DE102022128835A1 - Verfahren zur Regelung einer Temperatur einer Energiespeichervorrichtung eines Kraftfahrzeugs, Computerprogramm und/oder computerlesbares Medium, Datenverarbeitungsvorrichtung, Batteriesteuergerät und Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur Regelung einer Temperatur einer Energiespeichervorrichtung eines Kraftfahrzeugs, Computerprogramm und/oder computerlesbares Medium, Datenverarbeitungsvorrichtung, Batteriesteuergerät und Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren (100) zur Regelung einer Temperatur (274) einer Energiespeichervorrichtung (260) eines Kraftfahrzeugs (200), wobei das Verfahren (100) aufweist: Ermitteln (110) eines Ist-Ladezustands (261) der Energiespeichervorrichtung (260); Ermitteln (115) einer die Energiespeichervorrichtung (260) betreffenden Soll-Temperatur (271); Bestimmen (120) eines Lade- und Entladestromprofils (271) zum Laden der Energiespeichervorrichtung (260) durch eine fahrzeugexterne Ladestation (300) und zum Entladen der Energiespeichervorrichtung (260) anhand des Ist-Ladezustands (261) und der Soll-Temperatur (271); und Laden und Entladen (130) der Energiespeichervorrichtung (260) anhand des Lade- und Entladestromprofils (271) zur Regelung der Temperatur (274) gemäß der Soll-Temperatur (271).

Description

  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Temperatur einer Energiespeichervorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Ferner wird ein Batteriesteuergerät 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.
  • Die Offenbarung ist darauf gerichtet, dass einem Energiespeichervorrichtung beziehungsweise einem Batteriespeicher Energie zu- und/oder abgeführt werden kann. Dies kann zur Ermittlung und zur Regelung der Temperatur der Energiespeichervorrichtung ausgenutzt werden.
  • Die Temperatur ist für die Energiespeichervorrichtung und je nach Anwendungsfall deren Funktion von entscheidender Bedeutung. Ferner ist die Temperatur ein beachtlicher Faktor bei der Alterung der Energiespeichervorrichtung. Insbesondere kann beispielsweise bei einer Schnell-Ladung mit einem vergleichsweise hohen Ladestrom das Risiko von Lithium-Plating als ein wesentlicher Alterungsmechanismus durch eine zu niedrige Temperatur der Energiespeichervorrichtung hervorgerufen und/oder vergrößert werden.
  • Mit anderen Worten bezieht sich die Offenbarung auf eine Regelung der Temperatur der Energiespeichervorrichtung, um eine Vorkonditionierung der Energiespeichervorrichtung gemäß dem Anwendungsfall zu erzielen.
  • Zum Erfassen der Temperatur umfasst eine Energiespeichervorrichtung gemäß dem Stand der Technik eine Sensorik, die an einer Kontaktierung von Batteriezellen der Energiespeichervorrichtung und/oder an Außenflächen der Batteriezellen positioniert ist. Die Sensorik liefert jedoch keinerlei oder nur indirekt Informationen über die Temperatur des Aktivmaterials der Batteriezellen, der sogenannten Zellkerntemperatur. Da das exakte Erfassen der Zellkerntemperatur so nicht möglich ist, ist insofern eine Regelung der Zellkerntemperatur nicht exakt möglich. Die elektrochemischen Eigenschaften von Batteriezellen werden jedoch entscheidend von der Zellkerntemperatur beeinflusst.
  • Durch eine Temperaturregelung basierend auf der beschriebenen Sensorik kann folglich nur eingeschränkt Einfluss auf die elektrochemischen Eigenschaften der Batteriezelle genommen werden.
  • Die Temperaturregelung des Batteriespeichers in Kraftfahrzeugen wird gewöhnlich durch einen Kühl- und/oder Heizkreislauf des Kraftfahrzeugs umgesetzt. Die Temperatur der Energiespeichervorrichtung wird dabei über die Sensorik festgestellt, die an der Zellkontaktierung oder den Außenflächen der verwendeten Batteriezellen positioniert ist. Die zur Verfügung stehende Kühl- und/oder Heizleistung wird in diesem Anwendungsfall erheblich durch die abgerufene Fahrleistung und/oder die Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums beeinflusst.
  • Es ist zudem möglich über eine Spannungsantwort bei einer möglicherweise vordefinierten Lade- und/oder Entladestrombelastung auf die Temperatur einer Batteriezelle zu schließen und entsprechend eine Temperaturregelung umzusetzen. Hierbei besteht allerdings eine Abhängigkeit von der Leistungsanforderung an den Batteriespeicher beispielsweise in Form einer Fahrleistungsanforderung bei batterieelektrischen Fahrzeugen. Soll eine Temperaturregelung basierend auf der Spannungsantwort bei möglicherweise vordefinierter Lade-/Entladestrombelastung umgesetzt werden, besteht jedoch die Problematik einer Abhängigkeit von der Leistungsanforderung an den Batteriespeicher.
  • DE 10 2019 108 607 B3 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung eines Ladeprofils aus einer Vielzahl von Ladeprofilen für einen aktuellen Ladevorgang zum Laden eines elektrischen Energiespeichers. Das Verfahren umfasst Ermitteln eines aktuellen Zustands des Energiespeichers, Ermitteln des Ladeprofils aus der Vielzahl von Ladeprofilen basierend auf dem aktuellen Zustand des Energiespeichers und Laden des Energiespeichers basierend auf dem ermittelten Ladeprofil. Ferner ist ein System zur Ermittlung eines Ladeprofils umfassend eine Steuereinheit, die zur Ausführung zumindest eines Teils des Verfahrens konfiguriert ist, und ein Fahrzeug umfassend das System offenbart. Dabei kann der aktuelle Zustand des Energiespeichers mindestens eine Temperatur des Energiespeichers umfassen; und das Ermitteln des Ladeprofils aus der Vielzahl von Ladeprofilen kann zumindest teilweise basierend auf der Temperatur des Energiespeichers erfolgen.
  • 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, eine Möglichkeit zum Regeln einer Temperatur einer Energiespeichervorrichtung für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche haben optionale Weiterbildungen der Offenbarung zum Inhalt.
  • Danach wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Regelung einer Temperatur einer Energiespeichervorrichtung eines Kraftfahrzeugs gelöst. Dabei weist das Verfahren auf: Ermitteln eines Ist-Ladezustands der Energiespeichervorrichtung; Ermitteln einer die Energiespeichervorrichtung betreffenden Soll-Temperatur; Bestimmen eines Lade- und Entladestromprofils zum Laden der Energiespeichervorrichtung durch eine fahrzeugexterne Ladestation und zum Entladen der Energiespeichervorrichtung anhand des Ist-Ladezustands und der Soll-Temperatur; und Laden und Entladen der Energiespeichervorrichtung anhand des Lade- und Entladestromprofils zur Regelung der Temperatur gemäß der Soll-Temperatur.
  • Der Ist-Ladezustand der Energiespeichervorrichtung charakterisiert dabei den gegenwärtigen Ladezustand der Energiespeichervorrichtung. Die Soll-Temperatur ist dabei eine je nach Anwendungsfall zu wählende Temperatur, auf die die Energiespeichervorrichtung zu regeln ist. Damit kann die Energiespeichervorrichtung gemäß dem Anwendungsfall vorkonditioniert werden. Ausgehend von dem Ist-Ladezustand und der Soll-Temperatur wird die Energiespeichervorrichtung gemäß dem Lade- und Entladestromprofil geladen und/oder entladen. Dabei weist das Lade- und Entladestromprofil ein Ladestromprofil zum Laden der Energiespeichervorrichtung mit einem Ladestrom und ein Entladestromprofil zum Entladen mit einem Entladestrom auf. Das Lade- und Entladestromprofil kann dabei insbesondere umfassen, dass die Energiespeichervorrichtung in einem oder mehreren Zeitabschnitten mit einem Strom geladen und/oder entladen wird.
  • Beim Laden und/oder Entladen der Energiespeichervorrichtung wird innerhalb der Energiespeichervorrichtung durch einen Innenwiderstand der Energiespeichervorrichtung Wärme erzeugt. Die Wärme resultiert somit aus dem Innenwiderstand und aus dem Laden und Entladen. Das Lade- und Entladestromprofil somit Zeitabschnitte zum Laden und/oder Entladen, wobei die Zeitabschnitte verwendet werden, um die durch den Innenwiderstand hervorgerufene Wärme zu erzeugen. Durch die angegebenen Schritte kann eine Vorsteuerung der Temperatur ermöglicht werden. Zum Regeln der Temperatur kann eine Zellspannungsantwort bei Vorgabe des Lade- und Entladestromprofils berücksichtigt werden damit auf die Speichertemperatur rückgeschlossen werden kann.
  • Der Vorteil der Offenbarung liegt darin, dass eine aktive Temperaturregelung basierend auf dem eingeprägten Lade- und Entladestromprofil erzielt wird. Damit kann die Temperatur der Energiespeichervorrichtung auf die Soll-Temperatur eingeregelt und so die Energiespeichervorrichtung auf einen bestimmten Anwendungsfall vorkonditioniert werden. Damit wird erzielt, dass die Energiespeichervorrichtung für den jeweiligen Anwendungsfall eine wohldefinierte Temperatur aufweist, um gemäß dem Anwendungsfall möglichst zuverlässig und/oder effizient verwendet werden zu können.
  • Das Verfahren kann aufweisen: Anwenden einer Heizleistung und/oder Kühlleistung durch eine Temperierungsvorrichtung zum Temperieren der Energiespeichervorrichtung. Die Temperatur der Energiespeichervorrichtung kann in dieser Ausführungsform durch die aufgrund des Lade- und Entladestromprofils entstehende Verlustleistung erwärmt und/oder durch das Aufbringen der zusätzlichen Heizleistung und/oder Kühlleistung über die Temperierungsvorrichtung beeinflusst werden. Damit kann die Temperatur der Energiespeichervorrichtung effizienter gesteigert werden und/oder die Möglichkeit bereitgestellt werden, dass die Energiespeichervorrichtung gekühlt wird.
  • Die Soll-Temperatur kann derart ermittelt werden, dass die Soll-Temperatur kleiner, gleich oder größer als die Temperatur der Energiespeichervorrichtung ist. Damit ist es möglich, für verschiedene Anwendungsfälle verschiedene Soll-Temperatur einregeln zu können. Damit kann das Vorkonditionieren der Energiespeichervorrichtung gemäß dem Anwendungsfall ein Verkleinern, Vergrößern und/oder Beibehalten umfassen.
  • Beim Laden und Entladen kann anhand des Lade- und Entladestromprofils eine Spannungsantwort der Energiespeichervorrichtung erfasst werden. Dies ermöglicht insbesondere in einer V2G-Anwendung ein Lade- und Entladestromprofil vorzugeben und über die Spannungsantwort der Zellen des Batteriespeichers auf die Temperatur der Batteriezellen zurück zu schließen. Die Temperatur des Batteriespeicher kann durch die aufgrund des Lade- und Entladestromprofils entstehende Verlustleistung und/oder durch das Aufbringen zusätzlicher Heiz- und/oder Kühlleistung beeinflusst werden. Dies ermöglicht eine aktive Temperaturregelung basierend auf dem eingeprägten Lade- und Entladestromprofil und auf einer Auswertung der Spannungsantwort.
  • Die Soll-Temperatur kann eine Diagnose-Temperatur zum Diagnostizieren einer Zustandsgröße der Energiespeichervorrichtung sein. Eine Zustandsgröße ist dabei beispielsweise ein Innenwiedertand und/oder ein Alterungszustand beziehungsweise State-of-Healt (SOH). Das Ermitteln beziehungsweise Diagnostizieren einer derartigen Zustandsgröße kann eine wohldefinierte Diagnose-Temperatur bedingen und/oder durch die Diagnose-Temperatur begünstigt werden. Durch das Einregeln der Diagnose-Temperatur kann eine reproduzierbare Diagnose erzielt werden. Das Diagnostizieren ist ein Anwendungsfall, in dem eine Vorkonditionierung der Energiespeichervorrichtung zu einer zuverlässigen Diagnose führt.
  • Die Soll-Temperatur kann eine Lade-Temperatur zum Laden der Energiespeichervorrichtung sein. Dabei kann die Lade-Temperatur derart gewählt werden, dass eine Alterung der Energiespeichervorrichtung durch das Laden minimiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Soll-Temperatur eine Schnelllade-Temperatur zum Schnellladen der Energiespeichervorrichtung sein. Dabei kann die Schnelllade-Temperatur derart gewählt werden, dass eine Alterung der Energiespeichervorrichtung durch das Laden minimiert wird. Dafür kann die Schnelllade-Temperatur größer als die Lade-Temperatur sein. Die Lade-Temperatur kann größer als 0°C sein und/oder je nach Typ der Energiespeichervorrichtung größer als 20°C sein. Das Laden und/oder Schnellladen ist ein Anwendungsfall, in dem eine Vorkonditionierung der Energiespeichervorrichtung zu verbesserten Laden der Energiespeichervorrichtung führt.
  • Das Laden und Entladen kann eine Entnahme aus einem fahrzeugexternen Stromnetz und ein Einspeisen in das fahrzeugexterne Stromnetz umfassen. Diese Ausführungsform ist eine „Fahrzeug zum Netz“ beziehungsweise vehicle-to-grid-, V2G-, Anwendung. Dabei kann das Laden und Entladen auch als bidirektionales Laden bezeichnet werden. Das fahrzeugexterne Stromnetz kann beispielsweise ein privates oder öffentliches Stromnetz sein. Damit kann gemäß dem Lade- und Entladestromprofil zum Laden der Energiespeichervorrichtung elektrischer Strom von dem Stromnetz in die Energiespeichervorrichtung eingespeist und somit aus dem Stromnetz entnommen werden. Zum Entladen der Energiespeichervorrichtung gemäß dem Lade- und Entladestromprofil kann zum Entladen der Energiespeichervorrichtung elektrischer Strom von der Energiespeichervorrichtung in das Stromnetz eingespeist werden. In dieser Ausführungsform kann das Lade- und Entladestromprofil ein vergleichsweise großes Intervall an Strömen zum Laden und Entladen bereitstellen. Gleichzeitig werden nur geringere Anforderungen an die Lade-/Entladeleistung der Energiespeichervorrichtung gestellt. Damit kann der Innenwiderstand effektiv und vergleichsweise schnell ermittelt werden. Im Fall eines Heim-Stromnetzes mit einem Stromnetz-Energiespeicher kann das Laden und Entladen der Energiespeichervorrichtung kostenneutral sein. In V2G-Anwendungen ist das Kraftfahrzeug mit der Energiespeichervorrichtung mit dem (kommerziellen oder nichtkommerziellen) Stromnetz verbunden. Das Kraftfahrzeug kann hierbei je nach Fahrzeug- oder Infrastrukturanforderung geladen oder entladen werden. Hierdurch können Leistungsspitzen im Stromnetz verringert werden. Alternativ kann beispielsweise ein Ladevorgang zeitlich gesteuert werden, um beispielsweise die Stromkosten für eine Vollladung zu verringern.
  • Das Laden und Entladen kann eine Entnahme aus einem fahrzeugexternen Stromnetz und ein Einspeisen in ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs umfassen. Dabei kann das Laden beispielsweise an einer Ladestation beziehungsweise einem Ladepunkt oder einer Ladesäule erfolgen. Damit kann gemäß dem Lade- und Entladestromprofil zum Laden der Energiespeichervorrichtung elektrischer Strom von dem Stromnetz in die Energiespeichervorrichtung eingespeist und somit aus dem Stromnetz entnommen werden. Zum Entladen der Energiespeichervorrichtung gemäß dem Lade- und Entladestromprofil kann zum Entladen der Energiespeichervorrichtung elektrischer Strom von der Energiespeichervorrichtung in das Bordnetz eingespeist werden. Der in das Bordnetz eingespeiste Strom kann durch elektrische Verbraucher des Kraftfahrzeugs verbraucht werden. Beispielsweise kann der in das Bordnetz eingespeiste Strom zum Heizen und/oder Kühlen eines Innenraums beziehungsweise einer Kabine des Kraftfahrzeugs verwendet werden.
  • 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 eine Temperaturregelung von Batteriespeichern mittels Lade-/Entladestromprofilen insbesondere in Vehicle-to-Grid-(V2G-)Anwendungen und eine thermische Vorkonditionierung des Speichers in einer V2G-Anwendung. Das Grundprinzip der Offenbarung besteht darin, in einer V2G-Anwendung ein Lade-/Entladestromprofil vorzugeben und über die Spannungsantwort der Zellen des Batteriespeichers auf die Temperatur der Batteriezellen zurück zu schließen. Dabei wird ausgenutzt, dass in einer V2G-Anwendung möglicherweise keine oder nur geringere Anforderungen an die Lade-/Entladeleistung des Batteriespeichers gestellt werden. Hierdurch kann das Lade-/Entladestromprofil frei gewählt werden. Die Temperatur des Batteriespeicher kann dann, durch die aufgrund des Lade-/Entladestromprofils entstehende Verlustleistung und/oder durch das Aufbringen zusätzlicher Heiz-/Kühlleistung über den Heiz-/Kühlkreislauf des Fahrzeugs beeinflusst werden. Dies ermöglicht eine aktive Temperaturregelung basierend auf dem eingeprägten Lade-/Entladestromprofil und auf einer Auswertung einer Spannungsantwort. Dies kann beispielsweise bei V2G-Anwendungen zur aktiven Temperaturregelung eines Batteriespeichers mittels Lade-/Entladestromprofilen umgesetzt werden. In V2G-Anwendungen kann der Batteriespeicher vorkonditioniert werden, um eine gewünschte Temperatur anzunehmen, die auf einen bestimmten Anwendungsfall wie beispielsweise ein verbessertes Schnellladen oder eine verbesserte Zustandsüberwachung gerichtet ist. Vorkonditionierung beschreibt dabei einen allgemeinen Ausdruck, der die je nach Anwendung eine steigende, einer fallende und/oder eine gleichbleibende Batterietemperatur umfasst.
  • 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.
  • Ein Programmcode des Computerprogramms kann in einem beliebigen Code vorliegen, insbesondere in einem Code, der für Steuerungen von Kraftfahrzeugen geeignet ist.
  • Das oben mit Bezug zum Verfahren Beschriebene gilt analog auch für das Computerprogramm und umgekehrt.
  • 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.
  • Die Datenverarbeitungsvorrichtung kann beispielsweise von einer 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 prozessorgesteuerte 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.
  • Das oben mit Bezug zum Verfahren und zum Computerprogramm Beschriebene gilt analog auch für die Datenverarbeitungsvorrichtung und umgekehrt.
  • Ferner wird ein Batteriesteuergerät für ein Kraftfahrzeug, umfassend die oben beschriebene Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt.
  • 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.
  • Ferner wird ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Energiespeichervorrichtung und die oben beschriebene Datenverarbeitungsvorrichtung und/oder das oben beschriebene Batteriesteuergerät bereitgestellt.
  • 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.
  • Das oben mit Bezug zum Verfahren, zur Datenverarbeitungsvorrichtung, zum Batteriesteuergerät und zum Computerprogramm Beschriebene gilt analog auch für das Kraftfahrzeug und umgekehrt.
  • 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.
  • 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.
  • Das oben mit Bezug zum Verfahren, zur Datenverarbeitungsvorrichtung, zum Batteriesteuergerät, zum Computerprogramm und zum Kraftfahrzeug Beschriebene gilt analog auch für das computerlesbare Medium und umgekehrt.
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform mit Bezug zu den folgenden Figuren beschrieben.
    • 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug gemäß einem Aspekt der Offenbarung;
    • 2 zeigt schematisch einen Ablaufplan eines Verfahrens gemäß einem Aspekt der Offenbarung; und
    • 3 zeigt schematisch zwei beispielhafte zeitliche Verläufe einer Temperatur einer Energiespeichervorrichtung gemäß einem Aspekt der Offenbarung.
  • 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 260 auf. Der elektrische Antrieb 230 ist durch die Energiespeichervorrichtung 260 mit elektrischer Energie beaufschlagbar, die der elektrische Antrieb 230 in mechanische Energie umwandeln kann. Dabei sinkt ein Ladezustand der Energiespeichervorrichtung 260.
  • Ein gegenwärtiger Ladezustand der Energiespeichervorrichtung 260 ist durch einen Ist-Ladezustand 261 charakterisiert. Beim Entladen der Energiespeichervorrichtung 260 sinkt der Ist-Ladezustand 261 und beim Laden der Energiespeichervorrichtung 261 steigt der Ist-Ladezustand 261. Die Energiespeichervorrichtung 260 ist wiederaufladbar. Der Energiespeichervorrichtung 260 kann zum Laden mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden und die Energiespeichervorrichtung 260 kann zum Entladen einen elektrischen Strom bereitstellen. Beim Laden und beim Entladen der Energiespeichervorrichtung 260 entsteht durch einen Innenwiderstand der Energiespeichervorrichtung 260 Wärme. Die Energiespeichervorrichtung 260 weist eine Temperatur 274 auf. Die Temperatur 274 ist beispielsweise über einen nicht gezeigten Temperatursensor messbar.
  • Zum Laden der Energiespeichervorrichtung 260 ist die Energiespeichervorrichtung 260 beziehungsweise das Kraftfahrzeug 200 mit einer fahrzeugexternen Ladestation 300 elektrisch verbindbar. Die Ladestation 300 ist Teil eines fahrzeugexternen Stromnetzes 310. Die Ladestation 300 wird aus dem fahrzeugexternen Stromnetz 310 gespeist. Somit kann die Energiespeichervorrichtung 260 durch Strom aus dem Stromnetz 310 auf einen Soll-Ladezustand 262 geladen und/oder entladen werden.
  • Das Entladen der Energiespeichervorrichtung 260 erfolgt durch das Einspeisen eines elektrischen Stroms von der Energiespeichervorrichtung 260 in das fahrzeugexternes Stromnetz 310.
  • Alternativ oder zusätzlich erfolgt das Entladen der Energiespeichervorrichtung 260 über elektrische Verbraucher (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs 200, wobei elektrischer Strom von der Energiespeichervorrichtung 260 in ein von dem Kraftfahrzeug 200 umfasstes Bordnetz 280 eingespeist wird. Das Kraftfahrzeug 200 weist dazu mit dem Bordnetz 280 elektrisch verbundene elektrische Verbraucher auf, beispielsweise eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung zum Temperieren eines Innenraums beziehungsweise einer Kabine des Kraftfahrzeugs 200.
  • Das Kraftfahrzeug 200 ist dazu eingerichtet, das mit Bezug zu 2 beschriebene Verfahren 100 durchzuführen. Dafür weist das Kraftfahrzeug 200 gemäß 1 neben der Energiespeichervorrichtung 260 eine Datenverarbeitungsvorrichtung 250 und ein Batteriesteuergerät 220 auf. In der gezeigten Ausführungsform umfasst das Batteriesteuergerät 220 die Datenverarbeitungsvorrichtung 250. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 250 kann jedoch in einer nicht gezeigten Ausführungsform unabhängig von dem Batteriesteuergerät 220 sein.
  • Das Batteriesteuergerät 220 ist dazu eingerichtet, eine Soll-Temperatur 271 zu bestimmen. Die Soll-Temperatur 271 ist abhängig von dem Typ der Energiespeichervorrichtung 260 und einem Anwendungsfall. Der Anwendungsfall kann beispielsweise durch eine automatisierte Funktion durch das Batteriesteuergerät 220 definiert werden. Beispielsweise kann der Anwendungsfall eine Diagnose der Energiespeichervorrichtung 260 sein. Der Anwendungsfall kann auch durch eine Nutzereingabe und/oder einen Fahrzeugzustand definiert werden. Beispielsweise kann die Energiespeichervorrichtung 260 zu Laden sein, was anhand einer Nutzereingabe erfasst wird und/oder anhand des Ist-Ladezustands 261 der Energiespeichervorrichtung 260 ermittelt wird.
  • Die Datenverarbeitungsvorrichtung 250 ist dazu eingerichtet, ein schematisch durch ein Rechteck mit einer gepunkteten Linie illustriertes Lade- und Entladestromprofil 271 zum Laden der Energiespeichervorrichtung 260 durch eine fahrzeugexterne Ladestation 300 und zum Entladen der Energiespeichervorrichtung 260 anhand des Ist-Ladezustands 261 und anhand der Soll-Temperatur 274 zu bestimmen. Das Bestimmen 120 des Lade- und Entladestromprofils 271 erfolgt dabei derart, dass das Laden und Entladen 130 auf einen Soll-Ladezustand 262 durchgeführt wird, wobei der Soll-Ladezustand 262 vorteilhaft gleich dem Ist-Ladezustand 261 ist, um Ladezyklus bereitzustellen. Dabei umfasst das Lade- und Entladestromprofil 271 ein Ladestromprofil und ein Entladestromprofil. Das Ladestromprofil des Lade- und Entladestromprofil 241 kann wie in DE 10 2019 108 607 B3 beschrieben bestimmt werden. Dabei werden insbesondere die Ladefähigkeit der Energiespeichervorrichtung 260 und eine Ladeleistung der Ladestation 300 berücksichtigt.
  • Das Batteriesteuergerät 220 ist dazu eingerichtet, ein Laden und Entladen 130 der Energiespeichervorrichtung 260 anhand des Lade- und Entladestromprofils 271 zum Regeln der Soll-Temperatur 271 durchzuführen. Dabei wird die Energiespeichervorrichtung 260 zum Laden über durch das Lade- und Entladestromprofil bestimmte Zeitintervalle mit einem elektrischen Strom beaufschlagt und/oder der Energiespeichervorrichtung 260 wird zum Entladen gemäß durch das Lade- und Entladestromprofil bestimmten Zeitintervallen ein elektrischer Strom entnommen. Durch das Laden und/oder Entladen der Energiespeichervorrichtung 260 entsteht durch einen Innenwiderstand Wärme, was zu einer Temperaturänderung der Energiespeichervorrichtung 260 führt. Der Innenwiderstand kann wie folgt beschrieben ermittelt werden: Ermitteln des Ist-Ladezustands 261 der Energiespeichervorrichtung 260; Bestimmen 120 des Lade- und Entladestromprofils 271 zum Laden der Energiespeichervorrichtung 260 durch eine fahrzeugexterne Ladestation 300 und zum Entladen der Energiespeichervorrichtung 260 anhand des Ist-Ladezustands 261; Laden und Entladen 130 der Energiespeichervorrichtung 260 anhand des Lade- und Entladestromprofils 271; Ermitteln einer das Laden und Entladen 130 betreffenden Wärmegröße; und Ermitteln einer Verlustleistung anhand des Lade- und Entladestromprofils 271 und anhand der Wärmegröße zum Bestimmen des Innenwiderstands. Alternativ oder zusätzlich kann der Innenwiderstand durch eine elektrische Widerstandsmessung gemessen werden.
  • Das Laden und Entladen 130 umfasst eine Entnahme aus dem fahrzeugexternen Stromnetz 310 gemäß einem Ladestromprofil und ein Einspeisen in das fahrzeugexterne Stromnetz 310 gemäß einem Entladestromprofil. Dabei wird das Entladestromprofil des Lade- und Entladestromprofils 271 beispielsweise unter Berücksichtigung einer Einspeiseleistung, also eine Leistung eines Stroms zum Einspeisen von der Energiespeichervorrichtung 260 in das Stromnetz 310 ermittelt.
  • Alternativ oder zusätzlich umfasst das Laden und Entladen 130 eine Entnahme aus dem fahrzeugexternen Stromnetz 310 und ein Einspeisen in das Bordnetz 280 des Kraftfahrzeugs 200. Dabei wird das Entladestromprofil des Lade- und Entladestromprofils 271 beispielsweise unter Berücksichtigung einer Verbrauchsleistung, also einer Leistung eines elektrischen Verbrauchers des Kraftfahrzeugs 200 ermittelt.
  • Das Kraftfahrzeug 200 weist eine Temperierungsvorrichtung 270 auf. Die Temperierungsvorrichtung 270 ist dazu eingerichtet, das Einregeln der Soll-Temperatur 271 durch das Laden und Entladen der Energiespeichervorrichtung 260 zu unterstützen. Dafür weist die Temperierungsvorrichtung 270 beispielsweise einen Lüfter, eine Umwälzpumpe, und/oder ein Wärmeleitfluid auf. Die Temperierungsvorrichtung 270 umfasst eine Kühlvorrichtung und eine Heizvorrichtung.
  • Die Temperierungsvorrichtung 270 ist dazu eingerichtet, die Temperatur 274 der Energiespeichervorrichtung 260 auf eine Soll-Temperatur 271 einzuregeln. Dafür ist die Temperierungsvorrichtung 270 dazu eingerichtet, mit einer Heizleistung 272 zum Beheizen der Energiespeichervorrichtung 260 und/oder mit einer Kühlleistung 273 zum Kühlen der Energiespeichervorrichtung 260 betrieben zu werden. Dabei wird beim Kühlen eine der Kühlleistung 273 entsprechende Wärmemenge Q von der Energiespeichervorrichtung 260 zu der Temperierungsvorrichtung 270 abgeführt und/oder beim Heizen wird eine der Heizleistung 272 entsprechende Wärmemenge Q von der Temperierungsvorrichtung 270 der Energiespeichervorrichtung 260 zugeführt. Durch das Zu- und/oder Abführen der Wärmemenge Q kann eine Temperatur der Energiespeichervorrichtung 271 steigen, sinken und/oder konstant gehalten werden.
  • 2 zeigt schematisch einen Ablaufplan eines Verfahrens 100 gemäß einem Aspekt der Offenbarung. Das Verfahren 100 ist ein Verfahren 100 zur Regelung einer Temperatur 274 einer Energiespeichervorrichtung 260 eines Kraftfahrzeugs 200. Ein derartiges Kraftfahrzeug 200 wurde mit Bezug zu 1 beschrieben. 2 wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
  • Das Verfahren 100 gemäß 1 weist auf: Ermitteln 110 eines Ist-Ladezustands 261 der Energiespeichervorrichtung 260.
  • Es erfolgt ein Ermitteln 115 einer die Energiespeichervorrichtung 260 betreffenden Soll-Temperatur 271. Dabei wird die Soll-Temperatur 271 derart ermittelt, dass die Soll-Temperatur 271 kleiner, gleich oder größer als die Temperatur 274 der Energiespeichervorrichtung 260 ist.
  • Es erfolgt ein Bestimmen 120 eines Lade- und Entladestromprofils 271 zum Laden der Energiespeichervorrichtung 260 durch eine fahrzeugexterne Ladestation 300 und zum Entladen der Energiespeichervorrichtung 260 anhand des Ist-Ladezustands 261 und der Soll-Temperatur 271.
  • Es erfolgt ein Laden und Entladen 130 der Energiespeichervorrichtung 260 anhand des Lade- und Entladestromprofils 271 zur Regelung der Temperatur 274 gemäß der Soll-Temperatur 271. Beim Laden und Entladen 130 anhand des Lade- und Entladestromprofils 271 wird eine Spannungsantwort der Energiespeichervorrichtung 260 erfasst.
  • Es erfolgt ein Anwenden 135 einer Heizleistung 272 und/oder Kühlleistung 273 durch eine Temperierungsvorrichtung 270 zum Temperieren der Energiespeichervorrichtung 260.
  • 3 zeigt schematisch zwei beispielhafte zeitliche Verläufe (3 (A) und 3 (B)) einer Temperatur T einer Energiespeichervorrichtung 260. Dabei ist die Temperatur in Abhängigkeit der Zeit t mit einer nicht definierten Zeitskala dargestellt. 3 wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
  • 3 zeigt zwei Anwendungsfälle für eine Vorkonditionierung der Energiespeichervorrichtung 260.
  • Dabei zeigt 3 (A) einen anfänglichen Anstieg der Temperatur, da das Kraftfahrzeug 200 durch einen Nutzer verwendet wird. Die Temperatur steigt bis zu dem Punkt A. Am Punkt A wird das Kraftfahrzeug 200 an ein Stromnetz 310 angeschlossen und ist somit in einer V2G-Anwendung verwendet. Zum Zeitpunkt B konditioniert das Batteriesteuergerät 220 die Temperatur 274 der Energiespeichervorrichtung 260 für einen bestimmten Anwendungsfall vor. In diesem Fall wird die Energiespeichervorrichtung 260 auf eine Soll-Temperatur 274 erwärmt, um eine verglichen mit der Temperatur 271 an Punkt B höhere Soll-Temperatur 274 an Punkt C zu erzielen. In Punkt C kann beispielsweise eine Widerstandsmessung erfolgen. Die Temperatur des Punktes C ist derart gewählt, dass die Messung konsistent mit anderen Messungen über den Lebenszyklus der Energiespeichervorrichtung 260 und/oder des Kraftfahrzeugs 200 ist. Nach dem Punkt C wird die Energiespeichervorrichtung 260 gekühlt. Die Energiespeichervorrichtung 260 wird somit zur Diagnose und insbesondere zur Widerstandsmessung vorkonditioniert.
  • 3 (B) zeigt, bis zum einem Punkt A einen nur geringen Anstieg der Temperatur der Energiespeichervorrichtung 260. Dabei wird das Kraftfahrzeug 200 bei kalten Umgebungstemperaturen betrieben. Am Punkt A wird das Kraftfahrzeug 200 an ein Stromnetz 310 angeschlossen und ist somit in einer V2G-Anwendung verwendet. Um ein Schellladen zu ermöglichen, wird bis zu einem Punkt B eine verglichen mit der Temperatur 274 an Punkt A höhere Soll-Temperatur 271 eingeregelt. Nach einem erfolgreichen Schnellladen wird eine verglichen mit der Temperatur 274 an Punkt B niedrigere Soll-Temperatur 271 an Punkt C eingeregelt, um das Kraftfahrzeug 200 zu parken. Die Energiespeichervorrichtung 260 wird somit zum Laden und insbesondere zum Schnellladen vorkonditioniert.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Verfahren
    110
    Ermitteln eines Ist-Ladezustands
    115
    Ermitteln einer Soll-Temperatur
    120
    Bestimmen eines Lade- und Entladestromprofils
    130
    Laden und Entladen
    135
    Anwenden einer Heizleistung und/oder Kühlleistung
    200
    Kraftfahrzeug
    220
    Batteriesteuergerät
    230
    elektrischer Antrieb
    250
    Datenverarbeitungsvorrichtung
    271
    Lade- und Entladestromprofil
    260
    Energiespeichervorrichtung
    261
    Ist-Ladezustand
    262
    Soll-Ladezustand
    270
    Temperierungsvorrichtung
    271
    Soll-Temperatur
    272
    Heizleistung
    273
    Kühlleistung
    274
    Temperatur
    280
    Bordnetz
    300
    Ladestation
    310
    Stromnetz
    Q
    Wärmemenge
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102019108607 B3 [0009, 0046]

Claims (12)

  1. Verfahren (100) zur Regelung einer Temperatur (274) einer Energiespeichervorrichtung (260) eines Kraftfahrzeugs (200), wobei das Verfahren (100) aufweist: - Ermitteln (110) eines Ist-Ladezustands (261) der Energiespeichervorrichtung (260); - Ermitteln (115) einer die Energiespeichervorrichtung (260) betreffenden Soll-Temperatur (271); - Bestimmen (120) eines Lade- und Entladestromprofils (271) zum Laden der Energiespeichervorrichtung (260) durch eine fahrzeugexterne Ladestation (300) und zum Entladen der Energiespeichervorrichtung (260) anhand des Ist-Ladezustands (261) und der Soll-Temperatur (271); und - Laden und Entladen (130) der Energiespeichervorrichtung (260) anhand des Lade- und Entladestromprofils (271) zur Regelung der Temperatur (274) gemäß der Soll-Temperatur (271).
  2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei das Verfahren (100) ein Anwenden (135) einer Heizleistung (272) und/oder Kühlleistung (273) durch eine Temperierungsvorrichtung (270) zum Temperieren der Energiespeichervorrichtung (260) aufweist.
  3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Soll-Temperatur (271) derart ermittelt wird, dass die Soll-Temperatur (271) kleiner als, gleich wie oder größer als die Temperatur (274) der Energiespeichervorrichtung (260) ist.
  4. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei beim Laden und Entladen (130) anhand des Lade- und Entladestromprofils (271) eine Spannungsantwort der Energiespeichervorrichtung (260) erfasst wird.
  5. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Soll-Temperatur (271) eine Diagnose-Temperatur zum Diagnostizieren einer Zustandsgröße der Energiespeichervorrichtung (260) ist.
  6. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Soll-Temperatur (271) eine Lade-Temperatur zum Laden der Energiespeichervorrichtung (260) und/oder eine Schnelllade-Temperatur zum Schnellladen der Energiespeichervorrichtung (260) ist.
  7. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Laden und Entladen (130) eine Entnahme aus einem fahrzeugexternen Stromnetz (310) und ein Einspeisen in das fahrzeugexterne Stromnetz (310) umfasst.
  8. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Laden und Entladen (130) eine Entnahme aus einem fahrzeugexternen Stromnetz (310) und ein Einspeisen in ein Bordnetz (280) des Kraftfahrzeugs (200) umfasst.
  9. Computerprogramm und/oder computerlesbares Medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms bzw. der Befehle durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren (100) und/oder die Schritte des Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
  10. Datenverarbeitungsvorrichtung (250) für ein Kraftfahrzeug (200), wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung (250) dazu eingerichtet ist, das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
  11. Batteriesteuergerät (220) für ein Kraftfahrzeug (200), wobei das Batteriesteuergerät (220) die Datenverarbeitungsvorrichtung (250) nach Anspruch 10 umfasst.
  12. Kraftfahrzeug (200), umfassend eine Energiespeichervorrichtung (260) und die Datenverarbeitungsvorrichtung (250) nach Anspruch 10 und/oder das Batteriesteuergerät (220) nach Anspruch 11.
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