DE102012108071A1

DE102012108071A1 - Energiemanagementsystem und Verfahren zum Betreiben einer Batterie

Info

Publication number: DE102012108071A1
Application number: DE201210108071
Authority: DE
Inventors: Sebastian Rüger
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-03-06

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Batterie, mit den Schritten des Festlegens mindestens einer absoluten Energiemenge, welche für eine der Energiemenge zugeordnete Betriebsstrategie einer durch die Batterie gespeisten Komponente notwendig ist, des Ermittelns des aktuellen Energiegehalts der Batterie, des Vergleichens der mindestens einen absoluten Energiemenge mit dem ermittelten Energiegehalt der Batterie, und des Auslösens der zugeordneten Betriebsstrategie der Komponente, wenn der ermittelte Energiegehalt der Batterie die mindestens eine absolute Energiemenge unterschreitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiemanagementsystem und ein Verfahren zum Betreiben einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie in einem Kraftfahrzeug.
Eine Batterie in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise eine Traktionsbatterie, weist einen Ladungszustand („state-of-charge“, SOC) auf, welcher das Verhältnis zwischen der in der Batterie gespeicherten Energie und der maximal in der Batterie speicherbaren Energie angibt. Dabei kann sich aufgrund von Alterungseffekten die maximal in der Batterie speicherbare Energie ändern, so dass die Beziehung zwischen Ladungszustand und tatsächlichem Energiegehalt einer Batterie alterungsbedingten Änderungen unterworfen ist.
Betriebsstrategien bzw. Betriebsstrategiegrößen für die Ansteuerung eines Kraftfahrzeugs oder dessen Komponenten hängen vom Ladungszustand der Batterie ab. Wenn der Ladungszustand alterungsbedingt Änderungen unterworfen ist, kann dies zu gegebenenfalls unerwünschten Änderungen in den Auswirkungen der gewählten Betriebsstrategien bzw. Betriebsstrategiegrößen führen.
Die Druckschrift DE 10 2005 016 188 A1 offenbart ein Verfahren zum Festlegen einer Energiereserve einer Batterie zur Abdeckung temporärer Spitzenleistungen.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Energiemanagementsystem und ein Verfahren zum Betreiben einer Batterie anzugeben, mit welchen Betriebsstrategien bzw. Betriebsstrategiegrößen für ein Kraftfahrzeug und dessen Komponenten unabhängig von Alterung der Batterie und Batterietyp gewählt werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Energiemanagementsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst.
Die Erfindung schafft demnach ein Verfahren zum Betreiben einer Batterie, mit den Schritten des Festlegens mindestens einer absoluten Energiemenge, welche für eine der Energiemenge zugeordnete Betriebsstrategie einer durch die Batterie gespeisten Komponente notwendig ist, des Ermittelns des aktuellen Energiegehalts der Batterie, des Vergleichens der mindestens einen absoluten Energiemenge mit dem ermittelten Energiegehalt der Batterie, und des Auslösens der zugeordneten Betriebsstrategie der Komponente, wenn der ermittelte Energiegehalt der Batterie die mindestens eine absolute Energiemenge unterschreitet.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass unabhängig von der Batterie, vom Alter der Batterie, vom Leistungszustand der Batterie, vom Maximalenergiegehalt der Batterie und/oder vom Batterietyp jede Betriebsstrategie immer eine fest zugeteilte Energiemenge erhält. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise die zuverlässige und robuste Einhaltung von externen Vorgaben, wie beispielsweise Abgasnormen, Sicherheitsfunktionen oder Notlaufbetrieb.
Die Betriebsstrategieauswahl kann daher einmalig angepasst werden, und ist nicht abhängig von einem Batterietausch oder von Alterungseffekten während der Betriebsdauer der Batterie.
Die Erfindung schafft weiterhin ein Energiemanagementsystem zum Betreiben einer Batterie, mit einer Dispositionseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, mindestens eine absolute Energiemenge, welche für eine der Energiemenge zugeordnete Betriebsstrategie einer durch die Batterie gespeisten Komponente notwendig ist, festzulegen, einer Ermittlungseinrichtung, welche mit der Batterie gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, den aktuellen Energiegehalt der Batterie zu ermitteln, und einer Steuereinrichtung, welche mit der Dispositionseinrichtung und der Ermittlungseinrichtung gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, die mindestens eine absolute Energiemenge mit dem ermittelten Energiegehalt der Batterie (1) zu vergleichen und die zugeordnete Betriebsstrategie der Komponente auszulösen, wenn der ermittelte Energiegehalt der Batterie die mindestens eine absolute Energiemenge unterschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Batterie eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs umfassen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Komponente eine Komponente oder einen Komponentenverbund eines Kraftfahrzeugs umfassen. Beispielsweise kann die Komponente eine Katalysatorheizung, eine Klimaanlage, ein Motorstarter, eine Anzeigeeinrichtung, eine Warneinrichtung, ein Motorsteuergerät, eine Getriebeautomatik oder ähnliche Fahrzeugelemente umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Kraftfahrzeug einen elektrischen Antrieb oder einen Hybridantrieb aufweisen. Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, den überschüssigen Energiegehalt der Batterie für den Fahrbetrieb zu nutzen.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren der Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Energiemanagementsystem zum Betreiben einer Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben einer Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 3 mit einem Energiemanagementsystem 4 zum Betreiben einer Batterie 1. Das Energiemanagementsystem 4 kann beispielsweise Bestandteil des Kraftfahrzeugs 3 sein. Das Kraftfahrzeug 3 kann beispielsweise ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, beispielsweise ein Elektroauto oder ein Hybridfahrzeug umfassen.
Die Batterie 1 kann beispielsweise eine Traktionsbatterie oder eine Niedervoltbatterie des Kraftfahrzeugs 3 umfassen, welche eine oder mehrere Komponenten 2 oder Komponentenverbunde des Kraftfahrzeugs 3 speist. Beispielhaft ist in 1 lediglich eine Komponente 2 gezeigt, wobei jedoch jede andere Anzahl von Komponenten ebenso möglich sein kann. Die Komponenten 2 können beispielsweise eine Katalysatorheizung, eine Klimaanlage, ein Motorstarter, eine Anzeigeeinrichtung, eine Warneinrichtung, ein Motorsteuergerät, eine Getriebeautomatik oder ähnliche Fahrzeugelemente umfassen.
Die Batterie 1 ist zudem mit dem Energiemanagementsystem 4 gekoppelt. Das Energiemanagementsystem 4 umfasst dabei eine Dispositionseinrichtung 6, welche dazu ausgelegt ist, mindestens eine absolute Energiemenge, welche für eine der Energiemenge zugeordnete Betriebsstrategie einer durch die Batterie 1 gespeisten Komponente 2 notwendig ist, festzulegen. Bestimmte Betriebsstrategiefunktionen können dabei je nach zugehörigen Komponenten 2 verschiedene absolute Energiemengen zur einwandfreien Funktionsfähigkeit benötigen. Beispielsweise kann das Heizen des Katalysators eine bestimmte vorgegebene Energiemenge benötigen, welche bereitgestellt werden muss, um Abgasnormen zuverlässig und sicher erfüllen zu können. Andere Funktionen, wie beispielsweise ein Sustaining- oder ein Boost-Betrieb, ein Starterbetrieb für das Starten des Verbrennungsmotors oder elektronische Überwachungs- und Anzeigefunktionen benötigen ebenfalls festgelegte Energiemengen zur ordnungsgemäßen Durchführung. Die Dispositionseinrichtung 6 kann diese vorgebbaren Energiemengen berücksichtigen und entsprechend im Energiemanagement festlegen.
Das Energiemanagementsystem 4 umfasst weiterhin eine Ermittlungseinrichtung 6, welche mit der Batterie 1 gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, den aktuellen Energiegehalt der Batterie 1 zu ermitteln. Dazu kann die Ermittlungseinrichtung 6 auf herkömmliche Methoden wie Spannungsmessung, Strommessung, Elektrolytdichtemessung oder ähnliche Verfahren zurückgreifen.
Das Energiemanagementsystem 4 umfasst weiterhin eine Steuereinrichtung 7, welche mit der Dispositionseinrichtung 6 und der Ermittlungseinrichtung 5 gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, die mindestens eine absolute Energiemenge mit dem ermittelten Energiegehalt der Batterie 1 zu vergleichen und die zugeordnete Betriebsstrategie der Komponente 2 auszulösen, wenn der ermittelte Energiegehalt der Batterie 1 die mindestens eine absolute Energiemenge unterschreitet.
Damit können verschiedene Betriebsstrategiefunktionen unabhängig von der Batterie, dem Batterietyp und dem Ladungszustand der Batterie ausgelöst werden, so dass die entsprechend zugeordneten Komponenten immer eine festgelegte, zugeteilte Ladungsmenge zur ordnungsgemäßen Durchführung der Betriebsstrategie erhalten.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 10 zum Betreiben einer Batterie. Das Verfahren 10 kann beispielsweise in dem in 1 gezeigten Energiemanagementsystem 4 durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Verfahren 10 für das Betreiben der in 1 gezeigten Batterie 1 des Kraftfahrzeugs 3 genutzt werden.
In einem ersten Schritt 11 des Verfahrens 10 erfolgt ein Festlegen mindestens einer absoluten Energiemenge, welche für eine der Energiemenge zugeordnete Betriebsstrategie einer durch die Batterie 1 gespeisten Komponente 2 notwendig ist. Danach erfolgt in einem zweiten Schritt 12 des Verfahrens 10 ein Ermitteln des aktuellen Energiegehalts der Batterie 1.
In einem ersten Schritt 11 des Verfahrens 10 erfolgt ein Vergleichen der mindestens einen absoluten Energiemenge mit dem ermittelten Energiegehalt der Batterie 1. Wenn dann der ermittelte Energiegehalt der Batterie 1 die mindestens eine absolute Energiemenge unterschreitet, erfolgt in einem vierten Schritt 14 ein Auslösen der zugeordneten Betriebsstrategie der Komponente 2.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005016188 A1 [0004]

Claims

Verfahren (10) zum Betreiben einer Batterie (1), mit den Schritten: Festlegen (11) mindestens einer absoluten Energiemenge, welche für eine der Energiemenge zugeordnete Betriebsstrategie einer durch die Batterie (1) gespeisten Komponente (2) notwendig ist; Ermitteln (12) des aktuellen Energiegehalts der Batterie (1); Vergleichen (13) der mindestens einen absoluten Energiemenge mit dem ermittelten Energiegehalt der Batterie (1); und Auslösen (14) der zugeordneten Betriebsstrategie der Komponente (2), wenn der ermittelte Energiegehalt der Batterie (1) die mindestens eine absolute Energiemenge unterschreitet.
Verfahren (10) nach Anspruch 1, wobei die Batterie (1) eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs (3) umfasst.
Verfahren (10) nach Anspruch 2, wobei die Komponente (2) eine Komponente oder einen Komponentenverbund eines Kraftfahrzeugs (3) umfasst.
Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei das Kraftfahrzeug (3) einen elektrischen Antrieb oder einen Hybridantrieb aufweist.
Energiemanagementsystem (4) zum Betreiben einer Batterie (1), mit: einer Dispositionseinrichtung (6), welche dazu ausgelegt ist, mindestens eine absolute Energiemenge, welche für eine der Energiemenge zugeordnete Betriebsstrategie einer durch die Batterie (1) gespeisten Komponente (2) notwendig ist, festzulegen; einer Ermittlungseinrichtung (5), welche mit der Batterie (1) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, den aktuellen Energiegehalt der Batterie (1) zu ermitteln; und einer Steuereinrichtung (7), welche mit der Dispositionseinrichtung (6) und der Ermittlungseinrichtung (5) gekoppelt ist, und welche dazu ausgelegt ist, die mindestens eine absolute Energiemenge mit dem ermittelten Energiegehalt der Batterie (1) zu vergleichen und die zugeordnete Betriebsstrategie der Komponente (2) auszulösen, wenn der ermittelte Energiegehalt der Batterie (1) die mindestens eine absolute Energiemenge unterschreitet.
Energiemanagementsystem (4) nach Anspruch 5, wobei die Batterie (1) eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs (3) umfasst.
Energiemanagementsystem (4) nach Anspruch 6, wobei die Komponente (2) eine Komponente oder einen Komponentenverbund eines Kraftfahrzeugs (3) umfasst.
Energiemanagementsystem (4) nach einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei das Kraftfahrzeug (3) einen elektrischen Antrieb oder einen Hybridantrieb aufweist.