WO2020109105A1 - Verfahren zum betreiben eines elektrischen energiespeichers - Google Patents

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WO2020109105A1
WO2020109105A1 PCT/EP2019/081930 EP2019081930W WO2020109105A1 WO 2020109105 A1 WO2020109105 A1 WO 2020109105A1 EP 2019081930 W EP2019081930 W EP 2019081930W WO 2020109105 A1 WO2020109105 A1 WO 2020109105A1
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Rainer Heinrich Hoerlein
Thomas Dufaux
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • Electrical energy storage devices such as those used to operate a
  • Electric vehicle used are usually over
  • Safety switch protected d. H. a switch is provided which is capable of setting a current-carrying line within the energy store in a non-conductive state, for example when a
  • Trigger signal is present at the safety switch.
  • the trigger signal can be generated, for example, when a defect in the electrical energy store is detected (e.g. a defect in the energy store itself or a defective current sensor) or also in the event of a recognized accident in the vehicle in which the electrical energy store is possibly installed or in response to an excessive current demand from the Vehicle.
  • the safety switch is usually dimensioned in such a way that actuation of the safety switch is also possible safely when a short-circuit current which the electrical energy store emits flows through the safety switch. Since the safety switch is thus designed for high currents, the safety switch is a
  • the safety switch is usually designed for a maximum current which is below the short-circuit current, the safety switch being triggered at a current above the
  • the method for operating an electrical energy store which comprises a storage cell for storing electrical energy and a control unit, wherein a safety switch is provided, which is set up to interrupt an electrical line of the electrical energy store, has the advantage that a current which flows through the electrical line, is detected and the safety switch is actuated only when the current is below a predefinable threshold value. It can thus be ensured that the safety switch cannot be switched at any value of the current that the electrical energy store emits.
  • the safety switch can be designed correspondingly smaller and less expensive in terms of its ability to switch at high currents.
  • Maximum current is to be understood here as the current which, depending on the component, at the time of actuation of the
  • the maximum safety switch may flow through the safety switch without the electrical storage cell subsequently being considered defective.
  • Safety switch should be suppressed until the current falls below the predetermined threshold. This ensures that the safety switch is actuated as soon as possible after the actuation signal has been generated, and a short-term withdrawal of electrical energy by a current above the threshold value is possible.
  • an overshoot time in which the current lies above the predefinable threshold value is not longer than a predefinable tolerance time. It is advantageous that the exceeding time is estimated as soon as the current exceeds the predeterminable threshold value and the safety switch is actuated when the estimated exceeding time exceeds the tolerance time. In a particularly advantageous embodiment, the exceeding time is based on the operating parameters of a vehicle in which the electrical
  • Energy storage is installed, estimated. This estimate can be
  • the exceeding time can be assumed to be 0.5 to 5 seconds, in particular 1 to 2 seconds.
  • the tolerance time is selected in particular in such a way that it is ensured that the electrical energy store is in a safe state within the tolerance time.
  • Threshold exceeded duration started. If it is estimated that the predicted exceeding time exceeds the tolerance time, the safety switch is actuated for safety reasons as soon as the current reaches the predefinable threshold value.
  • a computer program that is set up to carry out each step of the method according to the invention is also advantageous if the computer program is on a computer
  • Figure 1 is a schematic representation of an electric vehicle with an electrical energy storage
  • Figure 2 is a schematic representation of a course of a current flowing through an electrical line that can be interrupted by the safety switch;
  • Figure 3 is a schematic representation of the sequence of an execution example of the inventive method.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an electric vehicle (10) which comprises an electrical energy store (12), a vehicle control unit (18) and a drive motor (17).
  • the electrical energy store (12) in turn comprises a storage cell (14) and a control unit (15).
  • a safety switch (16) is arranged so that the safety switch (16) can interrupt an electrical line of the electrical energy storage device (12) via which, for example, the drive motor (17) is supplied with electrical energy.
  • the control unit (15) of the electrical energy store (12) is connected to the via a signal line
  • Safety switch (16) in connection.
  • the vehicle control unit (18) is connected to the control unit (15) of the electrical energy store (12) via a signal line.
  • FIG. 2 shows a schematic course of a current (24) which flows through an electrical line of the electrical energy store (12).
  • the current profile (24) falls below the predefinable threshold value (22).
  • the third point in time (27) and the second point in time (26) thus define an overshoot time during which the current profile (24) is above the
  • FIG. 3 shows a schematic flow of an embodiment of the method according to the invention.
  • step 100 the current that flows through the electrical line of the electrical energy store (12) is monitored. This is followed by step 110.
  • step 110 the current recorded in step 100 is compared with the pre-threshold value (23). If the current is less than the pre-threshold value (23), step 100 follows after step 110. If the current is greater than the pre-threshold value (23), step 120 follows after step 110.
  • the exceeding time is estimated in step 120. For this can
  • an exceedance time that has occurred in the past can be used as an estimate.
  • the exceeding time can take place with the help of a trained neural network.
  • the exceeding time can be estimated taking into account various operating parameters of the electric vehicle (10), which are provided by the vehicle control unit (18). Following step 120 is step 130.
  • step 130 it is checked whether the one estimated in step 120
  • Exceeding time is greater than a tolerance time.
  • the tolerance time can in particular be such that a safety of the electrical energy store (12) is ensured during the tolerance time, even if an actuation of the safety switch (16) is not possible during the tolerance time. If the exceeding time is greater than the tolerance time, step 130 follows after step 130. If the exceeding time is less than the tolerance time, step 150 follows after step 130.
  • step 140 the safety switch (16) is actuated.
  • the actuation of the safety switch can, for example, by the control unit (15) of the electrical energy storage (12) or by the vehicle control unit (18).
  • step 150 a suppression signal is set, the
  • Suppression signal is only canceled again when the current detected in step 100 falls below the threshold value (22).
  • Suppression signal is set, an actuation signal which is intended to actuate the safety switch (16) is suppressed.
  • the actuation signal can be suppressed, for example, by the control unit (15) of the electrical energy store (12).
  • the exemplary embodiment of the method according to the invention ensures that the electric vehicle (10) can be operated safely, even if the safety switch (16) is dimensioned such that the safety switch (16) is actuated at high currents caused by the electrical conductor of the electrical energy storage (12) flow, is not possible without the electrical energy storage subsequently being classified as defective and therefore being suppressed.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers, der eine Speicherzelle zum Speichern von elektrischer Energie und eine Steuereinheit umfasst, wobei ein Sicherheitsschalter vorgesehen ist, der eingerichtet ist, eine elektrische Leitung des elektrischen Energiespeichers zu unterbrechen, wobei ein Strom, der durch die elektrische Leitung fließt, erfasst wird und eine Betätigung des Sicherheitsschalters nur dann erfolgt, wenn der Strom unterhalb eines vorgebbaren Schwellwerts liegt.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers
Stand der Technik
Elektrische Energiespeicher, wie sie beispielsweise zum Betrieb eines
Elektrofahrzeugs verwendet werden, werden üblicherweise über
Sicherheitsschalter abgesichert, d. h. es ist ein Schalter vorgesehen, der in der Lage ist, eine stromführende Leitung innerhalb des Energiespeichers in einen nichtleitenden Zustand zu versetzen, beispielsweise dann, wenn ein
Auslösesignal an dem Sicherheitsschalter anliegt. Das Auslösesignal kann beispielsweise beim Erkennen eines Defektes des elektrischen Energiespeichers (z.B. Defekt am Energiespeicher selbst oder defekter Stromsensor) gebildet werden oder auch bei einem erkannten Unfall des Fahrzeugs, in dem der elektrische Energiespeicher ggf. verbaut ist oder in Reaktion auf eine zu hohe Stromforderung des Fahrzeugs.
Üblicherweise ist der Sicherheitsschalter dabei derart dimensioniert, dass eine Betätigung des Sicherheitsschalters auch dann sicher möglich ist, wenn ein Kurzschlussstrom, den der elektrische Energiespeicher abgibt, durch den Sicherheitsschalter fließt. Da der Sicherheitsschalter somit für hohe Ströme ausgelegt ist, handelt es sich bei dem Sicherheitsschalter um ein
kostenintensives und großes Bauteil. Der Sicherheitsschalter ist üblicherweise für einen Maximalstrom ausgelegt, der unterhalb des Kurzschlussstroms liegt, wobei ein Auslösen des Sicherheitsschalters bei einem Strom oberhalb des
Maximalstroms dazu führt, dass der elektrische Energiespeicher anschließend als defekt anzusehen ist. Ein Auslösen des Sicherheitsschalters bei einem Strom oberhalb des Maximalstroms ist daher nur einmalig möglich. Betätigungen bei Strömen unterhalb des Maximalstroms sind reversibel. Offenbarung der Erfindung
Das Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers, der eine Speicherzelle zum Speichern von elektrischer Energie und eine Steuereinheit umfasst, wobei ein Sicherheitsschalter vorgesehen ist, der eingerichtet ist, eine elektrische Leitung des elektrischen Energiespeichers zu unterbrechen, hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Strom, der durch die elektrische Leitung fließt, erfasst wird und eine Betätigung des Sicherheitsschalters nur dann erfolgt, wenn der Strom unterhalb eines vorgebbaren Schwellwerts liegt. Somit kann sichergestellt werden, dass der Sicherheitsschalter nicht bei jedem beliebigen Wert des Stromes, den der elektrische Energiespeicher abgibt, geschaltet werden kann. Der Sicherheitsschalter kann bezüglich seiner Fähigkeit bei hohen Strömen zu schalten entsprechend kleiner und kostengünstiger ausgelegt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorteilhaft ist, dass der Schwellwert einem Maximalstrom des
Sicherheitsschalters entspricht. Unter Maximalstrom ist hierbei derjenige Strom zu verstehen, der bauteilbedingt zum Zeitpunkt der Betätigung des
Sicherheitsschalters maximal durch den Sicherheitsschalter fließen darf, ohne dass die elektrische Speicherzelle anschließend als defekt anzusehen ist.
Vorteilhaft ist, dass ein Betätigungssignal, das die Betätigung des
Sicherheitsschalters bewirken soll, unterdrückt wird, bis der Strom den vorgebbaren Schwellwert unterschreitet. So kann eine möglichst zeitnahe Betätigung des Sicherheitsschalters nach Bildung des Betätigungssignals sichergestellt werden und eine kurzzeitige Entnahme von elektrischer Energie durch einen Strom oberhalb des Schwellwertes ist möglich.
Vorteilhaft ist, dass eine Überschreitungszeit, in der der Strom oberhalb des vorgebbaren Schwellwerts liegt, nicht länger als eine vorgebbare Toleranzzeit ist. Vorteilhaft ist, dass die Überschreitungszeit abgeschätzt wird, sobald der Strom den vorgebbaren Schwellwert übersteigt und der Sicherheitsschalter betätigt wird, wenn die abgeschätzte Überschreitungszeit die Toleranzzeit übersteigt. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung wird die Überschreitungszeit dabei anhand von Betriebsparametern eines Fahrzeugs, in dem der elektrische
Energiespeicher verbaut ist, abgeschätzt. Diese Abschätzung kann
beispielsweise auf Basis von in der Vergangenheit aufgezeichneten Ereignissen oder aber unter Verwendung eines antrainierten neuronalen Netzes geschehen. Alternativ kann die Überschreitungszeit mit 0,5 bis 5 Sekunden, insbesondere mit 1 bis 2 Sekunden angenommen werden. Die Toleranzzeit ist dabei insbesondere derart gewählt, dass sichergestellt ist, dass sich der elektrische Energiespeicher innerhalb der Toleranzzeit in einem sicheren Zustand befindet.
Vorteilhaft ist, dass die Überschreitungszeit abgeschätzt wird, sobald der Strom einen Vorschwellwert übersteigt, der kleiner als der vorgebbare Schwellwert ist und der Sicherheitsschalter betätigt wird, wenn die abgeschätzte
Überschreitungszeit die Toleranzzeit übersteigt. Somit kann vorteilhafter Weise sichergestellt werden, dass ein Sicherheitsschalter, der derart dimensioniert ist, dass er nicht bei jedem möglichen Strom, der vom elektrischen Energiespeicher abgegeben wird, ausgelöst werden kann, ohne dass der elektrische
Energiespeicher anschließend als defekt gilt, nicht auslösen muss, solange der Strom oberhalb des vorgebbaren Schwellwertes ist. Hierfür wird zum Zeitpunkt er Überschreitung eines Vorschwellwertes die Abschätzung der
Überschreitungsdauer des Schwellwertes gestartet. Sofern dabei abgeschätzt wird, dass die prädizierte Überschreitungszeit die Toleranzzeit übersteigt, wird sicherheitshalber der Sicherheitsschalter betätigt, sobald der Strom den vorgebbaren Schwellwert erreicht.
Vorteilhaft ist eine Vorrichtung, die eingerichtet ist, jeden Schritt des
erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen sowie ein elektrischer
Energiespeicher, der die Vorrichtung umfasst. Vorteilhaft ist außerdem ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer
Recheneinheit abläuft. Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher vorgestellt. Dabei zeigen:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs mit einem elektrischen Energiespeicher;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Verlaufs eines Stroms, der durch eine elektrische Leitung fließt, die durch den Sicherheits- Schalter unterbrochen werden kann;
Figur 3 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines Ausführungs beispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs (10), das einen elektrischen Energiespeicher (12), eine Fahrzeugsteuereinheit (18) und einen Antriebsmotor (17) umfasst. Der elektrische Energiespeicher (12) umfasst wiederum eine Speicherzelle (14) und eine Steuereinheit (15). An dem
elektrischen Energiespeicher (12) ist ein Sicherheitsschalter (16) angeordnet, so dass der Sicherheitsschalter (16) eine elektrische Leitung des elektrischen Energiespeichers (12), über die beispielsweise der Antriebsmotor (17) mit elektrischer Energie versorgt wird, unterbrechen kann. Die Steuereinheit (15) des elektrischen Energiespeichers (12) steht über eine Signalleitung mit dem
Sicherheitsschalter (16) in Verbindung. Die Fahrzeugsteuereinheit (18) steht über eine Signalleitung mit der Steuereinheit (15) des elektrischen Energiespeichers (12) in Verbindung.
Figur 2 zeigt einen schematischen Verlauf eines Stroms (24), der durch eine elektrische Leitung des elektrischen Energiespeichers (12) fließt. Eine
Stromachse ist mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet, eine Zeitachse mit dem Bezugszeichen 21. Der schematische Stromverlauf (24) aus Figur 2
überschreitet zu einem ersten Zeitpunkt (25) einen Vorschwellwert (23), zu einem zweiten Zeitpunkt (26) einen vorgebbaren Schwellwert (22). Zu einem dritten Zeitpunkt (27) unterschreitet der Stromverlauf (24) den vorgebbaren Schwellwert (22). Der drite Zeitpunkt (27) und der zweite Zeitpunkt (26) definieren somit eine Überschreitungszeit, während der der Stromverlauf (24) oberhalb des
Schwellwerts (22) liegt.
Figur 3 zeigt einen schematischen Ablauf eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schrit 100 wird der Strom, der durch die elektrische Leitung des elektrischen Energiespeichers (12) fließt, überwacht. Im Anschluss folgt Schrit 110.
In Schrit 110 wird der in Schrit 100 erfasste Strom mit dem Vorschwellwert (23) verglichen. Ist der Strom kleiner als der Vorschwellwert (23), folgt Schrit 100 im Anschluss an Schrit 110. Ist der Strom größer als der Vorschwellwert (23), folgt Schrit 120 im Anschluss an Schrit 110.
In Schrit 120 wird die Überschreitungszeit abgeschätzt. Hierfür kann
beispielsweise eine Überschreitungszeit, die in der Vergangenheit aufgetreten ist, als Schätzwert herangezogen werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Überschreitungszeit mit Hilfe eines angelernten neuronalen Netzes erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Abschätzung der Überschreitungszeit unter Einbeziehung diverser Betriebsparameter des Elektrofahrzeugs (10) erfolgen, die durch die Fahrzeugsteuereinheit (18) bereitgestellt werden. Im Anschluss an Schrit 120 folgt Schrit 130.
Im Schrit 130 wird geprüft, ob die im Schrit 120 abgeschätzte
Überschreitungszeit größer als eine Toleranzzeit ist. Die Toleranzzeit kann dabei insbesondere derart bemessen sein, dass eine Sicherheit des elektrischen Energiespeichers (12) während der Toleranzzeit sichergestellt ist, auch wenn eine Betätigung des Sicherheitsschalters (16) während der Toleranzzeit nicht möglich ist. Ist die Überschreitungszeit größer als die Toleranzzeit, folgt im Anschluss an Schrit 130 Schrit 140. Ist die Überschreitungszeit kleiner als die Toleranzzeit, folgt im Anschluss an Schrit 130 Schrit 150.
In Schrit 140 wird der Sicherheitsschalter (16) betätigt. Die Betätigung des Sicherheitsschalters kann beispielsweise durch die Steuereinheit (15) des elektrischen Energiespeichers (12) oder auch durch die Fahrzeugsteuereinheit (18) bewirkt werden.
Im Schritt 150 wird ein Unterdrückungssignal gesetzt, wobei das
Unterdrückungssignal erst dann wieder aufgehoben wird, wenn der in Schritt 100 erfasste Strom den Schwellwert (22) unterschreitet. Solange das
Unterdrückungssignal gesetzt ist, wird ein Betätigungssignal, das eine Betätigung des Sicherheitsschalters (16) bewirken soll, unterdrückt. Die Unterdrückung des Betätigungssignals kann dabei beispielsweise durch die Steuereinheit (15) des elektrischen Energiespeichers (12) geschehen.
Durch das vorgestellte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist sichergestellt, dass das Elektrofahrzeug (10) sicher betrieben werden kann, auch wenn der Sicherheitsschalter (16) derart dimensioniert ist, dass eine Betätigung des Sicherheitsschalters (16) bei hohen Strömen, die durch den elektrischen Leiter des elektrischen Energiespeichers (12) fließen, nicht möglich ist ohne, dass der elektrische Energiespeicher anschließend als defekt einzustufen ist, und daher unterdrückt wird.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers (12), der eine Speicherzelle (14) zum Speichern von elektrischer Energie und eine Steuereinheit (15) umfasst, wobei ein Sicherheitsschalter (16) vorgesehen ist, der eingerichtet ist, eine elektrische Leitung des elektrischen Energiespeichers (12) zu unterbrechen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom (24), der durch die elektrische Leitung fließt, erfasst wird und eine Betätigung des Sicherheitsschalter (16) nur dann erfolgt, wenn der Strom (24) unterhalb eines vorgebbaren Schwellwerts (22) liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert (22) einem Maximalstrom des Sicherheitsschalters (16) entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betätigungssignal, das die Betätigung des Sicherheitsschalters (16) bewirken soll, unterdrückt wird, bis der Strom (24) den vorgebbaren Schwellwert (22) unterschreitet.
4. Verfahren nach einem der vorrangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Überschreitungszeit, in der der Strom (24) oberhalb des vorgebbaren Schwellwerts (22) liegt, nicht länger als eine vorgebbare Toleranzzeit ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Überschreitungszeit abgeschätzt wird, sobald der Strom (24) den vorgebbaren
Schwellwert (22) übersteigt und der Sicherheitsschalter (16) betätigt wird, wenn die abgeschätzte Überschreitungszeit die Toleranzzeit übersteigt.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die
Überschreitungszeit abgeschätzt wird, sobald der Strom (24) einen Vorschwellwert (23) übersteigt, der kleiner als der vorgebbare Schwellwert (22) ist, und der
Sicherheitsschalter (16) betätigt wird, wenn die abgeschätzte Überschreitungszeit die Toleranzzeit übersteigt.
7. Vorrichtung, eingerichtet jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
8. Elektrischer Energiespeicher, der die Vorrichtung nach Anspruch 7 umfasst.
9. Computerprogramm, das eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einer Recheneinheit abläuft.
PCT/EP2019/081930 2018-11-26 2019-11-20 Verfahren zum betreiben eines elektrischen energiespeichers WO2020109105A1 (de)

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