DE102013215630A1 - Method and device for calculating and displaying a load state of an electrical energy store - Google Patents

Method and device for calculating and displaying a load state of an electrical energy store Download PDF

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DE102013215630A1 DE102013215630.8A DE102013215630A DE102013215630A1 DE 102013215630 A1 DE102013215630 A1 DE 102013215630A1 DE 102013215630 A DE102013215630 A DE 102013215630A DE 102013215630 A1 DE102013215630 A1 DE 102013215630A1
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Abstract

Verfahren zur Berechnung eines Belastungszustands mindestens eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeug, wobei das Fahrzeug mindestens einen Sensor zur Erfassung einer Betriebsgröße des elektrischen Energiespeichers umfasst, wobei anhand der durch den Sensor erfassten Betriebsgröße der Belastungszustand des mindestens einen elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs berechnet wird, wobei der berechnete Belastungszustand des mindestens einen elektrischen Energiespeichers an einen Signalgeber übermittelt wird.A method for calculating a load state of at least one electrical energy store of a vehicle, wherein the vehicle comprises at least one sensor for detecting an operating variable of the electrical energy store, wherein the load state of the at least one electrical energy store of the vehicle is calculated on the basis of the operating variable detected by the sensor, wherein the calculated Load state of the at least one electrical energy storage is transmitted to a signal generator.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Berechnung eines Belastungszustands mindestens eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs.The invention is based on a method and a device for calculating a load state of at least one electrical energy store of a vehicle.

Aus dem Stand der Technik sind Anzeigevorrichtungen zum Anzeigen eines Belastungszustandes bekannt.From the prior art display devices for indicating a load condition are known.

Aus der DE 10 2012 000 795 A1 ist ein Verfahren zum Anzeigen eines Elektromoduszustandes eines (Hybrid-)Fahrzeuges bekannt, das Nicht-Drosselklappen- und Drosselklappen-Bedingungen auswertet und bestimmten Abschnitten des Anzeigeinstruments zuordnet. Unter Nicht-Drosselklappensensoren sind hierbei zum Beispiel Geschwindigkeitssensoren oder Batteriesensoren zu verstehen. Als Batteriesensoren fungieren insbesondere solche Sensoren, die Spannung, Strom oder Ladezustand der Batterie messen. Drossel-Klappensensoren sind Sensoren, die die Drehmomentanforderungen bestimmen. Aus den Messwerten der Nicht-Drossel-Klappensensoren und der Drossel-Klappensensoren wird die Anzeige entsprechend der „Belastung“ des Elektromotors angepasst. Der angezeigte Elektromoduszustand stellt dabei dar, wie nah sich das Fahrzeug an einem Übergang zu einem Kraftmaschinenmodus befindet. Sobald das Fahrzeug in den Kraftmaschinenmodus übergeht, kann die Drehzahl angezeigt werden.From the DE 10 2012 000 795 A1 For example, there is known a method of indicating an electric mode condition of a (hybrid) vehicle that evaluates non-throttle and throttle conditions and assigns them to particular portions of the gauge. By non-throttle sensors are meant, for example, speed sensors or battery sensors. As a battery sensors act in particular such sensors that measure voltage, current or state of charge of the battery. Throttle flap sensors are sensors that determine the torque requirements. From the measured values of the non-throttle flap sensors and the throttle flap sensors, the display is adjusted according to the "load" of the electric motor. The displayed electric mode state represents how close the vehicle is to a transition to an engine mode. Once the vehicle enters engine mode, the speed can be displayed.

Die DE 11 2007 000 756 T5 beschreibt eine Hybridfahrzeugbatterieinformations-Anzeigevorrichtung, die an einem Bedienfeld eines Hybridfahrzeugs angeordnet ist, um Informationen bezüglich der Gebrauchslebensdauer der Batterie anzuzeigen. Zur Berechnung der Gebrauchslebensdauer werden unter anderem Antriebsbetriebsdaten zur Erkennung von Fahrzeugmustern und Fahrpedalbetriebsdaten verwendet. Die Anzeige selbst umfasst zum Beispiel eine Verschlechterungsanzeige und eine Ladungsanzeige, die als Zeigerdiagramm mit stufenweiser Warnung ausgestaltet sein kann.The DE 11 2007 000 756 T5 describes a hybrid vehicle battery information display device disposed on a control panel of a hybrid vehicle to display information regarding the useful life of the battery. To calculate the useful life, among other things, drive operation data is used to detect vehicle patterns and accelerator pedal operation data. The display itself includes, for example, a deterioration indication and a charge indication, which may be configured as a step-by-step warning phasor diagram.

Die DE 10 2010 055 797 A1 beschreibt ein Elektrokraftfahrzeug mit einem Elektroantriebsmotor, einer optischen Anzeigevorrichtung und einem Anzeigesteuergerät, wobei das Anzeigesteuergerät Leuchtsegmente derart ansteuert, dass das Leuchtsegmentfeld eine nicht-digitale Akkumulatorladezustandsinformation und/oder eine nicht-digitale Fahrzeugbetriebs-zustandsinformation ausgibt. So kann zum Beispiel der Momentanverbrauch, das heißt die momentane elektrische Leistungsaufnahme, und/oder das momentane Leistungsvermögen des Elektrokraftfahrzeugs qualitativ angezeigt werden.The DE 10 2010 055 797 A1 describes an electric motor vehicle having an electric drive motor, an optical display device and a display controller, wherein the display controller controls lighting segments such that the lighting segment field outputs non-digital battery charge state information and / or non-digital vehicle operating state information. For example, the instantaneous consumption, that is, the instantaneous electrical power consumption, and / or the instantaneous performance of the electric motor vehicle may be displayed qualitatively.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Nachteilig an dem bekannten Stand der Technik ist, dass keine Verknüpfung der Spannungsverläufe, der Stromverläufe, des Zellenwiderstandes und/oder der Verlustleistung mit dem momentanen Belastungszustand des Batteriepacks erfolgt, um einen Belastungszustand eines elektrischen Energiespeichers zu berechnen und darzustellen.A disadvantage of the known state of the art is that there is no connection of the voltage profiles, the current characteristics, the cell resistance and / or the power loss with the instantaneous load state of the battery pack in order to calculate and display a load state of an electrical energy store.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist demgegenüber den Vorteil auf, dass zur Berechnung eines Belastungszustands mindestens eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs mittels mindestens einem Sensor eine Betriebsgröße des elektrischen Energiespeichers erfasst wird und der Belastungszustand an einen Signalgeber für eine Darstellung des berechneten Belastungszustandes übermittelt wird.The procedure according to the invention with the characterizing features of the independent claims has the advantage that for calculating a load state of at least one electrical energy storage device of a vehicle by means of at least one sensor an operating variable of the electrical energy storage is detected and the load state to a signal generator for a representation of the calculated load condition is transmitted.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.

Vorteilhafterweise erfasst ein erster Sensor, beispielsweise ein Spannungssensor, fortlaufend eine an dem mindestens einen elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs abfallende Spannung, wodurch ein zeitlicher Verlauf, ein aktueller Wert, ein Mittelwert und/oder einen Extremwert der Spannung ermittelt wird.Advantageously, a first sensor, for example a voltage sensor, continuously detects a voltage drop across the at least one electrical energy store of the vehicle, whereby a time profile, a current value, an average value and / or an extreme value of the voltage is determined.

Vorteilhafterweise erfasst ein zweiter Sensor, beispielsweise ein Stromsensor, fortlaufend einen Stromfluss durch den mindestens einen elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs, wodurch ein zeitlicher Verlauf, ein aktueller Wert, ein Mittelwert und/oder einen Extremwert des Stromfluss ermittelt wird.Advantageously, a second sensor, for example a current sensor, continuously detects a current flow through the at least one electrical energy store of the vehicle, whereby a time profile, a current value, an average value and / or an extreme value of the current flow is determined.

Vorteilhafterweise erfasst ein dritter Sensor, beispielsweise ein Spannungssensor oder Stromsensor, fortlaufend einen elektrischen Innenwiderstand des mindestens einen elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs, wodurch ein zeitlicher Verlauf, ein aktueller Wert, ein Mittelwert und/oder einen Extremwert des Innenwiderstands ermittelt wird. Advantageously, a third sensor, for example a voltage sensor or current sensor, continuously detects an electrical internal resistance of the at least one electrical energy accumulator of the vehicle, whereby a time profile, a current value, an average value and / or an extreme value of the internal resistance is determined.

Vorteilhafterweise erfasst ein vierter Sensor, beispielsweise ein Spannungssensor, fortlaufend eine Quellenspannung des mindestens einen elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs, wodurch ein zeitlicher Verlauf, ein aktueller Wert, ein Mittelwert und/oder einen Extremwert der Quellenspannung ermittelt wird.Advantageously, a fourth sensor, for example a voltage sensor, continuously detects a source voltage of the at least one electrical energy store of the vehicle, whereby a time profile, a current value, an average value and / or an extreme value of the source voltage is determined.

Vorteilhafterweise erfasst ein fünfter Sensor, beispielsweise ein Temperatursensor, fortlaufend eine Temperatur des mindestens einen elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs, wodurch ein zeitlicher Verlauf, ein aktueller Wert, ein Mittelwert und/oder einen Extremwert Temperatur ermittelt wird.Advantageously, a fifth sensor, for example a temperature sensor, continuously detects a temperature of the at least one electrical energy store of the vehicle, as a result of which a time profile, a current value, an average value and / or an extreme temperature is determined.

Vorteilhafterweise wird die Verlustleistung des elektrischen Energiespeichers anhand mindestens zwei erfasster Betriebsgrößen während eines Ladevorgangs oder Entladevorgangs des mindestens einen elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs berechnet, da ein im Vergleich zu einem Ruhezustand des elektrischen Energiespeichers höherer Strom fließt.Advantageously, the power loss of the electrical energy storage is calculated based on at least two detected operating variables during a charging or discharging of the at least one electrical energy storage of the vehicle, as compared to a rest state of the electrical energy storage higher current flows.

Der mindestens eine elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs ist vorteilhafterweise eine Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul. Das Batteriemodul umfasst vorteilhafterweise mindestens eine Batteriezelle, beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batteriezelle. Vorteilhafterweise wird die mindestens eine Batteriezelle und/oder das mindestens eine Batteriemodul in einem Kraftfahrzeug verwendet.The at least one electrical energy store of the vehicle is advantageously a battery cell and / or a battery module. The battery module advantageously comprises at least one battery cell, for example a lithium-ion battery cell. Advantageously, the at least one battery cell and / or the at least one battery module is used in a motor vehicle.

Der Signalgeber zeigt den Belastungszustand des mindestens einen elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs vorteilhafterweise optisch und/oder akustisch an. Vorteilhafterweise ist der Signalgeber eine Anzeigeeinheit, beispielsweise ein analoges oder digitales Zeigerinstrument, Balkeninstrument oder Verlaufsdiagramm, wodurch ein Fahrer des Fahrzeugs den Belastungszustand erfassen kann.The signal generator advantageously displays the load state of the at least one electrical energy store of the vehicle optically and / or acoustically. Advantageously, the signal generator is a display unit, such as an analog or digital pointer instrument, bar instrument or history diagram, whereby a driver of the vehicle can detect the load condition.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigt:It shows:

1 eine Ausführungsform einer Vorrichtung geeignet zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 an embodiment of a device suitable for carrying out the method according to the invention;

2a bis 2h Ausführungsformen eines Signalgebers für eine Darstellung eines Belastungszustands eines elektrischen Energiespeichers; 2a to 2h Embodiments of a signal generator for displaying a load state of an electrical energy store;

3 ein elektrisches Ersatzschaltbild eines elektrischen Energiespeichers; 3 an electrical equivalent circuit diagram of an electrical energy storage device;

4 ein Beispiel für einen Spannungsverlauf des elektrischen Energiespeicher bei einer Entladung mit einem konstanten Strom; und 4 an example of a voltage curve of the electrical energy storage in a discharge with a constant current; and

5 ein Beispiel für einen Spannungsverlauf des elektrischen Energiespeicher bei einer Ladung mit einem konstanten Strom. 5 an example of a voltage curve of the electrical energy storage in a charge with a constant current.

Detaillierte Beschreibung der AusführungsbeispieleDetailed description of the embodiments

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.The same reference numerals denote the same device components in all figures.

1 zeigt eine Vorrichtung 5 zur Berechnung und Darstellung eines Belastungszustands eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs mit einem Steuergerät 10, das mittels Signalleitungen Betriebsgrößen von Sensoren erfasst und mittels Signalleitungen 15, 16, 17 Signale überträgt und/oder Aktoren ansteuert, sowie mit einem Signalgeber 20. Die Sensoren 11(1), 11(2), ... 11(n) erfassen beispielsweise eine Spannung eines elektrischen Energiespeichers und/oder einen durch den elektrischen Energiespeicher fließenden Strom und/oder einen Innenwiderstand des elektrischen Energiespeichers. Die Sensoren 12, 13, 14 erfassen beispielsweise eine Gaspedalstellung des Fahrzeugs, eine Bremspedalstellung des Fahrzeugs, eine Temperatur des elektrischen Energiespeichers, eine Umgebungstemperatur des Fahrzeugs und/oder eine aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Über die Signalleitungen 15, 16, 17 steuert das Steuergerät 10 Aktoren wie beispielsweise eine Bremsleuchte des Fahrzeugs an und/oder überträgt Signale an beispielsweise weitere Steuergeräte des Fahrzeugs und/oder steuert einen elektrischen Energiefluss des Fahrzeugs. Das Steuergerät 10 stellt mittels des Signalgebers 20 Informationen einem Fahrer des Fahrzeugs zur Verfügung, wobei der Signalgeber 20 beispielsweise einen Tacho, einen Monitor und/oder eine Warnleuchte umfasst. 1 shows a device 5 for calculating and displaying a load state of an electrical energy store of a vehicle with a control unit 10 , which detects operating variables of sensors by means of signal lines and signal lines 15 . 16 . 17 Transmits signals and / or drives actuators, as well as with a signal generator 20 , The sensors 11 (1) . 11 (2) , ... 11 (n) detect, for example, a voltage of an electrical energy store and / or a current flowing through the electrical energy store and / or an internal resistance of the electrical energy store. The sensors 12 . 13 . 14 detect, for example, an accelerator pedal position of the vehicle, a brake pedal position of the vehicle, a Temperature of the electric energy storage, an ambient temperature of the vehicle and / or a current speed of the vehicle. About the signal lines 15 . 16 . 17 controls the controller 10 Actuators such as a brake light of the vehicle and / or transmits signals to, for example, further control devices of the vehicle and / or controls an electrical energy flow of the vehicle. The control unit 10 represents by means of the signal generator 20 Information is available to a driver of the vehicle, the signal generator 20 For example, includes a speedometer, a monitor and / or a warning light.

2a bis 2i zeigen Ausführungsformen eines Signalgebers in Form eines Display-Bilds für eine Darstellung einer Belastung eines elektrischen Energiespeichers. 2a to 2i show embodiments of a signal generator in the form of a display image for a representation of a load of an electrical energy storage.

In 2a ist in einer ersten Ausführungsform ein Signalgeber 201 in Form einer eines elektrischen Energiespeichers dargestellt, wobei der Energiespeicher Unterteilungen aufweist. Beispielsweise sind drei Unterteilungen 204 gefüllt dargestellt und zwei Unterteilungen 203 leer dargestellt. Ein Pfeil 202 in Richtung Energiespeicher symbolisiert einen Ladevorgang. Ein Fahrer eines Fahrzeugs kann somit direkt ablesen, dass der elektrische Energiespeicher des Fahrzeugs einen Ladezustand von 3/5 der maximalen Kapazität aufweist und im Moment ein Ladevorgang abläuft. In 2a is a signal generator in a first embodiment 201 shown in the form of an electrical energy storage, wherein the energy storage has subdivisions. For example, there are three subdivisions 204 shown filled and two subdivisions 203 shown empty. An arrow 202 in the direction of energy storage symbolizes a charging process. A driver of a vehicle can thus read directly that the electrical energy storage of the vehicle has a state of charge of 3/5 of the maximum capacity and at the moment a charging process takes place.

In 2b ist symbolisch ein elektrischer Energiespeicher als Signalgeber 211 dargestellt, wobei der Energiespeicher Unterteilungen aufweist. Beispielsweise sind drei Unterteilungen 214 gefüllt dargestellt und zwei Unterteilungen 213 leer dargestellt. Ein Pfeil 215 entgegen einer Richtung des Energiespeichers symbolisiert einen Entladevorgang. Ein Fahrer eines Fahrtzeugs kann somit direkt ablesen, dass der elektrische Energiespeicher des Fahrzeugs einen Ladezustand von 3/5 der maximalen Kapazität aufweist und im Moment ein Entladevorgang abläuft. In 2 B is symbolically an electrical energy storage as a signal generator 211 shown, wherein the energy storage has subdivisions. For example, there are three subdivisions 214 shown filled and two subdivisions 213 shown empty. An arrow 215 against a direction of the energy storage symbolizes a discharge. A driver of a vehicle can thus read directly that the electrical energy storage of the vehicle has a state of charge of 3/5 of the maximum capacity and at the moment a discharge takes place.

2c offenbart in einer zweiten Ausführungsform einen Signalgeber 221, der mittels einer Zeigerdarstellung einen Belastungszustand eines elektrischen Energiespeichers in Abhängigkeit einer Auslenkung des Zeigers 225 darstellt. In Abhängigkeit eines Entladevorgangs bzw. eines Ladevorgangs wird der Zeiger 225 im Uhrzeigersinn 224 bzw. gegen den Uhrzeigersinn 223 gedreht dargestellt. 2c discloses a signaling device in a second embodiment 221 by means of a pointer representation of a load state of an electrical energy storage in response to a deflection of the pointer 225 represents. Depending on a discharge or a charging process, the pointer 225 clockwise 224 or counterclockwise 223 shown rotated.

2d zeigt in einer dritten Ausführungsform einen Signalgeber 231 mit einer Balkendarstellung, wobei in 2d mittels eines Balken 235 einen Entladevorgang 234 bei einer mittleren Belastung des elektrischen Energiespeichers dargestellt ist. 2d shows a signal generator in a third embodiment 231 with a bar graph, where in 2d by means of a bar 235 a discharge 234 is shown at an average load of the electrical energy storage.

In 2e ist ein kreisförmiger Signalgeber 241 dargestellt mit einem ersten Bereich 244 und einem zweiten Bereich 243, wobei der erste Bereich 244 und der zweite Bereich 243 durch eine Begrenzung 246 getrennt sind. In einem dritten Bereich 245 des Signalgebers werden weitere Informationen zu einem Belastungszustand eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs dargestellt. In 2e wird beispielsweise ein Entladevorgang durch eine Minus-Zeichen in dem dritten Bereich 245 des Signalgebers signalisiert, wobei in Abhängigkeit einer Fläche einer kreisförmigen Füllung 242 ein Fahrer des Fahrzeugs den Belastungszustand des elektrischen Energiespeichers ablesen kann.In 2e is a circular signal generator 241 represented with a first area 244 and a second area 243 , where the first area 244 and the second area 243 through a limitation 246 are separated. In a third area 245 the signal generator further information about a load state of an electrical energy storage of a vehicle are shown. In 2e For example, a discharge operation by a minus sign in the third area 245 signaled by the signal generator, wherein in dependence of an area of a circular filling 242 a driver of the vehicle can read the load state of the electrical energy storage.

2f zeigt einen Signalgeber 251 bei dem ein Ladevorgang 253 bzw. Entladevorgang 254 durch zwei nebeneinander angeordneten Säulen dargestellt wird. In 2f ist beispielsweise ein Entladevorgang 254 dargestellt, wobei ein Belastungszustand in Form einer gestrichelten Säule 252 und eine maximal zu entnehmende Energie durch einen Grenzwert 255 dargestellt sind. Mittels einer Markierung 256 ist ein Durchschnittswert der entnommenen Energie während des Entladevorgangs 254 dargestellt. 2f shows a signal generator 251 in which a charge 253 or unloading 254 is represented by two columns arranged side by side. In 2f is for example a discharge process 254 shown, wherein a load state in the form of a dashed column 252 and a maximum energy to be extracted by a threshold 255 are shown. By means of a marker 256 is an average value of the extracted energy during the discharge process 254 shown.

2g zeigt einen Signalgeber 261 bei dem ein Ladevorgang 264 bzw. Entladevorgang 263 durch zwei nebeneinander angeordnete Säulen mit unterschiedlicher Auslenkung in vertikaler Richtung dargestellt wird. In 2g ist beispielsweise ein Ladevorgang 264 dargestellt, wobei ein Belastungszustand in Form einer gestrichelten Säule 262 dargestellt ist, wobei eine dem Energiespeicher maximal zuzuführende Energie durch einen Grenzwert 255 dargestellt ist. Mittels einer Markierung 266 ist ein Durchschnittswert der zugeführten Energie während des Ladevorgangs 264 dargestellt. 2g shows a signal generator 261 in which a charge 264 or unloading 263 is represented by two columns arranged side by side with different deflection in the vertical direction. In 2g is for example a charge 264 shown, wherein a load state in the form of a dashed column 262 is shown, wherein a maximum energy to be supplied to the energy storage by a threshold 255 is shown. By means of a marker 266 is an average of the energy supplied during the charging process 264 shown.

2h zeigt einen Signalgeber 271 bei dem ein Ladevorgang 273 bzw. Entladevorgang 274 in vertikal entgegengesetzter Richtung dargestellt werden, sowie einen zeitlichen Verlauf 272 des Ladevorgangs 273 und Entladevorgangs 274 in einer horizontalen Richtung 277 des Signalgebers 271. 2h zeigt einen Ladevorgang 272, wobei in der horizontalen Richtung 277 ein Belastungszustand des Ladevorgangs 273 an fünf Zeitabschnitten dargestellt ist. Dieser dargestellte Belastungszustand ist ein ermittelter Wert an einem Zeitpunkt innerhalb des jeweiligen Zeitabschnitts und/oder ein Maximalwert und/oder ein Minimalwert und/oder ein Durchschnittswert innerhalb des jeweiligen Zeitabschnitts. Über eine Verkürzung bzw. Verlängerung einer Zeitabschnittsdauer wird eine Dynamik des Display-Bildes beeinflusst. Wird eine kürzere Zeitabschnittsdauer, beispielsweise 1 Sekunde, gewählt, so werden Veränderungen eines Ladevorgangs bzw. Entladevorgangs schneller dargestellt, als im Vergleich zu einer längeren Zeitabschnittsdauer, beispielsweise 10 Sekunden. 2h shows a signal generator 271 in which a charge 273 or unloading 274 in a vertically opposite direction, as well as a time course 272 of the charging process 273 and unloading 274 in a horizontal direction 277 of the signaler 271 , 2h shows a charge 272 , being in the horizontal direction 277 a loading state of the charging process 273 is shown at five time intervals. This illustrated load condition is a determined value at a time within the respective time period and / or a maximum value and / or a minimum value and / or an average value within the respective time period. Shortening or lengthening a period of time affects the dynamics of the display image. If a shorter period of time, for example 1 second, is selected, changes in a charging or discharging process are displayed faster, as compared to a longer period of time, for example 10 seconds.

2i zeigt einen Signalgeber 281, bei dem ein Wert des Belastungszustands des elektrischen Energiespeichers während eines Ladevorgang 283 bzw. Entladevorgang 284 in vertikal entgegengesetzter Richtung dargestellt wird, sowie einen zeitlichen Verlauf 285 des Ladevorgangs 273 und Entladevorgangs 274 in einer horizontalen Richtung des Signalgebers 281. Der Signalgeber 281 zeigt einen zeitlichen Verlauf eines Belastungszustandes eines elektrischen Energiespeichers an 15 Zeitabschnitten, wobei ein aktueller Belastungszustand 282 hervorgehoben dargestellt ist. Ein Fahrer entnimmt dem Signalgeber 281, dass auf einen Ladevorgang 283 während einer Dauer von 5 Zeitabschnitten ein Entladevorgang 284 während der Dauer von 4 Zeitabschnitten folgt. Im Anschluss folgt ein Ladevorgang 283 während der Dauer von 3 Zeitabschnitten mit einem folgenden Entladevorgang 284 während der Dauer eines Zeitabschnitts. Der aktuelle Belastungszustand 282 zeigt an, dass ein bereits für eine Dauer von einem Zeitabschnitt dauernde Ladevorgang 283 fortgesetzt wird. Der dargestellte aktuelle Belastungszustand 282 ist ein ermittelter Wert an einem Zeitpunkt innerhalb des jeweiligen Zeitabschnitts und/oder ein Maximalwert und/oder ein Minimalwert und/oder ein Durchschnittswert innerhalb des jeweiligen Zeitabschnitts. Weiterhin zeigt der Signalgeber 281 eine abgebbare Leistung des elektrischen Energiespeichers in Form einer Zahl und eine Bewertung eines aktuellen Belastungszustands in Form eines Piktogramms an. 2i shows a signal generator 281 in which a value of the load state of the electrical energy store during a charging process 283 or unloading 284 is shown in vertically opposite direction, as well as a time course 285 of the charging process 273 and unloading 274 in a horizontal direction of the signal generator 281 , The signal generator 281 shows a time course of a load state of an electrical energy storage at 15 time periods, wherein a current load condition 282 is shown highlighted. A driver removes the signal generator 281 that on a charge 283 during a period of 5 periods of unloading 284 for a period of 4 periods. Following is a charging process 283 during the duration of 3 time periods with a subsequent discharge 284 during the duration of a period of time. The current load condition 282 indicates that a charge has been in progress for a period of one period of time 283 will continue. The illustrated current load condition 282 is a determined value at a time within the respective time segment and / or a maximum value and / or a minimum value and / or an average value within the respective time segment. Furthermore, the signal generator shows 281 a deliverable power of the electric energy storage in the form of a number and an evaluation of a current load state in the form of a pictogram.

3 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild eines elektrischen Energiespeichers gemäß dem Stand der Technik, beispielsweise einer Batteriezelle einer Lithium-Ionen-Batterie. Ein Innenwiderstand Rinnen des elektrischen Energiespeichers umfasst Widerstände 320, 321, 322 und Kapazitäten 330, 331. Weiterhin sind in 3 eine an dem Innenwiderstand abfallende Spannung

Figure DE102013215630A1_0002
310, eine Klemmenspannung UKL 312 des elektrischen Energiespeichers, eine Leerlaufspannung UOCV 311, sowie eine Stromrichtung 340 eines Entladestroms IE dargestellt. 3 shows an electrical equivalent circuit diagram of an electrical energy storage device according to the prior art, for example, a battery cell of a lithium-ion battery. An internal resistance R inside the electrical energy storage includes resistors 320 . 321 . 322 and capacities 330 . 331 , Furthermore, in 3 a voltage dropping across the internal resistance
Figure DE102013215630A1_0002
310 , a terminal voltage U KL 312 of the electric energy storage, an open circuit voltage U OCV 311 , as well as a current direction 340 a discharge current I E shown.

In einer ersten Ausführungsform wird ein durch den elektrischen Energiespeicher fließender Strom, beispielsweise der Entladestrom IE, mittels eines Stromsensors in dem elektrischen Energiespeicher ermittelt oder durch bekannte elektrische Größen wie beispielsweise Klemmenspannung UKL und Innenwiderstand Rinnen aus dem Ersatzschaltbild unter Anwendung der Kirchhoffschen Regeln ermittelt.In a first embodiment, a current flowing through the electrical energy store, for example, the discharge current I E , determined by a current sensor in the electrical energy storage or determined by known electrical variables such as terminal voltage U KL and internal resistance R inside of the equivalent circuit diagram using Kirchhoff's rules ,

Ein Innenwiderstand Rinnen des elektrischen Energiespeichers wird während eines Entladevorgangs wie folgt bestimmt.An internal resistance R inside of the electric energy storage is determined during a discharging process as follows.

Durch Anwendung der Kirchhoffschen Regeln ergibt sich

Figure DE102013215630A1_0003
und damit ein Spannungsabfall
Figure DE102013215630A1_0004
am Innenwiderstand Rinnen des elektrischen Energiespeichers.By applying the Kirchhoff's rules arises
Figure DE102013215630A1_0003
and thus a voltage drop
Figure DE102013215630A1_0004
on the internal resistance R inside of the electrical energy store.

Die Leerlaufspannung UOCV 311 ist von einem Ladezustand des elektrischen Energiespeichers abhängig. Während eines Betriebs des elektrischen Energiespeichers, wird der Ladezustand Q des elektrischen Energiespeichers mittels Integration eines durch den elektrischen Energiespeicher fließenden Stromes I berechnet.

Figure DE102013215630A1_0005
Figure DE102013215630A1_0006
The open circuit voltage U OCV 311 is dependent on a state of charge of the electrical energy storage. During operation of the electrical energy store, the state of charge Q of the electrical energy store is calculated by integrating a current I flowing through the electrical energy store.
Figure DE102013215630A1_0005
Figure DE102013215630A1_0006

Eine Verlustleistung PVerlust bei einem Entladevorgang des elektrischen Energiespeichers wird über

Figure DE102013215630A1_0007
bestimmt. Unter Verwendung des Spannungsabfalls am Innenwiderstand Rinnen ergibt sich die Verlustleistung als PVerlust = (UOCV – UKL)·IE A power loss P loss in a discharge of the electric energy storage is about
Figure DE102013215630A1_0007
certainly. Using the voltage drop across the internal resistance R inside , the power dissipation results as P loss = (U OCV -U KL ) * I E

4 zeigt einen Spannungsverlauf 410 des elektrischen Energiespeichers bei einer Entladung mit einem konstanten Strom 420. In einem Zeitintervall 0 bis t1 fließt kein Strom 420, 421, die Spannung 410 bleibt ungefähr konstant auf einem Spannungswert 411. Zwischen einem Zeitintervall t1 bis t2 wird der elektrische Energiespeicher mit einem konstanten Strom 420, 422 entladen. Die Spannung fällt zunächst auf einen Spannungswert 412 ab und aufgrund kapazitiver Effekte fällt die Spannung 410 in dem Zeitintervall t1 bis t2 auf einen Spannungswert 413 ab. In dem Zeitintervall t2 bis t3 fließt wiederum kein Strom 420, 421, wodurch die Spannung 410 an dem elektrischen Energiespeicher wieder auf den ursprünglichen Spannungswert 411 ansteigt. 4 shows a voltage curve 410 of the electric energy storage in a discharge with a constant current 420 , In a time interval 0 to t1 no current flows 420 . 421 , the voltage 410 remains approximately constant at a voltage level 411 , Between a time interval t1 to t2, the electrical energy store with a constant current 420 . 422 discharged. The voltage initially drops to a voltage value 412 from and due to capacitive effects, the voltage drops 410 in the time interval t1 to t2 to a voltage value 413 from. Again no current flows in the time interval t2 to t3 420 . 421 , causing the tension 410 at the electrical energy storage back to the original voltage value 411 increases.

Ein Belastungszustand des elektrischen Energiespeichers wird durch eine Verknüpfung der Spannung, des Stromverlaufs, des Zellenwiderstands, der Verlustleistung und/oder einem momentanen Belastungszustand ermittelt.A load state of the electrical energy store is determined by a combination of the voltage, the current characteristic, the cell resistance, the power loss and / or a current load condition.

Ein momentaner Belastungszustand (SOC, state of charge) kann als Quotient einer aktuellen Kapazität Caktuell des elektrischen Energiespeichers und einer maximalen Kapazität Cmax nach einer letzten Vollladung des elektrischen Energiespeichers bzw. über eine Ladungsbilanz Q berechnet werden.

Figure DE102013215630A1_0008
A current load state (SOC, state of charge) can be calculated as the quotient of a current capacity C actual of the electrical energy store and a maximum capacity C max after a last full charge of the electrical energy store or via a charge balance Q.
Figure DE102013215630A1_0008

Für eine Berechnung des Belastungszustandes des elektrischen Energiespeichers wird beispielsweise ein Ladezustandsmodell verwendet, das einen über die Ladungsbilanz berechneten Belastungszustand einer einzelnen Batteriezelle des elektrischen Energiespeichers mit einem mittels eines Spannungsverlaufs eines Batteriemoduls des elektrischen Energiespeichers ermittelten Belastungszustands verknüpft. For a calculation of the load state of the electrical energy storage device, for example, a charge state model is used, which links a load state of a single battery cell of the electrical energy store calculated using the charge balance to a load state determined by means of a voltage curve of a battery module of the electrical energy store.

Hierzu wird beispielsweise eine maximale Kapazität Cmax mindestens einer Batteriezelle in einem Speicher des Steuergeräts gespeichert, wobei während eines Entladevorgangs fortlaufend der Entladestrom IE der mindestens einen Zelle gemessen wird und ein aktueller Ladezustand Q aus einer Integration des gemessenen Entladestrom IE am Ende eines vorgebbaren Zeitabschnitts gespeichert wird. Mittels der gespeicherten Werte berechnet das Steuergerät den Belastungszustand (SOC) des elektrischen Energiespeichers gemäß einer der oben stehenden Formeln. Weiterhin wird beispielsweise eine momentan an mindestens einem Batteriemodul anliegende Spannung Uaktuell gemessen und fortlaufend eine minimale Spannung Umin und eine maximale Spannung Umax der gemessenen Spannung Uaktuell in dem Speicher des Steuergeräts gespeichert. Innerhalb eines Zeitabschnitts, beispielsweise am Ende des Zeitabschnitts, berechnet das Steuergerät anhand der gespeicherten Werte den Belastungszustand (SOC) gemäß einer der oben stehenden Formeln.For this purpose, for example, a maximum capacitance C max of at least one battery cell is stored in a memory of the controller, wherein during a discharging continuously the discharge current I E of at least one cell is measured and a current state of charge Q from an integration of the measured discharge current I E at the end of a predefinable Time period is saved. Using the stored values, the control unit calculates the load state (SOC) of the electrical energy store according to one of the above formulas. Furthermore, for example, a currently applied to at least one battery module voltage U is currently measured and continuously stored a minimum voltage U min and a maximum voltage U max of the measured voltage U currently in the memory of the controller. Within a time period, for example at the end of the time period, the control unit calculates the load state (SOC) according to one of the above formulas on the basis of the stored values.

Das Steuergerät ermittelt beispielsweise anhand einer Verknüpfung der beiden berechneten Belastungszustände ein Ladezustandsmodell zur Vorhersage eines Belastungszustands des gesamten elektrischen Energiespeichers. Anhand aller gespeicherten Werte wird beispielsweise durch Extrapolation der berechneten Belastungszustände ein Belastungszustand für den elektrischen Energiespeicher berechnet.The control unit determines, for example based on a combination of the two calculated load conditions, a state of charge model for the prediction of a load state of the entire electrical energy storage. On the basis of all stored values, a load condition for the electrical energy store is calculated, for example, by extrapolation of the calculated load states.

Vorteilhafterweise wird durch Verwendung des Ladezustandsmodells eine benötigte Rechenzeit des Steuergeräts 10 verkürzt und dadurch eine Verzögerungszeit zwischen momentanen Belastungszustand und Darstellung des momentanen Belastungszustands durch den Signalgeber 20 verkürzt.Advantageously, by using the state of charge model, a required computing time of the controller 10 shortened and thereby a delay time between the current load condition and representation of the current load condition by the signal generator 20 shortened.

5 zeigt einen Spannungsverlauf 510 des elektrischen Energiespeichers bei einer Ladung mit einem konstanten Strom 520 gemäß dem Stand der Technik. In einem Zeitintervall 0 bis t1 fließt kein Strom 520, 522, die Spannung 510 bleibt ungefähr konstant auf einem Spannungswert 513. Zwischen einem Zeitintervall t1 bis t2 wird der elektrische Energiespeicher mit einem konstanten Strom 520, 521 geladen. Die Spannung steigt zunächst auf einen Spannungswert 512 und aufgrund kapazitiver Effekte steigt die Spannung 510 in dem Zeitintervall t1 bis t2 auf einen Spannungswert 511. In dem Zeitintervall t2 bis t3 fließt wiederum kein Strom 520, 522, wodurch die Spannung 510 an dem elektrischen Energiespeicher wieder auf den ursprünglichen Spannungswert 513 abfällt. 5 shows a voltage curve 510 of the electric energy storage in a charge with a constant current 520 according to the prior art. In a time interval 0 to t1 no current flows 520 . 522 , the voltage 510 remains approximately constant at a voltage level 513 , Between a time interval t1 to t2, the electric energy storage with a constant current 520 . 521 loaded. The voltage initially rises to a voltage value 512 and due to capacitive effects, the voltage increases 510 in the time interval t1 to t2 to a voltage value 511 , Again no current flows in the time interval t2 to t3 520 . 522 , causing the tension 510 at the electrical energy storage back to the original voltage value 513 drops.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (12)

Verfahren zur Berechnung eines Belastungszustands mindestens eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug mindestens einen Sensor (11(1), 11(2), ... 11(n), 12, 13, 14) zur Erfassung einer Betriebsgröße des elektrischen Energiespeichers umfasst, wobei anhand der durch den Sensor (11(1), 11(2), ... 11(n), 12, 13, 14) erfassten Betriebsgröße der Belastungszustand des mindestens einen elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des Belastungszustands des elektrischen Energiespeichers einen zeitlichen Verlauf und/oder einen aktuellen Wert und/oder einen Mittelwert und/oder einen Extremwert der mindestens einen erfassten Betriebsgröße berücksichtigt, wobei der berechnete Belastungszustand des mindestens einen elektrischen Energiespeichers an einen Signalgeber (20) übermittelt wird.Method for calculating a load state of at least one electrical energy store of a vehicle, wherein the vehicle has at least one sensor ( 11 (1) . 11 (2) , ... 11 (n) . 12 . 13 . 14 ) for detecting an operating variable of the electrical energy store, wherein, on the basis of the by the sensor ( 11 (1) . 11 (2) , ... 11 (n) . 12 . 13 . 14 ), the load state of the at least one electrical energy store of the vehicle is calculated, characterized in that the calculation of the load state of the electrical energy store a time course and / or a current value and / or an average value and / or an extreme value of the at least one detected operating variable considered, wherein the calculated load condition of the at least one electrical energy storage device to a signal generator ( 20 ) is transmitted. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor ein erster Sensor (11(1), 11(2), ... 11(n), 12, 13, 14) zur fortlaufenden Erfassung einer ersten Betriebsgröße ist, wobei die erste Betriebsgröße eine an dem elektrischen Energiespeicher abfallende Spannung ist.Method according to claim 1, characterized in that the at least one sensor is a first sensor ( 11 (1) . 11 (2) , ... 11 (n) . 12 . 13 . 14 ) for continuous detection of a first operating variable, wherein the first operating variable is a voltage dropping across the electrical energy store. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (11(1), 11(2), ... 11(n), 12, 13, 14) ein zweiter Sensor zur fortlaufenden Erfassung einer zweiten Betriebsgröße ist, wobei die zweite Betriebsgröße ein Stromfluss durch den mindestens einen elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one sensor ( 11 (1) . 11 (2) , ... 11 (n) . 12 . 13 . 14 ) is a second sensor for continuously detecting a second operating variable, wherein the second operating variable is a current flow through the at least one electrical energy storage of the vehicle. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (11(1), 11(2), ... 11(n), 12, 13, 14) ein dritter Sensor zur fortlaufenden Ermittlung einer dritten Betriebsgröße ist, wobei die dritte Betriebsgröße ein elektrischer Innenwiderstand des elektrischen Energiespeichers ist. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one sensor ( 11 (1) . 11 (2) , ... 11 (n) . 12 . 13 . 14 ) is a third sensor for continuously determining a third operating variable, wherein the third operating variable is an electrical internal resistance of the electrical energy store. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (11(1), 11(2), ... 11(n), 12, 13, 14) ein vierter Sensor zur fortlaufenden Erfassung einer vierten Betriebsgröße ist, wobei die vierte Betriebsgröße eine Quellenspannung des elektrischen Energiespeichers ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one sensor ( 11 (1) . 11 (2) , ... 11 (n) . 12 . 13 . 14 ) is a fourth sensor for continuously detecting a fourth operating variable, wherein the fourth operating variable is a source voltage of the electrical energy storage. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verlustleistung des elektrischen Energiespeichers anhand mindestens zwei erfasster Betriebsgrößen während eines Ladevorgangs des elektrischen Energiespeichers oder Entladevorgangs des elektrischen Energiespeichers berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a power loss of the electrical energy storage is calculated based on at least two detected operating variables during a charging process of the electrical energy storage or discharging the electric energy storage. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit mindestens einem Sensor (11(1), 11(2), ... 11(n), 12, 13, 14) zur Erfassung einer Betriebsgröße eines elektrischen Energiespeichers, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Sensor (11(1), 11(2), ... 11(n), 12, 13, 14) zur Erfassung einer Betriebsgröße des elektrischen Energiespeichers ein Spannungssensor und/oder ein Stromsensor und/oder ein Temperatursensor ist.Device for carrying out a method according to one of Claims 1 to 6, with at least one sensor ( 11 (1) . 11 (2) , ... 11 (n) . 12 . 13 . 14 ) for detecting an operating variable of an electrical energy store, characterized in that the at least one sensor ( 11 (1) . 11 (2) , ... 11 (n) . 12 . 13 . 14 ) is a voltage sensor and / or a current sensor and / or a temperature sensor for detecting an operating variable of the electrical energy store. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische Energiespeicher des Fahrzeugs eine Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul ist.Apparatus according to claim 7, characterized in that the at least one electrical energy store of the vehicle is a battery cell and / or a battery module. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6 in einem Fahrzeug mit mindestens einem elektrischen Energiespeicher.Use of a method according to one of the preceding claims 1 to 6 in a vehicle having at least one electrical energy store. Signalgeber 281 zur Darstellung eines Belastungszustandes eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass in vertikal entgegengesetzter Richtung des Signalgebers 281 ein Wert für einen Belastungszustand des Energiespeichers während eines Ladevorgangs 273 und/oder Entladevorgangs 274 und in horizontaler Richtung des Signalgebers 281 ein, in Zeitabschnitte aufgeteilter, zeitlicher Verlauf 285 des Ladevorgang 273 und/oder des Entladevorgangs 274 dargestellt wird, wobei ein aktueller Belastungszustand 282 hervorgehoben ist.signaler 281 for representing a load state of an electrical energy storage device of a vehicle, characterized in that in the vertically opposite direction of the signal generator 281 a value for a load state of the energy storage during a charging process 273 and / or unloading 274 and in the horizontal direction of the signal generator 281 a, divided into periods, time course 285 the charging process 273 and / or unloading 274 is shown, wherein a current load condition 282 is highlighted. Signalgeber 281 nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximal abgebbare Leistung des elektrischen Energiespeichers in Form einer Zahl dargestellt wird.signaler 281 according to claim 10, characterized in that a maximum deliverable power of the electrical energy storage is represented in the form of a number. Signalgeber 281 nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewertung des aktuellen Belastungszustands in Form eines Piktogramms angezeigt wird. signaler 281 according to one of claims 10 or 11, characterized in that an assessment of the current load condition is displayed in the form of a pictogram.
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