DE102007026147B4

DE102007026147B4 - Verfahren und Vorrichtung für das Management einer Speichereinrichtung für elektrische Energie, um eine Vorgabe einer Ziellebensdauer zu erreichen

Info

Publication number: DE102007026147B4
Application number: DE102007026147.2A
Authority: DE
Inventors: Anthony H. Heap; Andrew M. Zettel; William R. Cawthorne
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2019-05-23
Anticipated expiration: 2027-06-06
Also published as: US20080249745A1; CN101086519B; DE102007026147A1; US7647205B2; CN101086519A

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen eines bevorzugten Betriebsgradienten zur Verwendung beim Erreichen einer Lebensdauervorgabe für eine Speichereinrichtung für elektrische Energie wird offenbart. Ein gegenwärtiger Lebensdauer-Status der Speichereinrichtung für elektrische Energie wird geliefert, und ein Lebensdauerziel für die Speichereinrichtung für elektrische Energie wird als eine vorbestimmte Grenze in einer vorbestimmten Metrik bei einem vorbestimmten Lebensdauer-Status der Speichereinrichtung für elektrische Energie eingerichtet. Ein Gradient des Lebensdauer-Status wird dann bezüglich der vorbestimmten Metrik bestimmt, der den Lebensdauer-Status der Speichereinrichtung für elektrische Energie zum Lebensdauerziel konvergieren lässt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Steuerung einer Speichereinrichtung für elektrische Energie. Insbesondere befasst sich die Erfindung mit einem Verfahren zum Steuern einer Speichereinrichtung für elektrische Energie.
Die DE 103 41 838 A1 beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur Steuerung von Energieströmen eines Energieakkumulators.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Verschiedene Hybridantriebssysteme für Fahrzeuge nutzen Speichereinrichtungen für elektrische Energie, um elektrische Energie an elektrische Maschinen zu liefern, welche dazu dienen, ein Antriebsmoment an das Fahrzeug, oft in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor, zu liefern. Eine beispielhafte Architektur eines Hybridtriebwerks umfasst ein elektromechanisches Getriebe mit Verbund-Verzweigung und zwei Modi, welches ein Eingangselement zum Empfangen von Leistung von einer Kraftquelle einer Antriebsmaschine und ein Ausgangselement zum Abgeben von Leistung vom Getriebe an einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs nutzt. Erste und zweite elektrische Maschinen, d.h. Motor/Generatoren, sind wirksam mit einer Energiespeichereinrichtung verbunden, um elektrische Leistung zwischen ihnen auszutauschen. Eine Steuereinheit ist vorgesehen, um den Austausch elektrischer Leistung zwischen der Energiespeichereinrichtung und den elektrischen Maschinen zu regulieren. Die Steuereinheit reguliert auch einen Austausch elektrischer Leistung zwischen der ersten und zweiten elektrischen Maschine.
Einer der Entwurfsgesichtspunkte bei Triebwerksystemen von Fahrzeugen ist die Fähigkeit, für eine gleichmäßige Fahrzeugleistung und Komponenten/System-Nutzungsdauer zu sorgen. Hybridfahrzeuge, und konkreter die damit genutzten Batteriepaketsysteme, konfrontieren Konstrukteure von Fahrzeugsystemen mit neuen Herausforderungen und Kompromissen. Es wurde beobachtet, dass die Nutzungsdauer einer Speichereinrichtung für elektrische Energie, z.B. eines Batteriepaketsystems, zunimmt, wenn die Ruhetemperatur des Batteriepakets abnimmt. Eine kalte Betriebstemperatur führt jedoch Beschränkungen der Batterieladungs/entladungsleistung ein, bis die Temperaturdes Pakets erhöht ist. Ein warmes Batteriepaket kann eher eine geforderte Leistung an das Antriebssystem des Fahrzeugs liefern; aber ein fortgesetzter Betrieb bei warmen Temperaturen kann eine verringerte Nutzungsdauer zur Folge haben.
Moderne Hybridfahrzeugsysteme berücksichtigen verschiedene Aspekte eines Betriebs des Hybridsystems, um eine verbesserte Nutzungsdauer der Batterie herbeizuführen. Zum Beispiel wird die Tiefe der Batterieentladung geregelt, wird ein Amperestunde-(Ah)-Durchsatz beschränkt, und werden Konvektionslüfter genutzt, um das Batteriepaket zu kühlen. Umgebungsbedingungen, unter denen das Fahrzeug betrieben wird, wurden im Wesentlichen ignoriert. Die Umgebungsbedingungen können jedoch einen signifikanten Effekt auf die Nutzungsdauer von Batterien haben. Konkret würden gleiche Modelle von Hybridfahrzeugen, die in verschiedenen geographischen Bereichen in ganz Nordamerika ausgegeben werden, nicht zur gleichen Lebensdauer des Batteriepakets führen, selbst wenn alle Fahrzeuge im gleichen Zyklus gefahren würden. Die Umgebung des Fahrzeugs muss berücksichtigt werden, falls eine nützliche Abschätzung der Batterielebensdauer abgeleitet werden soll Außerdem setzen Kundenerwartungen, Wettbewerb und gesetzliche Vorschriften Leistungsstandards einschließlich der Nutzungsdauer von Batteriepaketen auf, welche erfüllt werden, müssen.
Ein Ende der Nutzungsdauer eines Batteriepakets kann durch den ohmschen Widerstand des Batteriepakets angezeigt werden. Der ohmsche Widerstand des Batteriepakets ist jedoch während eines Großteils der Nutzungsdauer des Fahrzeugs und Batteriepakets typischerweise flach, was folglich eine zuverlässige Echtzeit-Abschätzung des Lebensdauer-Status („SOL“) (engl. state-of-life) des Batteriepakets über einen Großteil der Nutzungsdauer verhindert. Stattdessen ist der ohmsche Widerstand am nützlichsten, um ein einsetzendes Ende der Nutzungsdauer des Batteriepakets anzuzeigen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, um für eine Steuerung eines Betriebs eines Speichersystems für elektrische Energie zu sorgen die einen Betrieb basierend auf einer als Ziel gesetzten Nutzungsdauer der Speichereinrichtung für elektrische Energie steuert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der vorbestimmte Lebensdauer-Status der Speichereinrichtung für elektrische Energie zeigt dabei vorzugsweise das Ende der Lebensdauer der Speichereinrichtung für elektrische Energie an.
Figurenliste
Die Erfindung kann in bestimmten Teilen und einer Anordnung von Teilen eine physische Form annehmen, von der eine bevorzugten Ausführungsform ausführlich beschrieben und in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht wird, welche einen Teil hiervon bilden, und worin

1 ein schematisches Diagramm einer bekannten Architektur für ein Steuerungssystem und ein Triebwerk gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
2 und 3 algorithmische Blockdiagramme gemäß dem Stand der Technik;
4 ein logisches Flussdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
5 und 6 analytische Datendarstellungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM
Bezug nehmend nun auf die Zeichnungen zeigt 1 ein Steuerungssystem und ein beispielhaftes Hybrid-Triebwerksystem, das gemäß einer Ausführungsform der Erfindung konstruiert wurde. Das beispielhafte Hybrid-Triebwerksystem umfasst mehrere drehmomenterzeugende Einrichtungen, die dazu dienen, ein Antriebsmoment an eine Getriebeeinrichtung zu liefern, welche ein Antriebsmoment an einen Antriebsstrang liefert. Die drehmomenterzeugenden Einrichtungen umfassen vorzugsweise einen Verbrennungsmotor 14 und eine erste und zweite elektrische Maschine 56, 72, die dazu dienen, von einer elektrischen Speichereinrichtung 74 gelieferte elektrische Energie in ein Antriebsmoment umzuwandeln. Die beispielhafte Getriebeeinrichtung 10 umfasst ein elektromechanisches Getriebe mit Verbund-Verzweigung und zwei Modi, das vier feste Getriebeübersetzungen aufweist, und beinhaltet mehrere Zahnräder, die dazu dienen, das Antriebsmoment über mehrere, darin enthaltene Einrichtungen zur Drehmomentübertragung an eine Ausgangswelle 64 und einen Antriebsstrang zu übertragen. Mechanische Aspekte des beispielhaften Getriebes 10 sind in dem US-Patent US 6 953 409 B2 mit dem Titel „Two-Mode, Compound-Split, Hybrid Electro-Mechanical Transmission having Four Fixed Ratios im Detail offenbart.
Das Steuerungssystem umfasst eine verteilte Steuerungsmodularchitektur, die über ein lokales Kommunikationsnetzwerk in Wechselwirkung steht, um eine permanente Steuerung für das Triebwerksystem zu schaffen, das den Motor 14, die elektrischen Maschinen 56, 72 und das Getriebe 10 einschließt.
Das beispielhafte Triebwerksystem wurde gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konstruiert. Das Hybridgetriebe 10 empfängt ein Eingangsdrehmoment von drehmomenterzeugenden Einrichtungen, die den Motor 14 und die elektrischen Maschinen 56, 72 einschließen, als Ergebnis einer Energieumwandlung von Kraftstoff oder in der Speichereinrichtung für elektrische Energie (ESD) 74 gespeichertem elektrischem Potential. Die ESD 74 umfasst typischerweise eine oder mehrere Batterien. Andere Speichereinrichtungen für elektrische Energie, die die Fähigkeit haben, elektrische Leistung zu speichern und elektrische Leistung abzugeben, können anstelle der Batterien verwendet werden, ohne die Konzepte der vorliegenden Erfindung zu ändern. Die ESD 74 ist vorzugsweise auf der Basis von Faktoren ausgelegt, welche Regenerationsanforderungen, Anwendungsprobleme bezüglich einer typischen Straßengüte und Temperatur, und Antriebsanforderungen wie z.B. Emission, Servounterstützung und elektrischer Bereich einschließen. Die ESD 74 ist mittels einer hohen Gleichspannung über Gleichspannungsleitungen, auf die als Übertragungsleiter 27 verwiesen wird, mit einem Getriebe-Leistungsinverter-Modul (TPIM) 19 gekoppelt. Das TPIM 19 überträgt elektrische Energie über Übertragungsleiter 29 zur ersten elektrischen Maschine 56, und das TPIM 19 überträgt ähnlich elektrische Energie über Übertragungsleiter 31 zur zweiten elektrischen Maschine 72. Elektrischer Strom ist zwischen den elektrischen Maschinen 56, 72 und der ESD 74 dementsprechend übertragbar, ob die ESD 74 geladen oder entladen wird. Das TPIM 19 enthält ein Paar Leistungsinverter und jeweilige Motorsteuerungsmodule, die so ausgestaltet sind, dass sie Motorsteuerungsbefehle empfangen und Inverterzustände von dort steuern, um für eine Motorantriebs- oder Regenerierungsfunktionalität zu sorgen.
Die elektrischen Maschinen 56, 72 umfassen vorzugsweise bekannte Motoren/Generatoreinrichtungen. Bei der Motorsteuerung empfängt der jeweilige Inverter Strom von der ESD und liefert über die Übertragungsleiter 29 und 31 Wechselstrom an den jeweiligen Motor. Bei der Regenerierungssteuerung empfängt der jeweilige Inverter über den jeweiligen Übertragungsleiter Wechselstrom vom Motor und liefert Strom an die Gleichstromleitungen 27. Der Netto-Gleichstrom, der an die Inverter oder von diesen geliefert wird, bestimmt den Ladungs- oder Entladungsbetriebsmodus der Speichereinrichtung 74 für elektrische Energie. Die Maschine A 56 und Maschine B 72 sind vorzugsweise Drehstrom-Elektromaschinen, und die Inverter umfassen komplementäre elektronische Drehstromeinrichtungen.
Die in 1 gezeigten und im Folgenden beschriebenen Elemente umfassen eine Teilmenge der gesamten Fahrzeugsteuerungsarchitektur und dienen dazu, für eine koordinierte Systemsteuerung des hierin beschriebenen Triebwerksystems zu sorgen. Das Steuerungssystem dient dazu, entsprechende Information und Eingaben zu sammeln und zu synthetisieren und Algorithmen auszuführen, um verschiedene Stellglieder zu steuern, um Steuerungsziele zu erreichen, einschließlich solcher Parameter wie der Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauchs, Emissionen, Leistung, Fahrbarkeit und Schutz von Hardware einschließlich der Batterien der ESD 74 und Motoren 56, 72. Die verteilte Steuerungsmodularchitektur des Steuerungssystems umfasst ein Motorsteuerungsmodul (‚ECM‘) 23, ein Getriebesteuerungsmodul (‚TCM‘) 17, ein Batteriepaket-Steuerungsmodul (‚BPCM‘) 21 und das Getriebe-Leistungsinverter-Modul (‚TPIM‘) 19. Ein Hybrid-Steuerungsmodul (‚HCP‘) 5 liefert eine allumfassende Steuerung und Koordination der oben erwähnten Steuerungsmodule. Es gibt eine Nutzerschnittstelle (‚UI‘) 13, die wirksam mit mehreren Einrichtungen verbunden ist, über die ein Bediener des Fahrzeugs den Betrieb des Triebwerks einschließlich des Getriebes 10 typischerweise steuert oder leitet. Beispielhafte Einrichtungen für Eingaben eines Fahrzeugbedieners in die UI 13 beinhalten ein Gaspedal, ein Bremspedal, einen Getriebegang-Wählhebel und einen Fahrzeugtempomaten. Innerhalb des Steuerungssystems kommuniziert jedes der oben erwähnten Steuerungsmodule mit anderen Steuerungsmodulen, Sensoren und Stellgliedern über einen Kommunikationsbus 6 eines lokalen Netzwerkes (‚LAN‘). Der LAN-Bus 6 ermöglicht eine strukturierte Kommunikation von Steuerungsparametern und -befehlen zwischen den verschiedenen Steuerungsmodulen. Das verwendete spezifische Kommunikationsprotokoll ist anwendungsspezifisch. Beispielsweise ist ein Kommunikationsprotokoll der Society of Automotive Engineers Standard J1939. Der LAN-Bus und entsprechende Protokolle sorgen für eine robuste Nachrichtenübermittlung und Kopplung von Multi-Steuerungsmodulen zwischen den oben erwähnten Steuerungsmodulen und anderen Steuerungsmodulen, die eine Funktionalität, wie z.B. Antiblockierbremsen, Traktionssteuerung und Fahrzeugstabilität liefern.
Das HCP 5 liefert eine allumfassende Steuerung des Hybrid-Triebwerksystems, die dazu dient, einen Betrieb des ECM 23, TCM 17, TPIM 19 und BPCM 21 zu koordinieren. Basierend auf verschiedenen Eingangssignalen von der UI 13 und dem Triebwerk erzeugt das HCP 5 verschiedene Befehle einschließlich: eines Motordrehmomentbefehls, Kupplungsdrehmomentbefehle, für verschiedene Kupplungen des Hybrid-Getriebes 10 und Motordrehmomentbefehle für die elektrische Maschine A bzw. B.
Das ECM 23 ist mit dem Motor 14 wirksam verbunden und dient dazu, Daten von einer Vielzahl von Sensoren zu erfassen bzw. eine Vielzahl von Stellgliedern des Motors 14 über mehrere einzelne Leitungen zu steuern, die als vereinigte Leitung 35 gemeinsam dargestellt sind. Das ECM 23 empfängt den Motordrehmomentbefehl von dem HCP 5 und erzeugt eine Achsdrehmoment-Anforderung. Der Einfachheit halber ist das ECM 23 im Wesentlichen mit einer bidirektionalen Schnittstelle mit dem Motor 14 über die vereinigte Leitung 35 dargestellt. Verschiedene Parameter, die von dem ECM 23 abgefühlt werden, beinhalten die Temperatur des Motorkühlmittels, die Motoreingangsdrehzahl in das Getriebe, den Krümmerdruck, die Umgebungslufttemperatur und den Umgebungsdruck. Verschiedene Stellglieder, die durch das ECM 23 gesteuert werden können, beinhalten Kraftstoffeinspritzer, Zündmodule und Drosselsteuerungsmodule.
Das TCM 17 ist wirksam mit dem Getriebe 10 verbunden und dient dazu, Daten von einer Vielzahl von Sensoren zu erfassen und Befehlssteuersignale, d.h. Kupplungsdrehmomentbefehle an die Kupplungen des Getriebes, zu liefern.
Das BPCM 21 steht in Wechselwirkung mit verschiedenen Sensoren, die mit der ESD 74 verbunden sind, um Information über den Zustand der ESD 74 an das HCP 5 abzuleiten. Solche Sensoren umfassen Sensoren für Spannung und elektrischen Strom sowie Umgebungssensoren, die dazu dienen, Betriebsbedingungen der ESD 74 einschließlich z.B. Temperatur und Innenwiderstand der ESD 74 zu messen. Abgefühlte Parameter schließen eine ESD-Spannung, V_BAT , einen ESD-Strom, I_BAT , und eine ESD-Temperatur, T_BAT , ein. Abgeleitete Parameter umfassen vorzugsweise den ESD-Innenwiderstand, R_BAT , den ESD-Ladungszustand, SOC, und andere Zustände der ESD einschließlich der zur Verfügung stehenden elektrischen Leistung P_BAT-MIN und P_BAT-MAX .
Das Getriebe-Leistungsinverter-Modul (TPIM) 19 enthält die oben erwähnten Leistungsinverter und Maschinensteuerungsmodule, die dafür ausgelegt sind, Motorsteuerungsbefehle zu empfangen und Inverterzustände davon zu steuern, um eine Motorantriebs- oder Regenerierungsfunktionalität zu liefern. Das TPIM 19 dient dazu, Drehmomentbefehle für Maschinen A und B basierend auf einer Eingabe vom HCP 5 zu erzeugen, welches durch eine Bedienereingabe über UI 13 und Systembetriebsparameter angesteuert wird. Motordrehmomente werden durch das Steuerungssystem einschließlich des TPIM 19 implementiert bzw. ausgeführt, um die Maschinen A und B zu steuern. Einzelne Motordrehzahlsignale werden vom TPIM 19 aus der Motorphaseninformation oder von herkömmlichen Drehsensoren abgeleitet. Das TPIM 19 bestimmt und übermittelt Motordrehzahlen an das HCP 5.
Jedes der oben erwähnten Steuerungsmodule des Steuerungssystems ist vorzugsweise ein Mehrzweck-Digitalcomputer, der im Allgemeinen einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, einen Nur-Lesespeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen elektrisch programmierbaren Nur-Lesespeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog-Digital- (A/D) und Digital-Analog- (D/A) Schaltung und Schaltung und Einrichtungen für Eingabe/Ausgabe (I/O) und entsprechende Signalaufbereitungs- und Pufferschaltung aufweist. Jedes Steuerungsmodul hat einen Satz Steuerungsalgorithmen, die residente Programmanweisungen und Kalibrierungen aufweisen, welche im ROM gespeichert sind, und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen jedes Computers bereitzustellen. Eine Informationsübertragung zwischen den verschiedenen Computern wird vorzugsweise unter Verwendung des oben erwähnten LAN 6 ausgeführt.
Algorithmen zur Steuerung und Zustandsabschätzung in jedem der Steuerungsmodule werden typischerweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt, so dass jeder Algorithmus zumindest ein Mal je Schleifenzyklus ausgeführt wird. Algorithmen, die in den nicht flüchtigen Speichereinrichtungen gespeichert sind, werden von einer der zentralen Verarbeitungseinheiten ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den Abfühleinrichtungen zu überwachen und Steuerungs- und Diagnoseroutinen auszuführen, um einen Betrieb der jeweiligen Einrichtungen unter Verwendung voreingestellter Kalibrierungen zu steuern. Schleifenzyklen werden typischerweise in regelmäßigen Intervallen, z.B. alle 3,125, 6,25, 12,25, 25 und 100 Millisekunden, während eines laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt. Alternativ dazu können Algorithmen als Antwort auf das Eintreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Die im Folgenden beschriebene Aktion tritt während eines aktiven Betriebs des Fahrzeugs auf, d.h. der Zeitperiode, wenn ein Betrieb des Motors und der elektrischen Maschinen durch den Bediener eines Fahrzeugs typischerweise über einen Vorgang „Einschalten mittels Schlüssel“ freigegeben ist. Untätigkeitsperioden beinhalten Zeitperioden, in denen ein Betrieb des Motors und der elektrischen Maschinen durch den Bediener des Fahrzeugs typischerweise mittels eines Vorgangs „Ausschalten mittels Schlüssel“ gesperrt ist. Als Antwort auf eine Aktion des Bedieners, wie sie durch die UI 13 erfasst wird, bestimmen das überwachende HCP-Steuerungsmodul 5 und eines oder mehrere der anderen Schaltungsmodule ein erforderliches Getriebeausgangsdrehmoment T_O . Selektiv betätigte Komponenten des Hybrid-Getriebes 10 werden entsprechend gesteuert und manipuliert, so dass sie auf die Bedienervorgabe ansprechen. In der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform bestimmt z.B., wenn der Bediener einen Vorwärtsfahrbereich ausgewählt hat und entweder das Gaspedal oder das Bremspedal betätigt, das HCP 5, wie und wann das Fahrzeug beschleunigen oder abbremsen soll. Das HCP 5 überwacht auch die Parameterzustände der drehmomenterzeugenden Einrichtungen und bestimmt die Abgabe des Getriebes, die erforderlich ist, um eine gewünschte Beschleunigungs- oder Abbremsrate zu bewirken. Unter der Leitung des HCP 5 arbeitet das Getriebe 10 über einen Bereich von Ausgangsdrehzahlen von langsam bis schnell, um die Bedienervorgabe zu erfüllen.
Bezug nehmend nun auf 2 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, um einen Lebensdauer-Status (‚SOL‘) einer Energiespeichervorrichtung, der in einem Hybrid-Steuerungssystem nutzbar ist, in Echtzeit abzuschätzen. Das beispielhafte Verfahren und die Vorrichtung, um den Lebensdauer-Status (‚SOL‘) der Energiespeichervorrichtung in dem Hybrid-Steuerungssystem in Echtzeit abzuschätzen, sind in der US-Patentanmeldung US 2007/285059 A1 mit dem Titel „Method and Apparatus for Real-Time Life Estimation of an Electric Energy Storage Device“ im Detail offenbart. Das beispielhafte Verfahren und die Vorrichtung, um den Lebensdauer-Status abzuschätzen, umfassen einen Algorithmus, der einen elektrischen Strom und einen Ladungszustand und Temperatur der Speichereinrichtung 74 für elektrische Energie während eines Betriebs überwacht. Die Temperatur der Speichereinrichtung 74 für elektrische Energie wird ferner während Untätigkeitsperioden des ESD-Betriebs überwacht. Untätigkeitsperioden des ESD-Betriebs sind gekennzeichnet durch einen ESD-Leistungsfluss, der minimal (engl. de minimus) ist, wäh-rend aktive Perioden eines ESD-Betriebs gekennzeichnet sind durch einen ESD-Leistungsfluss, der nicht minimal ist. Das heißt, Untätigkeitsperioden eines ESD-Betriebs sind im Allgemeinen gekennzeichnet durch keinen oder minimalen Stromfluss in die oder aus der ESD. Bezüglich einer ESD, die mit einem Antriebssystem eines Hybridfahrzeugs verbunden ist, können Untätigkeitsperioden einer ESD-Operation mit Perioden einer Fahrzeuginaktivität verbunden sein (z.B. ein Triebwerk, das elektrische Maschinen einschließt, ist nicht in Betrieb wie z.B. während Perioden, in denen das Fahrzeug nicht gefahren wird und Zusatzlasten ausgeschaltet sind, kann aber solche Perioden einschließen, die durch Abflüsse parasitären Stroms gekennzeichnet sind, wie sie zum Fortführen bestimmter Controller-Operationen erforderlich sind, die beispielsweise die mit der vorliegenden Erfindung verbundenen Operationen einschließen). Aktive Perioden eines ESD-Betriebs können im Gegensatz dazu mit Perioden einer Fahrzeugaktivität verbunden sein (z.B. Zusatzlasten sind eingeschaltet und/oder das Triebwerk, das elektrische Maschinen einschließt, ist tätig wie z.B. während Perioden, wenn das Fahrzeug gerade gefahren wird, wobei Stromflüsse in die oder aus der ESD vorliegen können). Der Lebensdauer-Status (‚SOL‘) der Speichereinrichtung 74 für elektrische Energie wird bestimmt basierend auf dem ESD-Strom, dem Ladungszustand der ESD und der Temperatur der ESD während Untätigkeits- und aktiver Betriebsperioden. Die Eingaben in eine Berechnung des SOL umfassen den ESD-Innenwiderstand R_BAT , die ESD-Temperatur T_BAT , den Ladungszustand der ESD SOC und den ESD-Strom I_BAT .
Diese sind bekannte Betriebsparameter, die innerhalb des verteilten Steuerungssystems gemessen oder abgeleitet werden. Aus diesen Parametern werden ein Ah-Integrationsfaktor 110, ein Entladungstiefe-Faktor (‚DOD‘) 112, ein Fahrtemperatur-Faktor T_DRIVE , 114 und ein Ruhetemperatur-Faktor T_REST 116 bestimmt und als Eingabe bereitgestellt, um einen Parameter für SOL zu bestimmen. Die Betriebsparameter, die genutzt werden, um SOL zu berechnen, umfassen den ESD-Strom I_BAT , der in Echtzeit überwacht, in Ampere gemessen und als Funktion der Zeit integriert wird; die Größe eines elektrischen Stroms, der durch den ESD 74 während jedes aktiven Lade- und Entladeereignisses fließt; den ESD-Ladungszustand (‚SOC‘), einschließlich der Entladungstiefe (‚DOD‘); den ESD-Temperatur-Faktor während aktiver Betriebsperioden T_DRIVE , und den ESD-Temperatur-Faktor während inaktiver Betriebsperioden T_REST .
Wieder bezugnehmend auf 2 ist ein schematisches Diagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren zum Abschätzen des Lebensdauer-Status der ESD 74 in Echtzeit basierend auf überwachten Eingaben demonstriert. Das Verfahren wird vorzugsweise ausgeführt als ein oder mehrere Algorithmen in einem der Controller des Steuerungssystems, typischerweise dem HCP 5. Der abgeschätzte Lebensdauer-Status der ESD 74 (‚SOL_K ‘) wird vorzugsweise als Skalarwert in einem nicht flüchtigen Speicherort zum Verweis, Aktualisieren und Zurücksetzen gespeichert, was jeweils zu geeigneten Zeitpunkten während der Lebensdauer des Fahrzeugs und der ESD 74 stattfindet. Allgemein umfasst ein Bestimmen eines parametrischen Wertes für den SOL ein Überwachen in Echtzeit eines ESD-Stroms I_BAT (in Ampere), einer ESD-Temperatur T_BAT , einer ESD-Spannung V_BAT , eines ESD-Widerstands R_BAT und eines ESD-Ladungszustandes (‚SOC‘). Jeder der oben erwähnten Faktoren, d.h. der integrierte ESD-Strom, die Entladungstiefe, der Fahrtemperatur-Faktor und Ruhetemperatur-Faktor, werden, vorzugsweise durch eine Summieroperation mit einem vorher bestimmten Lebensdauer-Status-Faktor SOL_K kombiniert, um einen parametrischen Wert für den SOL zu bestimmen, d.h. SOL_K+1 , dargestellt als eine Ausgabe an Block 120. Der Algorithmus, um den Lebensdauer-Status-Faktor SOL_K+1 zu bestimmen, wird während jeder Fahrt vorzugsweise mehrere Male ausgeführt. Wenn der Motor/das Fahrzeug anfangs gestartet oder eingeschaltet wird, gibt es einen anfänglichen Lebensdauer-Status-Faktor SOL_K , der beim Berechnen nachfolgender Werte für SOL verwendet wird, und ist als SOL_SAVED 128 dargestellt. Der SOL_SAVED -Faktor 128 wird während jeder Fahrt nur einmal verwendet und wird bei zukünftigen Berechnungen während der Fahrt durch den von den Blöcken 120, 122 und 124 ausgegebenen SOL_K+1 -Faktor verdrängt, was als Block 130 dargestellt ist. Ähnlich wird der vom Block 116 ausgegebene Ruhetemperatur-Faktor nur während der ersten Ausführung des Algorithmus verwendet, um SOL zu berechnen, nachdem der Motor/das Fahrzeug anfangs gestartet oder eingeschaltet wird, wie durch den INIT-Block 128 angegeben ist. Bei nachfolgenden Ausführungen des Algorithmus, um SOL zu berechnen, wird der Ruhetemperatur-Faktor aus der Berechnung von SOL weggelassen.
Bezugnehmend nun auf 3 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, um mehrere zukünftige oder potentielle Lebensdauergradienten eines Lebensdauer-Status-Parameters einer Energiespeichereinrichtung vorherzusagen oder abzuschätzen, die in einem Hybrid-Steuerungssystem in Echtzeit verwendbar sind. Das beispielhafte Verfahren und die Vorrichtung, um die mehreren zukünftigen Lebensdauergradienten des Betriebszustandes (‚SOL‘) der Energiespeichereinrichtung in dem Hybrid-Steuerungssystem in Echtzeit abzuschätzen, sind im Detail in der US-Patentanmeldung US 2007/285097 A1 mit dem Titel „Method and Apparatus for Predicting Change in an Operating State of an Electric Energy Storage Device“ offenbart. Darin beschrieben sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum A-priori-Berechnen eines Bereichs von Effekten auf einen Lebensdauer-Status einer Speichereinrichtung für elektrische Energie für ein Hybridfahrzeug. Das Verfahren beinhaltet ein Bestimmen potentieller Änderungen in einem Betriebszustand für die Speichereinrichtung für elektrische Energie. Dies beinhaltet ein Auswählen eines Array potentieller Werte für einen Betriebsparameter, z.B. den elektrischen Strom, über ein Kontinuum von einem maximalen Ladestrom bis zu einem maximalen Entladestrom, woraus ein entsprechendes Array von Effekten oder Änderungen auf Betriebszustandswerte, d.h. Effekte auf den Lebensdauer-Status, bestimmt oder vorhergesagt wird. Jede vorhergesagte Änderung im Betriebszustand wird basierend auf und entsprechend einem des Array von Werten für den Betriebsparameter der Speichereinrichtung für elektrische Energie bestimmt. Die vorhergesagte Änderung im Lebensdauer-Status basiert auf: zeitbasierter Integration des elektrischen Stroms, der Entladungstiefe der Energiespeichereinrichtung und der Betriebstemperatur der Speichereinrichtung für elektrische Energie, welche für jeden des Array potentieller Werte für einen elektrischen Strom bestimmt werden.
Bezugnehmend nun auf 4 wird nun ein Steuerungsalgorithmus für einen Betrieb eines Hybridfahrzeuges beschrieben, der auf eine Lebensdauervorgabe für die Speichereinrichtung 74 für elektrische Energie abzielt. Der Algorithmus wird vorzugsweise in dem oben erwähnten Steuerungssystem des Hybridfahrzeugs, vorzugsweise während eines der Schleifenzyklen, ausgeführt, um eine Echtzeitsteuerung und -einstellungen für den Betrieb des Triebwerks basierend auf einer vorherigen Nutzung des Hybridfahrzeugs und der ESD 74 zu bewirken. Eine primäre Steuerungsvorgabe des Algorithmus umfasst ein Steuern eines Betriebs der elektrischen Maschinen 56, 72, einschließlich Antriebsmomentabgaben beim Laden und Entladen, um die Lebensdauer der ESD 74 zu steuern.
Im beispielhaften System ist ESD-Leistung P_WAT als ein Parameter, der die Nutzungsdauer des Energiespeichersystems 74 beeinflusst, durch das Hybrid-Steuerungssystem steuerbar. Die ESD-Leistung ist P_BAT = I_BAT ^2/R_BAT. Eine Beziehung zwischen dem parametrischen Wert für die ESD-Leistung P_BAT und einer Ziellebensdauer-Vorgabe für die ESD wird eingerichtet. Dies gestattet eine Erzeugung eines Steuerungsalgorithmus, der wirksam ist, um zwischen der ESD 74 und den Elektromotoren 56, 72 ausgetauschte elektrische Leistung laufend und regelmäßig zu steuern, so dass der Betriebszustand, z.B. Lebensdauer-Status (SOL), der ESD geringer als ein vorbestimmter Wert ist, wenn die Ziellebensdauer-Vorgabe für die ESD erreicht wird. Der Steuerungsalgorithmus wird vorzugsweise von dem Steuerungssystem während eines der vorher beschriebenen voreingestellten Schleifenzyklen ausgeführt. Der Algorithmus wird im Folgenden im Detail beschrieben.
Wieder bezugnehmend auf 4 nutzt im allgemeinen Betrieb der Algorithmus als Eingabeparameter einen normierten Wert für den Lebensdauer-Status (SOL) der ESD, einen zeitbasierten Lebensdauer-Status-Gradienten basierend auf einer ESD-Leistung, eine akkumulierte verstrichene Betriebsdauer und eine akkumulierte Distanz. Ein normierter Lebensdauer-Faktor wird berechnet basierend auf der akkumulierten Zeit und akkumulierten Distanz (Block 200). Der normierte Lebensdauer-Faktor, ausgegeben von Block 200, und der normierte Wert für den Lebensdauer-Status werden verwendet, um einen erforderlichen, gewünschten oder als Ziel vorgegebenen Gradienten für die Lebensdauer zu berechnen (Block 210). Der zeitbasierte Gradient des Lebensdauer-Status, der auf der ESD-Leistung basiert, wird für eine Zeitachse normiert (Block 220). Der geforderte Gradient für die Lebensdauer, ausgegeben vom Block 210, und der auf der ESD-Leistung basierte normierte Gradient des Lebensdauer-Status, der vom Block 220 ausgegeben wird, wobei beide mit einer von 0,0 bis 1,0 reichenden normierten Domäne in eine z-Domäne umgewandelt werden, werden in eine Kostenfunktion (Block 230) eingegeben, welche eine Ausgabe der mit einer ESD-Leistung P_BAT verbundenen Kosten erzeugt.
Der bevorzugte Betriebszustand, d.h. der hierin oben beschriebene Parameter Lebensdauer-Status (SOL), ist wie folgt normiert:

SOL = 0, für eine neue ungenutzte ESD, z.B. am Beginn einer Nutzungsdauer; und
SOL = 1, für eine vollständig aufgebrauchte ESD, z.B. am Ende einer Nutzungsdauer (‚EOL‘).

Die Ausgabe eines normiertes Lebensdauer-Faktors (in der z-Domäne) von Block 200 wird wie folgt bestimmt. Das Energiespeichersystem hat eine in Form einer mittels Zeit und/oder Distanz definierte Vorgabe einer Ziellebensdauer. Zum Beispiel könnte ein Hybridfahrzeug eine Vorgabe der Ziellebensdauer in Form von 8 Jahren und eine Vorgabe der Ziellebensdauer in Form einer Distanz von 160.000 Kilometer (100.000 Meilen) spezifizieren. In diesem Beispiel hat eine beispielhafte ESD, welche acht Jahre lang oder 160.000 Kilometer (100.000 Meilen) im Betrieb ist, die Vorgabe der Ziellebensdauer erfüllt.
Die akkumulierte Zeit, auf die auch als totale ESD-Zeit verwiesen wird, ist definiert als die totale kumulierte Zeit, die das Energiespeichersystem im Dienst war, einschließlich aller Perioden einer Fahrzeugaktivität und -inaktivität und aller aktiven und Untätigkeits-Perioden eines ESD-Betriebs. In dieser Ausführungsform enthält das ECM vorzugsweise eine Zeitsteuereinrichtung, die eine verstrichene Betriebszeit messen und aufzeichnen kann, einschließlich der Zeit, in der die Fahrzeugzündung aus und das System abgeschaltet ist. Falls eine bestimmte ESD durch eine neue ESD ersetzt wird, wird der akkumulierte Zeitwert auf Null zurückgesetzt. Falls eine bestimmte ESD durch eine teilweise aufgebrauchte oder verwendete ESD ersetzt wird, wird die akkumulierte Zeit auf eine geschätzte totale kumulative Zeit zurückgesetzt, in der die teilweise aufgebrauchte ESD vorher genutzt wurde. Ein normierter Parameter der Zeitlebensdauer wird definiert unter Verwendung der gleichen Zeiteinheiten als: $Normierter Zeit-Lebensdauerparameter = \frac{T o t a l e E S D - Z e i t}{E S D - Z e i t - L e b e n s d a u r z i e l}$
Die Vorgabe der Ziellebensdauer der ESD für eine Zeit beträgt für das beschriebene beispielhafte System 8 Jahre.
Die akkumulierte Distanz, auf die auch als totale ESD-Distanz verwiesen wird, ist definiert als eine totale kumulative Distanz eines Betriebs mit der ESD, welche in dem ECM oder einem anderen Controller der verteilten Steuerungsarchitektur messbar ist. Falls eine besondere ESD durch ein neues System ersetzt wird, wird die akkumulierte Distanz auf Null zurückgesetzt. Falls eine besondere ESD durch eine teilweise aufgebrauchte oder verwendete ESD ersetzt wird, kann die akkumulierte Distanz auf eine geschätzte totale kumulative Distanz zurückgesetzt werden, die die aufgebrauchte oder verwendete ESD vorher zurücklegte. Ein normierter Parameter Distanz-Lebensdauer wird unter Verwendung gleicher Distanzeinheiten wie folgt definiert: $Normierter Parameter Distanz - Lebensdauerparameter = \frac{T o t a l e E S D - D i s t a n z}{E S D - D i s t a n z - L e b e n s d a u r z i e l}$
Die Ziellebensdauer-Vorgabe der ESD für eine Distanz beträgt für das beschriebene beispielhafte System 160.000 Kilometer (100.000 Meilen).
Eine Bestimmung des von Block 200 ausgegebenen normierten Lebensdauer-Faktors (in der z-Domäne) umfasst ein Erfassen parametrischer Werte für eine akkumulierte Zeit, d.h. die totale ESD-Zeit, und eine akkumulierte Distanz, d.h. die totale ESD-Distanz, und deren Normierung wie hierin oben beschrieben, wobei z = 0 beim Start des Lebensdauerzyklus der ESD gilt, d.h. wenn der Zeitgeber für eine akkumulierte Zeit und die Distanzüberwachungseinrichtung für eine akkumulierte Distanz jeweils zu zählen beginnen; und z = 1 bei der Ziellebensdauer-Vorgabe der ESD oder dem als Ziel gesetzten Ende der Lebensdauer (‚EOL‘) gilt.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Berechnen des normierten Lebensdauerparameters umfasst ein Auswählen eines maximalen Wertes zwischen dem normierten Parameter Zeit-Lebensdauer und dem normierten Parameter Distanz-Lebensdauer, siehe unten: $\begin{array}{l} Normierter Lebensdauerparameter = MAXIMUM (normierter Parameter Zeit - \\ Lebensdauer, normierter Parameter Distanz - Lebensdauer \end{array}$

In der beispielhaften Ausführungsform, worin das Zeit-Lebensdauerziel der ESD 8 Jahre beträgt und das Distanz-Lebensdauerziel der ESD 160.000 Kilometer (100.000 Meilen) beträgt, wird ein lineares Budget von im Wesentlichen 20.000 Kilometer (12.500 Meilen) pro Dienstjahr angenommen. Der normierte Lebensdauerparameter könnte einfach wie folgt in Tabelle 1 definiert sein: Tabelle 1

Totale ESD-Zeit	Totale ESD-Distanz	Dominierender Faktor (Zeit oder Distanz)	Normierter Lebensdauerparameter (z)
4 Jahre	32.000 km (20.000 Meilen)	Zeit	0,50
2 Jahre	80.000 km (50.000 Meilen)	Distanz	0,50
4 Jahre	80.000 km (50.000 Meilen)	Beide	0,50
9 Jahre	112.000 km (70.000 Meilen)	Zeit	1,0 = Ziel-EOL
5 Jahre	160.000 km (100.000 Meilen)	Distanz	1,00 = Ziel-EOL

Obgleich die bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung die Verwendung der Zeit und/oder Distanz beim Festlegen der Definition eines als Ziel gesetzten Endes der Lebensdauer (‚EOL‘) einbezieht, können andere Parameter verwendet werden.
Die Zeitdomänenparameter werden in normierte Lebensdauerparameter in der z-Domäne umgewandelt. Es ist für einfache Vergleiche wünschenswert, einen differentiellen Betrag der Laufzeit (in dt) in einen differentiellen Betrag des normierten Lebensdauerparameters (in dz) umwandeln zu können.
Der Prozentanteil der Zeit, in der das Fahrzeug betrieben wird, d.h. die totale Fahrzeuglaufzeit, wird mit einer totalen Dienstzeit des Fahrzeugs, d.h. totale Fahrzeugzeit, verglichen, um einen Prozentanteil der Fahrzeuglaufzeit gegen die gesamte Fahrzeugzeit abzuschätzen. Die gesamte Fahrzeugzeit hat idealerweise den gleichen Wert wie die totale ESD-Zeit. Der prozentuale Anteil der totalen Fahrzeuglaufzeit ist wie folgt definiert: $Prozentualer Anteil der totalen Fahrzeuglaufzeit = \frac{T o t a l e F a h r z e u g l a u f z e i t}{T o t a l e F a h r z e u g z e i t}$

In der beispielhaften Ausführungsform, einem Fahrzeug, von dem bestimmt wird, dass es 5% der totalen Zeit (prozentualer Anteil der totalen Fahrzeuglaufzeit = 5%) betrieben wird oder fährt, wird die folgende Analyse mit Verweis auf Tabelle 2 unten gezeigt: Tabelle 2

Totale ESD-Zeit	Totale ESD-Distanz	Dominierender Normierter Lebensdauer-Faktor (z)		Totale ESD-Zeit bis zum EOL	Totale ESD-Laufzeit bis zum EOL
4 Jahre	20.000 Meilen	Zeit	0,50	4 Jahre/ 0,5 = 8 Jahre	8 × 0,05 = 0,40 Jahre
2 Jahre	50.000 Meilen	Distanz	0,50	2 Jahre/0,5 = 4 Jahre	4 × 0,05 = 0,20 Jahre

Wieder bezugnehmend auf Tabelle 2 werden Beispiele geliefert, um einen Systembetrieb zu erläutern. Beispielhafte Werte für zwei Fahrzeuge werden dargestellt, wobei eine totale ESD-Zeit und totale ESD-Distanz bekannt sind. Die ESD-Zeit oder -Distanz wird als dominierender Faktor bestimmt, basierend darauf, ob das beispielhafte Fahrzeug wahrscheinlich eine Zeit- oder Distanzvorgabe der Ziellebensdauer erreicht, wie sie auf der Basis des normierten Lebensdauerparameters bestimmbar ist. Wenn der dominierende Faktor Zeit ist, ist dann die totale ESD-Zeit bis zum EOL gleich der als Ziel gesetzten totalen ESD-Zeit. Wenn der dominierende Faktor die Distanz ist, ist dann die totale ESD-Zeit bis zum EOL gleich wie basierend auf der Distanz bestimmt und ist geringer als die Zielvorgabe für die Zeit-Lebensdauer der ESD.
Wenn eine neue ESD installiert wird, wobei somit z = 0 gesetzt wird, ist eine totale ESD-Laufzeit bis zum EOL die folgende: $Totale ESD - Laufzeit bis zum EOL = totale Fahrzeuglaufzeit % \times ESD - Zeit - Lebensdauerziel .$
Nachdem die ESD verwendet wurde (z > 0), ist die totale ESD-Laufzeit bis zum Ende der Lebensdauer (‚EOL‘) $\begin{array}{l} Totale ESD - Laufzeit bis zum EOL = Totale Fahrzeuglaufzeit % \times \\ (\frac{T o t a l e E S D - Z e i t}{N o r m i e r t e r L e b e n s d a u e r p a r a m e t e r (z)}) \end{array}$
Die totale ESD-Laufzeit bis zum EOL wandelt effektiv differentielle Änderungen in der Laufzeit (dt) in differentielle Änderungen im normierten Lebensdauerparameter (dz) um, d.h. $dz = \frac{d t (s)}{T o t a l e E S D - L a u f z e i t b i s z u m E O L (s)}$
Der als eine Funktion des elektrischen Stromes und der ESD-Leistung (P_BAT ) abgeschätzte Gradient des Lebensdauer-Status (dSOL/dt) ist hierin oben beschrieben und umfasst ein Abschätzen eines Zeitgradienten des ESD-Lebensdauer-Status als Funktion der ESD-Leistung für ein Array vorausgewählter Strompegel.
Wieder auf 4 bezugnehmend ist es verhältnismäßig einfach, die Zeit zu normieren und einen Zeitgradienten in einen normierten Gradienten (bezeichnet als dSOL/dz) zu transformieren. Wenn z.B. die Vorgabe der als Ziel gesetzten ESD-Lebensdauer als Laufzeit in Sekunden der totalen ESD-Laufzeit bis zum EOL definiert ist, wird der normierte Gradient des Lebensdauer-Status wie folgt definiert: $\frac{d S O L}{d z} = \frac{d S O L}{d t} [\frac{1}{s}] \times T o t a l e E S D - L a u f z e i t b i s z u m E O L [s]$
Man beachte, dass der normierte Gradient auf solch eine Weise definiert ist, dass, falls das Energiespeichersystem einen normierten Gradienten von Eins (1) oder weniger mittelt, dann die Lebensdauervorgabe erfüllt ist. Falls der normierte Gradient größer als Eins mittelt, wird entsprechend die Lebensdauervorgabe nicht erfüllt.
Dies bietet einen Weg, um die Zielvorgabe mit einem Gradienten einer Schlüsselsteuerungsvariablen zu koppeln. Ein Steuerungssystem muss dafür ausgelegt sein, die ESD-Leistung auf solch eine Weise zu steuern, dass am Ende des Lebensdauerziels des Energiespeichersystems (z = 1) der SOL geringer als 1 ist. Das heißt, im Laufe der Lebensdauer des Energiespeichersystems (von z = 0 bis z = 1) muss der Durchschnitt, und da normiert, das Integral von dSOL/dz kleiner oder gleich 1 sein, um die Lebensdauervorgaben zu erfüllen. Insbesondere gilt wie in Gl. 1 gezeigt, die als Algorithmus im Steuerungssystem ausführbar ist: $P_{BAT}, so dass SOL (1) = \int_{0}^{1} \frac{d S O L}{d z} (P_{B A T}) d z \leq 1$
Nimmt man nun Bezug auf 5, zeigt ein Datengraph die Leistung eines beispielhaften Systems mit einer ESD, die unter Verwendung des hierin beschriebenen Systems arbeitet, wobei die x-Achse den normierten Lebensdauer-Faktor Zeit oder Distanz, umgewandelt in die z-Domäne, aufweist, und die y-Achse den Lebensdauer-Status (SOL) aufweist. Linie 90 umfasst ein repräsentatives System, wobei eine Änderung im Lebensdauer-Status der ESD linear mit einer Änderung im normierten Lebensdauer-Faktor in der z-Domäne zunimmt, so dass die Kriterien des Endes der Lebensdauer genau erfüllt werden. Linie 96 zeigt ein tatsächliches System mit beispielhaften Punkten A und B. Punkt A repräsentiert ein System, wobei Umgebungsbedingungen oder ein Betrieb des Systems zur aggressiven Nutzung der ESD und somit zu einer fortgeschrittenen Alterung der ESD oder einem hohen SOL der ESD führten, so dass es möglich ist, dass die ESD vor der Ziel-Nutzungsdauer aufgebraucht ist. Eine erste Linie 92 umfasst eine normierte Ziel-Gradientenlinie für Punkt A, berechnet vom Punkt A bis zum Ende der Lebensdauer der Einrichtung, was den SOL umfasst, der den normierten Lebensdauer-Faktor trifft. Falls das System einen als Punkt A dargestellten Betriebszustand erreicht hat, schätzt das Steuerungssystem das Array parametrischer Werte für einen zukünftigen SOL basierend auf dem Array von ESD-Strompegeln I_BAT . Das System dient dazu, einen parametrischen Wert für P_BAT und einen entsprechenden Wert für I_BAT abzustimmen, der den normierten Gradient liefert, wobei der in Gl. 1 oben entwickelte Algorithmus verwendet wird. Dies führt eher zu einer weniger aggressiven Verwendung der ESD während des Fahrzeugbetriebs.
Punkt B repräsentiert ein System, wobei Umgebungsbedingungen oder ein Betrieb des Systems zu einer weniger aggressiven Nutzung der ESD führte, was zu einer verzögerten Alterung der ESD oder einem niedrigen SOL der ESD führt, so dass es möglich ist, dass die ESD bei Erreichen der Ziel-Nutzungsdauer nicht aufgebraucht sein wird. Eine zweite Linie 94 umfasst eine normierte Ziel-Gradientenlinie für Punkt B, berechnet vom Punkt B bis zum Ende der Lebensdauer der Einrichtung, die den SOL aufweist, der den normierten Lebensdauer-Faktor erfüllt. Falls das System einen als Punkt B dargestellten Betriebszustand erreicht hat, schätzt das Steuerungssystem das Array parametrischer Werte auf einen zukünftigen SOL basierend auf dem Array von ESD-Strompegeln I_BAT . Das System dient dazu, einen parametrischen Wert für P_BAT und einen entsprechenden Wert für I_BAT abzustimmen, der den normierten Gradienten erreicht, wobei der in Gl. 1 entwickelte Algorithmus verwendet wird. Dies führt eher zu einer aggressiveren Verwendung der ESD während des Fahrzeugbetriebs.
Bezugnehmend nun auf 6A, 6B und 6C werden weitere Einzelheiten des Betriebs des Systems geliefert. 6A zeigt einen normierten SOL-Gradienten, aufgetragen als Funktion der ESD-Leistung P_BAT , über einen Bereich, der ein Kontinuum vom Laden bis zum Entladen der ESD ist, mit beispielhaften Punkten A und B eines Zielgradienten aus 5. 6C zeigt eine Linie, die Betriebskosten als Funktion des normierten SOL-Gradienten demonstriert, wobei die Ziellinie beim Zielgradientenwert der in 5 gezeigten Linie 90 entspricht. Die Betriebskosten umfassen allgemein Kosten, die mit dem Verbrauch von Kraftstoff und elektrischer Energie verbunden sind, der mit einem spezifischen Betriebspunkt des Triebwerksystems für das Fahrzeug verbunden ist. Diese graphische Darstellung demonstriert, dass es geringe Betriebskosten gibt, die mit einem normierten SOL-Gradienten verbunden sind, der geringer als das Ziel ist, d.h. unter die Linie 90 von 5 fällt. Umgekehrt nehmen die Betriebskosten zu, wenn der normierte SOL-Gradient größer als die Ziellinie wächst. 6B kann unter Verwendung von Information aus 6A und 6C aufgebaut werden, wobei die Betriebskosten als Funktion der ESD-Leistung P_BAT aufgetragen sind, wobei Linien Kosten repräsentieren, die mit einem Betreiben des beispielhaften Systems beginnend bei aufgetragenen Punkten A und B verbunden und mit analogen Betriebspunkten korreliert sind, die in 6A dargestellt sind. Die relative Größe eines Kostenunterschieds, der mit der gleichen ESD-Leistung P_BAT bei verschiedenen anfänglichen Startpunkten verbunden ist, wird leicht demonstriert. Mit anderen Worten ist ein Betreiben mit einem SOL oberhalb des Zielgradienten, d.h. der Linie 90 von 5, im Allgemeinen teurer und wird weniger bevorzugt als ein Betreiben mit einem SOL bei dem oder unterhalb des Zielgradienten. Folglich kann das Steuerungssystem einen Algorithmus ausführen, der dahingehend tätig ist, die von der Speichereinrichtung für elektrische Energie übertragene Leistung so zu steuern, dass die Speichereinrichtung für elektrische Energie dem Zielgradienten im Wesentlichen folgt und zu ihm konvergiert, vorzugsweise einen SOL über den Zielgradienten hinaus vermeidet und ein Ende der Lebensdauer nicht erreicht, wenn die Vorgabe der Ziellebensdauer, z.B. Zeit oder Distanz, erreicht wird.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Betriebs einer Speichereinrichtung für elektrische Energie in einem Fahrzeug mit den Schritten: - Bestimmen einer akkumulierten Zeit der Speichereinrichtung für elektrische Energie und einer akkumulierten Distanz, - Bestimmen eines normierten Werts für einen Lebensdauer-Status der Speichereinrichtung für elektrische Energie als einen Wert im Intervall [0; 1], wobei der Wert am Beginn der Nutzungsdauer den Wert 0 und am Ende der Nutzungsdauer den Wert 1 aufweist, - Abschätzen eines Zeitgradienten des Lebensdauer-Status als Funktion der Leistung der Speichereinrichtung für vorausgewählte Strompegel; und - Steuern einer durch die Speichereinrichtung übertragenen Leistung in Abhängigkeit von - der akkumulierten Zeit, - der akkumulierten Distanz, - einer vorgegebenen Zieldienstzeit der Speichereinrichtung, - einer vorgegebenen Zieldistanz des Fahrzeugs, - dem normierten Lebensdauer-Status der Speichereinrichtung, - einem vorbestimmten Grenzwert des Lebensdauer-Status und - der Zeitgradienten des Lebensdauer-Status.