DE102022109980A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Grenzwertes für den Ladezustand eines Energiespeichers - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung eines Grenzwertes für den Ladezustand eines Energiespeichers Download PDF

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Grenzwertes für den Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs beschrieben. Die Vorrichtung ist eingerichtet, Fokusdaten in Bezug auf ein oder mehrere Nutzungsfokusse für den Betrieb des Energiespeichers und/oder des Fahrzeugs zu ermitteln. Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, zumindest einen Grenzwert für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers auf Basis der Fokusdaten zu ermitteln.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Ermittlung eines Limits bzw. eines Grenzwertes für den Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs.
  • Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug weist einen elektrischen Energiespeicher auf, der eingerichtet ist, elektrische Energie für den Betrieb eines elektrischen Antriebsmotors des Fahrzeugs zu speichern. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, einen Nutzer des Fahrzeugs in effizienter und präziser Weise bei einer optimierten Nutzung des elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs zu unterstützen.
  • Die Aufgabe wird durch jeden der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
  • Gemäß einem Aspekt wird eine Vorrichtung zur Ermittlung zumindest eines Grenzwertes für den Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise - sprich teilweise oder vollständig - elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (z.B. eines reinen Elektrofahrzeugs und/oder eines Hybridfahrzeugs) beschrieben. Der zumindest eine Grenzwert (z.B. der obere Grenzwert) kann sich auf einen maximal zulässigen und/oder empfohlenen Ladezustand bei Beendigung eines Ladevorgangs des Energiespeichers beziehen (bzw. diesem entsprechen). Alternativ oder ergänzend kann sich der zumindest eine Grenzwert (z.B. der untere Grenzwert) auf den minimal zulässigen und/oder empfohlen Ladezustand zu Beginn eines Ladevorgangs des Energiespeichers beziehen (bzw. diesem entsprechen).
  • Die Vorrichtung ist eingerichtet, Fokusdaten in Bezug auf ein oder mehrere Nutzungsfokusse für den Betrieb des Energiespeichers und/oder des Fahrzeugs zu ermitteln. Ein Nutzungsfokus kann eine bevorzugte und/oder primäre Nutzung des Energiespeichers und/oder des Fahrzeugs anzeigen. Mit anderen Worten, ein Nutzungsfokus kann anzeigen, welches Ziel primär bei der Nutzung des Energiespeichers und/oder des Fahrzeugs (durch einen Nutzer) verfolgt wird. Ein Nutzungsfokus kann alternativ als Nutzungsziel (für die Nutzung des Energiespeichers und/oder des Fahrzeugs) bezeichnet werden. Beispielhafte Ziele und/oder Fokusse sind: Lebensdauermaximierung, Leistungsmaximierung, Effizienzmaximieren, Reichweitenmaximierung, etc. Ein Nutzungsfokus kann alternativ als Nutzungsziel bezeichnet werden.
  • Die Fokusdaten können auf Basis des historischen Nutzungsverhaltens eines Nutzers des Fahrzeugs ermittelt werden. Insbesondere kann ermittelt werden, welchen Fokus der Nutzer bei der bisherigen Nutzung des Energiespeichers und/oder des Fahrzeugs (ggf. implizit) gewählt hat. Alternativ oder ergänzend können die Fokusdaten auf Basis einer Nutzereingabe des Nutzers des Fahrzeugs an einer Benutzerschnittstelle (des Fahrzeugs) ermittelt werden. Es kann z.B. dem Nutzer ermöglicht werden, ein oder mehreren Nutzungsfokusse aus einer Liste von möglichen Nutzungfokussen auszuwählen. Ferner kann ggf. eine Gewichtung der einzelnen ausgewählten Nutzungsfokusse eingegeben werden (z.B. eine Gewichtung mit einem Wert zwischen einem Minimalgewicht und einem Maximalgewicht).
  • Beispielhafte Nutzungsfokusse sind: ein Lebensdauer-bezogener Nutzungsfokus, der darauf abzielt, die Lebensdauer des Energiespeichers zu erhöhen (insbesondere zu maximieren); ein Leistungs-bezogener Nutzungsfokus, der darauf abzielt, die Antriebsleistung des Fahrzeugs zu erhöhen (insbesondere zu maximieren); ein Effizienz-bezogener Nutzungsfokus, der darauf abzielt, einen Energie-effizienten Betrieb des Fahrzeugs zu ermöglichen (z.B. die Energieeffizienz zu maximieren); ein Nutzungsfokus für einen Parkvorgang, der auf eine Konditionierung des Ladezustands des Energiespeichers für einen (relativ langen) Parkvorgang des Fahrzeugs abzielt; und/oder ein Reichweite-bezogener Nutzungsfokus, der darauf abzielt, die Fahrreichweite des Fahrzeugs zu erhöhen (insbesondere zu maximieren).
  • Die Vorrichtung ist ferner eingerichtet, zumindest einen (Gesamt-) Grenzwert, insbesondere einen oberen Grenzwert und/oder einen unteren Grenzwert, für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers auf Basis der Fokusdaten zu ermitteln. Die ein oder mehreren Grenzwerte können dabei für einen Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers verwendet werden. Insbesondere kann der untere Grenzwert als Indikator dafür verwendet werden, dass der Energiespeicher geladen werden sollte oder muss. Andererseits kann der obere Grenzwert dazu verwendet werden, einen Ladevorgang des Energiespeichers zu beenden.
  • Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, zu bewirken, dass die ein oder mehreren ermittelten (Gesamt-) Grenzwerte für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers über eine Benutzerschnittstelle (des Fahrzeugs) an den Nutzer des Fahrzeugs ausgegeben werden. So kann der Nutzer veranlasst werden, bei Erreichen des unteren Grenzwertes einen Ladevorgang durchzuführen und/oder einen Ladevorgang bei Erreichen des oberen Grenzwertes zu beenden.
  • Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung eingerichtet sein, einen Ladevorgang zum Laden des Energiespeichers in Abhängigkeit von dem ermittelten Grenzwert für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers zu steuern. Insbesondere kann ggf. bewirkt werden, dass ein Ladevorgang des Energiespeichers automatisch beendet wird, wenn der obere Grenzwert des Ladezustands des Energiespeichers erreicht wird. Alternativ oder ergänzend kann ein Hinweis zur Durchführung eines Ladevorgangs ausgegeben werden, wenn der untere Grenzwert des Ladezustands des Energiespeichers erreicht wird.
  • Die Vorrichtung ermöglicht es somit, Nutzer- und/oder Nutzungs-individuelle Grenzwerte des Ladezustands des Energiespeichers zu ermitteln, bereitzustellen und/oder zu verwenden. So kann in effizienter und präziser Weise die Nutzung des Energiespeichers für einen Nutzer optimiert werden.
  • Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, Fokusdaten in Bezug auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Nutzungsfokussen zu ermitteln. Für jeden der Vielzahl von Nutzungsfokussen kann jeweils zumindest ein Individual-Grenzwert, insbesondere ein oberer Individual-Grenzwert und/oder ein unterer Individual-Grenzwert, für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers ermittelt werden. Der zumindest eine (Gesamt-) Grenzwert für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers kann dann in besonders präziser Weise auf Basis der Vielzahl von Individual-Grenzwerten für die entsprechende Vielzahl von Nutzungsfokussen ermittelt werden. Insbesondere kann der untere Grenzwert auf Basis der Vielzahl von unteren Individual-Grenzwerten (z.B. als gewichteter Mittelwert der unteren Individual-Grenzwerte) ermittelt werden. Der obere Grenzwert kann auf Basis der Vielzahl von oberen Individual-Grenzwerten (z.B. als gewichteter Mittelwert der oberen Individual-Grenzwerte) ermittelt werden.
  • Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, Fokusdaten zu ermitteln, die für jeden der Vielzahl von unterschiedlichen Nutzungsfokussen jeweils eine Gewichtung des jeweiligen Nutzungsfokus anzeigen (wobei die Gewichtungen eine relative Gewichtung der unterschiedlichen Nutzungsfokusse zueinander ermöglichen). Die Gewichtungen können auf Basis eines eingestellten Fahrmodus des Fahrzeugs (z.B. Sportmodus, Ecomodus, Komfortmodus, etc.) und/oder auf Basis einer Nutzereingabe ermittelt werden.
  • Der zumindest eine (Gesamt-) Grenzwert für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers kann dann in besonders präziser Weise auf Basis der Vielzahl von Gewichtungen für die entsprechende Vielzahl von Nutzungsfokussen ermittelt werden. Insbesondere können die Individual-Grenzwerte mit den entsprechenden Gewichtungen gewichtet werden, um (als gewichteten Mittelwert) den entsprechenden (Gesamt-) Grenzwert zu ermitteln.
  • Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, für zumindest einen ersten Nutzungsfokus mehrere unterschiedliche Individual-Grenzwerte für entsprechende unterschiedliche Gewichtungen des ersten Nutzungsfokus zu ermitteln. Beispielsweise können unterschiedliche (untere oder obere) Individual-Grenzwerte für eine niedrige, mittlere und/oder hohe Gewichtung ermittelt werden.
  • Der zumindest eine (Gesamt-) Grenzwert für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers kann dann in besonders präziser Weise auf Basis des Individual-Grenzwertes für den ersten Nutzungsfokus ermittelt werden, der der durch die Fokusdaten angezeigten Gewichtung des ersten Nutzungsfokus entspricht.
  • Es kann somit für die einzelnen Nutzungsfokusse jeweils ein (unterer oder oberer) Individual-Grenzwert für die Gewichtung des jeweiligen Nutzungsfokus ermittelt werden. Diese Individual-Grenzwerte können dann zusammengefasst (z.B. gemittelt) werden, um in effizienter und präziser Weise den entsprechenden (Gesamt-) Grenzwert zu ermitteln.
  • Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, Nutzungsdaten in Bezug auf die bisherige (zurückliegende) Nutzung des Energiespeichers und/oder des Fahrzeugs zu ermitteln. Die Nutzungsdaten können z.B. anzeigen: ein oder mehrere Betriebstemperaturen, bei denen der Energiespeicher (bisher) genutzt wurde; eine (ggf. mittlere) Ladeleistung zum Laden des Energiespeichers, die bei ein oder mehreren zurückliegenden Ladevorgängen verwendet wurde; eine (ggf. mittlere) Entladeleistung, die bei ein oder mehreren zurückliegenden Fahrten des Fahrzeugs vorlag; ein (ggf. mittlerer) elektrischer Energieverbrauch, der bei ein oder mehreren zurückliegenden Fahrten des Fahrzeugs vorlag; eine (ggf. mittlere) Fahrstrecke von ein oder mehreren zurückliegenden Fahrten des Fahrzeugs; und/oder Ladezustände des Energiespeichers im Anschluss an ein oder mehrere zurückliegende Ladevorgänge und/oder zu Beginn von ein oder mehreren zurückliegenden Ladevorgängen. Die Nutzungsdaten können somit anzeigen, wie der Energiespeicher bisher von dem Nutzer des Fahrzeugs genutzt wurde, insbesondere in Bezug auf die Entnahme von elektrischer Energie aus dem Energiespeicher.
  • Der zumindest eine Grenzwert und/oder die ein oder mehreren Individual-Grenzwerte für ein oder mehrere unterschiedliche Nutzungsfokusse können dann in besonders präziser Weise auf Basis der Nutzungsdaten ermitteln werden.
  • Insbesondere können ein oder mehrere (Individual-) Grenzwerte ermittelt werden, die bei der durch die Nutzungsdaten angezeigten typischen Nutzung des Energiespeichers eine möglichst schonende Nutzung des Energiespeichers ermöglichen (um die Lebensdauer des Energiespeichers zu erhöhen).
  • Alternativ oder ergänzend kann die Vorrichtung eingerichtet sein, Zustandsdaten in Bezug auf den (aktuellen) Zustand des Energiespeichers zu ermitteln. Die Zustandsdaten können z.B. anzeigen: den (aktuellen) Alterungszustand des Energiespeichers; eine Selbstentladungsrate des Energiespeichers; eine (aktuelle) Abweichung zwischen der in dem Energiespeicher gespeicherten elektrischen Ladungsmenge relativ zu der maximal möglichen Ladungsmenge (d.h. dem SOC) und der in dem Energiespeicher gespeicherten elektrischen Energiemenge relativ zu der maximal möglichen Energiemenge (d.h. dem SOE); und/oder die aktuelle Betriebstemperatur des Energiespeichers.
  • Die Zustandsdaten (insbesondere der Alterungszustand) kann z.B. anzeigen, welcher Anteil der ursprünglich verfügbaren Speicherkapazität des Energiespeichers noch oder nicht mehr verfügbar ist. Mit anderen Worten, es kann die (aktuell) nutzbare Kapazität des Energiespeichers relativ zu der ursprünglich verfügbaren Kapazität des Energiespeichers angezeigt werden. Alternativ oder ergänzend können die Zustandsdaten (insbesondere der Alterungszustand) die bereits erfolgte Energiereduktion (im Vergleich zu der ursprünglich speicherbaren Energiemenge) und/oder die Erhöhung des Innenwiderstands des Energiespeichers (im Vergleich zu dem ursprünglichen Innenwiderstand des Energiespeichers) anzeigen. Alternativ oder ergänzend können die Zustandsdaten (insbesondere der Alterungszustand) die OCV (open circuit voltage) des Energiespeichers (z.B. als Funktion der Betriebszeit und/oder als Funktion der Alterung des Energiespeichers) anzeigen.
  • Des zumindest eine Grenzwert und/oder die ein oder mehreren Individual-Grenzwerte für ein oder mehrere unterschiedliche Nutzungsfokusse können dann in besonders präziser Weise auf Basis der Zustandsdaten ermittelt werden (z.B. um eine besonders schonende Nutzung des Energiespeichers zu ermöglichen).
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Vorrichtung umfasst.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Grenzwertes für den Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (z.B. eines battery electric vehicle, BEV, oder eines plug-in hybrid electric vehicle, PHEV). Dabei kann ein Grenzwert für einen Ladevorgang des Energiespeichers ermittelt werden. Insbesondere kann ein unterer Grenzwert ermittelt werden, der zu Beginn eines Ladevorgangs vorliegen sollte und/oder nicht unterschritten werden sollte. Alternativ oder ergänzend kann ein oberer Grenzwert ermittelt werden, der bei Beendigung eines Ladevorgangs vorliegen sollte und/oder nicht überschritten werden sollte.
  • Das Verfahren umfasst das Ermitteln von Fokusdaten in Bezug auf ein oder mehrere Nutzungsfokusse für den Betrieb des Energiespeichers und/oder des Fahrzeugs. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Ermitteln zumindest eines Grenzwertes, insbesondere des oberen Grenzwertes und/oder des unteren Grenzwertes, für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers auf Basis der Fokusdaten.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Ferner sind in Klammern aufgeführte Merkmale als optionale Merkmale zu verstehen.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
    • 1 ein beispielhaftes Fahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher;
    • 2a beispielhafte Grenzwerte des Ladezustands des Energiespeichers für unterschiedliche Nutzungsfokusse bzw. Nutzungsziele;
    • 2b eine beispielhafte Ermittlungseinheit zur Ermittlung eines Grenzwertes des Ladezustands; und
    • 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung eines Grenzwertes des Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs.
  • Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der optimierten Nutzung eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs. In diesem Zusammenhang zeigt 1 ein beispielhaftes Fahrzeug 100 mit einem elektrischen Energiespeicher 103, insbesondere mit einem elektrochemischen Energiespeicher, etwa einer Lithium-Ionen-basierten Batterie. Das Fahrzeug 100 umfasst eine Benutzerschnittstelle 104 für einen Nutzer des Fahrzeugs 100. Die Benutzerschnittstelle 104 kann ein oder mehrere Ausgabeeinheiten (etwa einen Lautsprecher und/oder einen Bildschirm) für eine Ausgabe an den Nutzer umfassen. Ferner kann die Benutzerschnittstelle 104 ein oder mehrere Bedienelemente (etwa ein oder mehrere Tasten oder Drehregler und/oder einen berührungsempfindlichen Bildschirm) für eine Nutzereingabe des Nutzers umfassen.
  • Das Fahrzeug 100 kann ferner eine (Steuer- und/oder Auswerte-) Vorrichtung 101 umfassen, die eingerichtet ist, eine Ausgabe über die Benutzerschnittstelle 104 zu bewirken. Die Ausgabe kann sich auf den Ladezustand des Energiespeichers 103 beziehen. Die Ausgabe kann sich insbesondere auf ein oder mehrere Grenzwerte für den Ladezustand, etwa auf einen oberen Grenzwert und/oder auf einen unteren Grenzwert des Ladezustands, beziehen. Der obere Grenzwert kann z.B. anzeigen, bis zu welchem (maximalen) Ladezustand der Energiespeicher 103 im Rahmen eines Ladevorgangs aufgeladen werden sollte oder aufgeladen wird. Der untere Grenzwert kann z.B. anzeigen, bis zu welchem (minimalen) Ladezustand der Energiespeicher 103 im Rahmen des Betriebs des Fahrzeugs 100 (höchstens) entladen werden sollte.
  • Das Fahrzeug 100 kann ein oder mehrere Sensoren 102 umfassen, die eingerichtet sind, Sensordaten in Bezug auf den Zustand und/oder in Bezug auf die bisherige Nutzung des Energiespeichers 103 zu erfassen. Die Sensordaten können z.B. anzeigen,
    • • Information in Bezug auf den Alterungszustand des Energiespeichers 103, insbesondere der einzelnen Speicherzellen des Energiespeichers 103; und/oder
    • • Information in Bezug auf die bisherige Nutzung des Energiespeichers 103, etwa die Anzahl von Ladezyklen, die Betriebstemperaturen des Energiespeichers 103, die minimalen Ladezustände, die maximalen Ladezustände, Ladeleistungen, Entladeleistungen, etc.
  • Die Vorrichtung 101 kann eingerichtet sein, eine Ausgabe in Bezug auf den Energiespeicher 103 in Abhängigkeit von den Sensordaten der ein oder mehreren Sensoren 102 zu ermitteln. Die Vorrichtung 101 kann insbesondere eingerichtet sein, ein oder mehrere Grenzwerte des Ladezustands des Energiespeichers 103 (insbesondere den unteren und/oder den oberen Grenzwert) in Abhängigkeit von den Sensordaten der ein oder mehreren Sensoren 102 zu ermitteln und ggf. über die Benutzerschnittstelle 104 auszugeben.
  • 2a zeigt beispielhafte Grenzwertdaten 200 in Bezug auf ein oder mehrere Grenzwerte des Ladezustands des Energiespeichers 103. Die Grenzwertdaten 200 können auf Basis der Sensordaten der ein oder mehrere Sensoren 102 ermittelt werden.
  • Die Vorrichtung 101 kann eingerichtet sein, für mehrere unterschiedliche Nutzungsfokusse bzw. Nutzungsziele 210 für die Nutzung des Energiespeichers 103 jeweils ein oder mehrere Individual-Grenzwerte 211, 212, 213, 217, 218, 219 zu ermitteln. Beispielhafte Nutzungsfokusse 210 sind
    • • ein Lebensdauer-bezogener Nutzungsfokus 210, der darauf abzielt, die Lebensdauer des Energiespeichers 103 zu erhöhen (erster Nutzungsfokus 210 von oben, in 2a);
    • • ein Leistungs-bezogener Nutzungsfokus 210, der darauf abzielt, die Antriebsleistung des Fahrzeugs 100 zu erhöhen (zweiter Nutzungsfokus 210 von oben, in 2a);
    • • ein Effizienz-bezogener Nutzungsfokus 210, der darauf abzielt, einen möglichst effizienten Betrieb des Fahrzeugs 100 zu ermöglichen (dritter Nutzungsfokus 210 von oben, in 2a);
    • • ein Nutzungsfokus 210 für einen Langzeit-Parkvorgang, der darauf abzielt, einen effizienten und zuverlässigen Parkvorgang über einen relativ langen Zeitraum (z.B. mehrere Wochen) zu ermöglichen (vierter Nutzungsfokus 210 von oben, in 2a); und/oder
    • • ein Reichweite-bezogener Nutzungsfokus 210, der darauf abzielt, eine möglichst hohe Fahrreichweite des Fahrzeugs 100 zu ermöglichen (fünfter Nutzungsfokus 210 von oben, in 2a).
  • Die Vorrichtung 101 kann eingerichtet sein, für einen Nutzungsfokus 210 jeweils zumindest einen unteren Grenzwert 211, 212, 213 und/oder zumindest einen oberen Grenzwert 217, 218, 219 für den Ladezustand des Energiespeichers 103 zu ermitteln. Dabei können ggf. Grenzwerte für unterschiedliche Gewichtungen des jeweiligen Nutzungsfokus 210 ermittelt werden. Beispielsweise können Grenzwerte ermittelt werden,
    • • für eine niedrige Gewichtung des jeweiligen Fokus 210 (z.B. unterer Grenzwert 211 und/oder oberer Grenzwert 217);
    • • für eine mittlere Gewichtung des jeweiligen Fokus 210 (z.B. unterer Grenzwert 212 und/oder oberer Grenzwert 218); und/oder
    • • für eine hohe Gewichtung des jeweiligen Fokus 210 (z.B. unterer Grenzwert 213 und/oder oberer Grenzwert 219).
  • In dem Beispiel aus 2a werden Grenzwerte für unterschiedliche Gewichtungen für die Nutzungsfokusse 210 „Lebensdauer“, „Leistung“ und „Effizienz“ ermittelt. Für den Nutzungsfokus 210 „Parken“ wird nur ein oberer Grenzwert 219 ermittelt. Ferner werden für den Nutzungsfokus 210 „Reichweite“ nur Grenzwerte 212, 218 für eine (mittlere) Gewichtung ermittelt.
  • Die Individual-Grenzwerte 211, 212, 213, 217, 218, 219 sind typischerweise für unterschiedliche Nutzungsfokusse 210 unterschiedlich. Beispielsweise sollte der obere Individual-Grenzwert 217, 218, 219 für den Effizienz-bezogenen Nutzungsfokus 210 nicht zu hoch sein, um während des Fahrbetriebs die Speicherung von elektrischer Energie bei Rekuperation des Fahrzeugs 100 zu ermöglichen. Ferner sollte der untere Individual-Grenzwert 211, 212, 213 für den Effizienz-bezogenen Nutzungsfokus 210 nicht zu niedrig sein, um einen überhöhten Innenwiderstand des Energiespeichers 103 zu vermeiden.
  • Die Vorrichtung 101 kann eingerichtet sein, auf Basis der Individual-Grenzwerte 211, 212, 213, 217, 218, 219 für ein oder mehrere unterschiedliche Nutzungsfokusse 210 ein oder mehrere Gesamt-Grenzwerte 201, 202, insbesondere einen unteren Gesamt-Grenzwert 201 und/oder einen oberen Gesamt-Grenzwert 202, für den Ladezustand des Energiespeichers 103 zu ermitteln. Zu diesem Zweck kann z.B. ein (gewichteter) Mittelwert der entsprechenden (unteren bzw. oberen) Individual-Grenzwerte 211, 212, 213, 217, 218, 219 für mehrere Nutzungsfokusse 210 ermittelt werden.
  • Die Vorrichtung 101 kann ferner eingerichtet sein, eine Ausgabe 205 mit den ein oder mehreren Gesamt-Grenzwerten 201, 202 über die Benutzerschnittstelle 104 zu bewirken. Der Nutzer kann dadurch veranlasst werden, den Energiespeicher 103 gemäß der ein oder mehreren Gesamt-Grenzwerte 201, 202 zu nutzen. Ggf. kann automatisch bewirkt werden, dass der Energiespeicher 103 bei einem Ladevorgang nur bis zu dem oberen Gesamt-Grenzwert 202 geladen wird. Alternativ oder ergänzend kann ggf. während des Betriebs des Fahrzeugs 100 über die Benutzerschnittstelle 104 ein Hinweis ausgegeben werden, wenn erkannt wird, dass sich der Ladezustand dem unteren Gesamt-Grenzwert 202 nähert.
  • Es kann dem Nutzer ermöglicht werden, über die Benutzerschnittstelle 104 Fokusdaten in Bezug auf ein oder mehrere Nutzungsfokusse 210 für die Nutzung des Energiespeichers 103 einzugeben. Beispielsweise kann eine Liste von möglichen Nutzungsfokussen 210 ausgegeben werden. Ferner kann es dem Nutzer ermöglicht werden, Gewichtungen der unterschiedlichen Nutzungsfokusse 210 festzulegen. Basierend darauf können dann die ein oder mehreren Gesamt-Grenzwerte 201, 202 aus den entsprechenden Individual-Grenzwerten 211, 212, 213, 217, 218, 219 ermittelt werden.
  • 2b zeigt eine beispielhafte Ermittlungseinheit 250 zur Ermittlung von Grenzwertdaten 255 in Bezug auf ein oder mehrere Grenzwerte 201, 202 für den Ladezustand des Energiespeichers 103. Die Ermittlungseinheit 250 kann ein oder mehrere mathematische und/oder analytische Zusammenhänge nutzen, um die Grenzwertdaten 255 zu ermitteln. Alternativ oder ergänzend kann die Ermittlungseinheit 250 zumindest teilweise maschinell angelernt sein.
  • Die Ermittlungseinheit 250 ist eingerichtet, Sensordaten 251 der ein oder mehreren Sensoren 102 aufzunehmen, die z.B. den Zustand und/oder die bisherige Belastung des Energiespeichers 103 anzeigen. Ferner kann die Ermittlungseinheit 250 eingerichtet sein, Fokusdaten 252 in Bezug auf ein oder mehrere Nutzungsfokusse 210 für die Nutzung des Energiespeichers 103 aufzunehmen. Des Weiteren kann die Ermittlungseinheit 250 eingerichtet sein, Nutzungsdaten 253 aufzunehmen, die die bisherige Nutzung (z.B. den bisherigen Nutzungsfokus 210) des Energiespeichers 103 anzeigen. Basierend auf den Sensordaten 251, den Fokusdaten 252 und/oder den Nutzungsdaten 253 können dann die Grenzwertdaten 255 ermittelt werden.
  • Es können somit dynamische SOC (State of Charge)-Grenzen 201, 202 ermittelt werden, etwa für einen optimalen Betriebsbereich zur Lebensdauerschonung des Energiespeichers 103. Diese Grenzwerte 201, 202 können das Nutzerverhalten, das Nutzerinteresse und/oder Fahrvorhaben des Nutzers berücksichtigen. Die Grenzwerte 201, 202 können sich entlang der Lebensdauer des Energiespeichers 103 verändern. Dabei kann insbesondere ein oberer Grenzwert 202 als Vorschlag für das Ladeziel bei einem Ladevorgang ermittelt werden. Alternativ oder ergänzend kann ein unterer Grenzwert 201 als Vorschlag für das Nachladen des Energiespeichers 103 ermittelt werden.
  • Bei der Ermittlung der Grenzwerte 201, 202 können interne SOC-Zielwerte (d.h. Individual-Grenzwerte) 211, 212, 213, 217, 218, 219 ermittelt werden, die sich über die Lebensdauer des Energiespeichers 103 verändern können. Die Individual-Grenzwerte können ermittelt werden, in Abhängigkeit von
    • • dem Zelltyp, dem Zellformat, der Zellchemie und/oder der Konfiguration der einzelnen Speicherzellen des Energiespeicher 103;
    • • dem Alterungszustand (z.B. dem sogenannten state of health, SOH) der ein oder mehreren Speicherzellen und/oder des Energiespeicher 103;
    • • der aktuellen und einer typischen Betriebstemperatur der einzelnen Speicherzellen des Energiespeichers 103;
    • • Daten in Bezug auf den Betrieb und/oder die Nutzung von Energiespeichern 103 des gleichen Typs in einer Flotte von Fahrzeugen 100;
    • • das Nutzerverhalten des Nutzers des Fahrzeugs 100;
    • • die Historie der Nutzung des Energiespeichers 103;
    • • die Bedatung eines Speichermanagementsystems des Energiespeichers 103;
    • • ein zulässiger Betriebsbereich für den Ladezustand (SOC) des Energiespeichers 103 (der von der Alterung des Energiespeichers 103 abhängen kann);
    • • eine Ausprägung der Hysterese des Energiespeichers 103 (die ggf. alterungsabhängig ist);
    • • eine Selbstentladungsrate der Speicherzellen des Energiespeichers 103 (wobei die Selbstentladungsrate einer Speicherzelle z.B. die Ladungsmenge anzeigen kann, die aufgrund von Selbstentladung pro Zeiteinheit aus der Speicherzelle entweicht);
    • • ein Alterungsverhalten des Energiespeichers 103 (z.B. kalendarisch und/oder je Ladezyklus); und/oder
    • • eine Verschiebung zwischen dem SOC (state of charge), d.h. der gespeicherten Ladungsmenge, und dem SOE (state of energy), d.h. der gespeicherten Energiemenge, des Energiespeichers 103.
  • Je nach Fokus 210 bei der Nutzung des Energiespeichers 103 kann eine unterschiedliche Kombination verschiedener interner SOC Zielwerte 211, 212, 213, 217, 218, 219 (für verschiedene Fokusse 210) berücksichtigt werden, um die SOC Anzeigewerte 201, 202 zu ermitteln. Es kann somit ein optimierter Betriebsbereich für die Alltagsnutzung des Energiespeichers 103 ermittelt und angezeigt werden. Dabei können ggf. ein oder mehrere SOE-Werte angezeigt werden.
  • Auf Basis einer Nutzereingabe und/oder auf Basis des tatsächlichen Nutzungsverhaltens können ein oder mehrere Nutzungsfokusse 210, ggf. mit jeweiligen Gewichtungen, ermittelt werden. Des Weiteren kann ermittelt werden, welcher Fahrmodus aus einer Menge von Fahrmodi (z.B. Sportmodus, Ecomodus, Komfortmodus, etc.) genutzt wird. Ferner kann Information in Bezug auf ein konkretes Nutzungsvorhaben (z.B. relativ langer Parkvorgang, relativ lange Fahrstrecke, etc.) ermittelt werden. Des Weiteren kann ggf. ermittelt werden, ob ein Schnellladevorgang durchgeführt werden soll (der dann auf eine möglichst kurze Ladedauer optimiert ist).
  • Basierend auf der o.g. Information kann ein Vorschlag 205 mit ein oder mehreren Grenzwerten 201, 202 ermittelt und ausgegeben werden. Der Nutzer kann dann den Energiespeicher 103 entsprechend dem Vorschlag 205 nutzen.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines (ggf. Computer-implementierten) Verfahrens 300 zur Ermittlung eines (Gesamt-) Grenzwertes 201, 202 für den Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers 103 eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen (Kraft-) Fahrzeugs 100.
  • Das Verfahren 300 umfasst das Ermitteln 301 von Fokusdaten 252 in Bezug auf ein oder mehrere Nutzungsfokusse 210 für den Betrieb des Energiespeichers 103 und/oder des Fahrzeugs 100. Die unterschiedlichen Fokusse 210 können z.B. auf die Lebensdauer, auf die Energieeffizienz, auf die Leistung und/oder auf die Reichweite gerichtet sein. Die ein oder mehreren Fokusse 210 können ggf. (zusammen mit Gewichtungen) von einem Nutzer über eine Benutzerschnittstelle 104 eingegeben worden sein.
  • Des Weiteren umfasst das Verfahren 300 das Ermitteln 302 zumindest eines Grenzwertes 201, 202, insbesondere eines oberen Grenzwertes 202 und/oder eines unteren Grenzwertes 201, für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 103 (am Ende oder zu Beginn eines Ladevorgangs) auf Basis der Fokusdaten 252. Die ermittelten ein oder mehreren Grenzwerte 201, 202 können dann von dem Nutzer oder automatisch für ein oder mehrere Ladevorgänge des elektrischen Energiespeichers 103 verwendet werden.
  • Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen können der Komfort und/oder die Güte der Nutzung eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 100 in effizienter und zuverlässiger Weise erhöht werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims (10)

  1. Vorrichtung (101) zur Ermittlung eines Grenzwertes (201, 202) für einen Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers (103) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (100); wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, - Fokusdaten (252) in Bezug auf ein oder mehrere Nutzungsfokusse (210) für einen Betrieb des Energiespeichers (103) und/oder des Fahrzeugs (100) zu ermitteln; und - zumindest einen Grenzwert (201, 202), insbesondere einen oberen Grenzwert (202) und/oder einen unteren Grenzwert (201), für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers (103) auf Basis der Fokusdaten (252) zu ermitteln.
  2. Vorrichtung (101) gemäß Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, - Fokusdaten (252) in Bezug auf eine Vielzahl von unterschiedlichen Nutzungsfokussen (210) zu ermitteln; - für jeden der Vielzahl von Nutzungsfokussen (210) jeweils zumindest einen Individual-Grenzwert (211, 212, 213, 217, 218, 219), insbesondere einen oberen Individual-Grenzwert (217, 218, 219) und/oder einen unteren Individual-Grenzwert (211, 212, 213), für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers (103) zu ermitteln; und - den Grenzwert (201, 202) für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers (103) auf Basis der Vielzahl von Individual-Grenzwerten (211, 212, 213, 217, 218, 219) für die entsprechende Vielzahl von Nutzungsfokussen (210) zu ermitteln.
  3. Vorrichtung (101) gemäß Anspruch 2, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, - Fokusdaten (252) zu ermitteln, die für jeden der Vielzahl von unterschiedlichen Nutzungsfokussen (210) jeweils eine Gewichtung des jeweiligen Nutzungsfokus (210) anzeigen; und - den Grenzwert (201, 202) für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers (103) auf Basis der Vielzahl von Gewichtungen für die entsprechende Vielzahl von Nutzungsfokussen (210) zu ermitteln.
  4. Vorrichtung (101) gemäß Anspruch 3, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, - für zumindest einen ersten Nutzungsfokus (210) mehrere unterschiedliche Individual-Grenzwerte (211, 212, 213, 217, 218, 219) für entsprechende unterschiedliche Gewichtungen des ersten Nutzungsfokus (210) zu ermitteln; und - den Grenzwert (201, 202) für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers (103) auf Basis des Individual-Grenzwertes (211, 212, 213, 217, 218, 219) für den ersten Nutzungsfokus (210) zu ermitteln, der der durch die Fokusdaten (252) angezeigten Gewichtung des ersten Nutzungsfokus (210) entspricht.
  5. Vorrichtung (101) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Vielzahl von unterschiedlichen Nutzungsfokussen (210) umfasst, - einen Lebensdauer-bezogenen Nutzungsfokus (210), der darauf abzielt, eine Lebensdauer des Energiespeichers (103) zu erhöhen; - einen Leistungs-bezogenen Nutzungsfokus (210), der darauf abzielt, eine Antriebsleistung des Fahrzeugs (100) zu erhöhen; - einen Effizienz-bezogenen Nutzungsfokus (210), der darauf abzielt, einen Energie-effizienten Betrieb des Fahrzeugs (100) zu ermöglichen; - einen Nutzungsfokus (210) für einen Parkvorgang, der auf eine Konditionierung des Ladezustands des Energiespeichers (103) für einen Parkvorgang des Fahrzeugs (100) abzielt; und/oder - einen Reichweite-bezogenen Nutzungsfokus (210), der darauf abzielt, eine Fahrreichweite des Fahrzeugs (100) zu erhöhen.
  6. Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, - die Fokusdaten (152) auf Basis eines historischen Nutzungsverhaltens eines Nutzers des Fahrzeugs (100) zu ermitteln; und/oder - die Fokusdaten (152) auf Basis einer Nutzereingabe eines Nutzers des Fahrzeugs (100) an einer Benutzerschnittstelle (104) zu ermitteln.
  7. Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, - Nutzungsdaten (253) in Bezug auf eine bisherige Nutzung des Energiespeichers (103) und/oder des Fahrzeugs (100) zu ermitteln; wobei die Nutzungsdaten (253) insbesondere anzeigen, - ein oder mehrere Betriebstemperaturen, bei denen der Energiespeicher (103) genutzt wurde; - eine Ladeleistung zum Laden des Energiespeichers (103), die bei ein oder mehreren zurückliegenden Ladevorgängen verwendet wurde; - eine Entladeleistung, die bei ein oder mehreren zurückliegenden Fahrten des Fahrzeugs (100) vorlag; - ein elektrischer Energieverbrauch, der bei ein oder mehreren zurückliegenden Fahrten des Fahrzeugs (100) vorlag; - eine Fahrstrecke von ein oder mehreren zurückliegenden Fahrten des Fahrzeugs (100); und/oder - Ladezustände des Energiespeichers (103) im Anschluss an ein oder mehrere zurückliegende Ladevorgänge und/oder zu Beginn von ein oder mehreren zurückliegenden Ladevorgängen; und - den Grenzwert (201, 202) und/oder ein oder mehrere Individual-Grenzwerte (211, 212, 213, 217, 218, 219) für ein oder mehreren Nutzungsfokusse (210) auf Basis der Nutzungsdaten (253) zu ermitteln.
  8. Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, - Zustandsdaten in Bezug auf einen Zustand des Energiespeichers (103) zu ermitteln; wobei die Zustandsdaten insbesondere anzeigen, - einen Alterungszustand des Energiespeichers (103); - eine Selbstentladungsrate des Energiespeichers (103); - eine Abweichung zwischen einer in dem Energiespeicher (103) gespeicherten elektrischen Ladungsmenge relativ zu einer maximal möglichen Ladungsmenge und einer in dem Energiespeicher (103) gespeicherten elektrischen Energiemenge relativ zu einer maximal möglichen Energiemenge; und/oder - eine aktuelle Betriebstemperatur des Energiespeichers (103); und - den Grenzwert (201, 202) und/oder ein oder mehrere Individual-Grenzwerte (211, 212, 213, 217, 218, 219) für ein oder mehreren Nutzungsfokusse (210) auf Basis der Zustandsdaten zu ermitteln.
  9. Vorrichtung (101) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (101) eingerichtet ist, - zu bewirken, dass der ermittelte Grenzwert (201, 202) für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers (103) über eine Benutzerschnittstelle (104) an einen Nutzer des Fahrzeugs (100) ausgegeben wird; und/oder - einen Ladevorgang zum Laden des Energiespeichers (103) in Abhängigkeit von dem ermittelten Grenzwert (201, 202) für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers (103) zu steuern.
  10. Verfahren (300) zur Ermittlung eines Grenzwertes (201, 202) für einen Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers (103) eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (100); wobei das Verfahren (300) umfasst, - Ermitteln (301) von Fokusdaten (252) in Bezug auf ein oder mehrere Nutzungsfokusse (210) für einen Betrieb des Energiespeichers (103) und/oder des Fahrzeugs (100); und - Ermitteln (302) zumindest eines Grenzwertes (201, 202), insbesondere eines oberen Grenzwertes (202) und/oder eines unteren Grenzwertes (201), für den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers (103) auf Basis der Fokusdaten (252).
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