DE102019212426A1

DE102019212426A1 - Verfahren zum Abgleichen von Daten einer ersten Steuereinheit mit einer zweiten Steuereinheit zur Bestimmung präziser Vorhersagewerte

Info

Publication number: DE102019212426A1
Application number: DE102019212426.7A
Authority: DE
Inventors: Christoph Woll; Volker Doege
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-08-20
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2021-02-25
Also published as: WO2021032385A1; CN114223084A; EP4017759A1; US20220352558A1

Abstract

Verfahren zum Abgleichen von Daten einer ersten Steuereinheit zur Steuerung einer elektrischen Energiespeichereinheit mit einer Mehrzahl an elektrochemischen Energiespeichern mit einer zweiten Steuereinheit zur Bestimmung präziser Vorhersagewerte.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Abgleichen von Daten einer ersten Steuereinheit zur Steuerung einer elektrischen Energiespeichereinheit mit einer Mehrzahl an elektrochemischen Energiespeichern mit einer zweiten Steuereinheit zur Bestimmung präziser Vorhersagewerte, einer Vorrichtung zum Betrieb einer elektrischen Energiespeichereinheit sowie einer Verwendung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Im Software-Programmstand eines Batteriemanagementsystems (BMS) eines heutigen Batteriesteuergeräts (BCU) sind neben Funktionen zum Betreiben der Batterie auch eine dazugehörige Erst-Bedatung enthalten. Bei den Daten handelt es sich um Schwellwerte für Strom oder Temperatur, Parameter eines Batteriemodells, diverse Kennlinien, Kennfelder, Faktoren. Da bei der genauen Zustandsbeschreibung der Batterie auch deren „historisches Verhalten“ eine entscheidende Rolle spielt, ist die Bedatung eines elektrochemischen Modells sehr aufwändig. Insbesondere basieren die Daten auf umfangreichen Labor- und Fahrzeugmessungen, die unterschiedliche Alterungszustände und Alterungsverfahren berücksichtigen, um insbesondere einen möglichst genauen Ladezustand (SoC) und damit eine genaue Fahrzeugreichweite vorhersagen zu können. Die hierfür erforderlichen Daten sind heute nur rudimentär in dem Batteriesteuergerät hinterlegt, beispielsweise werden anstelle erforderlicher Kennfelder der Einfachheit halber Faktoren verwendet, da die riesige Datenmenge im Batteriesteuergerätespeicher zu viel Speicherplatz belegen würde. Dies hat jedoch eine ungenaue prädizierte Fahrzeugreichweite zur Folge.
Das Dokument CN 104816813 offenbart ein Batteriemanagement-Redundanzsteuersystem für ein Marine-Lithiumbatteriepaket. Das Batteriemanagement-Redundanzsteuersystem umfasst eine Hauptsteuervorrichtung, eine Hilfssteuervorrichtung, eine Standby-Hauptsteuervorrichtung, ein Batteriepackmodul, ein drahtloses ZIGBEE-Redundanzmodul, ein oberes Computer-Hintergrundüberwachungsmodul und ein unabhängiges Leitungsredundanzmodul. Wenn ein Bus fehlerfrei ist, kommunizieren das Hauptsteuergerät und das Hilfssteuergerät über den Bus. Das Hauptsteuergerät und das Hilfssteuergerät sind während des Laufens durch Lebenszeichen in Kontakt; wenn der Bus fehlerfrei ist, stehen die Hauptsteuervorrichtung im Standby-Modus und die Hilfssteuervorrichtung über den Bus in Verbindung. Bei Busfehlern erfasst das ZIGBEE-Funkredundanzmodul die Statusschlüsselparameter des Akkumoduls und lädt die erfassten Daten zum Hauptsteuergerät oder zum Hauptsteuergerät im Standby-Modus hoch. Das obere Computer-Hintergrundüberwachungsmodul wird zur Überwachung der Batterieparameter und zum Herunterladen von Steueranweisungen verwendet, und das unabhängige Leitungsredundanzmodul wird zur direkten Steuerung oder Notfallsteuerung des Batteriepackmoduls durch das obere Computer-Hintergrundüberwachungsmodul verwendet.
Das Dokument DE 10 2013 209 443 A1 offenbart ein Verfahren zur Authentifizierung von Messdaten einer Batterie, die zumindest ein Batteriemodul mit einem zugeordneten Modulsteuergerät und ein zentrales Steuergerät umfasst, weist die folgenden Schritte auf: a) Erfassen von Messdaten von Batterieeinheiten durch das Modulsteuergerät; b) Ermitteln zumindest eines zusätzlichen Informationsträgers, der zu einer Authentifizierung der Messdaten eingerichtet ist, durch das Modulsteuergerät; c) Übermitteln der Messdaten und des zusätzlichen Informationsträgers von dem Modulsteuergerät an das zentrale Steuergerät; d) Validieren der Messdaten anhand des zusätzlichen Informationsträgers durch das zentrale Steuergerät. Es werden außerdem eine Datenstruktur, ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem angegeben, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind, sowie eine Batterie und ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebssystem mit einer derartigen Batterie verbunden ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung den Stand der Technik weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Abgleichen von Daten einer ersten Steuereinheit zur Steuerung einer elektrischen Energiespeichereinheit mit einer Mehrzahl an elektrochemischen Energiespeichern mit einer zweiten Steuereinheit zur Bestimmung präziser Vorhersagewerte mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist vorteilhafterweise folgende Schritte auf:

a) Bereitstellen einer Vielzahl von Daten eines elektrochemischen Modells der elektrischen Energiespeichereinheit in Gruppen für unterschiedliche Alterungsstufen der elektrischen Energiespeichereinheit mittels eines Speichers der zweiten Steuereinheit;
b) Bereitstellen mindestens einer der Gruppen von Daten mittels eines Speichers der ersten Steuereinheit;
c) Erfassen von ersten Spannungsgrößen, die eine elektrische Spannung der elektrochemischen Energiespeicher repräsentieren;
d) Bilden eines Mittelwerts der erfassten ersten Spannungsgrößen;
e) Kabelloses Abgleichen mindestens einer Gruppe von Daten des Speichers der ersten Steuereinheit mit einer Gruppe von Daten des Speichers der zweiten Steuereinheit, wenn eine Spannungsdifferenz zwischen dem gebildeten Mittelwert der erfassten ersten Spannungsgrößen und einer mittels der durch den Speicher der ersten Steuereinheit bereitgestellten Gruppe von Daten berechneten Modell-Spannungsgröße einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet;

Dadurch können Daten eines elektrochemischen Models, beispielsweise Batteriemodellparameter, mittels eines Speichers der zweiten Steuereinheit bereitgestellt werden, wodurch sich unterschiedliche Alterungsgrade einer Batterie sehr genau beschreiben lassen. Die Daten sind in dem Speicher der zweiten Steuereinheit, beispielsweise in einer Cloud abgelegt, und werden dem Speicher der ersten Steuereinheit unter bestimmten Bedingungen zugewiesen. Vorteilhafterweise muss ein Speicher einer Steuereinheit nicht erweitert werden, lediglich eine kabellose Datenanbindung an eine Cloud ist zu integrieren.
Während Schritt c) sollten sich die elektrische Spannung der elektrochemischen Energiespeicher nicht (hoch)dynamisch ändern, da dies zu einer erhöhten Messungenauigkeit der Spannungswerte führt. Bei einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug mit der elektrischen Energiespeichereinheit sind bei einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit die Bedingungen zum Erfassen der elektrischen Spannungen am besten.
Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Energiespeichereinheit mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern zu verstehen, denen entweder elektrische Energie entnommen werden kann oder zugeführt und entnommen werden kann. Der elektrische Energiespeicher ist als Ladungsspeicher und/oder als magnetischer Energiespeicher und/oder elektrochemischer Energiespeicher ausgebildet. Ein elektrochemischer Energiespeicher ist insbesondere eine wiederaufladbare Batterie beziehungsweise ein Akkumulator.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner folgende Schritte:

f) Erfassen von zweiten Spannungsgrößen, die eine elektrische Spannung der elektrochemischen Energiespeicher repräsentieren;
g) Bilden eines Mittelwerts der erfassten zweiten Spannungsgrößen;
h) Erzeugen eines Signals in Abhängigkeit einer Spannungsdifferenz zwischen dem gebildeten Mittelwert der erfassten zweiten Spannungsgrößen und einer mittels der abgeglichenen Gruppe von Daten berechneten Modell-Spannungsgröße;

Durch eine Vergleichsmessung mit den Schritten f) bis h), beispielsweise in einem folgenden Fahrzyklus, kann festgestellt werden, ob nach einem Abgleich der Daten weiterhin eine Abweichung zwischen dem gebildeten Mittelwert der erfassten zweiten Spannungsgrößen und einer mittels der abgeglichenen Gruppe von Daten berechneten Modell-Spannungsgröße aufweist. Dadurch können Fehler in der elektrischen Energiespeichereinheit frühzeitig festgestellt werden. Wird keine relevante Abweichung festgestellt, kann die elektrische Energiespeichereinheit mit der abgeglichenen Gruppe von Daten weiter betrieben werden.
Vorteilhafterweise ist das erzeugte Signal ein Fehlersignal, wenn die Spannungsdifferenz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Tritt eine Abweichung zwischen dem gebildeten Mittelwert der erfassten zweiten Spannungsgrößen und einer mittels der abgeglichenen Gruppe von Daten berechneten Modell-Spannungsgröße auf, die einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, scheint die elektrische Energiespeichereinheit einen Fehler aufzuweisen. Durch ein elektrisches, optisches, akustisches und/oder haptisches Fehlersignal kann ein Benutzer der elektrischen Energiespeichereinheit, beispielsweise ein Fahrer eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs mit der elektrischen Energiespeichereinheit, auf den Fehler hingewiesen werden, um die elektrische Energiespeichereinheit zur Überprüfung in eine Werkstatt zu bringen.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner folgende Schritte:

c.1) Vergleichen einer ermittelten Benutzungsgröße, die eine zyklische Alterung und/oder eine kalendarische Alterung der elektrischen Energiespeichereinheit und/oder der elektrochemischen Energiespeicher repräsentiert, mit einem vorgegebenen Schwellenwert; und/oder
c.2) Prüfen, ob die elektrische Energiespeichereinheit fehlerfrei arbeitet;
c.3) Durchführen von Schritt c), wenn die ermittelte Benutzungsgröße den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und/oder die elektrische Energiespeichereinheit fehlerfrei arbeitet;

Da eine Zelle der elektrochemischen Energiespeicher nicht schlagartig altert, ist es ausreichend, wenn eine Vergleichsmessung gemäß Schritt c) nach einer bestimmten Anzahl von Fahrten eines elektrisch antreibbares Fahrzeugs mit der elektrischen Energiespeichereinheit, beispielsweise nach jeweils 20 Fahrten, und/oder nach einer vorgegebenen Zeitspanne, beispielsweise nach zwei Wochen, ausgeführt wird. Dadurch werden sowohl die zyklische und die kalendarische Alterung gleichermaßen berücksichtigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner folgende Schritte:

d.1) Verwerfen von Ausreißern der erfassten Spannungsgrößen;

Die elektrische Energiespeichereinheit eines Elektrofahrzeugs besteht aus ca. 100 elektrochemischen Energiespeichern, welche seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind. Alle elektrischen Spannungsgrößen, die eine elektrische Spannung der einzelnen elektrochemischen Energiespeicher repräsentieren, werden beispielsweise mittels Spannungssensoren gemessen. Nachdem alle Spannungsgrößen vorliegen erfolgt eine Überprüfung, ob Spannungs-Ausreißer vorliegen, da diese nicht in die Bildung des Mittelwerts der elektrochemischen Energiespeicher aufgenommen werden. Dadurch werden präzisiere Vorhersagewerte ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner folgende Schritte:

d.2) Vergleichen eines Streuungsmaßes der erfassten Spannungsgrößen mit einem vorgegebenen Schwellenwert;
d.3) Durchführen von Schritt d), wenn das Streuungsmaß den vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet;

Wenn die Streuung der Spannungsgrößen einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, ist ein Ladezustandsausgleich (Balancing) zwischen den elektrochemischen Energiespeichern erforderlich. Durch die Überprüfung kann ein korrekter Vergleich mit dem berechneten Wert des Modell-Spannungsgröße erfolgen, wodurch präzisiere Vorhersagewerte ermöglicht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner folgende Schritte:

e.1) Prüfen eines aktuellen Betriebszustands der elektrischen En ergiespeichereinh eit;
e.2) Durchführen von Schritt e), wenn die elektrische Energiespeichereinheit außer Betrieb ist;

Vorteilhafterweise wird ein Abgleichen mindestens einer Gruppe von Daten des Speichers der ersten Steuereinheit mit einer Gruppe von Daten des Speichers der zweiten Steuereinheit durchgeführt, wenn die elektrische Energiespeichereinheit außer Betrieb ist, beispielsweise unmittelbar nach Fahrtende eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs.
Weiter liegen in dem Speicher der zweiten Steuereinheit Daten für verschiedene Typen von elektrischen Energiespeichereinheiten, auf die weitere erste Steuereinheiten zugreifen können. Vorteilhafterweise liegen auch Daten für neue elektrochemische Energiespeichereinheiten, beispielsweise mit einer anderen Zellchemie, in dem Speicher der zweiten Steuereinheit, wodurch auch bei einem Wechsel der elektrischen Energiespeichereinheit korrekte Daten für ein entsprechendes elektrochemisches Modell für einen Abgleich von Daten zur Verfügung stehen. Verändert sich ein Zustand der elektrischen Energiespeichereinheit dadurch, dass diese beispielsweise stärker altert als vom elektrochemischen Modell berechnet, so können neue Parameter zur Verfügung gestellt werden. Weiter können individuelles Fahrverhalten und/oder angewandten Ladestrategien zur Leistungs- und Fahrzeugreichweitenvorhersagen besser berücksichtigt werden.
Die Daten des elektrochemischen Modells der elektrochemischen Energiespeicher umfassen ein- oder mehrdimensionale Kennfelder und/oder Parameter, insbesondere Temperatur, Strom, Ladezustand, Gesundheitszustand.
Dadurch können Daten des elektrochemischen Modells aktuell gehalten werden, wodurch eine Leistungsvorhersage und eine prädizierte Fahrzeugreichweite präziser möglich wird, wodurch mehr Fahrspaß mit elektrisch antreibbaren Fahrzeugen erreicht wird und eine höhere Fahrzeugreichweite erreicht werden kann.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betrieb einer elektrischen Energiespeichereinheit umfasst eine Mehrzahl an elektrochemischen Energiespeichern, mindestens einen Sensor zum Erfassen von elektrischen Größen der elektrochemischen Energiespeicher sowie mindestens ein Mittel, insbesondere eine erste Steuereinheit zur Steuerung der elektrischen Energiespeichereinheit, welche eingerichtet sind, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet vorteilhafterweise Anwendung in elektrischen Energiespeichersystemen für Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Pedelecs oder E-Bikes, für portable Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung, für elektrische Handwerkzeuge oder Küchenmaschinen, sowie in stationären Speichern zur Speicherung insbesondere regenerativ gewonnener elektrischer Energie.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
2 eine beispielhafte Darstellung einer Gruppe von Daten;
3a eine schematische Darstellung eines ersten elektrochemischen Modells;
3b eine schematische Darstellung eines zweiten elektrochemischen Modells
4 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Ein elektrisch antreibbares Fahrzeug 100 umfasst eine erste Steuereinheit 101 mit einem Speicher, eine elektrische Energiespeichereinheit 102 mit einer Mehrzahl an elektrochemischen Energiespeichern 103(1), 103(2), 103(n), wobei die Steuereinheit 101 mit einer zweiten Steuereinheit 105 kabellos kommuniziert, beispielsweise mittels einer Funkverbindung. Die zweite Steuereinheit 105 mit einem Speicher befindet sich räumlich von dem Fahrzeug getrennt, beispielsweise in einer über das Internet zur Verfügung stehenden IT-Infrastruktur 104 (Cloud-Computing). In dem Speicher der ersten Steuereinheit 101 sind u.a. Daten eines elektrochemischen Modells der elektrischen Energiespeichereinheit 102 und/oder der elektrochemischen Energiespeicher 103(1), 103(2), 103(n) abgelegt. Diese Daten sind Kennfelder, welche von Temperatur, Strom, Ladezustand und weiterer physikalische Größen abhängig sind, also mehrdimensionale Kennfelder und damit sehr speicherintensiv.
2 zeigt eine beispielhafte Darstellung einer Gruppe von Daten 200. Die Daten werden gruppiert (Cluster) nach unterschiedlichen Batteriealterungsstufen (SoH) von einem Neuzustand über verschiedene Grade der Alterung bis hin zum Zustand, in dem die elektrische Energiespeichereinheit aufgrund ihrer zu geringen Restkapazität, beispielsweise 80%, ausgetauscht werden soll.
Die Gruppe ergibt sich aus der Differenz der mittels des elektrochemischen Modells berechneten Modell-Spannungsgröße zu der erfassten Spannungsgröße, beispielsweise mittels Spannungssensor gemessene elektrische Spannung der elektrischen Energiespeichereinheit. Liegt eine bestimmte Spannungsdifferenz aus beiden Spannungsgrößen vor, welche größer als die Messgenauigkeit des Spannungssensors und eines signalverarbeitenden A/D-Wandlers ist, so kann ein Abgleich aus einer nächsten Gruppe erfolgen.
Die Granularität der Gruppierung, die Bedingungen unter welchen eine Vergleichsmessung zu erfolgen hat und die Häufigkeit der Vergleichsmessung, bestimmen die Güte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Sensorik plus Elektronik haben eine Genauigkeit von ca. +/- 25mV, d.h. die Messgenauigkeit der Zell-Spannungsmessung beträgt ca. 50mV. Erst wenn zwischen berechneter Modell-Spannungsgröße und erfasster Spannungsgröße die Differenz größer als diese 50mV ist, kann sicher von einer Abweichung der elektrischen Spannung ausgegangen werden.
Für eine elektrische Energiespeichereinheit 102 mit Lithium-Ionen-Energiespeichern 103(1), 103(2), 103(n), welche im Spannungsbereich von 4,2V bis ca. 3V betrieben wird, ergeben sich theoretisch ca. 20 Gruppierungen. Eine merkliche Ladezustandsminderung von ca. 10% ergibt sich andererseits erst bei einem Spannungsunterschied von 70mV, woraus sich ca. 10 Gruppierungen ergeben. Die elektrische Energiespeichereinheit 102 wird vom Neuzustand, mit einer Ladekapazität von 100%, bis zum gealterten Zustand, mit einer Ladekapazität von 80%, betrieben. Bei einer gleichmäßigen Aufteilung dieses Bereichs ergeben sich 5%-Schritte und somit vier Gruppierungen 201, 202, 203, 204, die für heute verfügbare Lithium-Ionen-Energiespeicher ausreichend sind.
Eine feinere Granularität ist vorteilhafterweise mit Mehraufwand bei den Alterungsmessungen der elektrochemischen Energiespeicher 103(1), 103(2), 103(n) und der Bestimmung der Parameter der elektrochemischen Energiespeicher möglich.
3a zeigt eine schematische Darstellung eines ersten elektrochemischen Modells 300a. Das elektrochemische Modell 300a der elektrischen Energiespeichereinheit 102 ist im Batteriemanagementsystem der ersten Steuereinheit 101 meist als Ersatzschaltbildmodell in Form einer Leerlaufspannungsquelle und eines R-RC-Gliedes abgebildet. Weitere Ausprägungen sind elektrochemische Modelle 300b mit mehreren RC-Gliedern in serieller Verschaltung zu den vorangegangenen RC-Gliedern, wie in dargestellt. Die Parameter für diese elektrochemischen Modelle sind somit eine Leerlaufspannung (UOCV), zwei Widerstandswerte (Ri und R1) sowie eine Kondensatorkapazität (C1).
4 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abgleichen von Daten einer ersten Steuereinheit 101 zur Steuerung einer elektrischen Energiespeichereinheit 102 mit einer Mehrzahl an elektrochemischen Energiespeichern 103(1), 103(2), 103(n) mit einer zweiten Steuereinheit 105 zur Bestimmung präziser Vorhersagewerte. In Schritt 400 wird das Verfahren gestartet. In Schritt 401 werden eine Vielzahl von Daten eines elektrochemischen Modells der elektrischen Energiespeichereinheit 102 in Gruppen für unterschiedliche Alterungsstufen der elektrischen Energiespeichereinheit 102 mittels eines Speichers der zweiten Steuereinheit 105 bereitgestellt.
Schritt 402 umfasst ein Vergleichen einer ermittelten Benutzungsgröße, die eine zyklische Alterung und/oder eine kalendarische Alterung der elektrischen Energiespeichereinheit 102 und/oder der elektrochemischen Energiespeicher 103(1), 103(2), 103(n) repräsentiert, mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Ferner umfasst Schritt 402 ein Prüfen, ob die elektrische Energiespeichereinheit 102 fehlerfrei arbeitet. Wenn die ermittelte Benutzungsgröße den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und/oder die elektrische Energiespeichereinheit 102 fehlerfrei arbeitet werden erste Spannungsgrößen erfasst, die eine elektrische Spannung der elektrochemischen Energiespeicher 103(1), 103(2), 103(n) repräsentieren.
Ferner umfasst Schritt 402 ein Verwerfen von Ausreißern der erfassten Spannungsgrößen und ein Vergleichen eines Streuungsmaßes der erfassten Spannungsgrößen mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Wenn das Streuungsmaß den vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet, wird in Schritt 403 ein Mittelwert der erfassten ersten Spannungsgrößen gebildet.
In Schritt 404 wird geprüft, ob eine Spannungsdifferenz zwischen dem gebildeten Mittelwert der erfassten ersten Spannungsgrößen und einer mittels der durch den Speicher der ersten Steuereinheit 101 bereitgestellten Gruppe von Daten berechneten Modell-Spannungsgröße einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. Wird der Schwellenwert überschritten, erfolgt ein kabelloses Abgleichen mindestens einer Gruppe von Daten des Speichers der ersten Steuereinheit 101 mit einer Gruppe von Daten des Speichers der zweiten Steuereinheit 105 in Schritt 405, ansonsten wird das Verfahren in Schritt 402 fortgesetzt. Der Schwellenwert wird entsprechend der Granularität der Gruppen der Daten vorgegeben.
Durch den Abgleich der Daten werden präzisere Vorhersagen für Restreichweite und entnehmbarer Leistung ermöglicht. Weiter wird eine einfache Anpassung an bauvariantenspezifischen Anpassungen und neue elektrische Energiespeichereinheiten ermöglicht.
In Schritt 406 wird eine Vergleichsmessung durchgeführt. Dazu werden in Schritt 406 zweite Spannungsgrößen, die eine elektrische Spannung der elektrochemischen Energiespeicher 103(1), 103(2), 103(n) repräsentieren, erfasst und ein Mittelwert der erfassten zweiten Spannungsgrößen gebildet.
Schritt 407 umfasst ein Erzeugen eines Signals in Abhängigkeit einer Spannungsdifferenz zwischen dem gebildeten Mittelwert der erfassten zweiten Spannungsgrößen und einer mittels der abgeglichenen Gruppe von Daten berechneten Modell-Spannungsgröße. Überschreitet die Spannungsdifferenz einen vorgegebenen Schwellenwert, wird in Schritt 408 ein Fehlersignal erzeugt.
Das Verfahren wird in Schritt 409 beendet oder in Schritt 402 fortgesetzt und zyklisch wiederholt.
Vorteilhafterweise eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für praktisch jeden elektrochemischen Energiespeicher und prinzipiell für jede automobile Komponente, welche über eine Anbindung an ein externes Speichermedium, beispielsweise eine Anbindung an Cloud-Computing, verfügt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 104816813 [0003]
DE 102013209443 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Abgleichen von Daten (200) einer ersten Steuereinheit (101) zur Steuerung einer elektrischen Energiespeichereinheit (103) mit einer Mehrzahl an elektrochemischen Energiespeichern (103(1), 103(2), 103(n)) mit einer zweiten Steuereinheit (105) zur Bestimmung präziser Vorhersagewerte umfassend folgende Schritte: a) (400) Bereitstellen einer Vielzahl von Daten (200) eines elektrochemischen Modells (300a, 300b) der elektrischen Energiespeichereinheit (103) in Gruppen (200) für unterschiedliche Alterungsstufen der elektrischen Energiespeichereinheit (102) mittels eines Speichers der zweiten Steuereinheit (105); b) (401) Bereitstellen mindestens einer der Gruppen (201, 202, 203, 204) von Daten (200) mittels eines Speichers der ersten Steuereinheit (101); c) (402) Erfassen von ersten Spannungsgrößen, die eine elektrische Spannung der elektrochemischen Energiespeicher repräsentieren; d) (403) Bilden eines Mittelwerts der erfassten ersten Spannungsgrößen; e) (405) Kabelloses Abgleichen mindestens einer Gruppe von Daten des Speichers der ersten Steuereinheit (101) mit einer Gruppe von Daten (200) des Speichers der zweiten Steuereinheit (105), wenn eine Spannungsdifferenz zwischen dem gebildeten Mittelwert der erfassten ersten Spannungsgrößen und einer mittels der durch den Speicher der ersten Steuereinheit (101) bereitgestellten Gruppe von Daten berechneten Modell-Spannungsgröße einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet;
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend folgende Schritte: f) (406) Erfassen von zweiten Spannungsgrößen, die eine elektrische Spannung der elektrochemischen Energiespeicher (103(1), 103(2), 103(n)) repräsentieren; g) (406) Bilden eines Mittelwerts der erfassten zweiten Spannungsgrößen; h) (408) Erzeugen eines Signals in Abhängigkeit einer Spannungsdifferenz zwischen dem gebildeten Mittelwert der erfassten zweiten Spannungsgrößen und einer mittels der abgeglichenen Gruppe von Daten berechneten Modell-Spannungsgröße;
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das erzeugte Signal ein Fehlersignal ist, wenn die Spannungsdifferenz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend folgende Schritte: c.1) Vergleichen einer ermittelten Benutzungsgröße, die eine zyklische Alterung und/oder eine kalendarische Alterung der elektrischen Energiespeichereinheit (102) und/oder der elektrochemischen Energiespeicher (103(1), 103(2), 103(n)) repräsentiert, mit einem vorgegebenen Schwellenwert; und/oder c.2) Prüfen, ob die elektrische Energiespeichereinheit (102) fehlerfrei arbeitet; c.3) Durchführen von Schritt c), wenn die ermittelte Benutzungsgröße den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet und/oder die elektrische Energiespeichereinheit (102) fehlerfrei arbeitet;
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend folgende Schritte: d.1) Verwerfen von Ausreißern der erfassten Spannungsgrößen;
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend folgende Schritte: d.2) Vergleichen eines Streuungsmaßes der erfassten Spannungsgrößen mit einem vorgegebenen Schwellenwert; d.3) Durchführen von Schritt d), wenn das Streuungsmaß den vorgegebenen Schwellenwert nicht überschreitet;
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend folgende Schritte: e.1) Prüfen eines aktuellen Betriebszustands der elektrischen Energiespeichereinheit (102); e.2) Durchführen von Schritt e), wenn die elektrische Energiespeichereinheit (102) außer Betrieb ist;
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Daten des elektrochemischen Modells der elektrochemischen Energiespeicher (103(1), 103(2), 103(n)) ein- oder mehrdimensionale Kennfelder und/oder Parameter umfassen, insbesondere Temperatur, Strom, Ladezustand, Gesundheitszustand.
Vorrichtung zum Betrieb einer elektrischen Energiespeichereinheit (102), umfassend eine Mehrzahl an elektrochemischen Energiespeichern (103(1), 103(2), 103(n)), mindestens einen Sensor zum Erfassen von elektrischen Größen der elektrochemischen Energiespeicher (103(1), 103(2), 103(n)) sowie mindestens ein Mittel, insbesondere eine erste Steuereinheit (101) zur Steuerung der elektrischen Energiespeichereinheit (102), welche eingerichtet sind, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen.
Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in elektrischen Energiespeichersystemen für Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Pedelecs oder E-Bikes, für portable Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung, für elektrische Handwerkzeuge oder Küchenmaschinen, sowie in stationären Speichern zur Speicherung insbesondere regenerativ gewonnener elektrischer Energie.