeugs 100 zum Erfassen von einer Eingabe durch den Nutzer des Fahrzeugs 100 vorgesehen sein.
-
Desweiteren kann die Steuereinheit 101 eingerichtet sein, ein oder mehrere Steuergeräte 105 des Fahrzeugs 100 zu veranlassen, in einen Energiespar-Betrieb zu wechseln, wenn erkannt wurde, dass der minimale SOC-Wert des Standard-Betriebsmodus erreicht ist. Beispielsweise kann eine Klimaanlage des Fahrzeugs 100 deaktiviert werden und/oder es können eine Fahrgeschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung des Fahrzeugs 100 begrenzt werden. Mit anderen Worten, die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, Maßnahmen zu ergreifen, mit denen ein Energieverbrauch des Fahrzeugs 100 reduziert werden kann, um die Reichweite des Fahrzeugs 100 weiter zu erhöhen.
-
Diese Komponenten sind grundsätzlich Stand der Technik. Ein wesentlicher Bestandteil der Erfindung ist die elektronische Steuereinheit 101, die insbesondere für die Ausführung des erfindungsgemäßen Notmodus entsprechend programmiert ist (Computerprogrammprodukt in Steuergeräten).
-
Anhand von 2 und anhand einer ersten Situation wird ein erster Aspekt der Erfindung erläutert:
- 2, links: Stand der Technik (Status Quo)
- - Situation 1: Die Fahrbarkeitsgrenze (=unterer SOC-Wert eines Schätzvorhalts) wird erreicht, aber dem Fahrer wird eine Restreichweite RRW>0km angezeigt, da ein maximaler Schätzfehler bei der Festlegung des Schätzvorhalts von nur 5% angenommen wurde, der hier jedoch tatsächlich überschritten wurde.
- - Eine definierte (erste) untere Zellspannungsgrenze wird erreicht (kein Absenken der Zellspannungsgrenze).
- • Der SOC-Schätzfehler kann in extrem seltenen „worst case“-Fällen (insbesondere nach Alterung) auch >5% sein.
- • In diesem Fall kann es zu einem „Liegenbleiber“ bei angezeigter Restreichweite größer 0km kommen, falls der Fahrer sein Fahrzeug komplett „leer“ fährt.
- 2, rechts: Erfindung („Robustheitsmaßnahme“) bei gleicher Situation 1
- - Die Fahrbarkeitsgrenze wird in einem Notmodus derart abgesenkt, dass eine angezeigte Reichweite von 0km erreicht wird; d.h. der Fahrer kann bis zur Anzeige „0km“ oder „---“ elektrisch fahren.
- - Dazu wird vorzugsweise bzw. bedarfsweise die untere Zellspannungsgrenze so weit abgesenkt, dass die für den Notmodus erforderliche Energiereserve kurzfristig zur Verfügung gestellt wird.
- • Fällt bei der oben beschriebenen Situation 1 die Leistung also unter ein definiertes fahrbares Niveau (z.B. nur noch 80km/h Konstantfahrt möglich) bei einer Energieprognose >0kWh, wird erfindungsgemäß eine Schätzfehler erkannt und die untere Zellspannungsgrenze temporär abgesenkt.
- • Der Fahrer kann sich im Idealfall noch zur Ladesäule „retten“, zumindest kann er aber noch bis Anzeige „---“ (RRW=0km) weiterfahren.
- • Ein temporäres Absenken der unteren Zellspannungsgrenze (z.B. von 2,8V auf 2,1V) nur im Sonderfall (also bei geringem Ladzustand (SOC) mit einer Restreichweite von größer 0km aufgrund eines erkannten hohen Schätzfehlers) ist durch die Erkenntnisse der Erfinder in Versuchen hinsichtlich Alterung der Zellen unkritisch.
- • Die abgesenkte Zellspannungsgrenze (z.B. 2,1V) soll aber vorzugsweise weiterhin über einer für die Funktionssicherheit erforderlichen Grenze (z.B. 1,7V) liegen.
-
Anhand von 3 wird ein zweiter Aspekt der Erfindung erläutert:
- 3, links: Stand der Technik (Status Quo)
- - Situation 2: Die untere Ladezustandsgrenze des Standard-Betriebsmodus ist relativ hoch, ein Unterschreiten führt zur frühen Nutzung des Schätzvohalts im Sinne einer Füllstands-Reserve.
- - Reduzierung auf „normale“ ebenfalls relativ hohe Fahrbarkeitsgrenze als untere Grenze des Schätzvorhalts (Limp Home Bereich, sog. „Turtle Mode“): 5% Schätzvorhalt werden dem Fahrer nicht als nutzbare Reichweite angezeigt und sind lediglich im „Turtle Mode“ als Schätzvorhalt nutzbar.
- • In der Energie-Auslegung wird ein SOC-Schätzvorhalt von 5% berücksichtigt.
- • In sehr vielen Nutzungsfällen wird nicht die tatsächlich mögliche Reichweite freigegeben, da für den Sonderfall „hoher Schätzfehler“ ein Vorhalt beibehalten werden muss.
- 3, rechts: Erfindung („Robustheitsmaßnahme“) bei gleicher Situation 2
- - Ein Teil des Schätzvorhalts nach dem Status Quo (z.B. 2%) wird hier dem Fahrer als nutzbare Reichweite angezeigt.
- - Die Fahrbarkeitsgrenze „Normal“ wird abgesenkt:
- Fahrbarkeitsgrenze „ReSi“ (=Sicherstellung der Restreichweite =Notmodus): Bei einem Schätzfehler >3% in niedrigem SOC-Bereich wird der Notmodus aktiviert.
- • In der Energie-Auslegung kann der Schätzvorhalt erfindungsgemäß reduziert werden (bspw. von 5% auf 3%). Der Schätzfehler verändert sich durch den Notmodus nicht.
- • Im nun häufiger auftretenden Fall „Schätzfehler und angezeigte Restreichweite“ wird der Notmodus (ReSi) aktiviert und dazu die Zellspannungsgrenze abgesenkt. Die Folge ist zumindest keine Erhöhung des „Liegenbleiber“-Risikos im Vergleich zum Stand der Technik.
-
4 zeigt verschiedene definierte Spannungsschwellen für eine Zelle. Erfindungsgemäß kann in der elektronischen Steuereinheit 101 definiert sein, dass der Schätzvorhalt bis zum Unterschreiten einer ersten oberen Spannungsschwelle S1 (z.B. 2,8V) gewählt wird. Wird der Notmodus aktiviert, kann die Zellspannungsgrenze auf einen niedrigeren zweiten Schwellwert S2 (z.B. 2,1V) abgesenkt werden, der abhängig von Parametern wie Temperatur und Alterung auch variabel vorgegeben werden kann.
-
Mit 5 wird die Erfindung im Unterschied zum Stand der Technik gemäß 6 nochmal in anderer Weise dargestellt. Dabei entspricht 6 der linken Seite (Status Quo) der 2. 5 entspricht der rechten Seite (Robustheitsmaßnahme) der 3.
-
In den 5 und 6 sind jeweils die Gaußkurven eines Schätzfehlers im Hinblick auf die Festlegung der unteren Ladezustandsgrenzen und der Fahrbarkeitsgrenzen eingetragen.
-
In 6 (gemäß Stand der Technik) werden eine vergleichsweise hohe untere Ladezustandsgrenze und eine Fahrbarkeitsgrenze (Normal) für einen -5% Schätzvorhalt definiert.
-
Beispiel im Betriebspunkt B1 bei einem Schätzvorhalt von 5%: der Ladezustand SOC wird hier falsch geschätzt, da ein Schätzfehler >5% aufgetreten ist. Die Anzeige könnte dann beispielsweise fälschlicherweise noch eine Restreichweite (RRW) von 6 km anzeigen, das Fahrzeug könnte jedoch bei einer angezeigten Restreichweite (RRW) von 4 km liegen bleiben, wenn der Fahrer weiterfährt. Eine sprunghafte Korrektur von 6km auf 4km soll aus Verlässlichkeitsgründen verhindert werden.
-
In 5 ist ein Betriebspunkt B1' als Beispiel bei einem gegenüber dem Stand der Technik reduzierten Schätzvorhalt von 3% eingetragen (der Schätzvorhalt könnte auch bei 5% bleiben, aber die Erfindung ermöglicht einen reduzierten Schätzvorhalt): der Ladezustand SOC wird falsch geschätzt, da ein Schätzfehler >3% auftritt und erfindungsgemäß auch erkannt wird. Der erhöhte Schätzfehler wird erkannt, wenn eine größere Restreichweite (RRW>0km) angezeigt wird als durch den aktuell geschätzten Ladezustand SOC tatsächlich möglich wäre, wenn die grundsätzlich vorgegebene minimale Zellspannungsgrenze (z.B. 2,8V) nicht unterschritten werden soll. Erfindungsgemäß wird nun, der Notmodus aktiviert, indem die Fahrbarkeitsgrenze „Normal“ unterschritten werden darf. Dies geschieht durch eine temporäre Freigabe einer niedrigeren minimalen Zellspannungsgrenze (z.B. 2,1V, siehe auch 4). Vorzugsweise wird die Zellspannungsgrenze temporär so stark reduziert, dass die dadurch tatsächlich erreichbare Restreichweite mit der angezeigten Restreichweite übereinstimmt. Bei einer Restreichweite von 0km wird geladen, wodurch der Notmodus automatisch ausgeschaltet wird.
-
Durch diesen temporären und Schätzfehler-abhängigen automatischen Notmodus kann der Schätzvorhalt reduziert werden und/oder die untere Ladzustandsgrenze reduziert werden. Dies ist durch einen Vergleich der SOC-Schwellen in 5 mit den SOC-Schwellen in 4 ersichtlich.
-
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102015203491 A1 [0004, 0013]
