WO2019238340A1 - Verfahren zur temperierung eines elektrischen energiespeichers - Google Patents

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WO2019238340A1
WO2019238340A1 PCT/EP2019/062399 EP2019062399W WO2019238340A1 WO 2019238340 A1 WO2019238340 A1 WO 2019238340A1 EP 2019062399 W EP2019062399 W EP 2019062399W WO 2019238340 A1 WO2019238340 A1 WO 2019238340A1
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heating
energy store
power
usage
energy
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PCT/EP2019/062399
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Simon Nuernberger
Christoph Bauer
Dave Andre
Jan Philipp Schmidt
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a method and a corresponding control device for tempering an electrical energy store.
  • An at least partially electrically powered vehicle e.g. a BEV (battery electric vehicle) or a plug-in hybrid, includes an electric one
  • Energy storage in particular an electrochemical energy storage such as e.g. a lithium ion-based energy storage device, which is set up to store electrical energy for the operation of an electric drive machine of the vehicle and to make it available if required.
  • electrochemical energy storage such as e.g. a lithium ion-based energy storage device
  • the electrical energy storage device of a vehicle can therefore have a heating unit with which the electrical energy storage device can be heated in order to increase the temperature of the electrical energy storage device and thus the efficiency of the energy storage device, particularly in winter.
  • the heating unit is typically operated with electrical energy from the energy store. This electrical energy is no longer available for operating the drive machine of the vehicle, so that the range of the vehicle is reduced by the temperature control of the energy store.
  • the present document deals with the technical problem of increasing the energy efficiency of the temperature control of an electrical energy store, in particular in order to increase the range of an at least partially electrically driven vehicle.
  • independent claim dependent claim without the features of the independent claim or only in combination with a subset of the features of the independent claim can form its own invention and independent of the combination of all the features of the independent claim, which is the subject of an independent claim, a divisional application or late registration can be made. This applies in the same way to the technical teachings described in the description, which can form an invention that is independent of the features of the independent claims.
  • the Energy storage (in particular an electrochemical energy storage) of a vehicle (in particular a road vehicle) described.
  • the Energy storage can be set up to provide electrical energy for the operation of an electric drive machine of the vehicle.
  • the energy store can have, for example, a nominal voltage of 300V, 400V or more.
  • the method includes predicting a usage profile for the
  • Energy storage for a preceding period (e.g. for a period of 2, 5, 10 minutes or longer).
  • it can be predicted how the energy store is to be used in the preceding period.
  • it can be determined which discharge powers and / or which charging powers are to be provided by the energy store or
  • the predicted usage profile can indicate a predicted temporal course of electrical power that is to be delivered and / or recorded by the energy store in the preceding period. In other words, it can be determined for a sequence of points in time (e.g. for 10, 20, 50, 100 or more points in time) which are to be included.
  • the predicted usage profile can indicate a predicted temporal course of electrical power that is to be delivered and / or recorded by the energy store in the preceding period. In other words, it can be determined for a sequence of points in time (e.g. for 10, 20, 50, 100 or more points in time) which are to be included.
  • the predicted usage profile can indicate a predicted temporal course of electrical power that is to be delivered and / or recorded by the energy store in the preceding period. In other words, it can be determined for a sequence of points in time (e.g. for 10, 20, 50, 100 or more points in time) which are to be included.
  • the predicted usage profile can indicate a predicted temporal course of electrical power that is to be delivered and / or recorded by
  • the usage profile can e.g. be predicted based on a planned destination for the vehicle to drive ahead. Alternatively or in addition, the usage profile can be predicted on the basis of a planned route for the vehicle to travel ahead. For this purpose, digital map information relating to a road network and / or
  • Traffic information related to the road network is taken into account.
  • the usage profile can be based on
  • the method comprises setting the heating power and / or the heating time (in particular the heating power averaged over a certain period) for temperature control of the energy store depending on the predicted usage profile.
  • the heating power and / or the heating time (in particular the heating power averaged over a certain period of time) can be determined in such a way that the accumulated amount of energy for temperature control of the energy store for the implementation of the predicted
  • usage profile is reduced, in particular minimized.
  • the usage profile can indicate the time profile of the discharge power to be emitted by the energy store or the charging power to be absorbed.
  • the heating output and / or the heating period can indicate the time profile of the discharge power to be emitted by the energy store or the charging power to be absorbed.
  • the power condition for a specific point in time can require that at the specific point in time the temperature-dependent maximum possible discharge power and / or charging power of the energy store corresponds to or exceeds the electrical power to be output and / or to be recorded indicated by the predicted time profile.
  • the performance condition may require that the predicted usage profile can actually be provided by the energy store at any point in time in the preceding period.
  • the heating power and / or the heating time period (in particular the heating power averaged over a certain period) can be set such that the cumulative electrical energy that is required to be taken from the energy storage device for the temperature control of the energy store at each point in time of the preceding period in order to fulfilling the performance condition up to this point in time is reduced, in particular minimized.
  • the heating output and / or the heating period (in particular the heating power averaged over a certain period of time) can be adjusted or set over time in such a way that the
  • Performance condition is met, and that the accumulated amount of energy required for this purpose is reduced or minimized.
  • the provision of a predicted usage profile thus makes it possible to reduce the energy consumption of an at least partially electrically operated vehicle without restricting the performance of the vehicle.
  • the method can include determining values of one or more state parameters of the electrical energy store.
  • the one or more state parameters can include: the temperature of the energy store, the state of charge of the energy store, and / or the cell voltage at one or more storage cells of the energy store.
  • the heating power and / or the heating period (in particular the heating power averaged over a certain period) can then also be set as a function of the determined values of the one or more status parameters.
  • the heating energy required for tempering an electrical energy store can be reduced further.
  • the heating power and / or the heating time (in particular the heating power averaged over a certain period) for temperature control of an electrical energy store can be determined on the basis of a predefined heating plan.
  • the heating plan can be determined in advance (e.g. experimentally) and saved on a storage unit of the vehicle.
  • the heating schedule can e.g. for different usage profiles and / or for
  • Different values of the one or more status parameters indicate the respective heating power and / or the respective heating time period (in particular the respective heating power averaged over a certain period).
  • the energy store can comprise a plurality of storage cells which are at least partially connected in parallel and / or at least partially in series with one another.
  • a memory cell can include a (cell-internal) heating module that is set up to change the memory cell with a changeable one
  • Energy stores can thus be heated up in an efficient and immediate manner by means of cell-internal heating modules.
  • the electrical energy for the operation of the individual heating modules can be taken directly from the respective storage cell.
  • the heating power and / or the heating duration (in particular the heating power averaged over a certain period) of the individual heating modules of the plurality of storage cells can then be set as a function of the usage profile. In this way, a particularly efficient and precise temperature control of an energy store can be achieved.
  • a heating module can comprise one or more heating plates, which can be activated or deactivated via one or more switching elements.
  • Heating output can thus be changed by activating or deactivating individual heating plates.
  • a heating plate of a heating module can comprise a plurality of heating resistors which can be activated or deactivated via one or more switching elements and / or can be arranged in series with one another and / or in series with one another.
  • the heating module of a first memory cell can optionally have one or more switching elements with another second memory cell be electrically connected to bring about an energy supply to the heating module from the other second memory cell.
  • the heating modules of several storage cells can be caused by only one
  • Storage cell are electrically supplied to reduce the heating power.
  • a heating module can optionally be supplied with electricity from several storage cells in order to increase the heating output.
  • the method can include controlling the one or more
  • Switching elements to set the heating output of a heating module In this way, the heating output for temperature control of an energy store can be changed in a precise manner.
  • the energy store can have at least one heating module or at least one
  • heating unit that is configured to supply thermal energy to the energy store in an active state.
  • a pulsed activation of the heating module or of the heating element can then take place by means of a sequence of activation pulses, so that the heating period and thus the average heating power are set by the pulse width of the activation pulses.
  • the pulsed operation of a heating module enables the (average) heating power for the temperature control of an electrical one to be achieved in an efficient and precise manner
  • the method may include determining or selecting one
  • Usage scenarios can e.g. include: a usage scenario for a relatively short drive; on
  • Usage scenario for a relatively long journey a usage scenario for charging the energy store with a relatively low charging power
  • the heating power and / or the heating time period (in particular the heating power averaged over a certain period) can then be dependent on the determined one
  • Usage scenario can be set. Different heating plans can be provided for the different usage scenarios. By taking into account different predefined usage scenarios, the energy consumption for temperature control of an electrical energy store can be further reduced.
  • a control device for a heating unit or for a heating module of an electrical energy store of a vehicle is described. The control device is set up to predict a usage profile for the energy store for a preceding period of time. In addition, the control device is set up to achieve the heating power and / or heating duration caused by the heating unit or the heating module (in particular the heating power averaged over a certain period of time) for temperature control
  • a road motor vehicle in particular a passenger car or a truck or a bus or a motorcycle
  • a software (SW) program is described.
  • the SW program can be set up to be executed on a processor (e.g. on a control device of a vehicle) and thereby to carry out the method described in this document.
  • a storage medium is described.
  • Storage medium can comprise a software program which is set up to to run on a processor, and by doing so in that
  • Figure 1 exemplary components of a vehicle
  • FIG. 2a shows an exemplary storage module for an electrical energy storage device of a vehicle
  • FIGS. 2b and 2c exemplary memory cells for a memory module
  • Figure 2 d exemplary heating plates for a memory cell
  • FIG. 2e shows an exemplary energy supply for a heating plate
  • FIG. 3a exemplary performance characteristics of an energy store
  • FIG. 3b shows an exemplary predicted performance prediction for a vehicle
  • FIG. 4 shows a flow chart of an exemplary method for tempering an electrical energy store.
  • FIG. 1 shows exemplary components of a vehicle 100.
  • FIG. 1 shows an electric drive machine 104 that is set up to drive a drive axle 102 and / or one or more wheels 103 of the vehicle 100.
  • Electrical energy for the operation of the drive machine 104 is generated from a electrical energy storage device 110, in particular from an electrochemical energy storage device.
  • the energy store 110 can comprise a heating unit 111, which is set up to house one or more storage cells
  • a control device 101 (e.g. a control device) of the vehicle 100 can be configured to control the engine 104, e.g. so that a certain drive torque is provided by the drive machine 104. Furthermore, the control device 101 can be configured to control the heating unit 111 in order to heat the one or more storage cells of the energy store 110 to a specific temperature. You can use a
  • T emperature sensor 1 12 the temperature of the one or more memory cells are recorded in order to make a precise setting, in particular regulation, of the
  • FIG. 2a shows an example memory module 200 with a plurality of memory cells 210.
  • the energy store 110 of a vehicle 100 can include one or more such memory modules 200.
  • two memory cells 210 are arranged parallel to one another via contact bridges 203 (in particular in order to increase the capacity of the memory module 200).
  • groups of memory cells 210 connected in parallel are connected in series via contact bridges 204 (in particular around the
  • a memory cell 210 comprises a cell coil 215 which is surrounded by an insulating layer 214 and a (typically metallic) cell cup 213.
  • a memory cell 210 comprises a positive connection or terminal 211 and a negative connection or terminal 212.
  • a cell voltage is present between the positive connection 211 and the negative connection 212.
  • a cell current (either a charging current into the memory cell 210 or a discharge current out of the memory cell 210).
  • the positive connection 211 of a first memory cell 210 of the series connection of memory cells 210 forms a positive connection 201 of the memory module 200 and the negative connection 212 of a last memory cell 210 of the
  • Series connection of memory cells 210 forms a negative connection 202 of the memory module 200.
  • a module voltage which corresponds to the sum of the cell voltages of the memory cells 110 connected in series.
  • a module current (which corresponds to the sum of the cell currents of the memory cells 210 connected in parallel with one another) flows at the connections 201, 202 of the memory module 200.
  • a heating unit 111 may therefore be necessary
  • a heating unit 111 can e.g. Include heating wires which are arranged on the outer walls (in particular on the cell cups 215) of the storage cells 210 and which are supplied with electrical energy from the outside.
  • a heating module 221 can be installed in each of the individual storage cells 210 in order to provide thermal energy for heating the storage cells 210 in the immediate vicinity of the storage cells 210 (see FIG. 2c).
  • a heating module 221 can be designed to change the heating rate at which a storage cell 210 is heated.
  • the heating module 221 of a storage cell 210 can be configured to vary the thermal power with which the storage cell 210 is heated.
  • a heating module 221 of a memory cell 210 as shown in FIG. 2d on the left, have a plurality of heating plates 230 which can be connected in parallel and / or in series with one another by switching elements 231. So he can be
  • Heating resistance of the heating module 221 and thus the heating power of the heating module 221 can be changed.
  • a hot plate 230 can be in a variety of
  • Resistance regions 232 can be subdivided, which are distributed as evenly as possible over the surface of the heating plate 230 (see FIG. 2d, right side).
  • the individual resistance areas 232 can be switched on or off by switching elements 233 in order to set the heating resistor and thus the heating power of a heating module 221.
  • a pulsed heating module 221 can be energized.
  • the heating time and thus the (average) heating power can be changed via the pulse width of the current pulses.
  • the heating module 221 of a first memory cell 210 can be connected to the heating module 221 of a second memory cell 210 or to the terminals 211, 212 of the second memory cell 210 by means of one or more switching elements 235. This can cause the heating modules 221 to have several
  • Memory cells 210 can be electrically supplied from a single memory cell 210 (in order to reduce the heating power).
  • a heating module 221 can be supplied with electricity from a plurality of storage cells 210 simultaneously (in order to increase the heating output).
  • a balancing phase can be provided to determine the state of charge and / or the
  • the heating power for the individual heating modules 221 can be set such that the storage cells 210 are automatically balanced.
  • the individual memory cells 210 of a memory module 200 or of an electrical energy store 110 (which includes, for example, one or more memory modules e 200) can thus be individually heated in order to increase the temperature of the individual memory cells 210 and thus to increase the performance of the individual memory cells 210 increase.
  • the heating power (and thus the gradient of the temperature rise) of the individual storage cells 210 can be changeable or adjustable.
  • Memory cell 210 can be obtained directly from memory cell 210 itself in order to enable the most energy-efficient temperature control possible.
  • 3a illustrates an exemplary relationship 303 between the discharge power 302 of an energy store 110 (or a memory cell 210) and the temperature 301 of the energy store 110 (or the memory cell 210).
  • a corresponding relationship 303 typically applies to the charging power of an energy store 110.
  • Charging power be stronger than the temperature dependence of the discharge power.
  • 3a shows in particular that the maximum discharge power (and / or the maximum charging power) 304 of an energy store 110 (or a storage cell 210) is typically only reached at a specific target temperature 305 (e.g. of 20 ° C.).
  • the temperature 301 of the energy store 110 can be significantly below the target temperature 305, particularly in winter.
  • the discharge power 302 of the energy store 110 and thus also the available drive power of the vehicle 100 can be reduced.
  • the heating unit 111 of the energy store 110 or the heating modules 221 of the Memory cells 210 are operated (for example with a maximum possible
  • the control unit 101 can be configured to predict a future usage profile of the electrical energy store 110.
  • the electrical energy store 110 can be configured to predict a future usage profile of the electrical energy store 110.
  • Discharge power and / or the charging power are predicted, which should be taken and / or recorded in a previous period.
  • the usage profile of the energy storage device 110 can be determined on the basis of planning data 120 of a user of the vehicle 100. Exemplary planning data 120 are
  • a planned route for the vehicle 100 (e.g. after entering a destination via a navigation device of the vehicle 100);
  • a planned destination e.g. a charging station for charging the electrical
  • boundary conditions and / or state parameters of the operation of the electrical energy store 110 can be taken into account.
  • the current temperature 301 of the energy store 110 and or
  • a known driving behavior and / or a known driving style of a user of the vehicle 100 is a known driving behavior and / or a known driving style of a user of the vehicle 100.
  • a predicted power curve 313 can be determined, the power curve 313 indicating the power 312 as a function of the time 311 that the energy store 110 is expected to be removed and / or fed.
  • the temperature of the energy store 110 through the operation of the heating unit 111 can then take place as a function of the predicted power curve 313.
  • the temperature of the energy store 110 can be such that the energy store 110 can deliver the power 312 indicated by the power course 313 at any time 31 1 along the predicted power course 313, but may not have any additional power reserves.
  • Energy store 110 take place in such a way that the energy store 110 only has the target temperature 305 at the point in time 315 at which the maximum possible power 304 is required.
  • the heating power of the heating unit 11 1 of an energy store 110 can thus be set as required. Operation of the heating unit 111 can at least partially be postponed to periods in which (braking) recuperation of the vehicle 100 takes place and in which the entire recuperated electrical power may not be able to be absorbed by the energy store 110. The (excess) recuperated electrical energy can then be used to operate the heating unit 111 (in particular to operate the heating modules 221 of the heating unit 111). A particularly energy-efficient temperature control of the energy store 110 can take place in this way. An intelligent control of the temperature control of an electrical energy store 110 is thus described, in which not only one to be achieved
  • Target temperature 305 but also plans of a user of a vehicle 100 are taken into account.
  • the destination of a trip, the route of a trip, a planned quick charging process, etc. can be taken into account.
  • one or more boundary conditions such as the current state of charge and / or the current temperature can also be included in a strategy for setting or Regulation of the temperature 301 of an energy store 110 are taken into account.
  • the heating rate or the heating power of a heating unit 111 for temperature control of the energy store 110 can be set as a function of one or more of the above parameters.
  • the cell-internal heating modules 221 of an energy store 110 can thus be controlled as required (for example, taking navigation data and / or weather data into account).
  • Conditioning of the energy store 110 takes place.
  • the control unit 101 can be set up to use a (predefined) table or a (predefined) heating plan in order to determine the heating output as a function of one or more parameters. Exemplary parameters are included
  • the current temperature of the energy store 110 is the current temperature of the energy store 110.
  • the current state of charge (SOC) of the energy store 110 is the current state of charge (SOC) of the energy store 110;
  • the current cell voltage of the individual memory cells 210 The current cell voltage of the individual memory cells 210;
  • a usage scenario for the use of the energy store 110 (e.g., a usage scenario for the use of the energy store 110 )
  • a known driving behavior and / or a known driving style of a user of the vehicle 100 is a known driving behavior and / or a known driving style of a user of the vehicle 100.
  • the heating plan can be used for different combinations of values of one or more of the above. Display parameters,
  • FIG. 4 shows a flowchart of an exemplary method 400 for operating an electrical energy store 110 of a vehicle 100
  • Energy store 110 has a temperature-dependent maximum possible discharge power 302.
  • the method 400 can be carried out by a control device 101 of the vehicle 100.
  • the method 400 comprises predicting 401 a usage profile for the energy store 110 for a preceding period of time.
  • the period ahead can e.g. 2, 5, 10 minutes or more.
  • the usage profile can e.g. be determined on the basis of a planned destination and / or on the basis of a planned route of the vehicle 100.
  • the electrical output 312 can be predicted (possibly as a function of the time 311) that is necessary for the operation of the electric drive motor of the vehicle 100
  • the method 400 further includes the setting 402 of the heating power or the heating rate and / or the heating time for the temperature control of the energy store 110 as a function of the predicted usage profile. In other words, depending on the predicted usage profile, it can be set how quickly and / or how intensively the energy store 110 is heated (in order to provide an increased maximum possible discharge power 302). The electrical required for the temperature control of the energy store 110 can thus
  • Amount of energy can be reduced.
  • Energy storage 110 allows. In this way, life-saving operation of the storage cells 210 of an energy store 110 can be made possible. Furthermore can thus mechanical stress situations for the memory cells 210 one

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs beschrieben. Das Verfahren umfasst das Prädizieren eines Nutzungsprofils für den Energiespeicher für einen vorausliegenden Zeitraum. Außerdem umfasst das Verfahren das Einstellen einer Heizleistung und/oder einer Zeitdauer zur Temperierung des Energiespeichers in Abhängigkeit von dem prädizierten Nutzungsprofil.

Description

Verfahren zur Temperierung eines elektrischen Energiespeichers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Steuervorrichtung zur Temperierung eines elektrischen Energiespeichers.
Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeugs, z.B. ein BEV (battery electric vehicle) oder ein Plug-In Hybrid, umfasst einen elektrischen
Energiespeicher, insbesondere einen elektrochemischen Energiespeicher wie z.B. einen Lithium Ionen basierten Energiespeicher, der eingerichtet ist, elektrische Energie für den Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs zu speichern und bei Bedarf bereitzustellen.
Die elektrische Leistung, die von einem elektrischen Energiespeicher
bereitgestellt werden kann, ist typischerweise von der Temperatur des
Energiespeichers abhängig. Insbesondere kann bei niedrigen Temperaturen (z.B. im Winter), die Leistungsfähigkeit eines elektrischen Energiespeichers signifikant reduziert sein, wodurch die Leistungsfähigkeit des Antriebs eines Fahrzeugs beeinträchtigt werden kann. Der elektrische Energiespeicher eines Fahrzeugs kann daher eine Heizeinheit aufweisen, mit der der elektrische Energiespeicher beheizt werden kann, um insbesondere im Winter die Temperatur des elektrischen Energiespeichers und damit die Leistungsfähigkeit des Energiespeichers zu erhöhen. Die Heizeinheit wird typischerweise mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher betrieben. Diese elektrische Energie steht nicht mehr für den Betrieb der Antriebsmaschine des Fahrzeugs zur Verfügung, so dass die Reichweite des Fahrzeugs durch die Temperierung des Energiespeichers reduziert wird.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, die Energieeffizienz der Temperierung eines elektrischen Energiespeichers zu erhöhen, insbesondere um die Reichweite eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs zu erhöhen.
Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausfuhrungsformen 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 T ei lungsanmeldung 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 ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen
Energiespeichers (insbesondere eines elektrochemischen Energiespeichers) eines Fahrzeugs (insbesondere eines Straßenkraftfahrzeugs) beschrieben. Der Energiespeicher kann eingerichtet sein, elektrisch Energie für den Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs bereitzustellen. Der Energiespeicher kann z.B. eine Nennspannung von 300V, 400V oder mehr aufweisen. Das Verfahren umfasst das Prädizieren eines Nutzungsprofils für den
Energiespeicher für einen vorausliegenden Zeitraum (z.B. für einen Zeitraum von 2, 5, 10 Minuten oder länger). Mit anderen Worten, es kann prädiziert werden, wie der Energiespeicher in dem vorausliegenden Zeitraum genutzt werden soll. Dabei kann insbesondere ermittelt werden, welche Entladeleistungen und/oder welche Ladeleistungen durch den Energiespeicher zu erbringen bzw.
aufzunehmen sind. Beispielsweise kann das prädizierte Nutzungsprofil einen prädizierten zeitlichen Verlauf von elektrischer Leistung anzeigen, die von dem Energiespeicher in dem voraus liegenden Zeitraum abzugeben und/oder aufzunehmen ist. Mit anderen Worten, es kann für eine Sequenz von Zeitpunkten (z.B. für 10, 20, 50, 100 oder mehr Zeitpunkte) ermittelt werden, welche
Entladeleistung von dem Energiespeicher abzugeben bzw. welche Ladeleistung von dem Energiespeicher aufzunehmen ist.
Das Nutzungsprofil kann z.B. auf Basis eines geplanten Zielortes für eine vorausliegende Fahrt des Fahrzeugs prädiziert werden. Alternativ oder ergänzend kann das Nutzungsprofil auf Basis einer geplanten Fahrstrecke für eine vorausliegende Fahrt des Fahrzeugs prädiziert werden. Zu diesem Zweck kann digitale Karteninformation in Bezug auf ein Straßennetz und/oder
V erkehrsinformation in Bezug auf das Straßennetz berücksichtigt werden.
Alternativ oder ergänzend kann das Nutzungsprofil auf Basis von
Nutzerinformation in Bezug auf ein bekanntes Fahrverhalten und/oder in Bezug auf einen Fahrstil eines Nutzers des Fahrzeugs prädiziert werden. Beispielsweise kann die Dauer einer vorausliegenden Fahrt und/oder der Leistungsbedarf für eine vorausliegende Fahrt in präziser Weise ermittelt werden. Ferner umfasst das Verfahren das Einstellen der Heizleistung und/oder der Heizzeitdauer (insbesondere die über einen bestimmten Zeitraum gemittelte Heizleistung) zur Temperierung des Energiespeichers in Abhängigkeit von dem prädizierten Nutzungsprofil. Dabei können die Heizleistung und/oder die Heizzeitdauer (insbesondere die über einen bestimmten Zeitraum gemittelte Heizleistung) derart ermittelt werden, dass die kumulierte Energiemenge zur Temperierung des Energiespeichers für die Umsetzung des prädizierten
Nutzungsprofils reduziert, insbesondere minimiert, wird. Wie bereits oben dargelegt, kann das Nutzungsprofil den zeitlichen Verlauf der von dem Energiespeicher abzugebenden Entladeleistung bzw. aufzunehmenden Ladeleistung anzeigen. Die Heizleistung und/oder die Heizzeitdauer
(insbesondere die über einen bestimmten Zeitraum gemitelte Heizleistung) können derart eingestellt werden, dass an jedem Zeitpunkt des vorausliegenden Zeitraums eine Leistungsbedingung erfüllt wird. Die Leistungsbedingung für einen bestimmten Zeitpunkt kann dabei fordern, dass an dem bestimmten Zeitpunkt die temperaturabhängige maximal mögliche Entladeleistung und/oder Ladeleistung des Energiespeichers der durch den prädizierten zeitlichen Verlauf angezeigten abzugebenden und/oder aufzunehmenden elektrischen Leistung entspricht oder diese übersteigt. Mit anderen Worten, die Leistungsbedingung kann fordern, dass an jedem Zeitpunkt des vorausliegenden Zeitraums das prädizierte Nutzungsprofil auch tatsächlich durch den Energiespeicher erbracht werden kann. Des Weiteren können die Heizleistung und/oder die Heizzeitdauer (insbesondere die über einen bestimmten Zeitraum gemittelte Heizleistung) derart eingestellt werden, dass an jedem Zeitpunkt des vorausliegenden Zeitraums die zur Temperierung des Energiespeichers aus dem Energiespeicher zu entnehmende kumulierte elektrische Energie, die erforderlich ist, um die Leistungsbedingung bis zu diesem Zeitpunkt zu erfüllen, reduziert, insbesondere minimiert, wird. Mit anderen Worten, die Heizleistung und/oder die Heizzeitdauer (insbesondere die über einen bestimmten Zeitraum gemittelte Heizleistung) können derart über der Zeit angepasst bzw. eingestellt werden, dass an jedem Zeitpunkt die
Leistungsbedingung erfüllt ist, und dass die kumulierte Energiemenge, die zu diesem Zweck erforderlich ist, reduziert bzw. minimiert wird. Die Bereitstellung eines prädizierten Nutzungsprofils ermöglicht es somit, den Energieverbrauch eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugs ohne Beschränkungen der Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs zu reduzieren.
Das Verfahren kann umfassen, das Ermitteln von Werten von ein oder mehreren Zustandsparametem des elektrischen Energiespeichers. Dabei können die ein oder mehreren Zustandsparameter umfassen: die Temperatur des Energiespeichers, den Ladezustand des Energiespeichers, und/oder die Zellspannung an ein oder mehreren Speicherzellen des Energiespeichers. Die Heizleistung und/oder die Heizzeitdauer (insbesondere die über einen bestimmten Zeitraum gemittelte Heizleistung) können dann auch in Abhängigkeit von den ermittelten Werten der ein oder mehreren Zustandsparameter eingestellt werden. Durch die
Berücksichtigung von ein oder mehreren Zustandsparametem kann die erforderliche Heizenergie zur Temperierung eines elektrischen Energiespeichers weiter reduziert werden.
Die Heizleistung und/oder die Heizzeitdauer (insbesondere die über einen bestimmten Zeitraum gemittelte Heizleistung) zur Temperierung eines elektrischen Energiespeichers können auf Basis eines vordefinierten Heizplans ermittelt werden. Dabei kann der Heizplan im Vorfeld (z.B. experimentell) ermittelt und auf einer Speichereinheit des Fahrzeugs gespeichert werden. Der Heizplan kann z.B. für unterschiedliche Nutzungsprofile und/oder für
unterschiedliche Werte der ein oder mehreren Zustandsparameter die jeweilige Heizleistung und/oder die jeweilige Heizzeitdauer (insbesondere die jeweilige über einen bestimmten Zeitraum gemittelte Heizleistung) anzeigen. Durch die Berücksichtigung eines vordefinierten Heizplans kann die zur Temperierung des Energiespeichers erforderliche Energiemenge in effizienter und präziser Weise reduziert werden.
Der Energiespeicher kann eine Mehrzahl von Speicherzellen umfassen, die zumindest teilweise parallel und/oder zumindest teilweise in Reihe zueinander verschaltet sind. Eine Speicherzelle kann dabei ein (zellintemes) Heizmodul umfassen, das eingerichtet ist, der Speicherzelle mit einer veränderbaren
Heizleistung thermische Energie zuzuführen. Die Speicherzellen eines
Energiespeichers können somit in effizienter und unmittelbarer Weise durch zellinteme Heizmodule aufgeheizt werden. Dabei kann die elektrische Energie für den Betrieb der einzelnen Heizmodule direkt aus der jeweiligen Speicherzelle entnommen werden. Die Heizleistung und/oder die Heizzeitdauer (insbesondere die über einen bestimmten Zeitraum gemittelte Heizleistung) der einzelnen Heizmodule der Mehrzahl von Speicherzellen können dann in Abhängigkeit von dem Nutzungsprofil eingestellt werden. So kann eine besonders effiziente und präzise Temperierung eines Energiespeichers bewirkt werden.
Ein Heizmodul kann ein oder mehrere Heizplatten umfassen, die über ein oder mehrere Schaltelemente aktiviert oder deaktiviert werden können. Die
Heizleistung kann somit durch die Aktivierung bzw. die Deaktivierung einzelner Heizplatten verändert werden.
Alternativ oder ergänzend kann eine Heizplatte eines Heizmoduls eine Mehrzahl von Heizwiderständen umfassen, die über ein oder mehrere Schaltelemente aktiviert oder deaktiviert und/oder in Reihe zueinander und/oder in Serie zueinander angeordnet werden können. Durch die Anordnung und/oder
Aktivierung von einzelnen Heizwiderständen kann die Heizleistung eines Heizmoduls in präziser Weise eingestellt werden. Alternativ oder ergänzend kann das Heizmodul einer ersten Speicherzelle ggf. durch ein oder mehrere Schaltelemente mit einer anderen zweiten Speicherzelle elektrisch leitend verbunden werden, um eine Energieversorgung des Heizmoduls aus der anderen zweiten Speicherzelle zu bewirken. So kann z.B. bewirkt werden, dass die Heizmodule mehrerer Speicherzellen nur von einer einzigen
Speicherzelle elektrisch versorgt werden, um die Heizleistung zu reduzieren. Andererseits kann ggf. bewirkt werden, dass ein Heizmodul aus mehreren Speicherzellen elektrisch versorgt wird, um die Heizleistung zu erhöhen.
Das Verfahren kann umfassen, das Ansteuerung der ein oder mehreren
Schaltelemente, um die Heizleistung eines Heizmoduls einzustellen. So kann die Heizleistung zur Temperierung eines Energiespeichers in präziser Weise verändert werden.
Der Energiespeicher kann zumindest ein Heizmodul bzw. zumindest eine
Heizeinheit umfassen, das bzw. die eingerichtet ist, dem Energiespeicher in einem aktiven Zustand thermische Energie zuzuführen. Es kann dann ein gepulstes Aktivieren des Heizmoduls bzw. des Heizelements durch eine Sequenz von Aktivierungspulsen erfolgen, so dass die Heizzeitdauer und damit die mittlere Heizleistung durch die Pulsweite der Aktivierungspulse eingestellt werden. Der gepulste Betrieb eines Heizmoduls ermöglicht es, in effizienter und präziser Weise die (mittlere) Heizleistung zur Temperierung eines elektrischen
Energiespeichers einzustellen.
Das Verfahren kann umfassen, das Ermitteln bzw. das Auswählen eines
Nutzungsszenarios für die voraus liegende Nutzung des Energiespeichers (d.h. für den vorausliegenden Zeitraum) aus einer Mehrzahl von vordefinierten
Nutzungsszenarien. Die Mehrzahl von vordefinierten Nutzungsszenarien kann z.B. umfassen: ein Nutzungsszenario für eine relativ kurze Fahrt; ein
Nutzungsszenario für eine relativ lange Fahrt; ein Nutzungsszenario für das Laden des Energiespeichers mit einer relativ geringen Ladeleistung; ein
Nutzungsszenario für das Laden des Energiespeichers mit einer relativ hohen Ladeleistung; und/oder ein Nutzungsszenario für eine Einbindung des Energiespeichers in ein elektrisches V ersorgungsnetz . Die Heizleistung und/oder die Heizzeitdauer (insbesondere die über einen bestimmten Zeitraum gemittelte Heizleistung) können dann in Abhängigkeit von dem ermittelten
Nutzungsszenario eingestellt werden. Dabei können für die unterschiedlichen Nutzungsszenarien unterschiedliche Heizpläne bereitgestellt werden. Durch die Berücksichtigung von unterschiedlichen vordefinierten Nutzungsszenarien kann der Energieverbrauch zur Temperierung eines elektrischen Energiespeichers weiter reduziert werden. Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuervorrichtung für eine Heizeinheit bzw. für ein Heizmodul eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs beschrieben. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, ein Nutzungsprofil für den Energiespeicher für einen vorausliegenden Zeitraum zu prädizieren. Außerdem ist die Steuervorrichtung eingerichtet, die von der Heizeinheit bzw. dem Heizmodul bewirkte Heizleistung und/oder Heizzeitdauer (insbesondere die über einen bestimmten Zeitraum gemittelte Heizleistung) zur Temperierung des
Energiespeichers in Abhängigkeit von dem prädizierten Nutzungsprofil einzustellen. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Straßenkraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Steuervorrichtung umfasst. 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.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1 beispielhafte Komponenten eines Fahrzeugs;
Figur 2a ein beispielhaftes Speichermodul für einen elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeugs;
Figuren 2b und 2c beispielhafte Speicherzellen für ein Speichermodul;
Figur 2d beispielhafte Heizplatten für eine Speicherzelle;
Figur 2e eine beispielhafte Energieversorgung einer Heizplatte;
Figur 3a beispielhafte Feistungs-Kenndaten eines Energiespeichers;
Figur 3b eine beispielhafte prädizierte Feistungsprognose für ein Fahrzeug; und Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Temperierung eines elektrischen Energiespeichers . Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der effizienten Temperierung eines elektrischen Energiespeichers eines zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1 beispielhafte Komponenten eines Fahrzeugs 100. Insbesondere zeigt Fig. 1 eine elektrische Antriebsmaschine 104, die eingerichtet ist, eine Antriebsachse 102 und/oder ein oder mehrere Räder 103 des Fahrzeugs 100 anzutreiben. Elektrische Energie für den Betrieb der Antriebsmaschine 104 wird dabei aus einem elektrischen Energiespeicher 110, insbesondere aus einem elektrochemischen Energiespeicher, bezogen. Der Energiespeicher 110 kann eine Heizeinheit 111 umfassen, die eingerichtet ist, die ein oder mehreren Speicherzellen des
Energiespeichers 110 zu heizen, um die Temperatur und damit die
Leistungsfähigkeit des Energiespeichers 110 zu erhöhen.
Eine Steuervorrichtung 101 (z.B. ein Steuergerät) des Fahrzeugs 100 kann eingerichtet sein, die Antriebsmaschine 104 anzusteuem, z.B. so dass von der Antriebsmaschine 104 ein bestimmtes Antriebsmoment gestellt wird. Des Weiteren kann die Steuervorrichtung 101 eingerichtet sein, die Heizeinheit 111 anzusteuem, um die ein oder mehreren Speicherzellen des Energiespeichers 110 auf eine bestimmte Temperatur aufzuheizen. Dabei kann mittels eines
T emperatursensors 1 12 die Temperatur der ein oder mehreren Speicherzellen erfasst werden, um eine präzise Einstellung, insbesondere Regelung, der
Temperatur zu ermöglichen.
Fig. 2a zeigt ein beispielhaftes Speichermodul 200 mit einer Mehrzahl von Speicherzellen 210. Der Energiespeicher 110 eines Fahrzeugs 100 kann ein oder mehrere derartige Speichermodule 200 umfassen. In dem dargestellten Beispiel sind jeweils zwei Speicherzellen 210 über Kontaktbrücken 203 parallel zueinander angeordnet (insbesondere um die Kapazität des Speichermoduls 200 zu erhöhen). Des Weiteren sind Gruppen von parallel geschalteten Speicherzellen 210 über Kontaktbrücken 204 in Reihe geschaltet (insbesondere um die
Nennspannung des Speichermoduls 200 zu erhöhen).
Wie in den Figuren 2a und 2b dargestellt, umfasst eine Speicherzelle 210 einen Zellwickel 215, der durch eine Isolierschicht 214 und einen (typischerweise metallischen) Zellbecher 213 umgeben ist. Außerdem umfasst eine Speicherzelle 210 einen positiven Anschluss bzw. Terminal 211 und einen negativen Anschluss bzw. Terminal 212. Zwischen dem positiven Anschluss 211 und dem negativen Anschluss 212 liegt eine Zellspannung an. Des Weiteren fließt an den Anschlüssen 211, 212 ein Zellstrom (entweder ein Ladestrom in die Speicherzelle 210 hinein bzw. ein Entladestrom aus der Speicherzelle 210 heraus).
Der positive Anschluss 211 einer ersten Speicherzelle 210 der Reihenschaltung von Speicherzellen 210 bildet einen positiven Anschluss 201 des Speichermoduls 200 und der negative Anschluss 212 einer letzten Speicherzelle 210 der
Reihenschaltung von Speicherzellen 210 bildet einen negativen Anschluss 202 des Speichermoduls 200. Zwischen dem positiven Anschluss 201 und dem negativen Anschluss 202 des Speichermoduls 200 liegt eine Modulspannung an (die der Summe der Zellspannungen der in Reihe geschalteten Speicherzellen 110 entspricht). Des Weiteren fließt an den Anschlüssen 201, 202 des Speichermoduls 200 ein Modulstrom (der der Summe der Zellströme der parallel zueinander geschalteten Speicherzellen 210 entspricht). Mit sinkender Temperatur sinkt typischerweise die elektrische Leistung, die durch die Speicherzellen 210 eines Speichermoduls 200 aufgenommen bzw. abgegeben werden kann. Es kann daher erforderlich sein, eine Heizeinheit 111
bereitzustellen, um die Speicherzellen 210 eines Speichermoduls 200 zu erwärmen und um damit auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen die elektrische Leistung der Speicherzellen 210 zu erhöhen. Eine Heizeinheit 111 kann z.B. Heizdrähte umfassen, die an den Außenwänden (insbesondere an den Zellbechem 215) der Speicherzellen 210 angeordnet sind und die von außen mit elektrischer Energie versorgt werden. Alternativ oder ergänzend kann innerhalb der einzelnen Speicherzellen 210 jeweils ein Heizmodul 221 verbaut werden, um in unmittelbarer Nähe zu den Speicherzellen 210 thermische Energie zum Heizen der Speicherzellen 210 bereitzustellen (siehe Fig. 2c).
Ein Heizmodul 221 kann ausgebildet sein, die Heizrate, mit der eine Speicherzelle 210 geheizt wird, zu verändern. Mit andern Worten, das Heizmodul 221 einer Speicherzelle 210 kann eingerichtet sein, die thermische Leistung, mit der die Speicherzelle 210 geheizt wird, zu variieren. Beispielsweise kann ein Heizmodul 221 einer Speicherzelle 210, wie in Fig. 2d auf der linken Seite dargestellt, mehrere Heizplatten 230 aufweisen, die durch Schaltelemente 231 parallel und/oder in Reihe zueinander geschaltet werden können. So kann der
Heizwiderstand des Heizmoduls 221 und damit die Heizleistung des Heizmoduls 221 verändert werden.
Alternativ oder ergänzend kann eine Heizplatte 230 in eine Vielzahl von
Widerstandsbereichen 232 unterteilt sein, die möglichst gleichmäßig über der Fläche der Heizplatte 230 verteilt sind (siehe Fig. 2d, rechte Seite). Durch Schaltelemente 233 können die einzelnen Widerstandsbereiche 232 zugeschaltet oder weggeschaltet werden, um den Heizwiderstand und damit die Heizleistung eines Heizmoduls 221 einzustellen.
Alternativ oder ergänzend kann ein Heizmodul 221 gepulst bestromt werden. Dabei können die Heizzeitdauer und damit die (mittlere) Heizleistung über die Pulsweite der Strompulse verändert werden.
Fig. 2e zeigt beispielhaft zwei Speicherzellen 210 mit jeweiligen Heizmodulen 221. Durch ein oder mehrere Schaltelemente 235 kann das Heizmodul 221 einer ersten Speicherzelle 210 mit dem Heizmodul 221 einer zweiten Speicherzelle 210 oder mit den Terminals 211, 212 der zweiten Speicherzelle 210 verbunden werden. So kann bewirkt werden, dass die Heizmodule 221 mehrerer
Speicherzellen 210 aus einer einzigen Speicherzelle 210 elektrisch versorgt werden können (um die Heizleistung zu reduzieren). Alternativ oder ergänzend kann bewirkt werden, dass ein Heizmodul 221 aus mehreren Speicherzellen 210 gleichzeitig elektrisch versorgt wird (um die Heizleistung zu erhöhen).
Bei dem Betrieb der Heizmodule 221 der einzelnen Speicherzellen 210 kann eine Balancingphase vorgesehen werden, um den Ladezustand und/oder die
Zellspannung der einzelnen Speicherzellen 210 anzugleichen (und um
Ausgleichsströme zwischen den (parallel geschalteten) Speicherzellen 210 zu vermeiden bzw. zu reduzieren). Alternativ oder ergänzend kann die Heizleistung für die einzelnen Heizmodule 221 derart eingestellt werden, dass automatisch ein Balancing der Speicherzellen 210 erfolgt. Die einzelnen Speicherzellen 210 eines Speichermoduls 200 bzw. eines elektrischen Energiespeichers 110 (der z.B. ein oder mehrere Speichermodul e 200 umfasst) können somit individuell beheizt werden, um die Temperatur der einzelnen Speicherzellen 210 zu erhöhen, und um damit die Leistungsfähigkeit der einzelnen Speicherzellen 210 zu erhöhen. Dabei kann die Heizleistung (und somit der Gradient des T emp eraturanstiegs) der einzelnen Speicherzellen 210 veränderbar bzw. einstellbar sein. Die Heizleistung zum Erwärmen einer
Speicherzelle 210 kann dabei direkt aus der Speicherzelle 210 selbst bezogen werden, um eine möglichst energieeffiziente Temperierung zu ermöglichen. Fig. 3a veranschaulicht einen beispielhaften Zusammenhang 303 zwischen der Entladeleistung 302 eines Energiespeichers 110 (bzw. einer Speicherzelle 210) und der Temperatur 301 des Energiespeichers 110 (bzw. der Speicherzelle 210). Ein entsprechender Zusammenhang 303 gilt typischerweise für die Ladeleistung eines Energiespeichers 110. Dabei kann die T emperaturabhängigkeit der
Ladeleistung stärker sein als die T emperaturabhängigkeit der Entladeleistung. Aus Fig. 3a ist insbesondere zu entnehmen, dass die maximale Entladeleistung (und/oder die maximale Ladeleistung) 304 eines Energiespeichers 110 (bzw. einer Speicherzelle 210) typischerweise erst bei einer bestimmten Zieltemperatur 305 (z.B. von 20°C) erreicht wird.
Bei der Inbetriebnahme eines Fahrzeugs 100 kann die Temperatur 301 des Energiespeichers 110 insbesondere im Winter deutlich unter der Zieltemperatur 305 liegen. Als Folge daraus können bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs 100 die Entladeleistung 302 des Energiespeichers 110 und damit auch die verfügbare Antriebsleistung des Fahrzeugs 100 reduziert sein. Bei Inbetriebnahme können somit die Heizeinheit 111 des Energiespeichers 110 bzw. die Heizmodule 221 der Speicherzellen 210 betrieben werden (z.B. mit einer maximal möglichen
Heizleistung), um die Temperatur 301 möglichst schnell auf die Zieltemperatur 305 zu erhöhen. Dies führt jedoch zu einem relativ hohen Energieverbrauch. Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet ist, ein zukünftiges Nutzungsprofil des elektrischen Energiespeichers 110 zu prädizieren. Insbesondere kann die
Entladeleistung und/oder die Ladeleistung prädiziert werden, die in einem vorausliegenden Zeitraum entnommen und/oder aufgenommen werden soll. Das Nutzungsprofil des Energiespeichers 110 kann auf Basis von Plandaten 120 eines Nutzers des Fahrzeugs 100 ermittelt werden. Beispielhafte Plandaten 120 sind
• eine geplante Fahrroute für das Fahrzeug 100 (z.B. nach Eingabe eines Zielortes über eine N avigations Vorrichtung des Fahrzeugs 100);
• Daten, die anzeigen, wie der Nutzer des Fahrzeugs 100 das Fahrzeug 100 in der Vergangenheit genutzt hat; und/oder
· ein geplanter Zielort (z.B. eine Ladestation zum Laden des elektrischen
Energiespeichers 110).
Alternativ oder ergänzend können Randbedingungen und/oder Zustandsparameter des Betriebs des elektrischen Energiespeichers 110 berücksichtigt werden.
Beispielhafte Randbedingungen und/oder Zustandsparameter sind
• die aktuelle Temperatur 301 des Energiespeichers 110; und/oder
• der aktuelle Ladezustand (bzw. State of Charge, SOC) des
Energiespeichers 110; und/oder
• Wetter daten in Bezug auf klimatische Bedingungen in der Umgebung des Fahrzeugs 100; und/oder
• ein bekanntes Fahrverhalten und/oder ein bekannter Fahrstil eines Nutzers des Fahrzeugs 100.
Auf Basis der Plandaten 120 kann, wie in Fig. 3b beispielhaft dargestellt, ein prädizierter Leistungsverlauf 313 ermittelt werden, wobei der Leistungsverlauf 313 die Leistung 312 als Funktion der Zeit 311 anzeigt, die dem Energiespeicher 110 voraussichtlich entnommen und/oder zugeführt werden wird. Die
Temperierung des Energiespeichers 110 durch den Betrieb der Heizeinheit 111 kann dann in Abhängigkeit von dem prädizierten Leistungsverlauf 313 erfolgen. Beispielsweise kann die Temperierung des Energiespeichers 110 derart erfolgen, dass der Energiespeicher 110 zu jedem Zeitpunkt 31 1 entlang des prädizierten Leistungsverlaufs 313 die von dem Leistungsverlauf 313 angezeigte Leistung 312 abgeben kann, dabei aber ggf. keine zusätzlichen Leistungsreserven aufweist. In dem in Fig. 3b dargestellten Beispiel kann z.B. die Temperierung des
Energiespeichers 110 derart erfolgen, dass der Energiespeicher 110 erst an dem Zeitpunkt 315, an dem die maximal mögliche Leistung 304 benötigt wird, die Zieltemperatur 305 aufweist.
Durch die Berücksichtigung von Plandaten 120 und insbesondere durch die Berücksichtigung eines prädizierten Leistungsverlaufs 313 kann somit die Heizleistung der Heizeinheit 11 1 eines Energiespeichers 110 bedarfsgerecht eingestellt werden. Dabei kann ein Betrieb der Heizeinheit 111 zumindest tei lweise auf Zeiträume verschoben werden, in denen eine (Brems-) Rekuperation des Fahrzeugs 100 erfolgt und bei der ggf. nicht die gesamte rekuperierte elektrische Leistung von dem Energiespeicher 110 aufgenommen werden kann. Die (überschüssige) rekuperierte elektrische Energie kann dann zum Betrieb der Heizeinheit 111 (insbesondere zum Betreib der Heizmodule 221 der Heizeinheit 111) verwendet werden. So kann eine besonders energieeffiziente Temperierung des Energiespeichers 110 erfolgen. Es wird somit eine intelligente Steuerung der Temperierung eines elektrischen Energiespeichers 110 beschrieben, bei der nicht nur eine zu erreichende
Zieltemperatur 305 sondern auch Vorhaben eines Nutzers eines Fahrzeugs 100 berücksichtigt werden. Dabei können das Ziel einer Fahrt, die Fahrstrecke einer Fahrt, ein geplanter Schnellladevorgang, etc. berücksichtigt werden. Des Weiteren können auch ein oder mehrere Randbedingungen wie der aktuelle Ladezustand und/oder die aktuelle Temperatur in eine Strategie zur Einstellung bzw. zur Regelung der Temperatur 301 eines Energiespeichers 110 berücksichtigt werden. Insbesondere kann in Abhängigkeit von ein oder mehreren der o.g. Parameter die Heizrate bzw. die Heizleistung einer Heizeinheit 111 zur Temperierung des Energiespeichers 110 eingestellt werden. Es kann somit eine bedarfsgerechte Ansteuerung der zellintemen Heizmodule 221 eines Energiespeichers 110 erfolgen (z.B. unter Berücksichtigung von Navigationsdaten und/oder von Wetterdaten). Alternativ oder ergänzend kann eine ladeplanabhängige
Konditionierung des Energiespeichers 110 erfolgen.
Die Steuereinheit 101 kann eingerichtet sein, auf eine (vordefinierte) Tabelle bzw. einen (vordefinierten) Heizplan zurückzugreifen, um in Abhängigkeit von ein oder mehreren Parametern die Heizleistung festzulegen. Beispielhafte Parameter sind dabei
• die prädizierte Länge einer Fahrt;
• die aktuelle Temperatur des Energiespeichers 110;
• der aktuelle Ladezustand (SOC) des Energiespeichers 110;
• die aktuelle Zellspannung der einzelnen Speicherzellen 210;
• ein Nutzungsscenario für die Nutzung des Energiespeichers 110 (z.B.
Nutzung für eine relativ kurze Fahrt, Nutzung für eine relativ lange Fahrt, Nutzung für einen Ladevorgang, Nutzung für einen Schnellladevorgang, Nutzung für„Vehicle to Grid“ (d.h. als Zwischenspeicher für ein elektrisches V ersorgungsnetz), etc.; und/oder
• ein bekanntes Fahrverhalten und/oder ein bekannter Fahrstil eines Nutzers des Fahrzeugs 100.
Der Heizplan kann für unterschiedliche Kombinationen von Werten der ein oder mehreren o.g. Parameter anzeigen,
• ob die Heizmodule 222 der einzelnen Speicherzellen 210 aktiviert werden sollen oder nicht; und/oder
• mit welcher Heizleistung bzw. Heizrate ein Heizmodul 222 betrieben
werden soll. Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichers 110 eines Fahrzeugs 100. Der
Energiespeicher 110 weist dabei eine temperaturabhängige maximal mögliche Entladeleistung 302 auf. Das Verfahren 400 kann durch eine Steuervorrichtung 101 des Fahrzeugs 100 ausgefuhrt werden.
Das Verfahren 400 umfasst das Prädizieren 401 eines Nutzungsprofils für den Energiespeicher 110 für einen vorausliegenden Zeitraum. Der vorausliegende Zeitraum kann z.B. 2, 5, 10 Minuten oder mehr lang sein. Das Nutzungsprofil kann z.B. auf Basis eines geplanten Fahrzieles und/oder auf Basis einer geplanten Fahrstrecke des Fahrzeugs 100 ermittelt werden. Insbesondere kann dabei die elektrische Feistung 312 prädiziert werden (ggf. als Funktion der Zeit 311), die für den Betrieb des elektrischen Antriebsmotors des Fahrzeugs 100
voraussichtlich aus dem elektrischen Energiespeicher 110 entnommen werden wird.
Das Verfahren 400 umfasst ferner das Einstellen 402 der Heizleistung bzw. der Heizrate und/oder der Heizzeitdauer zur Temperierung des Energiespeichers 110 in Abhängigkeit von dem prädizierten Nutzungsprofil. Mit anderen Worten, es kann in Abhängigkeit von dem prädizierten Nutzungsprofil eingestellt werden, wie schnell und/oder wie intensiv der Energiespeicher 110 aufgeheizt wird (um eine erhöhte maximal mögliche Entladeleistung 302 bereitzustellen). So kann die für die Temperierung des Energiespeichers 110 erforderliche elektrische
Energiemenge reduziert werden.
Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen wird eine
energieeffiziente Nutzung von zellintemen Heizmodulen 221 eines
Energiespeichers 110 ermöglicht. So kann ein Lebensdauerschonender Betrieb der Speicherzellen 210 eines Energiespeichers 110 ermöglicht werden. Des Weiteren können so mechanische Stresssituationen für die Speicherzellen 210 eines
Energiespeichers 110 vermieden werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Ansprüche
1) Verfahren (400) zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichers (110) eines Fahrzeugs (100); wobei das Verfahren (400) umfasst,
- Prädizieren (401) eines Nutzungsprofils für den Energiespeicher (110) für einen voraus liegenden Zeitraum; und
- Einstellen (402) einer Heizleistung und/oder einer Zeitdauer zur
Temperierung des Energiespeichers (1 10) in Abhängigkeit von dem prädizierten Nutzungsprofil.
2) Verfahren (400) gemäß Anspruch 1, wobei das prädizierte Nutzungsprofil einen prädizierten zeitlichen Verlauf (313) von elektrischer Leistung (312) anzeigt, die von dem Energiespeicher (110) in dem vorausliegenden Zeitraum abzugeben und/oder aufzunehmen ist.
3) Verfahren (400) gemäß Anspruch 2, wobei die Heizleistung und/oder die Zeitdauer derart eingestellt werden, dass
- an jedem Zeitpunkt (311) des vorausliegenden Zeitraums eine
Leistungsbedingung erfüllt wird, gemäß der an dem jeweiligen Zeitpunkt (311) eine temperaturabhängige maximal mögliche Entladeleistung (302) und/oder Ladeleistung des Energiespeichers (110) der durch den prädizierten zeitlichen Verlauf (313) angezeigten abzugebenden und/oder aufzunehmenden elektrischen Leistung entspricht oder diese übersteigt; und
- an jedem Zeitpunkt (311) des vorausliegenden Zeitraums die zur Temperierung des Energiespeichers (110) aus dem Energiespeicher (110) zu entnehmende kumulierte elektrische Energie, die erforderlich ist, um die Leistungsbedingung bis zu diesem Zeitpunkt (311) zu erfüllen, reduziert, insbesondere minimiert, wird. 4) Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Nutzungsprofil prädiziert wird,
- auf Basis eines geplanten Zielortes für eine vorausliegende Fahrt des Fahrzeugs (100); und/oder
- auf Basis einer geplanten Fahrstrecke für eine vorausliegende Fahrt des Fahrzeugs (100); und/oder
- auf Basis von digitaler Karteninformation in Bezug auf ein
Straßennetz; und/oder
- auf Basis von V erkehrsinformation; und/oder
- auf Basis von Nutzerinformation in Bezug auf ein Fahrverhalten
und/oder einen Fahrstil eines Nutzers des Fahrzeugs 100.
5) Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- das Verfahren (400) umfasst, Ermitteln von Werten von ein oder mehreren Zustandsparametem des elektrischen Energiespeichers
(110);
- die ein oder mehreren Zustandsparameter insbesondere umfassen, eine Temperatur (301) des Energiespeichers (110), einen Ladezustand des Energiespeichers (110), und/oder eine Zellspannung an ein oder mehreren Speicherzellen (210) des Energiespeichers (110); und
- die Heizleistung und/oder die Zeitdauer auch in Abhängigkeit von den ermittelten Werten der ein oder mehreren Zustandsparameter eingestellt werden. 6) Verfahren (400) gemäß Anspruch 5, wobei
- das Verfahren (400) umfasst, Ermitteln der Heizleistung und/oder der Zeitdauer auf Basis eines vordefinierten Heizplans; und
- der Heizplan für unterschiedliche Nutzungsprofile und/oder für
unterschiedliche Werte der ein oder mehreren Zustandsparameter die jeweilige Heizleistung und/oder Zeitdauer anzeigt. 7) Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Energiespeicher (110) eine Mehrzahl von Speicherzellen (210) umfasst, die zumindest teilweise parallel und/oder zumindest teilweise in Reihe zueinander verschaltet sind;
- eine Speicherzelle (210) ein Heizmodul (221) umfasst, das eingerichtet ist, der Speicherzelle (210) mit einer veränderbaren Heizleistung thermische Energie zuzuführen; und
- die Heizleistung der Heizmodule (221) der Mehrzahl von
Speicherzellen (210) in Abhängigkeit von dem Nutzungsprofil eingestellt wird.
8) Verfahren (400) gemäß Anspruch 7, wobei
- ein Heizmodul (221) ein oder mehrere Heizplatten (230) umfasst, die über ein oder mehrere Schaltelemente (231) aktiviert oder deaktiviert werden können; und/oder
- eine Heizplatte (230) eine Mehrzahl von Heizwiderständen (232)
umfasst, die über ein oder mehrere Schaltelemente (233) aktiviert oder deaktiviert und/oder in Reihe zueinander und/oder in Serie zueinander angeordnet werden können; und/oder
- ein Heizmodul (221) einer Speicherzelle (210) durch ein oder mehrere Schaltelemente (235) mit einer anderen Speicherzelle (210) elektrisch leitend verbunden werden kann, um eine Energieversorgung des Heizmoduls (221) aus der anderen Speicherzelle (210) zu bewirken; und
- das Verfahren (400) umfasst, Ansteuerung der ein oder mehreren
Schaltelemente (231 , 233, 235), um die Heizleistung eines Heizmoduls (221) einzustellen.
9) Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der Energiespeicher (110) zumindest ein Heizmodul (221) umfasst, das eingerichtet ist, dem Energiespeicher (110) in einem aktiven Zustand thermische Energie zuzuführen; und
- das Verfahren (400) umfasst, gepulstes Aktivieren des Heizmoduls (221) durch eine Sequenz von Aktivierungspulsen, so dass durch eine
Pulsweite der Aktivierungspulse eine mittlere Heizleistung eingestellt wird.
10) Verfahren (400) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- das Verfahren (400) umfasst, Ermitteln eines Nutzungsszenarios für die voraus liegende Nutzung des Energiespeichers (110) aus einer Mehrzahl von vordefinierten Nutzungsszenarien;
- die Mehrzahl von vordefinierten Nutzungsszenarien umfasst: ein
Nutzungsszenario für eine relativ kurze Fahrt; ein Nutzungsszenario für eine relativ lange Fahrt; ein Nutzungsszenario für das Laden des
Energiespeichers (110) mit einer relativ geringen Ladeleistung; ein Nutzungsszenario für das Laden des Energiespeichers (110) mit einer relativ hohen Ladeleistung; und/oder ein Nutzungsszenario für eine Einbindung des Energiespeichers (110) in ein elektrisches V ersorgungsnetz; und
- die Heizleistung und/oder die Zeitdauer auch in Abhängigkeit von dem ermittelten Nutzungsszenario eingestellt werden.
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