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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Batteriezelle für ein Kraftfahrzeug, und eine Datenverarbeitungsvorrichtung, die ausgestaltet ist, um das Verfahren zumindest teilweise auszuführen. Ferner wird eine Batteriesteuerungseinheit und ein Kraftfahrzeug mit der Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt. Zusätzlich oder alternativ wird ein Computerprogramm bereitgestellt, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren zumindest teilweise auszuführen. Zusätzlich oder alternativ wird ein computerlesbares Medium bereitgestellt, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung der Befehle durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren zumindest teilweise auszuführen.
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Ein durch eine Batteriezelle maximal abrufbarer Strom beziehungsweise eine Stromgrenze ist durch eine Temperatur der Batteriezelle beschränkt. Ein Zusammenhang zwischen der Temperatur und dem maximal abrufbaren Strom ist typischerweise durch Tabellen und/oder Graphen, sogenannten Stromkennfeldern, gegeben. In den Randbereichen der Stromtabellen, also bei geringer oder hoher Temperatur, besteht eine starke Abhängigkeit der Stromgrenzen von der Temperatur. In den Randbereichen liegt somit eine temperaturabhängige Degradation des Stroms und der Leistung der Batteriezelle vor.
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Insbesondere bei einer nicht-ausreichenden Kühlung kann es zu einer schnellen Erwärmung der Batteriezelle beziehungsweise eines Hochvoltspeichers (HVS) kommen. Dies kann zu einer abrupten Degradation des abrufbaren Stroms und damit einer abrufbaren Leistung führen. Selbst eine Degradation bis auf 0 kW Antriebsleistung kann nicht ausgeschlossen werden, was hochgradig unerwünscht ist.
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Daher ist es bekannt, Stromkennfelder mit temperaturabhängigen Stromgrenzen in einem Speicher eines Batteriesteuergeräts zu hinterlegen. Daher muss für jeden Typ von Batteriezellen ein neuer Fahrzeugtest durchgeführt werden, um Stromkennfelder aufzuzeichnen. Der Applikations- und Absicherungsaufwand zum Erstellen der Stromkennfelder ist entsprechend hoch.
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EP2780972A1 offenbart eine Batterie umfassend mindestens eine Batteriezelle mit einem Gehäuse, in dem eine Elektrodenanordnung angeordnet ist, einem ersten Temperatursensor, der außerhalb des Batteriezellgehäuses angeordnet ist, und einem zweiten Temperatursensor, der im Inneren des Batteriezellgehäuses angeordnet ist.
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Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, ein Verfahren anzugeben, welches geeignet ist, den Stand der Technik zu bereichern. Eine konkrete Ausgestaltung der Offenbarung kann die Aufgabe lösen, ein zuverlässigeres Betreiben einer Batteriezelle zu ermöglichen, eine abrupte Leistungsdegradation zu vermeiden und gleichzeitig einen Absicherungsaufwand zu verringern.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die nebengeordneten Ansprüche und Unteransprüche haben optionale Weiterbildungen der Offenbarung zum Inhalt.
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Danach wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Batteriezelle für ein Kraftfahrzeug gelöst. Dabei weist das Verfahren die Schritte auf: Erfassen einer Ist-Temperatur der Batteriezelle und eines eine Leistungsanforderung an die Batteriezelle betreffenden Ist-Stroms; Berechnen eines Dauerstroms unter Berücksichtigung der Temperaturprognose; Prognostizieren einer Degradation einer Leistungsgrenze unter Berücksichtigung der Temperaturprogose und des Dauerstroms; und Ausgeben eines Steuerbefehls zum Betreiben der Batteriezelle unter Berücksichtigung der Leistungsgrenze.
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Die ist-Temperatur und der Ist-Strom charakterisieren dabei einen gegenwärtigen Zustand der Batteriezelle. Ausgehend von der Ist-Temperatur kann sich durch einen Abgriff oder ein Einspeisen des Ist-Strom eine von der Ist-Temperatur verschiedene Temperatur ergeben.
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Die Ist-Temperatur und der Ist-Strom werden für eine Berechnung der Zellkerntemperatur verwendet, also der Temperatur im Inneren der Batteriezelle. In dem Zellkern laufen chemische Reaktionen ab, die temperaturabhängig sind und so entsprechend der Zellkerntemperatur einen Einfluss auf Innenwiderstände und Zeitkonstanten des dynamischen Batteriezellverhaltens unter Last aufweisen. Aufgrund von lastbedingter Wärmeproduktion kann sich die Temperatur im Zellkern ändern. Das Thermomodell der Batteriezelle ist ein mathematisches Modell, was durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung anhand der Ist-Temperatur und des Ist-Strom Aufschluss über die Zellkerntemperatur gibt.
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Dabei erlaubt das Thermomodell eine Temperaturprognose für die Zellkerntemperatur, also eine Berechnung einer sich bei einem Strom einstellenden Zellkerntemperatur. Dadurch kann der Dauerstrom berechnet werden. Der Dauerstrom ist ein Strom, der bei einer bestimmten Temperatur aufrechterhalten werden kann. Der Dauerstrom muss nicht in Abhängigkeit von der Temperatur vorgegeben werden, sondern kann errechnet werden. Damit kann der Absicherungsaufwand verringert werden. Anhand des Dauerstroms kann der Steuerbefehl ermittelt werden. Der Steuerbefehl wird beispielsweise von einem Batteriesteuergerät an die Batteriezellen ausgegeben, um die Batteriezelle dementsprechend zu steuern.
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Zum Ausgeben des Steuerbefehls erfolgt ein Prognostizieren einer von dem Dauerstrom und der Temperaturprognose abhängigen Leistungsgrenze. Damit ist es möglich, dass die Leistungsdegradation nicht mehr in einem Speicher hinterlegt sein muss, sondern sich spezifisch für die Batteriezelle berechnen lässt.
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Mit anderen Worten ermöglicht die Offenbarung, dass mit dem Thermomodell des Hochvoltspeichers beziehungsweise der Batteriezelle die Temperaturentwicklung in der Batteriezelle prognostiziert wird. Basierend auf dieser Prognose kann der Strom und somit die Leistung frühzeitig und kundenwerter in Abhängigkeit der Zellkerntemperatur degradiert werden. Ein abrupter Leistungsabfall kann somit vermieden werden.
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Das Thermomodell kann eine analytisch lösbare Differentialgleichung umfassen. Damit ist eine detailliert modellierbare und gleichzeitig effektiv durchführbare Temperaturprognose zur Ermittlung der Zellkerntemperatur möglich. Die Differentialgleichung kann eine Mehrzahl von Parametern zur Modellierung der Batteriezelle aufweisen. Eine Lösung der Differentialgleichung kann eine Summe von Exponentialfunktionen und/oder Polynomen umfassen und ist effektiv durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung auswertbar. Damit kann die Lösung in einer Datenverarbeitungsvorrichtung gespeichert sein und die Prognose kann sich aus der Eingabe beziehungsweise der Definition von den Parametern ergeben. Die konkrete Berechnung der Zellkerntemperatur kann somit auf der Datenverarbeitungsvorrichtung, beispielsweise eines Batteriesteuergeräts, in Echtzeit durchgeführt werden.
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Das Thermomodell kann mehrere die Batteriezelle modellierende Knoten und für jeden der Knoten eine Energiebilanz aufweisen. Die Knoten können dabei Temperaturmesswerte durch Temperatursensoren der Batteriezelle, Temperaturen, insbesondere eine Maximal- und eine Minimaltemperatur, des Zellkerns, und eine Kühlmitteltemperatur umfassen. Damit kann das Thermomodell eine detaillierte Energiebilanz für die Knoten und somit der Batteriezelle aufweisen.
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Der Dauerstrom kann unter Berücksichtigung einer Zieltemperatur berechnet werden. Der Dauerstrom stellt sich bei einer gewählten Zieltemperatur und aktuellen festgelegten Randbedingungen ein. Der Dauerstrom kann sich dabei auf einen stationären Zustand beziehen, bei der sich die Temperatur mit der Zeit nicht ändert. In diesem Zustand ist eine exakte Angabe der Zellkerntemperatur möglich, da sich eine konstante Zellkerntemperatur, die gleich der Zieltemperatur ist, in dem stationären Zustand einstellt.
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Die Leistungsgrenze kann analytisch berechnet werden. Insbesondere bei bekanntem Dauerstrom und bekannter Zieltemperatur kann die Leistungsdegradation als lineare Gleichung dargestellt werden. Die prognostizierte Temperatur kann in die lineare Gleichung eingesetzt werden und es resultiert eine quadratische Gleichung, die das Prädizieren der Stromgrenzdegradation ermöglicht. Durch die analytische Berechnung ist ein effektives Ermitteln der Leistungsgrenze möglich.
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Das oben Beschriebene lässt sich mit anderen Worten und auf eine konkrete Ausgestaltung bezogen, die als für die vorliegende Offenbarung nicht limitierend beschrieben wird, wie folgt zusammenfassen: Die Offenbarung betrifft die Zellkerntemperaturprognose für Hochvoltsystem- (HVS) Leistungsdegradation. Der Hintergrund ist, dass der Hochvoltspeicher vor Übertemperatur geschützt werden soll. Hierzu wird temperaturabhängig der Strom degradiert. Es ist bekannt, den Strom abhängig von der aktuellen Temperatur zu degradieren, d.h. zu erniedrigen beziehungsweise zu beschränken. Das Problem ist, dass es nicht bekannt ist, wie sich die Temperatur in naher Zukunft entwickeln wird. Dadurch wird ggf. zu viel Leistung freigegeben, woraus eine zu starke Erwärmung des Hochvoltspeichers resultiert und somit eine ruckartige Degradation des Stroms, ggf. bis zum Stillstand erfolgt. Das Grundprinzip ist, dass mit einem Thermomodell des Hochvoltspeichers beziehungsweise der Zelle die Temperaturentwicklung im Hochvoltspeicher prognostiziert wird. Basierend auf dieser Prognose kann die Leistung frühzeitig und kundenwerter degradiert werden. Beispielsweise mittels eines Hochvoltspeicher-Thermomodells wird prognostiziert, dass (bei aktueller Temperatur 50 °C und Belastung 100 kW) die Temperatur des HVS in den nächsten 10 s auf 60 °C steigen wird. Da ab 55 °C eine starke Degradation einsetzt, und der Bereich zw. 55-60 °C vermieden werden soll, wird schon jetzt die Belastung von 100 kW auf geringere Leistungen (bspw. 80 kW) reduziert.
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Ferner wird ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren zumindest teilweise aus- bzw. durchzuführen, bereitgestellt.
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Ein Programmcode des Computerprogramms kann in einem beliebigen Code vorliegen, insbesondere in einem Code, der für Steuerungen von Kraftfahrzeugen geeignet ist.
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Das oben mit Bezug zum Verfahren Beschriebene gilt analog auch für das Computerprogramm und umgekehrt.
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Ferner wird eine Datenverarbeitungsvorrichtung, z.B. ein Steuergerät, für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren zumindest teilweise aus- bzw. durchzuführen. Damit ist das Verfahren ein computerimplementiertes Verfahren.
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Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann beispielsweise von einem Batteriesteuergerät (battery management unit, BMU) umfasst sein. Bei der Datenverarbeitungsvorrichtung kann es sich alternativ um eine elektronische Steuereinheit (engl. ECU = electronic control unit) handeln. Das elektronische Steuergerät kann eine intelligente prozessor-gesteuerte Einheit sein, die z.B. über ein Central Gateway (CGW) mit anderen Modulen kommunizieren kann und die ggf. über Feldbusse, wie den CAN-Bus, LIN-Bus, MOST-Bus und FlexRay oder über Automotive-Ethernet, z.B. zusammen mit Telematiksteuergeräten das Fahrzeugbordnetz bilden kann. Denkbar ist, dass das Steuergerät für das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs relevante Funktionen, wie die insbesondere Motorsteuerung, die Kraftübertragung steuert und/oder einen Ladevorgang regelt.
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Das oben mit Bezug zum Verfahren und zum Computerprogramm Beschriebene gilt analog auch für die Datenverarbeitungsvorrichtung und umgekehrt.
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Ferner wird ein Batteriesteuergerät für ein Kraftfahrzeug, umfassend die oben beschriebene Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt.
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Das oben mit Bezug zum Verfahren, zur Datenverarbeitungsvorrichtung, und zum Computerprogramm Beschriebene gilt analog auch für das das Batteriesteuergerät (battery management unit, BMU) und umgekehrt.
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Ferner wird ein Kraftfahrzeug, umfassend die oben beschriebene Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt.
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Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um einen Personenkraftwagen, insbesondere ein Automobil, handeln. Das optional automatisierte Kraftfahrzeug kann ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug sein. Das Kraftfahrzeug kann dazu einen elektrischen Antrieb umfassen, der mit mittels der Energiespeichervorrichtung bereitgestellter elektrischer Energie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs beaufschlagt werden kann.
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Das oben mit Bezug zum Verfahren, zur Datenverarbeitungsvorrichtung, zum Batteriesteuergerät und zum Computerprogramm Beschriebene gilt analog auch für das Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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Ferner wird ein computerlesbares Medium, insbesondere ein computerlesbares Speichermedium, bereitgestellt. Das computerlesbare Medium umfasst Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das oben beschriebene Verfahren zumindest teilweise auszuführen.
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Das heißt, es kann ein computerlesbares Medium bereitgestellt werden, das ein oben definiertes Computerprogramm umfasst. Bei dem computerlesbaren Medium kann es sich um ein beliebiges digitales Datenspeichergerät handeln, wie zum Beispiel einen USB-Stick, eine Festplatte, eine CD-ROM, eine SD-Karte oder eine SSD-Karte. Das Computerprogramm muss nicht zwingend auf einem solchen computerlesbarem Speichermedium gespeichert sein, um dem Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt zu werden, sondern kann auch über das Internet oder anderweitig extern bezogen werden.
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Das oben mit Bezug zum Verfahren, zur Datenverarbeitungsvorrichtung, zum Computerprogramm und zum automatisierten Kraftfahrzeug Beschriebene gilt analog auch für das computerlesbare Medium und umgekehrt.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform mit Bezug zu 1 bis 5 beschrieben.
- 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug gemäß einem Aspekt der Offenbarung;
- 2 zeigt schematisch einen Ablaufplan eines Verfahrens gemäß einem Aspekt der Offenbarung;
- 3 zeigt schematisch einen Informationsfluss zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem Aspekt der Offenbarung;
- 4 zeigt ein Thermomodell zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem Aspekt der Offenbarung;
- 5 zeigt ein Szenario der Durchführung eines Verfahrens gemäß einem Aspekt der Offenbarung;
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1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 200 gemäß einem Aspekt der Offenbarung. Das Kraftfahrzeug 200 ist ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug 200. Dafür weist das Kraftfahrzeug 200 einen elektrischen Antrieb 230 und eine Energiespeichervorrichtung 210 auf. Der elektrische Antrieb 230 ist durch die Energiespeichervorrichtung 210 mit elektrischer Energie 225 beaufschlagbar, die der elektrische Antrieb 230 in mechanische Energie umwandeln kann. Dabei sinkt ein Ladezustand der Energiespeichervorrichtung 210 und es entsteht Wärme.
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Die Energiespeichervorrichtung 210 umfasst eine Mehrzahl von Batteriezellen 215 und ein Batteriesteuergerät 220 (Batterie management unit, BMU). Jede der Batteriezellen 215 ist zu einer chemischen Reaktion eingerichtet, um chemische Energie in elektrische Energie 225 umzuwandeln und umgekehrt. Bei einer solchen Umwandlung entsteht Wärme. Eine derartige Batteriezelle 215 ist mit Bezug zu 4 weiter beschrieben.
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Das Kraftfahrzeug 200 gemäß 1, insbesondere das Batteriesteuergerät 220 in dem Kraftfahrzeug, weist eine Datenverarbeitungsvorrichtung 250 auf. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 250 ist zum Betreiben der Batteriezellen 215 eingerichtet. Dafür ist die Datenverarbeitungsvorrichtung 250 dazu eingerichtet, ein Befehl 350 an die Batteriezellen 215 und/oder ein mehrere der Batteriezellen 215 umfassendes Batteriemodul 216 übermitteln. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 250 ist dazu eingerichtet, gemäß dem mit Bezug zu 4 beschriebenen Thermomodell das mit Bezug zu 2, 3 und 5 beschriebene Verfahren 100 durchzuführen.
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2 zeigt schematisch einen Ablaufplan eines Verfahrens 100 gemäß einem Aspekt der Offenbarung. Das Verfahren 100 ist ein Verfahren 100 zum Betreiben einer Batteriezelle 215 für ein Kraftfahrzeug 200. Ein derartiges Kraftfahrzeug 200 ist mit Bezug zu 1 beschrieben. 2 wird unter Bezugnahme auf 1 und deren Beschreibung beschrieben.
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Gemäß 2 erfolgt ein Erfassen 110 einer Ist-Temperatur TI der Batteriezelle 215 und eines eine Leistungsanforderung an die Batteriezelle 215 betreffenden Ist-Stroms II. Zum Erfassen der Ist-Temperatur TI können Temperatursensoren 303 an der Batteriezelle 215 und an einer Kühlanordnung der Energiespeichervorrichtung 210 vorgesehen sein. Die Leistungsanforderung ist beispielsweise basierend auf einer Betätigung eines Fahrers des Kraftfahrzeugs 200 und/oder auf einer automatisierten Fahrfunktion. Dadurch wird eine Leistung durch den elektrischen Antrieb 230 angefordert, wofür elektrische Energie 225 aus der Energiespeichervorrichtung 210 abgegriffen wird. Dies bedingt den Ist-Strom II der Batteriezellen 215, der über eine Strommessanordnung messbar ist.
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Es erfolgt ein Durchführen 120 einer Temperaturprognose 315 zur Berechnung einer Zellkerntemperatur TK anhand eines Thermomodells 300 der Batteriezelle 215 unter Berücksichtigung der Ist-Temperatur TI und des Ist-Stroms II. Die Ist-Temperatur TI und der Ist-Strom II dienen als Eingabe in das Thermomodell 300. Das Thermomodell 300 wird von der Datenverarbeitungsvorrichtung 250 ausgewertet. Das Thermomodell 300 umfasst eine analytisch lösbare Differentialgleichung 301 und weist mehrere die Batteriezelle 315 modellierende Knoten 302 und für jeden der Knoten 302 eine Energiebilanz auf, siehe auch 4.
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Gemäß 2 erfolgt ein Berechnen 125 eines Dauerstroms IS unter Berücksichtigung der Temperaturprognose 315. Der Dauerstrom IS wird unter Berücksichtigung einer Zieltemperatur TT berechnet. Dabei wird der Dauerstrom IS als konstant angenommen, womit sich eine zeitlich konstante Zellkerntemperatur TK einstellt, ein sogenannter stationärer Zustand, siehe auch Beschreibung zu 3 und 4.
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Gemäß 2 erfolgt ein Prognostizieren 130 einer Degradation einer Leistungsgrenze PT unter Berücksichtigung der Temperaturprogose 315 und des Dauerstroms IS. Die Leistungsgrenze PT wird analytisch berechnet.
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Gemäß 2 erfolgt ein Ausgeben 140 eines Steuerbefehls 350 zum Betreiben der Batteriezelle 315 unter Berücksichtigung des Dauerstroms IS. Die Leistungsgrenze PT limitiert die abrufbare Leistung der Energiespeichervorrichtung 210 und somit der Batteriezelle 215. Damit wird die thermische Belastung der Energiespeichervorrichtung 210 beziehungsweise der Batteriezelle 215 gezielt reguliert.
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3 zeigt schematisch einen Informationsfluss zur Durchführung eines Verfahren 100 gemäß einem Aspekt der Offenbarung. 3 dient zur weiteren Erklärung des Verfahrens 100 gemäß 2 und wird unter Bezugnahme auf 2 und deren Beschreibung beschrieben.
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Über eine kraftfahrzeugseitige Betätigungsvorrichtung 260, beispielsweise ein Pedal und/oder eine Tastvorrichtung, erfolgt das Erfassen der Leistungsanforderung. Die Leistungsanforderung wird an ein kraftfahrzeugseitiges Steuergerät 205 übermittelt und ausgewertet. Das Steuergerät 205 fordert von dem elektrischen Antrieb 230 ein Soll-Moment an. Der elektrische Antrieb 230 fordert von der Energiespeichervorrichtung 210 den Ist-Strom II. Der Ist-Strom II wird in das Thermomodell 300 eingegeben und bedingt eine Zellkerntemperatur TK der Batteriezelle 215. Gemäß 3 wird die Temperatur der Batteriezelle 215 gemessen und die entsprechende Ist-Temperatur TI wird in das Thermomodell 300 eingegeben. Es erfolgt das Prognostizieren 130 des Dauerstroms IS. Dabei wird angenommen, dass der Dauerstrom IS ein dauerhafter beziehungsweise stationärer Strom ist. Im stationären Zustand ist die Änderung der Temperatur TI mit der Zeit gleich Null. Damit vereinfacht sich das Thermomodell 300 und der Dauerstrom IS ist in Abhängigkeit von einer gewählten Zieltemperatur TT berechenbar. Bei bekanntem Dauerstrom IS und Zieltemperatur TT lässt sich die Degradation als lineare Gleichung darstellen. Die Lösung des Thermomodells 300 kann in die lineare Gleichung eingesetzt werden, woraus eine quadratische Gleichung resultiert, mit der das Ermitteln der Leistungsgrenze PT erfolgen kann.
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4 zeigt ein Thermomodell 300 zur Durchführung eines Verfahren 100 gemäß einem Aspekt der Offenbarung. Das Thermomodell 300 ist ein Modell für die Batteriezelle 215. Das Thermomodell 300 weist mehrere die Batteriezelle 215 modellierende Knoten 302 auf. Dabei sind drei der Knoten 302 durch Temperatursensoren 303 gebildet, wovon zwei der Temperatursensoren 303 beispielsweise zur Messung der Ist-Temperatur TI dienen und einer der Temperatursensoren 303 zur Messung einer Kühltemperatur. Zwei der Knoten 302 bilden die Zellkerntemperatur TK ab. Davon bildet einer der Knoten 302 eine minimale Zellkerntemperatur TK („Coldspot“) ab und der andere der Knoten 302 bildet eine maximale Zellkerntemperatur TK („Hotspot“) ab.
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Für jeden der Knoten 302 kann eine Energiebilanz aufgestellt werden, um die zeitliche Änderung der Temperatur des Knotens 302 zu berechnen. Dabei ist durch einen Eintrag und eine Abgabe von Wärme die Energieänderung proportional zur Temperaturänderung des Knotens 302. Die Energieänderung ergibt sich dabei aus der durch einen elektrischen Strom I bewirkten Leistung plus der zugeführten Wärme minus der abgeführten Wärme. Damit ergibt sich für die zeitliche Entwicklung der Temperatur 302 eines jeden Knotens 302 eine lineare Differentialgleichung erster Ordnung und somit eine aus einer Summe von Exponentialfunktionen bestehenden Lösung des Thermomodells 300. Das Verwenden der Differenzialgleichungen 301 des Thermomodells 300 erfolgt also, um bei aktuellen Randbedingungen eine analytische Gleichung herzuleiten, welche eine Vorhersage der Temperaturentwicklung des Coldspots und des Hotspots der Batteriezelle 215 ermöglicht. Dabei sind Randbedingungen der Zellkerntemperaturprognose: Kühlmitteltemperatur wird als konstant angenommen, Umgebungstemperatur wird als konstant angenommen.
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5 zeigt ein Szenario der Durchführung eines Verfahren 100 gemäß einem Aspekt der Offenbarung. 5 wird unter Bezugnahme auf 1 bis 4 sowie deren Beschreibung beschrieben.
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5 zeigt drei verschiedene Kurven (5 (A), 5 (B), 5 (C)). 5 (A) zeigt dabei das Durchführen 120 einer Temperaturprognose 315. 5 (B) zeigt davon abgeleitet das Berechnen 125 des Dauerstroms IS. 5 (C) zeigt darauf basierend das Prognostizieren 130 einer Degradation der Leistungsgrenze PT.
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Gemäß 5 (A) entwickelt sich die Zellkerntemperatur TK bis zum Zeitpunkt t0 wie durch die Kurve mit der durchgezogenen Linie gezeigt. Ab dem Zeitpunkt t0 erfolgt die Temperaturprognose 314. Die Zellkerntemperatur TK entwickelt sich gemäß einer Lösung des Thermomodells 300, also gemäß einer Summe von Exponentialfunktionen.
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Anhand der Temperaturprognose 314 wird der Dauerstrom IS berechnet. Der Dauerstrom IS ergibt sich aus dem stationären Zustand der jeweiligen Zellkerntemperatur TK.
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Anhand des Dauerstroms IS wird die Leistungsgrenze PT berechnet. Dabei kann eine Anforderung bezüglich der Einhaltung einer Minimalleistung erfüllt werden. Abhängig von der aktuellen Spannung kann ein minimaler Dauerstrom IS berechnet werden. Über den Dauerstrom IS und das Thermomodell 300 lässt sich eine maximale Temperatur berechnen. Abhängig von der maximalen Temperatur kann die lineare Gleichung für die Zieltemperatur TT aufgestellt werden.
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Um zu vermeiden, dass das Degradationsverhalten durch die Batteriezellen 215 vorgegeben wird, lässt sich in einer nicht-gezeigten Ausführungsform das Verfahren 100 auf eine Stromtabelle anwenden, die den abrufbaren Strom in Abhängigkeit der Temperatur angibt. Dafür wird die gesamte Stromtabelle in einzelne Geradengleichungen unterteilt. Die Temperaturprognose 314 für jede der Geradengleichungen gelöst. Aus den Lösungen der Stromprognose mithilfe der Stromtabelle wird ein Minimum der Zellkerntemperatur TK gebildet. Die Berechnung wird einmal mit der Zellkerntemperatur-Gleichung für die Max- und Min-Temperatur durchgeführt. Durch eine Minimum-Bildung der Resultate beider Lösungsansätze lässt sich sowohl eine Stromprognose über den gesamten Temperaturbereich der Batteriezelle 215 abbilden, als auch eine Degradation auf einen Dauerstrom IS welche im Heißbereich genügend Antriebsleistung zur Verfügung stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Verfahren
- 110
- Erfassen
- 120
- Durchführen
- 125
- Berechnen
- 130
- Prognostizieren
- 140
- Ausgeben
- 200
- Kraftfahrzeug
- 205
- Steuergerät
- 210
- Energiespeichervorrichtung
- 215
- Batteriezelle
- 216
- Batteriemodul
- 220
- Batteriesteuergerät
- 225
- elektrischer Energie
- 230
- elektrischen Antrieb
- 250
- Datenverarbeitungsvorrichtung
- 260
- Betätigungsvorrichtung
- 300
- Thermomodell
- 301
- Differentialgleichung
- 302
- Knoten
- 303
- Temperatursensor
- 315
- Temperaturprognose
- 350
- Steuerbefehl
- TI
- Ist-Temperatur
- TK
- Zellkerntemperatur
- TT
- Zieltemperatur
- II
- Ist-Strom
- IS
- Dauerstrom
- PT
- Leistungsgrenze
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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