-
Technisches Gebiet
-
Die Erfindung betrifft allgemein die Charakterisierung von Systemzuständen von elektrischen Energiespeichern in elektrisch betreibbaren Geräten, wie z. B. in Kraftfahrzeugen, insbesondere Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, und weiterhin Maßnahmen zur Bestimmung eines Zustands eines elektrischen Energiespeichers, wie z. B. einer Gerätebatterie oder eines Brennstoffzellensystems.
-
Technischer Hintergrund
-
Zur nicht netzgebundenen Energieversorgung von technischen Geräten werden in der Regel elektrische Energiespeicher, wie z. B. Batterien, verwendet. Energiespeicher im Sinne der nachfolgenden Beschreibung umfassen auch Energiewandler, wie z. B. Brennstoffzellen-Systeme. Beispielsweise erfolgt die Energieversorgung von elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen mithilfe z. B. einer Fahrzeugbatterie oder eines Brennstoffzellen-Systems. Dieser liefert elektrische Energie zum Betrieb von Fahrzeugsystemen und insbesondere des Antriebssystems.
-
Der Alterungszustand eines elektrischen Energiespeichers verschlechtert sich im Laufe seiner Lebensdauer zusehends, was sich in einer degradierenden Leistungsfähigkeit des Energiespeichers auswirkt, z. B. bei einer Batterie in einer abnehmenden maximalen Speicherkapazität. Der Grad der Alterung der Gerätebatterie hängt von einer individuellen Belastung der Gerätebatterie, d. h. vom Nutzungsverhalten eines Benutzers und vom Gerätebatterietyp ab.
-
Zwar kann mithilfe eines rein physikalischen Alterungsmodells der momentane Alterungszustand basierend auf historischen Betriebsgrößenverläufen bestimmt werden, jedoch ist dieses Modell häufig ungenau. Diese Ungenauigkeit des herkömmlichen Alterungsmodells erschwert eine Prädiktion des Alterungszustandsverlaufs. Jedoch ist z. B. die Prädiktion des Verlaufs des Alterungszustands der Fahrzeugbatterie eine wichtige technische Größe, da mit ihr eine wirtschaftliche Bewertung eines Restwerts der Fahrzeugbatterie möglich ist.
-
Auch andere Zustände einer Fahrzeugbatterie, wie beispielsweise ein Ladezustand oder ein sonstiger Degradationszustand, sind mit herkömmlichen physikalischen Modellen in der Regel nicht hochgenau bestimmbar.
-
Die Einflussfaktoren, von denen beispielsweise der Alterungszustand eines elektrischen Energiespeichers abhängt, können beispielsweise im Fall einer Fahrzeugbatterie den Stromdurchsatz durch die Zelle, die Anzahl und Tiefe der Lade- und Entladezyklen, den maximalen Lade- und Entladestrom, die thermischen Kreisläufe, die Betriebstemperatur und dergleichen umfassen. Entsprechend einem Alterungszustandsmodell können diese Einflussfaktoren zur Bestimmung eines Alterungszustands verwendet werden.
-
Da die Betriebsgrößen relativ engmaschig erfasst werden, um den aktuellen Alterungszustand zu ermitteln, kann aufgrund der hohen Datenmenge das Alterungszustandsmodell nicht im Fahrzeug-Steuergerät implementiert werden, sondern muss fahrzeugextern, beispielsweise in einer Zentraleinheit (Cloud), implementiert werden, da dort eine hohe Rechenleistung zur Verarbeitung der Zeitreihen der Betriebsgrößen bereitgestellt werden kann.
-
Zur genauen Bestimmung der Zustandsgrößen des elektrischen Energiespeichers, wie beispielsweise ein Alterungszustand der Fahrzeugbatterie, erfordert somit die Verarbeitung einer hohen Datenmenge, die während der Lebensdauer des Geräts während des Betriebs oder in inaktiven Betriebsphasen ständig aufgezeichnet werden müssen. Diese Betriebsgrößen werden daher zwischengespeichert und in Datenpakete zu vorbestimmten Zeitpunkten oder regelmäßig an die Zentraleinheit übertragen.
-
Die Druckschrift
DE10 2018 206 353 B3 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung von Ladungszuständen einer Vielzahl von Zellen in einer Batterie, wobei die Zellen auf einen einzelnen Strang oder auf mindestens zwei in Parallelschaltung verbundene Stränge in der Batterie verteilt sind. Die Zellen sind innerhalb des Strangs in Reihenschaltung angeordnet. Das Verfahren umfasst die Schritte: a) Bereitstellen eines Wertes für einen Innenwiderstand einer jeden Zelle; b) messtechnische Erfassung einer an jeder Zelle anliegenden Spannung; c) Bestimmen eines Wertes für einen Strom durch jeden Strang unter Verwendung einer Differenz zwischen der an jeder Zelle anliegenden messtechnisch erfassten Spannung und einer geschätzten Spannung, welche aus einem Schätzwert für den Ladungszustand einer jeden Zelle ermittelt wird, wobei der Wert für den Innenwiderstand einer jeden Zelle berücksichtigt wird; und d) Anpassen des Schätzwertes für den Ladungszustand einer jeden Zelle unter Verwendung des bestimmten Wertes für den Strom durch jeden Strang.
-
Die Druckschrift
DE10 2015 203 789 A1 offenbart ein Fahrzeug, das Batteriezellen und eine Steuereinrichtung aufweist. Die Steuereinrichtung ist dafür ausgelegt, das Fahrzeug auf der Basis einer Zustandsbeobachtung der Batteriezellen unter Verwendung von Modellparametern zu steuern, die gemäß von der Steuereinrichtung bestimmten Nennparametern der Zellen berechnet werden, korrigiert um fernbestimmte Delta-Parameter der Zellen. Die Delta-Parameter werden von einer externen Recheneinrichtung in Reaktion auf ein Zellen-Batteriemodell betreffende Zellenmesswerte empfangen, die zu der externen Recheneinrichtung gesendet wurden, wobei die Delta-Parameter Korrekturen angeben, welche die Genauigkeit der Nennparameter verbessern.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Bestimmen eines Alterungszustands basierend auf Betriebsgrößen eines technischen Geräts gemäß Anspruch 1 sowie eine entsprechende Vorrichtung und ein technisches System gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
-
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein computer-implementiertes Verfahren zum Ermitteln einer Zustandsgröße eines elektrischen Energiespeichers eines Geräts mithilfe eines Zustandsmodells basierend auf mindestens einem Verlauf mindestens einer Betriebsgröße vorgesehen, mit folgenden Schritten:
- - Erfassen des mindestens einen Verlaufs der mindestens einen Betriebsgröße, die einen Betrieb des elektrischen Energiespeichers charakterisiert, mit einer vorgegebenen normalen Erfassungsfrequenz;
- - Bei Feststellen eines Ereignisses, Erfassen des mindestens einen Verlaufs der mindestens einen Betriebsgröße mit einer vorgegebenen hohen oder vorgegebenen niedrigen Erfassungsfrequenz;
- - Bereitstellen des mindestens einen Verlaufs der mindestens einen Betriebsgröße an das Zustandsmodell, um die Zustandsgröße zu bestimmen.
-
Zur Bestimmung einer Zustandsgröße eines elektrischen Energiespeichers müssen die Betriebsgrößen, aus denen mithilfe eines Zustandsmodells eine Zustandsgröße ermittelt werden soll, zunächst erfasst werden. Je nach der zu ermittelnden Zustandsgröße ist das Zeitraster der Erfassung sehr klein und kann häufig zwischen 1 Hz und 100 Hz, insbesondere zwischen 5 Hz und 50 Hz, beispielsweise 10 Hz, betragen. Bislang werden die Betriebsgrößen gemäß einem fest vorgegebenen Zeitraster erfasst, so dass auch in Zeitbereichen, in denen keine erhebliche Änderung der Betriebsgrößen stattfindet, eine entsprechend hohe Datenmenge generiert wird, um die Zeitreihen der Betriebsgrößen abzubilden. Insbesondere bei knappem Speicherplatz, wie es beispielsweise häufig in einem mobilen Gerät der Fall ist, oder bei begrenzter Übertragungskapazität einer Kommunikationsverbindung zu einer Zentraleinheit oder einer sonstigen Einrichtung, in der das Zustandsmodell implementiert ist, ist eine Reduzierung der Datenmenge erforderlich, ohne dass die Genauigkeit der Ermittlung der Zustandsgröße beeinträchtigt wird.
-
Es ist gemäß obigem Verfahren daher vorgesehen, die Betriebsgrößen mit einem variablen Zeitraster zu erfassen bzw. abzutasten. Das Zeitraster wird dabei Ereignis-abhängig angepasst, um so der Dynamik des Betriebs des elektrischen Energiespeichers Rechnung zu tragen. So kann die Erfassungsfrequenz auf die vorgegebene hohe Erfassungsfrequenz erhöht werden, die höher ist als die normale Erfassungsfrequenz, wenn ein erhöhter Auswertungsbedarf oder eine hohe Dynamik vorliegt. Auch kann die Erfassungsfrequenz auf die vorgegebene niedrige Erfassungsfrequenz verringert werden, die niedriger ist als die normale Erfassungsfrequenz, wenn ein geringerer Auswertungsbedarf oder eine geringe Dynamik vorliegt.
-
Auf diese Weise kann der für das Zwischenspeichern der Betriebsgrößen benötigte Speicherplatz und die Bandbreite einer etwaigen Übertragung an eine Zentraleinheit reduziert werden. Da das Zeitraster der Erfassung der Betriebsgrößen nur temporär variiert wird, kann der benötigte Speicherplatz optimiert werden, ohne dass die Genauigkeit der Ermittlung der Zustandsgröße leidet. Durch das Definieren von Ereignissen, die zum Umschalten des Erfassungszeitrasters führen, kann eine selbstständige Verifikation von Betriebsbedingungen erfolgen, so dass die Menge an erfassten und/oder übertragenen Daten angepasst werden kann.
-
Das obige Verfahren schlägt vor, die Zeitraster der Erfassung von Betriebsgrößen temporär anzupassen, wenn bestimmte Ereignisse vorliegen. Solche Ereignisse können bekannte Fehler, bestimmte durch das Zustandsmodell definierte Bereiche hoher Modellunsicherheit, Bereiche von hochdynamischen Betriebszuständen bei einer schnellen Änderung der Zustandsgröße und Bereichen, in denen sich Betriebsgrößen nicht oder nur geringfügig ändern, sein. Im einfachsten Fall kann das Erfassungszeitraster auf eine andere Erfassungsfrequenz, nämlich eine höhere oder niedrigere Frequenz, umgeschaltet werden.
-
Weiterhin kann das Zustandsmodell in einer geräteexternen Zentraleinheit implementiert sein, wobei der mindestens eine Verlauf der mindestens einen Betriebsgröße oder davon abgeleitete Größen an die Zentraleinheit übermittelt werden, wobei das Zustandsmodell in der Zentraleinheit implementiert ist, um die Zustandsgröße abhängig von dem mindestens einen Verlauf der mindestens einen Betriebsgröße zu ermitteln.
-
Es kann vorgesehen sein, dass das Ereignis ein Feststellen eines in einer Diagnose festgestellten Fehler umfasst, wobei bei Feststellen des Fehlers die Erfassungsfrequenz erhöht wird oder auf die vorgegebene hohe Erfassungsfrequenz festgelegt wird.
-
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Ereignis ein Feststellen eines Zustandsbereichs des Energiespeichers umfasst, in dem das Zustandsmodell eine hohe Modellierungsunsicherheit aufweist, wobei bei einer hohen Modellierungsunsicherheit die Erfassungsfrequenz erhöht wird oder auf die vorgegebene hohe Erfassungsfrequenz festgelegt wird.
-
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Ereignis ein Feststellen eines Betriebsbereichs zu hoher Dynamik umfasst, wobei bei Feststellen des Betriebsbereichs zu hoher Dynamik die Erfassungsfrequenz erhöht wird oder auf die vorgegebene hohe Erfassungsfrequenz festgelegt wird.
-
Insbesondere kann eine hohe Dynamik festgestellt werden, wenn eine lastabhängige Eingabegröße einen Gradienten aufweist, der betragsmäßig über einem vorgegebenen Gradientenschwellenwert liegt.
-
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Ereignis ein Feststellen einer zu hohen Änderung der modellierten Zustandsgröße umfasst, wobei bei Feststellen einer zu hohen Änderung der modellierten Zustandsgröße die Erfassungsfrequenz erhöht wird oder auf die vorgegebene hohe Erfassungsfrequenz festgelegt wird.
-
Weiterhin kann der mindestens eine Verlauf der mindestens einen Betriebsgröße mit der normalen Erfassungsfrequenz erfasst werden, wenn die Erfassungsfrequenz einer hohen Erfassungsfrequenz entspricht und eine Normalisierungsbedingung festgestellt wird.
-
Das Ereignis kann ein Feststellen eines Betriebsbereichs geringer Dynamik umfassen, bei dem eine Stromänderung eines Stroms des elektrischen Energiespeichers konstant ist oder sich nur innerhalb eines vorgegebenen Strombereichs ändert, wobei bei Feststellen des Betriebsbereichs geringer Dynamik die Erfassungsfrequenz verringert wird oder auf die vorgegebene niedrige Erfassungsfrequenz festgelegt wird.
-
Die Ereignisabfragen können in einer einer Priorisierung entsprechenden Reihenfolge vorgenommen werden, mit der Abfrage der höchsten Priorität als erste Abfrage und den weiteren Abfragen der Reihenfolge fallender Prioritäten.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Zustandsgröße eines elektrischen Energiespeichers eines Geräts mithilfe eines Zustandsmodells basierend auf mindestens einem Verlauf mindestens einer Betriebsgröße, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist zum:
- - Erfassen des mindestens einen Verlaufs der mindestens einen Betriebsgröße mit einer normalen Erfassungsfrequenz;
- - Bei Feststellen eines Ereignisses, Erfassen des mindestens einen Verlaufs der mindestens einen Betriebsgröße mit einer vorgegebenen hohen oder vorgegebenen niedrigen Erfassungsfrequenz;
- - Bereitstellen des mindestens einen Verlaufs der mindestens einen Betriebsgröße an das Zustandsmodell, um die Zustandsgröße zu bestimmen.
-
Figurenliste
-
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Systems für eine Fahrzeugflotte mit einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen und einer Zentraleinheit zum Bereitstellen einer Zustandsgröße basierend auf Verläufen von Betriebsgrößen;
- 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Ermitteln von Alterungszuständen einer Fahrzeugbatterie der Kraftfahrzeuge.
-
Beschreibung von Ausführungsformen
-
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Fahrzeugbatterien als elektrischer Energiespeicher in einer Vielzahl von Kraftfahrzeugen als gleichartige Geräte beschrieben. In den Kraftfahrzeugen kann in einer Steuereinheit ein datenbasiertes Alterungszustandsmodell für die jeweilige Fahrzeugbatterie implementiert sein. Das Alterungszustandsmodell steht beispielhaft für ein Zustandsmodell, das einen nicht oder nur schwierig unmittelbar messbaren internen Zustand des Energiespeichers charakterisiert. Das Alterungszustandsmodell kann in einer Zentraleinheit kontinuierlich basierend auf Betriebsgrößen der Fahrzeugbatterien aus der Fahrzeugflotte aktualisiert bzw. nachtrainiert werden.
-
Das obige Beispiel steht stellvertretend für eine Vielzahl von stationären oder mobilen Geräten mit netzunabhängiger Energieversorgung, wie beispielsweise Fahrzeuge, Anlagen, loT-Geräte, Energieversorgungsanlagen, autonome Roboter und dergleichen, die über eine entsprechende Kommunikationsverbindung (z. B. LAN, Internet) mit einer Zentraleinheit (Cloud) in Verbindung stehen. Die Geräte weisen ein stark schwankendes Belastungsprofil auf, durch das der Grad des Gerätezustands des Energiespeichers erheblich beeinflusst wird. Die Zustandsgröße stellt dabei eine Größe dar, die nicht in einfacher Weise hochgenau und gleichzeitig modellbasiert in den gleichartigen Geräten ermittelt werden kann, sondern lediglich durch aufwendige Berechnungen, insbesondere zerstörende Maßnahmen oder nach vordefinierten Betriebszyklen des Geräts bestimmt werden kann.
-
1 zeigt ein System 1 zum Bereitstellen von Flottendaten von Kraftfahrzeugen 4 einer Fahrzeugflotte 3 in einer Zentraleinheit 2. In der Zentraleinheit 2 soll basierend auf den Flottendaten eine Prädiktion eines Verlaufs eines Alterungszustands einer Fahrzeugbatterie eines jeweiligen Kraftfahrzeugs 4 der Fahrzeugflotte 3 vorgenommen werden.
-
Eines der Kraftfahrzeuge 4 ist in 1 detaillierter dargestellt. Die Kraftfahrzeuge 4 weisen jeweils eine Fahrzeugbatterie 41 als wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher, einen elektrischen Antriebsmotor 42 und eine Steuereinheit 43 auf. Die Steuereinheit 43 ist mit einem Kommunikationsmodul 44 verbunden, das geeignet ist, Daten zwischen dem jeweiligen Kraftfahrzeug 4 und einer Zentraleinheit (Cloud) zu übertragen. Die Steuereinheit 43 ist mit einer Sensoreinheit 45 verbunden, die einen oder mehrere Sensoren aufweist, um Betriebsgrößen kontinuierlich zu erfassen.
-
Die Zentraleinheit 2 weist eine Datenverarbeitungseinheit 21, in der das nachfolgend beschriebene Verfahren ausgeführt werden kann, und eine Datenbank 22 zum Speichern von Betriebsgrößen und Alterungszuständen von Fahrzeugbatterien, die in einer Vielzahl von Fahrzeugen 4 der Fahrzeugflotte 3 ermittelt worden sind, auf.
-
Die Kraftfahrzeuge 4 senden an die Zentraleinheit 2 die Betriebsgrößen F, die zumindest Größen angeben, von denen der Alterungszustand der Fahrzeugbatterie abhängt. Die Betriebsgrößen F können im Falle einer Fahrzeugbatterie einen momentanen Batteriestrom, eine momentane Batteriespannung, eine momentane Batterietemperatur und einen momentanen Ladezustand (SOC: State of Charge) angeben. Die Betriebsgrößen F werden in einem schnellen Zeitraster zwischen 1 Hz und 100 Hz erfasst, wobei deren Verläufe in unkomprimierter und/oder komprimierter Form regelmäßig an die Zentraleinheit 2 übertragen werden.
-
Aus den Betriebsgrößen F können in der Zentraleinheit 2 oder in anderen Ausführungsformen auch bereits in den jeweiligen Kraftfahrzeugen 4 beispielsweise Betriebsmerkmale generiert werden, die sich auf einen Auswertungszeitraum beziehen. Der Auswertungszeitraum kann für die Bestimmung des Alterungszustands wenige Stunden (z. B. 6 Stunden) bis mehrere Wochen (z. B. einen Monat) betragen. Ein üblicher Wert für den Auswertungszeitraum beträgt eine Woche.
-
Die Betriebsmerkmale können beispielsweise auf den Auswertungszeitraum bezogene Merkmale und/oder akkumulierte Merkmale und/oder über die gesamte bisherige Lebensdauer ermittelte statistische Größen umfassen. Insbesondere können die Betriebsmerkmale beispielsweise umfassen: Histogrammdaten über dem Ladezustandsverlauf, der Temperatur, der Batteriespannung, des Batteriestroms, insbesondere Histogrammdaten bezüglich der Batterietemperaturverteilung über dem Ladezustand, der Ladestromverteilung über der Temperatur und/oder der Entladestromverteilung über der Temperatur, akkumulierte Gesamtladung (Ah), eine durchschnittliche Kapazitätszunahme bei einem Ladevorgang (insbesondere für Ladevorgänge, bei denen die Ladungszunahme über einem Schwellenanteil (z. B. 20 %) der gesamten Batteriekapazität liegt), ein Maximum der differentiellen Kapazität (dQ/dU: Ladungsänderung dividiert durch Änderung der Batteriespannung) und weitere.
-
Aus den Betriebsmerkmalen lassen sich weitere Angaben entnehmen: ein zeitliches Belastungsmuster wie Lade- und Fahrzyklen, bestimmt durch Nutzungsmuster (wie bspw. Schnellladen bei hohen Stromstärken oder starke Beschleunigung bzw. Bremsvorgänge mit Rekuperation), eine Nutzungszeit der Fahrzeugbatterie, eine über die Laufzeit kumulierte Ladung und eine über die Laufzeit kumulierte Entladung, einen maximalen Ladestrom, einen maximalen Entladestrom, eine Ladehäufigkeit, einen durchschnittlichen Ladestrom, einen durchschnittlichen Entladestrom, einen Leistungsdurchsatz beim Laden und Entladen, eine (insbesondere durchschnittliche) Ladetemperatur, eine (insbesondere durchschnittliche) Spreizung des Ladezustands und dergleichen.
-
Der Alterungszustand (SOH: State of Health) ist die Schlüsselgröße zur Angabe einer verbleibenden Batteriekapazität oder verbleibenden Batterieladung. Der Alterungszustand stellt ein Maß für die Alterung der Fahrzeugbatterie oder eines Batterie-Moduls oder einer Batterie-Zelle dar und kann als Kapazitätserhaltungsrate (Capacity Retention Rate, SOH-C) oder als Anstieg des Innenwiderstands (SOH-R) angegeben werden. Die Kapazitätserhaltungsrate SOH-C ist als Verhältnis der gemessenen momentanen Kapazität zu einer Anfangskapazität der vollständig aufgeladenen Batterie angegeben. Die relative Änderung des Innenwiderstands SOH-R steigt mit zunehmender Alterung der Batterie an.
-
In der Zentraleinheit 2 kann ein Zustandsmodell, insbesondere ein Alterungszustandsmodell implementiert sein, das basierend auf den Verläufen der Betriebsgrößen und/oder den Betriebsmerkmalen eine Zustandsgröße ermittelt. Das Zustandsmodell kann datenbasiert ausgebildet sein.
-
2 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Ermitteln eines Alterungszustands als Zustandsgröße in der Zentraleinheit 2. Das Verfahren wird in der Steuereinheit 43 des betreffenden Fahrzeugs und in der Datenverarbeitungseinheit 21 der Zentraleinheit 2 ausgeführt und kann dort als Software und/oder Hardware implementiert sein.
-
In Schritt S1 werden die Betriebsgrößen gemäß einer normalen Erfassungsfrequenz, d. h. einem herkömmlichen Erfassungszeitraster von beispielsweise 10 Hz, erfasst und diese in Schritt S2 blockweise gesammelt und zwischengespeichert.
-
In Schritt S3 wird überprüft, ob ein Fehler im Fahrzeug bspw. im Antriebsstrang oder in der Fahrzeugbatterie 41 diagnostiziert wurde und ein DFC (Diagnosefehlercode) im Fehlerspeicher der Steuereinheit 43 des Fahrzeugs 4 bzw. des Komponentensteuergeräts gespeichert ist. Wird ein Fehler festgestellt (Alternative: Ja), so wird in Schritt S4 die Erfassungsfrequenz des Abtastens der Betriebsgrößen erhöht bzw. das Erfassungszeitraster der Erfassung der Betriebsgrößen verringert. Ab dem Zeitpunkt des Auftretens des Fehlers ist es relevant, die Betriebsgrößen mit der höheren Frequenz aufzuzeichnen bis zum Ende des Fahrzyklusses bzw. des Ladezyklusses, um für weitere fehlerdiagnoserelevante Berechnungen, z. B. zeitsensitive, sicherheitsrelevante Berechnungen, in der Zentraleinheit durchführen zu können. Somit liegen alle relevanten Betriebsgrößendaten unmittelbar nach dem Fehlerauftritt im Fahr- oder Lademodus hochfrequent aufgezeichnet vor. Die Erhöhung der Erfassungsfrequenz kann auf eine vorgegebene höhere Frequenz, eine vorgegebene hohe Erfassungsfrequenz, erfolgen. Alternativ kann die Erfassungsfrequenz auch auf eine von der Art des Fehlers abhängige Frequenz erhöht werden. Wurde kein Fehler erkannt (Alternative: Nein), so wird das Verfahren mit Schritt S5 fortgesetzt.
-
In Schritt S5 wird überprüft, ob sich die Fahrzeugbatterie 41 in einem Zustandsbereich befindet, in dem ein Zustandsmodell eine hohe Modellierungsunsicherheit aufweist. Dies kann der Steuereinheit 43 von der Zentraleinheit 2 übermittelt werden. Die Modellunsicherheit ergibt sich aus dem Zustandsmodell abhängig von einem Auswertungspunkt, insbesondere, wenn dieses als probabilistisches Regressionsmodell oder dergleichen ausgebildet ist. Diesbezüglich wird von der Zentraleinheit 2 in dem Fahrzeug eine Angabe über den Zustandsbereich empfangen, in dem die Modellauswertung stattfindet. Wird signalisiert, dass die Modellunsicherheit einen vorgegebenen Unsicherheitsschwellenwert übersteigt (Alternative: Ja), so wird in Schritt S6 die Erfassungsfrequenz der Betriebsgrößen erhöht, insbesondere auf die hohe Erfassungsfrequenz. Dies dient dazu, Randeffekte der Bereiche/historische Daten mit berücksichtigen zu können, da diese die Label-Generierung beeinflussen. Die höhere aufzeichnende Erfassungsfrequenz wird so lange aufrechterhalten, bis die Modellunsicherheit im Zustandsbereich um den vorgegebenen Schwellenwert reduziert wurde. Die Auswertung der Betriebsgrößen kann dann zur Verbesserung des Zustandsmodells durch Generieren von Trainingsdaten verbessert werden. Liegt die Modellunsicherheit unter dem vorgegebenen Unsicherheitsschwellenwert (Alternative: Nein), so wird das Verfahren mit Schritt S7 fortgesetzt.
-
In Schritt S7 wird überprüft, ob ein Betriebsbereich hoher Dynamik vorliegt. Um eine möglichst schnelle Erkennung eines vorausliegenden Betriebsbereichs mit hoher Dynamik vorzunehmen, muss sehr frühzeitig auf ein solches Lastwertabhängiges Ereignis reagiert werden. Die Betriebsgrößen in einem Betriebsbereich hoher Dynamik sind sehr relevant zum Beispiel für die Berechnung des Alterungszustands als Zustandsgröße, insbesondere dann, wenn ein elektrochemisches Modell zum Einsatz kommt. Als Betriebsbereich hoher Dynamik kann daher ein Trigger-Ereignis angesehen werden, das beispielsweise durch das Überschreiten des Betrags des Gradienten einer Eingangsgröße des Systems bzw. des Geräts definiert ist. So kann der Gradient der Stellung des Fahrpedals bzw. des Bremspedals in dem Kraftfahrzeug 4 zur Erkennung hoher Dynamik verwendet werden. Liegt der Gradient über einem vorgegebenen Gradientenschwellenwert (Alternative: Ja), erfolgt in Schritt S8 ein dynamischer Umschaltvorgang zu der hohen Erfassungsfrequenz. Der Gradient des Weges des Fahrpedals kann in der Steuereinheit 43 des Fahrzeugs 4 ermittelt werden und löst die Erfassung der Betriebsgrößen mit der hohen Erfassungsfrequenz aus. Alternativ kann die Erfassungsfrequenz bei mehreren so überwachten Eingangsgrößen auch von der jeweiligen Eingangsgröße abhängigen Frequenz erhöht werden.
-
Neben dem Fahrpedal zum Erkennen von anstehenden dynamischen Beschleunigungen kann auch die Betätigung des Bremspedals betrachtet werden, da ein Rekuperationsvorgang zur Bereitstellung von elektrischer Rekuperationsenergie zur Aufladung der Fahrzeugbatterie 41 ebenfalls ein dynamischer, die Fahrzeugbatterie 41 belastender Vorgang darstellt.
-
In Schritt S9 wird wiederum eine Rückmeldung aus der Zentraleinheit 2 abgefragt, um festzustellen, ob die berechnete Zustandsgröße, d. h. z. B. der Alterungszustand, eine größere sprunghafte Änderung vollzogen hat, die auf Basis der normalen Erfassungsfrequenz bestimmt worden ist. Dies kann der Steuereinheit 43 von der Zentraleinheit 2 übermittelt werden. Die Änderung der Zustandsgröße kann dazu mit einem Änderungsschwellenwert verglichen werden. Liegt die Änderung über dem Änderungsschwellenwert, so liegt eine größere sprunghafte Änderung vor. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), so wird in Schritt S10 die Erfassungsfrequenz auf die hohe Erfassungsfrequenz erhöht. Der Änderungsschwellenwert ergibt sich durch einen applizierbaren Schwellenwertparameter. Wird eine Veränderung von mehr als x % des Alterungszustands angezeigt, so ist dieser Alterungszustandswert derart zu validieren, dass bis zum Zeitpunkt der nächsten Berechnung des Alterungszustands die Daten mit der hohen Erfassungsfrequenz aufgezeichnet werden.
-
Liegt der Gradient unter dem vorgegebenen Gradientenschwellenwert (Alternative: Nein), so wird das Verfahren mit Schritt S11 fortgesetzt.
-
Auf die Schritte S4, S6, S8 und S10 folgt in Schritt S16 die Ermittlung der Betriebsgrößen mit der hohen Erfassungsfrequenz. Zu vorgegebenen Zeitpunkten werden die Zeitreihen der mindestens eine Betriebsgröße F an das Zustandsmodell übertragen, um die Zustandsgröße zu bestimmen.
-
In Schritt S17 wird überprüft, ob eine Normalisierungsbedingung vorliegt. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), wird in Schritt S18 die Erfassungsfrequenz wieder auf eine normale Erfassungsfrequenz reduziert und zu Schritt S1 zurückgesprungen. Andernfalls (Alternative: Nein) wird das Verfahren mit Schritt S16 fortgesetzt.
-
Die Normalisierungsbedingung kann durch folgende Bedingungen vorgegeben sein:
- - nach dem Erkennen eines Fehlers im Fahrzeug im Antriebsstrang oder in der Fahrzeugbatterie 41 ein manuelles Rücksetzen eines Fehlerflags nach Beheben des Fehlers,
- - eine Reduzierung der Modellierungsunsicherheit unter den Unsicherheitsschwellenwert,
- - eine Reduktion der Dynamik des Betriebs der Fahrzeugbatterie, z. B. durch Erkennen eines Betriebs der Fahrzeugbatterie mit einem konstanten Strom (Stromwert innerhalb einer vorgegebenen Bandbreite) für eine applizierbare Zeitdauer, und/oder
- - ein Ende des Auswertungszeitraums für die Bestimmung des nächsten Werts des Alterungszustands.
-
Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass, wenn die hohe Erfassungsfrequenz aufgrund einer zu hohen Änderung (Gradienten) des ermittelten Alterungszustands gewählt wird und basierend auf den mit der hohen Erfassungsfrequenz bestimmten Betriebsgrößen der zuvor (auf Basis der hohen Erfassungsfrequenz) ermittelte Alterungszustand bestätigt wird, eine Umschaltung auf die normale Erfassungsfrequenz erfolgt. Wird der Wert jedoch nicht bestätigt, so kann von einem Ausreißer ausgegangen werden.
-
Ungenauigkeiten aufgrund hochdynamischer Betriebszustände, die nicht hinreichend berücksichtigt wurden (insbesondere bei elektrochemischen Modellen), oder eine unzureichende Parametrierung des Zustandsmodells aufgrund fehlender Labels bei bestimmten Betriebszuständen werden durch eine Prioritätssteuerung ausgeschlossen.
-
In Schritt S11 wird überprüft, ob sich das Fahrzeug in einem Betriebsbereich geringer Dynamik befindet. Wird eine geringe Dynamik festgestellt (Alternative: Ja), so wird in Schritt S12 eine geringe Erfassungsfrequenz von z. B. 1 Hz eingestellt. Beispielsweise können Betriebszustände, wie der CC-Ladevorgang, als Trigger-Kriterium für das Erfassen der Betriebsgrößen mit der niedrigen Erfassungsfrequenz dienen. Dabei ist der Stromgradient kleiner als ein applizierbarer Schwellenwert oder der Bereich um den Strommittelwert kleiner als ein applizierbarer Schwellenwert. Solange dieses Abfragekriterium erfüllt ist, wird in Schritt S13 die niedrige Erfassungsfrequenz beibehalten und die Betriebsgrößen ermittelt und an die Zentraleinheit 2 übertragen.
-
Wird in Schritt S11 festgestellt, dass der Betriebsbereich geringer Dynamik verlassen wurde, kann zu Schritt S1 zurückgesprungen werden und die Umschaltung auf die Erfassung mit normaler Erfassungsfrequenz vorgenommen werden.
-
Die niedrige Erfassungsfrequenz kann auch ein z. B. stündliches Erfassen der Betriebsgrößendaten umfassen, wenn z. B. für die Ermittlung des Alterungszustands lediglich die kalendarische Alterung berücksichtigt werden muss. Durch die Abfragereihenfolge kann die Priorisierung der Ereignisse vorgenommen werden.
-
Die mit der entsprechenden Erfassungsfrequenz erfassten Betriebsgrößen werden blockweise an die Zentraleinheit 2 übermittelt und dort ausgewertet. Die Auswertung der Zentraleinheit 2 erfolgt durch die Ermittlung von Betriebsgrößenmerkmalen für jeweilige Auswertungszeiträume und die Nutzung des Alterungszustandsmodells, um den Alterungszustand zu bestimmen.
-
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 102018206353 B3 [0009]
- DE 102015203789 A1 [0010]
