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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge, insbesondere Batteriesysteme von elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zum Optimieren von Balancing-Zyklen zum passiven Ladungsausgleich von Batteriezellen von Fahrzeugbatterien.
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Technischer Hintergrund
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Fahrzeugbatterien zum Betreiben von elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugen weisen in der Regel eine Vielzahl von Batteriezellen auf. Diese Batteriezellen sind üblicherweise seriell und/oder parallel verschaltet. Im Betrieb der Fahrzeugbatterien kommt es aufgrund von Komponentenvariationen zu einem leicht unterschiedlichen Entladungsverhalten, sodass die Batteriezellenladungen bzw. Ladezustände der einzelnen Batteriezellen im Laufe der Zeit voneinander abweichen. Um derartige Fahrzeugbatterien optimal betreiben zu können, ist es jedoch notwendig, dass große Unterschiede der Batteriezellenladungen vermieden werden. Dazu werden in regelmäßigen Zeitabständen sogenannte Balancing-Zyklen ausgeführt, die die Batteriezellenladungen aneinander angleichen.
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Balancing-Zyklen können entweder einer aktiven Strategie folgen, bei denen Ladung zwischen den Batteriezellen bewegt wird, um einen Ladungsausgleich zu erreichen.
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Die gebräuchlichere Methode sieht jedoch passive Balancing-Zyklen vor, bei denen Ladungsunterschiede zwischen den Batteriezellen ausgeglichen werden, indem die Ladung von Batteriezellen mit höherer Batteriezellenladung über dafür vorgesehene Balancing-Widerstände in Abwärme gewandelt wird. Dadurch werden die Batteriezellenladungen der Batteriezellen mit den höheren Batteriezellenladungen reduziert.
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Ein passiver Balancing-Zyklus stellt eine hohe Belastung für Komponenten der Fahrzeugbatterie dar. Insbesondere werden beim Aktivieren und Deaktivieren die Batteriezellen, die Balancing-Widerstände und die Schaltelemente (Halbleiterbauelemente) zum Verbinden oder Trennen der Balancing-Widerstände mit den Batteriezellen stark belastet, was signifikant zur Batteriealterung beiträgt. Daher ist es erforderlich, die Anzahl von Aktivierungen des passiven Balancing-Zyklus zu reduzieren und die für das Balancing zur Verfügung stehende Zeitdauer möglichst zu maximieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugbatterie in einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein Batteriesystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
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Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugbatterie insbesondere zur Durchführung eines Balancing-Zyklus vorgesehen, wobei bei dem Balancing-Zyklus mindestens eine Batteriezelle der Fahrzeugbatterie mit einer Batteriezellenladung, die höher ist als die Batteriezellenladung mindestens einer der übrigen Batteriezellen, um ein vorgegebenes Maß entladen wird, mit folgenden Schritten:
- - Feststellen eines Beginns einer Ruhephase der Fahrzeugbatterie, während der sich die Fahrzeugbatterie in einem stromlosen Zustand befindet;
- - Ermitteln einer voraussichtlichen Dauer der Ruhephase mithilfe eines datenbasierten Betriebsverhaltensmodells abhängig von einer aktuellen kalendarischen Zeitangabe;
- - Durchführen des Balancing-Zyklus, wenn die voraussichtliche Dauer der Ruhephase eine vorgegebene Mindest-Balancing-Zeitdauer übersteigt.
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Es besteht eine Problematik darin, dass einerseits vermieden werden soll, dass die Batteriezellenladungen von Batteriezellen einer Fahrzeugbatterie zu weit voneinander abweichen und andererseits, die Anzahl der Balancing-Zyklen zum Schutz der Komponenten der Fahrzeugbatterie möglichst gering gehalten werden soll. Die Abweichungen zwischen den Batteriezellenladungen werden in der Regel durch Vorsehen von Balancing-Zyklen ausgeglichen.
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In diesen Balancing-Zyklen wird die Ladung von Batteriezellen mit höherer Batteriezellenladung entnommen, um deren Batteriezellenladung an die Batteriezellenladungen der übrigen Batteriezellen anzugleichen. Die Entnahme der Ladung der betreffenden Batteriezellen erfolgt durch Zuschalten eines Balancing-Widerstands, der als Leistungswiderstand ausgebildet sein kann und der den fließenden Entladestrom in Verlustwärme wandelt. Die Balancing-Zyklen werden in einer Ruhephase der Fahrzeugbatterie d. h. in einer Phase, in der sich die Fahrzeugbatterie im stromlosen Zustand befindet, durchgeführt, da nur im stromlosen Fall die Zellenspannungen der Batteriezellen korrekt gemessen werden können, die als Grundlage für die Bestimmung der Batteriezellenladung der einzelnen Batteriezellen dienen.
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Da diese Balancing-Zyklen jedoch eine hohe Belastung für Komponenten der Fahrzeugbatterie darstellen, sollte daher die Anzahl der Aktivierungen der Balancing-Zyklen möglichst minimiert werden. Insbesondere die Anzahl der Aktivierungsvorgänge der Balancing-Zyklen soll begrenzt werden, indem Aktivierungen der Balancing-Zyklen in einem dafür zugelassenen Zeitfenster, das für eine vollständige Durchführung des Balancing-Zyklus zu kurz ist, vermieden werden. Da ein Balancing-Zyklus in der Regel eine Mindest-Balancing-Zeitdauer von zwischen 15 Minuten und 60 Minuten andauert, besteht grundsätzlich eine Gefahr, dass während des Balancing-Zyklus eine Fahrt mit dem Kraftfahrzeug begonnen wird oder ein auf Ladevorgang der Fahrzeugbatterie gestartet wird, d. h eine Stromentnahme bzw. Stromzufuhr gestartet wird.
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Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, ein Betriebsverhaltensmodell bvereitzustellen, das das Betriebsverhalten des Fahrzeugs abbildet und dazu dient, zu bestimmen, welche Stillstandszeiten voraussichtlich ausreichend lange sein werden, um einen Balancing-Zyklus durchzuführen, und welche nicht. Ein solches Betriebsverhaltensmodell des Fahrzeugs kann auf vielfältige Weise bereitgestellt werden. Das Betriebsverhaltensmodell ist ausgebildet bzw. trainiert, um abhängig von einer kalendarischen Zeitangabe, d.h. einem Datum, einem Wochentag, einer Uhrzeit usw., eine Angabe über eine durchschnittliche Abschaltdauer der Fahrzeugbatterie anzugeben.
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Das Betriebsverhaltensmodell kann vorgegeben sein oder entsprechend der Überwachung von Fahr- und Nutzungsdaten des Kraftfahrzeugs automatisch erlernt werden. Somit kann, wenn der Betrieb eines Fahrzeugs gestoppt wird und der Beginn einer Ruhephase (stromloser Zustand der Fahrzeugbatterie) erkannt wird, durch eine Abfrage in dem Betriebsverhaltensmodell erkannt werden, ob voraussichtlich eine ausreichende Zeitdauer zur Verfügung steht, um einen Balancing-Zyklus vollständig auszuführen.
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Auf diese Weise können die Fälle reduziert werden, in denen der Balancing-Zyklus kurz nach seiner Aktivierung abgebrochen und der Balancing-Zyklus in einer nachfolgenden Ruhephase erneut gestartet werden muss, sodass eine geringere Belastung der Komponenten der Fahrzeugbatterie und dadurch eine längere Lebensdauer der Bauteile erreicht wird. Zudem wird die Zeitdauer zur Durchführung des Balancing-Zyklus zum Reduzieren der Abweichungen der Zellenladungen maximiert. Da das Betriebsverhaltensmodell das individuelle Betriebsverhalten des jeweiligen Fahrzeugs, d. h. fahrzeugbezogen, erlernt, können auch besondere Nutzungsbedingungen, wie beispielsweise die Nutzungen von Taxis, Krankenwagen und dergleichen, besser berücksichtigt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Durchführen eines Balancing-Zyklus blockiert wird, wenn die voraussichtliche Dauer der Ruhephase die Mindest-Balancing-Zeitdauer unterschreitet. Dies ist insbesondere dann anwendbar, wenn gemäß einem Betriebsschema ein Balancing-Zyklus in regelmäßigen Zeitabständen oder zu regelmäßigen Zeitpunkten gestartet werden soll. Der obige Verfahrensschritt unterbindet dann das Aktivieren des Balancing-Zyklus.
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Gemäß einer Ausführungsform können Beobachtungsdatensätze während des Betriebs der Fahrzeugbatterie erfasst werden, wobei die Beobachtungsdatensätze jeweils eine kalendarische Zeitangabe eines Beginns einer detektierten Ruhephase der Dauer der Ruhephase zuordnen, wobei das Betriebsverhaltensmodell mit den Beobachtungsdatensätzen erstellt bzw. trainiert wird.
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Insbesondere kann das Betriebsverhaltensmodell ein Clustering-Verfahren umfassen, bei dem Beobachtungsdatensätze in einen oder mehrere Cluster geclustert werden, wobei jeder Cluster einen kalendarischen Zeitraum und eine voraussichtliche Dauer der Ruhephase definiert, insbesondere durch einen Abstand von einem Zentroiden des betreffenden Clusters und der dem Zentroiden des betreffenden Clusters zugeordnete voraussichtliche Dauer der Ruhephase; wobei, wenn die aktuelle kalendarische Zeitangabe in dem kalendarischen Zeitraum eines der Cluster liegt, für die aktuelle kalendarische Zeitangabe die voraussichtliche Dauer der Ruhephase des betreffenden Clusters ermittelt wird.
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Weiterhin kann, wenn die aktuelle kalendarische Zeitangabe außerhalb des durch die Cluster bestimmten kalendarischen Zeitraums liegt, der Balancing-Zyklus nach Verstreichen einer vorgegebenen Relaxationszeitdauer nach dem Beginn der Ruhephase gestartet werden.
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Insbesondere kann der Balancing-Zyklus nach Verstreichen der vorgegebenen Relaxationszeitdauer nach dem Beginn der Ruhephase nur dann gestartet werden, wenn die Variation der Batteriezellenladungen der Batteriezellen der Fahrzeugbatterie ein vorgegebenes erhöhtes Maß übersteigt.
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Alternativ kann, wenn die aktuelle kalendarische Zeitangabe außerhalb des durch die Cluster bestimmten kalendarischen Zeitraums liegt, kein Balancing-Zyklus durchgeführt werden oder das Durchführen eines Balancing-Zyklus blockiert werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Balancing-Zyklus nur dann durchgeführt wird, wenn die Variation der Batteriezellenladungen der Batteriezellen der Fahrzeugbatterie ein vorbestimmtes Maß übersteigt.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Betriebsverhaltensmodell verworfen wird, wenn eine Anzahl von Beobachtungsdatensätzen, die außerhalb der durch das Clustering-Verfahren bestimmten Cluster liegen, einen vorgegebenen Ausreißer-Schwellenwert übersteigt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zur Durchführung eines der obigen Verfahren vorgesehen.
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Figurenliste
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Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs mit einem Batteriesystem mit einer Fahrzeugbatterie;
- 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben der Fahrzeugbatterie, insbesondere zum Durchführen von Balancing-Zyklen; und
- 3 eine Darstellung von Clustern von Beobachtungsdatensätzen für eine k-Nearest-Neighbor-Klassifizierung von Zeitpunkten des Beginns der Ruhephase des Kraftfahrzeugs und den Zeitdauern der Ruhephase.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt schematisch ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug 1 mit einem elektrischen Antriebsmotor 2, einer Fahrzeugbatterie 3 und einer Steuereinheit 4. Die Fahrzeugbatterie 3 stellt die zum Betreiben des Antriebsmotors 2 benötigte elektrische Energie zur Verfügung. Die Steuereinheit 4 kann einer herkömmlichen Mikroprozessor-gesteuerten Steuereinheit entsprechen. Die Steuereinheit 4 kann auch Teil eines Batteriemanagementsystems der Fahrzeugbatterie 3 sein.
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Die Fahrzeugbatterie 3 weist eine Vielzahl von Batteriezellen 31 auf, die in geeigneter Weise parallel und/oder seriell miteinander verschaltet sind, um eine Betriebsspannung für den Betrieb des Antriebsmotors 2 bereitzustellen.
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Zum ordnungsgemäßen Betrieb der Fahrzeugbatterie 2 ist es notwendig, dass die Batteriezellen 31 gleiche oder im Wesentlichen gleiche Batteriezellenladungen aufweisen, um übermäßig hohe Belastungen einzelner Batteriezellen während des Betriebs, d. h. bei Entnahme oder Zufuhr elektrischer Energie, zu vermeiden. Aus diesem Grund ist in dem Steuergerät 4 eine Balancing-Funktion implementiert, die nach einem Aktivieren eines Balancing-Zyklus einen Ladungsausgleich der Batteriezellen 31 so vornimmt, dass die Batteriezellen 31 höherer Batteriezellenladungen über einen oder mehrere Balancing-Widerstände 32 entladen werden, um die Batteriezellenladungen der betreffenden Batteriezellen 31 an die Batteriezellenladungen der übrigen Batteriezellen 31 (Batteriezellen mit niedrigeren Batteriezellenladungen) anzugleichen.
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Das Entladen der betreffenden Batteriezellen 31 erfolgt über den entsprechenden Balancing-Widerstand 32, der über geeignete Balancing-Schalter (Halterleiterschalter) 33 mit den Batteriezellen 31 verbunden ist. Ist der Balancing-Zyklus aktiviert, fließt ein Entladestrom durch den Balancing-Widerstand 32 und die elektrische Leistung wird in Verlustwärme umgesetzt. Aufgrund der hohen Ströme, die bei diesem Balancing-Vorgang durch die Balancing-Schalter 33 und den Balancing-Widerstand 32 fließen, ist die Lebensdauer dieser Balancing-Schalter 33 auf eine Anzahl von Schaltzyklen beschränkt. Daher besteht zur Verlängerung der Lebensdauer der Fahrzeugbatterie 3 der Ansatz, die Anzahl der Aktivierungen von Balancing-Zyklen zu reduzieren, um einen vorzeitigen Verschleiß der Balancing-Schalter 33 zu vermeiden.
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In der Steuereinheit 4 kann ein Verfahren ausgeführt werden, wie es anhand des Flussdiagramms der 2 ausführlicher beschrieben wird. Das Verfahren kann in der Steuereinheit in Form einer Hardware und/oder Software implementiert sein.
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In Schritt S1 wird zunächst für die Batteriezellen 31 der Fahrzeugbatterie 3 eine Ladungsmessung vorgenommen. Im Ergebnis steht für alle Batteriezellen 31 eine jeweilige Ladungsangabe bereit, die die jeweilige Batteriezellenladung angibt.
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Die Ladungsmessung kann beispielsweise durch Messen einer Klemmenspannung im stromlosen Zustand der Batteriezellen erfolgen, wobei die Klemmenspannung gegebenenfalls ebenfalls abhängig von einer gemessenen Batterietemperatur einer Batteriezellenladung in an sich bekannter Weise zugeordnet wird. Auch sind Verfahren zur Bestimmung der Batteriezellenladungen bekannt, die während eines aktiven Betriebs der Fahrzeugbatterie 3 vorgenommen werden können. Dieser Schritt kann regelmäßig durchgeführt werden, insbesondere während jeder Ruhephase der Fahrzeugbatterie 3.
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In Schritt S2 wird zunächst überprüft, ob ein Angleichen der Batteriezellenladungen der Batteriezellen 31 notwendig ist. Dies kann beispielsweise dadurch festgestellt werden, dass die Abweichung der Batteriezellenladungen zwischen der Batteriezelle 31 mit der höchsten Batteriezellenladung und der Batteriezelle 31 mit der geringsten Batteriezellenladung mehr als einem vorbestimmten Anteil der maximalen Batteriezellenladung, wie beispielsweise zwischen 5 bis 10 %, entspricht. Auch kann die Notwendigkeit des Durchführens eines Balancing-Zyklus abhängig von einer Varianz der Verteilung der Batteriezellenladungen der Batteriezellen 31 angegeben werden, insbesondere wenn die Varianz einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
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Wird in Schritt S2 festgestellt, dass ein Balancing-Zyklus notwendig ist (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S3 fortgesetzt, anderenfalls wird zu Schritt S1 zurückgesprungen.
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In Schritt S3 wird überprüft, ob ein Balancing-Zyklus durchgeführt werden kann. Ein Balancing-Zyklus darf in der Regel (d.h . ohne dass eine besondere Dringlichkeit zur Durchführng eines Balancing-Zyklus vorliegt) nur während einer Ruhephase d. h. einer Phase eines stromlosen Zustands der Fahrzeugbatterie 3, durchgeführt werden. Insbesondere kann kein Balancing-Zyklus während des Betriebs des Kraftfahrzeugs 1, während eines Ladevorgangs oder während eines vorbestimmten Zeitraums nach dem Ende des Betriebs des Kraftfahrzeugs bzw. nach dem Ende des Ladevorgangs (aufgrund einer Relaxationszeitdauer) durchgeführt werden. Die vorbestimmte Zeitdauer seit dem Zeitpunkt einer letzten Stromentnahme oder -zufuhr von Strom aus der oder in die Fahrzeugbatterie 3 kann beispielsweise zwischen 15 und 45 min, vorzugsweise etwa 30 min, betragen und dient dazu, um den Batteriezellen 31 eine ausreichende Relaxationszeitdauer zur Verfügung zu stellen.
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Wird in Schritt S3 festgestellt, dass ein Balancing-Zyklus durchgeführt werden darf (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S4 fortgesetzt, anderenfalls (Alternative: Nein) wird zum Schritt S3 zurückgesprungen.
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Im Schritt S4 wird überprüft, ob ein ausreichender Trainingszustand bzw. eine ausreichende Stützung an Erfahrungsdaten zur Benutzung eines Betriebsverhaltensmodells vorliegt. Liegt ein ausreichender Trainingszustand des Betriebsverhaltensmodells vor bzw. ist dieses nutzbar (Alternative: Ja), so wird das Verfahren mit Schritt S5 fortgesetzt, anderenfalls wird das Verfahren mit Schritt S11 fortgesetzt.
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Nachfolgend wird anhand des Betriebsverhaltensmodells überprüft, ob mit einer ausreichenden verbleibenden Stillstandszeit bzw. Deaktivierungszeit der Fahrzeugbatterie 3 zu rechnen ist. Dazu wird ein Betriebsverhaltensmodell ausgewertet, das abhängig von einer aktuellen kalendarischen Zeitangabe datenbasiert angeben kann, ob die aktuelle Ruhephase ausreichend lange anhalten wird.
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Das Betriebsverfahrensmodell kann als trainiertes datenbasiertes Modell ausgebildet sein, das abhängig von einer kalendarischen Zeitangabe, wie beispielsweise einer Tageszeit, einem kalendarischen Datum, einem Wochentag, einem Tag im Monat oder einem Tag im Jahr eine Angabe über eine durchschnittliche Dauer der Ruhephase der Fahrzeugbatterie 3 angibt.
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Ein solches Betriebsverhaltensmodell kann basierend auf Beobachtungsdatensätzen trainiert sein, die aus der Nutzung des Fahrzeugs in der Vergangenheit abgeleitet werden können. So können Beobachtungsdatensätze erstellt werden, indem bei jedem Abstellen des Fahrzeugs (Einnehmen des Ruhezustands) und bei jeder Aufnahme des Betriebs des Fahrzeugs (Beenden des Ruhezustands), wie beispielsweise dem Antreten einer Fahrt oder dem Starten eines Ladevorgangs oder dergleichen, aufgezeichnet werden, zu welcher kalendarischen Zeitangabe (Uhrzeit, Wochentag, Tag im Monat, Tag im Jahr usw.) der Ruhezustand eingenommen wurde (d. h. in die Ruhephase versetzt wurde) und wie lange die Zeitdauer betragen hat, bis das Fahrzeug erneut aktiviert wurde (Dauer der Ruhephase). Der Beobachtungsdatensatz ordnet demnach die kalendarische Zeitangabe der Dauer der Ruhephase zu.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Betriebsverhaltensmodell ein Clustering-Verfahren umfassen, das die Beobachtungsdatensätze mithilfe eines Clustering-Verfahrens, wie beispielsweise k-Means-Clustering-Verfahren, Mixtures of Gaussians, Affinity Propagation und dergleichen clustert. Nachfolgend wird die Erfindung basierend auf einem k-Means-Clustering-Verfahren beschrieben. Dazu werden die Beobachtungsdatensätze geclustert, sodass man eine bestimmte Anzahl von Clusterpositionen erhält. Beispielsweise kann als Ergebnis des Clustering-Verfahrens ein Clustern der Beobachtungsdatensätze erfolgen, wie sie beispielsweise in dem Diagramm der 3 grafisch dargestellt ist.
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3 zeigt ein Diagramm zur grafischen Darstellung der Beobachtungsdatensätze B und Clustern C von Beobachtungsdatensätzen, die über den Wochentag WT, (Montag-Sonntag) und die Tageszeit TZ (0 Uhr-24 Uhr) die Dauer D der Ruhephase darstellt und Cluster von Beobachtungsdatensätzen, in denen Ruhephasen der bestimmten Zeitdauer gehäuft auftreten.
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Zu jedem so ermittelten Cluster der Beobachtungsdatensätze kann ein Zentroid bestimmt werden, der eine kalendarische Zeitangabe und eine durchschnittliche voraussichtliche Dauer einer dieser kalendarischen Zeitangabe zugeordneten Ruhephase angibt.
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Auf die Zentroiden der Cluster C der geclusterten Beobachtungsdatensätze B kann ein Anzahlschwellenwert angewendet werden, um zu entscheiden, ob die Anzahl der Beobachtungsdatensätze, die den Clustern jeweils zugeordnet sind, für eine Verwendung in obigen Verfahren ausreichend ist. Durch Vorgabe des Anzahlschwellenwerts werden diejenigen Cluster ausgesondert, für die eine Anzahl von zugeordneten Beobachtungsdatensätzen geringer ist als der Anzahlschwellenwert. Es werden weiterhin nur diejenigen Cluster betrachtet, die eine den Anzahlschwellenwert übersteigende Mindestanzahl von Beobachtungsdatensätzen enthalten.
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Weist kein Cluster die Mindestanzahl von Beobachtungsdatensätzen auf, so ist das Betriebsverhaltensmodell nicht ausreichend trainiert, um für die Entscheidung über das Durchführen eines Balancing-Zyklus verwendet zu werden, und daher nicht nutzbar. Erfüllt mindestens eines der gefundenen Cluster die Auswahlbedingung, so ist das Betriebsverhaltensmodell ausreichend, um zur Entscheidung über das Durchführen eines Balancing-Zyklus verwendet zu werden. Dies kann entsprechend in dem Verfahrensschritt S4 verwendet werden.
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Wird also in Schritt S3 festgestellt, dass die Bedingungen zur Durchführung eines Balancing-Zyklus vorliegen, so kann in Schritt S5 mithilfe des kalendarischen Zeitpunkts des Abstellens des Fahrzeugs bzw. des aktuellen kalendarischen Zeitpunkts eine voraussichtliche Dauer der Ruhephase der Fahrzeugbatterie 3 festgestellt werden.
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Dazu wird in Schritt S5 überprüft, ob der kalendarische Zeitpunkt einem der detektierten Cluster des Betriebsverhaltensmodells zugeordnet werden kann. Dies kann beispielsweise mithilfe eines Schwellwertvergleichs mit einem vorgegebenen Abstandsschwellenwert erkannt werden. So kann abhängig von dem euklidischen Abstand der kalendarischen Zeitangabe von der kalendarischen Zeitangabe eines Zentroiden eines der gefundenen Cluster entschieden werden, ob der kalendarische Zeitpunkt einem Cluster des Betriebsverhaltensmodells zugeordnet werden kann oder nicht. Insbesondere wenn der euklidische Abstand zwischen der Tageszeit und dem Wochentag der kalendarischen Zeitangabe und der aktuellen Tageszeit und dem aktuellen Wochentag (aktuelle kalendarische Zeitangabe) kleiner ist als der vorgegebene Abstandsschwellwert, wird festgestellt, dass sich ein Cluster der aktuellen kalendarischen Zeitangabe zuordnen lässt, kann das Betriebsverhaltensmodell angewendet werden.
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Somit definiert das Betriebsverhaltensmodell Zeiträume, in denen mithilfe des Betriebsverhaltensmodells voraussichtliche Zeitdauern von Ruhephasen bestimmbar sind. Außerhalb der Zeiträume kann das Betriebsverhaltensmodells keine Angabe über die voraussichtliche Zeitdauer von Ruhephasen machen.
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Wird in Schritt S5 festgestellt, dass der kalendarischen Zeitpunkt einem der Cluster des Betriebsverhaltensmodells zugeordnet werden kann (Alternative: ja), so wird das Verfahren mit Schritt S6 fortgesetzt. Andernfalls (Alternative: Nein) wird das Verfahren mit Schritt S11 fortgesetzt
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In Schritt S6 wird die dem Zentroiden des zugeordneten Clusters zugeordnete voraussichtliche Dauer der Ruhephase bestimmt.
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In Schritt S7 wird überprüft, ob die voraussichtliche (noch verbleibende) Dauer der Ruhephase größer ist als die voraussichtliche oder bekannte Zeitdauer des durchzuführenden Balancing-Zyklus (Mindest-Balancing-Zeitdauer). Ist dies der Fall (Alternative: ja), so wird der Balancing-Zyklus in Schritt S8 gestartet oder fortgesetzt. Andernfalls (Alternative: Nein) wird kein Balancing- Zyklus gestartet oder eine Durchführung eines (z.B. aufgrund eines Betriebsschemas regelmäßig aktivierten) anstehenden Balancing-Zyklus blockiert und das Verfahren mit Schritt S1 fortgesetzt.
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In Schritt S9 wird überprüft, ob der Balancing-Zyklus für eine ausreichende Zeitdauer, d.h. der Mindest-Balancing-Zeitdauer, durchgeführt wurde oder ob eine Aktivierung des Fahrzeugs 1 bzw. der Fahrzeugbatterie 3 (Beendigung der Ruhephase) vorliegt. Ist dies der Fall (Alternative: Ja), wird der Balancing-Zyklus in Schritt S10 beendet und das Verfahren mit Schritt S1 fortgesetzt, anderenfalls (Alternative: Nein) wird das Verfahren mit Schritt S8 fortgesetzt.
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Wird in Schritt S4 festgestellt, dass das Betriebsverhaltensmodell noch keine ausreichende Datenbasis aufweist (Alternative: Nein), um angewendet zu werden, so kann in Schritt S11 gemäß einem herkömmlichen Verfahren ein Balancing-Zyklus während einer Ruhephase nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Deaktivierungszeitpunkt der Fahrzeugbatterie 3 gestartet werden, ohne Kenntnis der voraussichtlichen Dauer der Ruhephase.
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Alternativ kann das Starten des Balancing-Zyklus ohne Kenntnis der voraussichtlichen Dauer der Ruhephase durch Auswerten des Betriebsverhaltensmodells nur dann durchgeführt werden, wenn aufgrund der Abweichungen der Batteriezellenladungen voneinander eine hohe Dringlichkeit zur Durchführung eines Balancing-Zyklus erkannt wird.
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Eine hohe Dringlichkeit kann beispielsweise erkannt werden, wenn die Differenz der Batteriezellenladungen zwischen der Batteriezelle 31 mit der höchsten Batteriezellenladung und der Batteriezelle 31 mit der geringsten Batteriezellenladung größer ist als ein vorgegebener Batteriezellenladungsschwellenwert, wie beispielsweise zwischen 10% und 15 % der maximalen Batteriezellenladung oder die Varianz der Verteilung der Batteriezellenladungen der Batteriezellen 31 größer ist als ein vorgegebener Batteriezellenladungsschwellenwert.
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Die Ermittlung von Beobachtungsdatensätzen und das Training bzw. das Verbessern des Betriebsverhaltensmodells kann parallel zu dem oben beschriebenen Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden. Insbesondere wenn der Beginn einer Ruhephase festgestellt wird, kann die aktuelle kalendarische Zeitangabe gespeichert werden und dieser bei Beenden der Ruhephase die Dauer der Ruhephase zugeordnet werden. Diese Beobachtungsdatensätze werden gespeichert und gemäß dem obigen Clusterverfahren geclustert.
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Andere Arten von Betriebsverhaltensmodellen, beispielsweise basierend auf datenbasierten Modellen, wie neurale Netze oder Gauß-Prozess-Modell oder dergleichen, können vergleichbar angewendet werden. Die Nutzbarkeit eines derartigen Betriebsverhaltensmodells für eine bestimmte aktuelle kalendarische Zeitangabe ergibt sich dann aus der Konfidenz der zugeordneten voraussichtlichen Dauer der Ruhephase. Ist diese zu gering d. h. liegt diese unter einem vorgegebenen Konfidenzintervallschwellenwert so ist das Betriebsverhaltensmodell für die aktuelle Ruhephase nicht nutzbar.
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Mithilfe einer Ausreißerdetektion, mit der beispielsweise festgestellt werden kann, dass eine hohe Anzahl von Beobachtungsdatensätzen einen Abstand zu den Zentroiden der gefundenen Cluster aufweisen, der größer ist als ein vorgegebener Ausreißer-Schwellenwert, kann entschieden werden, ob das bisher trainierte Betriebsverhaltensmodells verworfen wird und mit zukünftig erfassten Beobachtungsdatensätzen neu trainiert wird. Eine Ausreißerdetektion einer hohen Anzahl von abgelegenen Beobachtungsdatensätzen kann darauf hinweisen, dass sich das Betriebsverhalten des Fahrzeugs zum Beispiel durch einen Wechsel des Fahrers signifikant geändert hat.
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Das obige Verfahren wurde als ein Verfahren beschrieben, das in der Steuereinheit des Fahrzeugs ausgeführt wird. Da der Rechenaufwand zur Auswertung der Erfassungspunkte hoch werden kann, kann vorgesehen sein, die Modellerstellung des Betriebsverhaltensmodells und dessen Auswertung fahrzeugextern, beispielsweise in einer fahrzeugexternen Zentraleinheit, insbesondere einem Cloud-System, durchzuführen.
