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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Energiespeichers für elektrische Energie, insbesondere ein derartiges Verfahren und eine Vorrichtung, um die Lebensdauer des Energiespeichers zu erhöhen.
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Energiespeicher für elektrische Energie, insbesondere Traktionsbatterien bzw. Hochvoltbatterien von zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, unterliegen diversen Alterungseffekten, welche in der Regel zu einem Verlust der nutzbaren Kapazität des Energiespeichers führt. Dieser Effekt führt zu einer Reduzierung der Reichweite von insbesondere elektrisch oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen.
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Im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik ist es zur Überwachung des Betriebszustandes und der Alterungseffekte des elektrischen Energiespeichers bekannt, aus den aktuellen Betriebsgrößen des elektrischen Energiespeichers, insbesondere der Spannung, dem Strom und der Temperatur des elektrischen Energiespeichers, den Ladezustand (engl. state of charge (SOC)) oder die Gebrauchstüchtigkeit (engl. state of health (SOH)) des elektrischen Energiespeichers zu berechnen. Verfahren zur Ermittlung der Gebrauchstüchtigkeit von Fahrzeugbatterien sind beispielsweise aus der
US 6,103,408 ,
DE 197 50 309 A oder der
DE 37 12 629 C2 ,
DE 100 49 495 A bekannt.
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Ferner ist aus der Praxis bekannt, dass die Alterung des elektrischen Energiespeichers von der Temperatur, Strombelastung und Zyklisierung beeinflusst wird. Im Stand der Technik wird daher versucht, eine Beschädigung des elektrischen Energiespeichers durch Festlegen vorbestimmter zulässiger Bereiche für diese Betriebsparameter des elektrischen Energiespeichers zu vermeiden. Aus der Praxis ist ferner bekannt, elektrische Energiespeicher durch einen Über- und Unterladeschutz oder durch Spannungsbegrenzung vor zu starker Belastung und somit zu schneller Alterung zu schützen.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Technik bereitzustellen, mit der Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, eine Technik zum Betrieb eines Energiespeichers für elektrische Energie bereitzustellen, mit der eine verbesserte Lebensdauer des Energiespeichers erzielt werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
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Zunächst werden in diesem Dokument die folgenden Begriffe verwendet:
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Der Begriff „Energiespeicher für elektrische Energie“ wird nachfolgend auch kurz als elektrischer Energiespeicher oder Energiespeicher bezeichnet. Der elektrische Energiespeicher kann in einer bevorzugten Ausführungsform eine Traktionsbatterie bzw. Hochvoltbatterie für ein Mildhybrid-, Hybrid- oder Elektrofahrzeug sein. Die Energiespeicher kann z. B. eine Li-lonen-Batterie sein. Unter einer Traktionsbatterie bzw. einer Hochvoltbatterie wird eine Batterie bzw. ein Batteriepack zur Bereitstellung von elektrischer Energie für einen rein elektromotorischen Antrieb oder zumindest einen elektromotorisch unterstützen Antrieb eines als Mildhybrid-, Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgeführten Kraftfahrzeugs verstanden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Energiespeicher begrenzt. Der Energiespeicher kann ferner ein elektrischer Energiespeicher einer stationären Anwendung sein.
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Der Ladezustand des Energiespeichers wird auch als „State of Charge“ bzw. mit dem Akronym „SoC“ bezeichnet. Die obere Ladezustandsgrenze, SOC_max, des Energiespeichers ist die Maximalladungsgrenze, bis zu der der Energiespeicher aufgeladen werden darf. Die untere Ladezustandsgrenze, SOC_min, ist eine zulässige untere Ladungsgrenze, bis zu der der Energiespeicher entladen werden darf. Aktuelle Werte für SOC_max und SOC_min können z. B. von einer Steuerung bzw. Regelung festgelegt und verändert werden.
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Der Begriff „Gebrauchstüchtigkeit“ bzw. state of health (SoH) gibt einen Zustand des Energiespeichers im Hinblick auf Alterungseffekte an. Für den Begriff „Gebrauchstüchtigkeit“ wird üblicherweise und insbesondere in diesem Dokument auch der englischen Ausdruck „State of Health“ bzw. das entsprechende Akronym „SoH“ verwendet. Gebräuchlich ist auch der Begriff „Alterungszustand“. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass ein zunehmender Alterungszustand einer abnehmenden Gebrauchstüchtigkeit bzw. „State of Health“ entspricht, d. h., je älter der Energiespeicher, desto geringer die Gebrauchstüchtigkeit bzw. SoH.
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Verfahren zum Bestimmen der tatsächlichen Gebrauchstüchtigkeit eines elektrischen Energiespeichers sind, wie eingangs erwähnt, aus dem Stand der Technik bekannt. Hierbei wird die Gebrauchstüchtigkeit (SoH) üblicherweise in Prozent angegeben, ausgehend von einem Ausgangszustand von 100 %, bei dem der Energiespeicher seine volle Leistungsfähigkeit aufweist, bis zum einem Endzustand, der mit 0 % angeben wird. 0 % bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Energiespeicher gerade noch eine vorgegebene Mindestleistungsfähigkeit aufweist, beispielweise 80 % der ursprünglichen Leistungsfähigkeit, und nicht, dass er überhaupt nicht mehr funktionsfähig ist. Der Ausgangszustand wird auch als „Beginning of Life“-Zustand bzw. BoL-Zustand und der Endzustand auch als „End of Life“ bzw. EoL-Zustand bezeichnet. Nach Erreichen des EoL-Zustandes von 0 % sollte der Energiespeicher ausgetauscht werden.
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Ein erster allgemeiner Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichers für elektrische Energie.
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Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass eine obere Ladezustandsgrenze, SOC_max, und/oder eine untere Ladezustandsgrenze, SOC_min, des Energiespeichers in Abhängigkeit von einer Gebrauchstüchtigkeit, SoH, des Energiespeichers festgelegt wird, derart, dass eine festgelegte Entladungstiefe (engl. Depth of discharge, DoD) des Energiespeichers mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit (SoH) bzw. mit zunehmendem Alterungszustand größer wird. Beispielsweise kann die obere Ladezustandsgrenze, SOC_max, mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit (SOH) erhöht werden. Alternativ oder zusätzlich kann die untere Ladezustandsgrenze, SOC_min, mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit (SoH) verringert werden.
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Dadurch kann vorteilhaft die Lebensdauer verlängert werden, da eine Lebensdauer derartiger Energiespeicher mit der Tiefe der Lade- und Entladezyklen stark abnimmt, d. h., gerade in hohen und tiefen Ladezuständen sind beschleunigte Alterungsreaktionen zu beobachten. Wird somit die nutzbare Entladungstiefe zu Beginn des Energiespeicherlebens eingeschränkt oder, anders ausgedrückt, die Entladungstiefe erst mit zunehmendem Alterungszustand vergrößert, ist der Energiespeicher weniger Lade- und Entladezyklen mit größerer Entladetiefe ausgesetzt.
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Gleichzeitig bietet dieser Ansatz den weiteren Vorteil, dass der sonst mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit bzw. mit zunehmendem Alterungszustand auftretende Verlust der nutzbaren Kapazität reduziert oder sogar ausgeglichen werden kann. Mit anderen Worten würde die aus dem Energiespeicher entnehmbare Energiemenge - bei unverändertem SOC_max und/oder SOC_min -, mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit bzw. zunehmender Alterung zurückgehen und damit auch die Reichweite eines mit einem solchen Energiespeicher elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Die Erhöhung der Entladungstiefe mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit durch Anpassung von SOC_max und/oder SOC_min kann diesen Rückgang der entnehmbaren Energiemenge bzw. der Reichweite mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit bzw. zunehmender Alterung ausgleichen oder zumindest reduzieren.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Erhöhung der oberen Ladezustandsgrenze mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit und/oder die Verringerung der unteren Ladezustandsgrenze mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit (mit abnehmendem SoH) derart, dass eine durch die obere Ladezustandsgrenze und die untere Ladezustandsgrenze begrenzte, aus dem Energiespeicher entnehmbare Energiemenge konstant oder im Wesentlichen konstant bleibt. Anders ausgedrückt wird mit abnehmendem SoH die DoD-Grenze bzw. das DoD-Fenster zunehmend geöffnet, vorzugsweise langsam geöffnet, so dass die entnehmbare Energiemenge konstant bleibt. Entsprechend bleibt auch die Reichweite konstant oder im Wesentlichen konstant, wenn der Energiespeicher zur Versorgung eines elektrischen Antriebs eines Fahrzeugs genutzt wird. Dies ist insbesondere für elektrisch angetriebene Nutzfahrzeuge, insbesondere Omnibusse, sehr vorteilhaft.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Erhöhung der oberen Ladezustandsgrenze mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit und/oder die Verringerung der unteren Ladezustandsgrenze mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit (mit abnehmendem SoH) derart, dass für alle in einem vorbestimmten Bereich liegende Werte der Gebrauchstüchtigkeit (bzw. des Alterungszustands) eine durch die obere Ladezustandsgrenze und die untere Ladezustandsgrenze begrenzte, aus dem Energiespeicher entnehmbare Energiemenge innerhalb eines vorbestimmten Entnahmebereichs liegt und/oder im Wesentlichen konstant oder konstant bleibt. Dadurch wird sichergestellt, dass zumindest für diejenigen Sollwerte, die in dem vorbestimmten Bereich liegen, die entnehmbare Energiemenge in einem vorbestimmten Sollbereich (Entnahmebereich) bleibt.
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In einer Ausführungsvariante dieser Ausführungsform ist der vorbestimmte Entnahmebereich der entnehmbaren Energiemenge durch einen Sollwert festgelegt, von dem ein tatsächlicher Wert für die entnehmbare Energiemenge nach oben und unten um höchstens 25 %, weiter vorzugsweise um höchstens 15 %, abweicht.
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Ferner kann der vorbestimmte Entnahmebereich der Gebrauchstüchtigkeit einen Bereich von 100 % bis mindestens 70 %, vorzugsweise 100 % bis mindestens 50%, weiter vorzugsweise 100 % bis mindestens 25 % oder 100 % bis 0 % der Gebrauchstüchtigkeit umfassen.
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In einer weiteren Ausführungsform nimmt die Erhöhung der oberen Ladezustandsgrenze und/oder die Verringerung der unteren Ladezustandsgrenze mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit zu. Anders ausgedrückt wird die Entladungstiefe so eingestellt, dass sie nicht gleichmäßig mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit zunimmt, sondern so, dass die Entladungstiefe bei niedrigen Werten der Gebrauchstüchtigkeit stärker zunimmt als bei größeren Werten der Gebrauchstüchtigkeit. Dadurch kann dem zunehmenden Verlust der nutzbaren Kapazität des Energiespeichers bei zunehmendem Alterungszustand bzw. abnehmender Gebrauchstüchtigkeit im Hinblick auf eine möglichst gleichbleibende, entnehmbare Energiemenge besonders vorteilhaft Rechnung getragen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren die folgenden Schritte umfassen:
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Die Bestimmung der aktuellen Gebrauchstüchtigkeit (des aktuellen SoH), vorzugsweise durch ein Batteriemanagement-System des Energiespeichers, und die Bestimmung eines aktuellen Sollwerts für die obere Ladezustandsgrenze und/oder die untere Ladezustandsgrenze in Abhängigkeit von der bestimmten aktuellen Gebrauchstüchtigkeit mittels eines hinterlegten Kennfeldes kann beispielhaft ebenfalls durch das Batteriemanagement-System des Energiespeichers erfolgen. Eine derartiges Kennfeld kann beispielsweise vorab experimentell anhand von Fahrzeugversuchen bestimmt worden sein. Das Kennfeld kann beispielweise für mögliche Werte der Gebrauchstüchtigkeit (SoH) des Energiespeichers entsprechend zugeordnete, einzustellende Werte (Sollwerte) für die obere Ladezustandsgrenze und/oder die untere Ladezustandsgrenze zuordnen und dadurch die jeweils gültige Entladungstiefe festlegen. Hierbei sind die Werte für die obere Ladezustandsgrenze und/oder die untere Ladezustandsgrenze z. B. experimentell so bestimmt und festgelegt, dass die entnehmbare Energiemenge für alle Werte der Gebrauchstüchtigkeit im Wesentlichen konstant ist.
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Das Verfahren kann ferner die Übermittlung des bestimmen aktuellen Sollwerts für die obere Ladezustandsgrenze und/oder die untere Ladezustandsgrenze an ein Fahrzeug-Energiemanagement-System umfassen. Das Verfahren kann ferner die Steuerung oder Regelung des Betriebs des Energiespeichers durch das Fahrzeug-Energiemanagement-System in Abhängigkeit von dem übermittelten aktuellen Sollwert für die obere Ladezustandsgrenze und/oder die untere Ladezustandsgrenze umfassen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Steuerung oder Regelung des Betriebs des Energiespeichers ein Lademanagement des Energiespeichers, d. h. die Steuerung des Ladezustands des Energiespeichers, und/oder eine Anpassung einer Betriebsstatusanzeige des Energiespeichers, die über eine Benutzerschnittstelle angezeigt wird, umfassen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt kann die festgelegte Entladungstiefe (DoD) mittels einer Benutzereingabe durch Anpassung der oberen Ladezustandsgrenze und/oder der unteren Ladezustandsgrenze temporär vergrößert werden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass im Einzelfall und temporär von der automatisch eingestellten Entladungstiefe, die eine verlangsamte Alterung des Energiespeichers bei möglichst gleichbleibender entnehmbarer Energiemenge ermöglicht, abgewichen werden kann, beispielsweise um in einer Notfallsituation eine Reichweitenerhöhung temporär bereitzustellen.
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Ein zweiter allgemeiner Gesichtspunkt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung eines Betriebs eines Energiespeichers für elektrische Energie. Die Vorrichtung ist hierbei ausgebildet, das Verfahren wie in diesem Dokument beschrieben auszuführen.
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Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen rein verfahrensgemäß offenbarte Merkmale auch als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Die vorgenannten Aspekte und erfindungsgemäßen Merkmale, insbesondere im Hinblick auf die Anpassung der Entladungstiefe mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit durch Festlegen der oberen und/oder unteren Ladezustandsgrenzen, gelten somit auch für die Vorrichtung, z. B. als funktionale Merkmale der Vorrichtung.
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Die Vorrichtung kann als Steuer- oder Regelvorrichtung, z. B: als Steuergerät, ausgebildet sein. Die Funktion der Vorrichtung kann auch über mehrere Steuer- oder Regelvorrichtungen verteilt implementiert sein.
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Beispielsweise kann die Vorrichtung in einer Ausführungsform ein Batteriemanagementsystem und ein Fahrzeug-Energiemanagement-System umfassen. Hierbei kann das Batteriemanagementsystem ausgebildet sein, die aktuelle Gebrauchstüchtigkeit (SoH) des Energiespeichers zu bestimmen und einen aktuellen Sollwert für die obere Ladezustandsgrenze und/oder die untere Ladezustandsgrenze in Abhängigkeit von der bestimmten aktuellen Gebrauchstüchtigkeit (SoH) mittels eines hinterlegten Kennfeldes zu bestimmen. Das Batteriemanagementsystem kann ferner ausgebildet sein, den bestimmten aktuellen Sollwert für die obere Ladezustandsgrenze und/oder die untere Ladezustandsgrenze an das Fahrzeug-Energiemanagement-System zu übermitteln. Ferner kann das Fahrzeug-Energiemanagement-System ausgebildet sein, einen Betrieb des Energiespeichers in Abhängigkeit von dem übermittelten aktuellen Sollwert für die obere Ladezustandsgrenze und/oder die untere Ladezustandsgrenze zu steuern oder zu regeln.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ferner ein Fahrzeug, welches eine solche Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung eines Betriebs eines Energiespeichers für elektrische Energie, wie in diesem Dokument beschrieben, umfasst.
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Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, z. B. ein Personenkraftfahrzeug, sein. Besonders vorzugsweise handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Nutzfahrzeug. In diesem Fall kann es sich bei dem Kraftfahrzeug mit anderen Worten um ein Kraftfahrzeug handeln, das durch seine Bauart und Einrichtung zur Beförderung von Personen, zum Transport von Gütern oder zum Ziehen von Anhängerfahrzeugen ausgelegt ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Kraftfahrzeug um einen Lastkraftwagen, einen Omnibus und oder einen Sattelzug handeln, der zumindest teilweise elektrisch angetrieben ist.
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Das Fahrzeug kann ferner ein Luftfahrzeug (Flugzeug), ein schienengebundenes Fahrzeug oder ein Wasserfahrzeug, z. B. ein Schiff, sein.
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Die Erfindung betrifft ferner eine stationäre Energieversorgungseinrichtung oder stationäre Anwendung, umfassend einen Energiespeicher für elektrische Energie und eine Vorrichtung zur Steuerung oder Regelung eines Betriebs eines Energiespeichers für elektrische Energie, wie in diesem Dokument beschrieben.
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Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Kennfeld zur Festlegung einer Entladungstiefe in Abhängigkeit von einer Gebrauchstüchtigkeit des Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 eine schematische Darstellung der abnehmenden nutzbaren Kapazität eines Energiespeichers mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit;
- 3 ein schematisches Blockdiagramm zur Illustration einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform; und
- 4 ein Nutzfahrzeug mit einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
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Gleiche oder äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und zum Teil nicht gesondert beschrieben.
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Anhand der 1 und 2 kann der Grundgedanke der Erfindung illustriert werden.
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Aktuelle Energiespeichertechnologien unterliegen einer Alterung, welche in der Regel zu einem Verlust der nutzbaren Kapazität führt. Dieser Effekt führt zu einer Reduzierung der Reichweite von insbesondere teilweise oder voll-elektrisch angetriebenen Fahrzeugen. Für Nutzfahrzeuge, insbesondere Omnibusse, sind jedoch konstante Reichweiten sehr wichtig.
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Weiterhin erfüllen insbesondere im Nutzfahrzeugbereich aktuelle Energiespeichertechnologien nicht immer die notwendige Lebensdauer für ein volles Nutzfahrzeug-Leben. Gerade in hohen und tiefen Ladezuständen sind beschleunigte Alterungsreaktionen zu beobachten.
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In 2 ist links rein schematisch ein elektrischer Energiespeicher 1 dargestellt, der einen bestimmten installierten Energieinhalt 5 aufweist. Ein Teilbereich 6 kann hier jeweils als eine Art Genauigkeitsreserve 6 für das Betriebsmanagement-System reserviert sein. Ein weiterer Teil 7 stellt die entnehmbare Energiemenge dar, die mit zunehmender Alterung des Energiespeichers bzw. mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit (SoH) über die Zeit verloren geht. Dies ist in der Darstellung rechts in 2 dargestellt, die den Verlauf des Bereichs 7 ausgehend vom EoL-Zustand bis zum BoL-Zustand zeigt. Der Bereich 7 entspricht daher dem alterungsbedingten Verlust der nutzbaren Kapazität. Im Ausgangszustand („Beginning of Life“-Zustand bzw. BoL-Zustand), d. h. SoH = 100 %, stünde dieser Bereich 7 theoretisch zur Energieentnahme zur Verfügung, geht jedoch mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit (SoH nimmt ab) bis zum Endzustand (End of Life bzw. EoL-Zustand) verloren.
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Würde man die zulässigen Ladezustandsgrenzen SOC_max und SOC_min mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit nicht verändern, könnte man im BoL-Zustand die Energiemenge, die sich aus der Summe des Bereichs 4 und 7 ergäbe, aus dem Energiespeicher entnehmen. Dagegen könnten man im EoL-Zustand nur noch die Energiemenge des Bereichs 4 entnehmen. Entsprechend ergäben sich stark abnehmende Reichweiten, falls der Energiespeicher zur Versorgung eines elektrischen Antriebs eines Fahrzeugs genutzt werden würde.
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Stattdessen wird jedoch die obere Ladezustandsgrenze 2 des Energiespeichers 1 mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit erhöht und die untere Ladezustandsgrenze 3 des Energiespeichers 1 mit abnehmendem SoH verringert, was in 1 dargestellt ist. Entsprechend wird eine dadurch festgelegte Entladungstiefe (DoD) des Energiespeichers 1 mit abnehmender Gebrauchstüchtigkeit bzw. abnehmendem SoH größer, was in 1 durch die mit DoD gekennzeichnete Linie dargestellt ist. Die 1 dient somit auch zur Illustration eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
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Insbesondere wird zu Beginn des Energiespeicherlebens (100 % State of Health (SoH)) der nutzbare Energiebereich (DoD = Depth of Discharge) eingeschränkt. Das nutzbare DoD-Fenster wird so gelegt, dass hohe und tiefe Ladezustände zu Beginn des Energiespeicherlebens vermieden werden. Dadurch wird die Lebensdauer des Energiespeichers 1 signifikant verlängert.
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Mit abnehmendem SoH wird das nutzbare DoD-Fenster jedoch langsam vergrößert, derart, dass die entnehmbare Energiemenge 4 konstant bleibt. Hierdurch wird eine konstante Reichweite ermöglicht.
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Eine Besonderheit der in 1 gezeigten Ausführungsform ist daher, dass die Anpassung der oberen Ladezustandsgrenze 2 und der unteren Ladezustandsgrenze 3 mit abnehmendem SoH so festgelegt wird, dass eine entnehmbare Energiemenge 4 des Energiespeichers im Wesentlichen konstant bleibt. Dies ist in 1 gut erkennbar. Die Linie 4 gibt die Höhe der entnehmbaren Energie an, die unabhängig vom Alterungszustand SoH gleich bleibt.
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Der in 1 gezeigte Zusammenhang zwischen den zulässigen Ladezustandsgrenzen SOC_max und SOC_min und SoH ist in Form eines Kennfelds F(SoH) 8 hinterlegt, z. B. in einer Steuerung, die die Grenzen SOC_max und SOC_min im Betrieb des Energiespeichers 1 festlegen kann. Das Kennfeld 8 kann beispielsweise anhand von Versuchen experimentell ermittelt werden, indem z. B. anhand von Messreihen für einen bestimmten Energiespeicher ermittelt wird, welcher Verlauf der zulässigen Ladezustandsgrenzen SOC_max und SOC_min in Abhängigkeit vom SoH dazu führt, dass die entnehmbare Energiemenge 4 mit zunehmender Alterung des Energiespeichers im Wesentlichen konstant bleibt.
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3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm zur Illustration einer Vorrichtung 10 zur Steuerung oder Regelung eines Betriebs eines Energiespeichers 1 für elektrische Energie gemäß einer Ausführungsform. Die Ausführungsform betrifft insbesondere eine solche Vorrichtung 10 zur Steuerung oder Regelung eines Betriebs eines elektrischen Energiespeichers 1 eines elektrisch angetriebenen Nutzfahrzeugs 20, was in 4 dargestellt ist.
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Die Vorrichtung 10 umfasst ein Batteriemanagementsystem, BMS, 11 und ein Fahrzeug-Energiemanagement-System 12. Das BMS 11 kann z. B. als Batteriesteuergerät eines jeweiligen Batteriesystems ausgeführt sein. Das BMS 11 kann die obere und untere Ladezustandsgrenzen SOC_min und SOC_max festlegen und verändern. Das BMS kann ferner optional in an sich bekannter Weise einen Hauptschütz und eine Vorladeschaltung zur Zuschaltung und Vorladung des Energiespeichers 1 steuern.
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Das BMS 11 ist ausgebildet, den aktuellen SoH des Energiespeichers 1 zu bestimmen. Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass aus dem Stand der Technik hierzu verschiedene Techniken zur Bestimmung des SoH bekannt sind, so dass diese hier nicht näher beschrieben werden.
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Das BMS liest aus dem in der Vorrichtung, z. B. im BMS hinterlegten, Kennfeld F(SoH) 8 die aktuell gültigen Parameter für SOC_min, SOC_max aus, die sich für den bestimmten SoH ergeben. Die auf diese Weise bestimmten oberen und unteren Ladezustandsgrenzen SOC_min und SOC_max werden über einen CAN-Datenbus an das Fahrzeug bereitgestellt, insbesondere dem Fahrzeug-Energiemanagement-System 12 bereitgestellt.
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Das Fahrzeug-Energiemanagement-System 12 regelt anschließend den Betrieb des Energiespeichers 1 auf die jeweilige SoC-Vorgabe (entsprechend der empfangenen aktuellen Werte für SOC_min und SOC_max) ein. Das Fahrzeug-Energiemanagement-System 12 ist somit ausgebildet, einen Betrieb des Energiespeichers 1 in Abhängigkeit von dem übermittelten aktuellen Sollwert SOC_max für die obere Ladezustandsgrenze 2 und/oder die untere Ladezustandsgrenze SOC_min zu steuern oder zu regeln.
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Die Vorrichtung 10, insbesondere das Fahrzeug-Energiemanagement-System 12, kann optional ferner ausgebildet sein, in Signalverbindung mit einer Benutzerschnittstelle (HMI) zu stehen, die z. B. als eine berührungsempfindlichen Anzeigeeinrichtung 13 ausgeführt sein kann. Hier können jeweils aktuelle Betriebsparameter des Energiespeichers 1 angezeigt werden, z. B. dessen aktueller SoH oder die momentan gültigen Ladezustandsgrenzen SOC_max und SOC_min und/oder die festgelegte Entladungstiefe DoD.
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Ferner kann optional vorgesehen sein, dass die festgelegte Entladungstiefe (DoD) mittels einer Benutzereingabe durch Anpassung der oberen Ladezustandsgrenze und/oder der unteren Ladezustandsgrenze temporär vergrößert werden kann, beispielsweise, um in einer Notfallsituation eine Reichweitenerhöhung temporär bereitzustellen. Hierzu kann z. B. der Nutzer über die Benutzerschnittstelle temporär eine Vergrößerung der Entladungstiefe anfordern, die dann von der Vorrichtung 10 umgesetzt wird.
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Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Energiespeicher für elektrische Energie
- 2
- Obere Ladezustandsgrenze (SOC_max)
- 3
- Untere Ladezustandsgrenze (SOC_min)
- 4
- Entnehmbare Energiemenge
- 5
- Installierter Energieinhalt
- 6
- Energiereserve (BMS-Genauigkeit)
- 7
- Entnehmbare Energiemenge, die durch Alterungseffekte verloren geht
- 8
- Kennfeld
- 10
- Vorrichtung
- 11
- Batterie-Managementsystem, BMS,
- 12
- Fahrzeug-Lademanagementsystem
- 13
- Anzeigeeinrichtung
- 20
- Fahrzeug, z. B. Nutzfahrzeug
- DoD
- Entladungstiefe
- SoH
- Alterungszustand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 6103408 [0003]
- DE 19750309 A [0003]
- DE 3712629 C2 [0003]
- DE 10049495 A [0003]
