DE102021209530A1 - Method for operating an electrical energy store, electrical energy store and device - Google Patents

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Johannes Maximilian Nipper
Johannes Swoboda
Venkatrao Desai
Holavanahalli Shashank
Joerg Schneider
Peter Kohn
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Verfahren (100) zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers, aufweisend eine elektrische Energiespeichereinheit, und einen Sensor,wobei in einem ersten Verfahrensschritt (101) ein sicherheitsrelevanter Fehler des elektrischen Energiespeichers festgestellt wird,wobei In einem zweiten Verfahrensschritt (102) überprüft wird, ob der elektrische Energiespeicher trotz des sicherheitsrelevanten Fehlers für einen definierten Zeitraum weiterhin betrieben werden kann,wobei ausgehend von aktuellen Betriebsparameterdaten (I1) des elektrischen Energiespeichers mittels aus einem vorherigen Betrieb des elektrischen Energiespeichers bestimmten Daten (I2) und/oder gespeicherten Betriebsparameterdaten (I3) aus ähnlichen Betriebssituationen und/oder Umgebungsdaten (I4) ein voraussichtlicher Betriebsparameterverlauf für den jeweiligen Betriebsparameter bestimmt beziehungsweise simuliert wird,wobei in einem dritten Verfahrensschritt (103) basierend auf dem Betriebsparameterverlauf entschieden wird, ob der elektrische Energiespeicher für den definierten Zeitraum, insbesondere ohne Einschränkungen, weiter betrieben werden kann oder ob eine Sicherheitsaktion für den elektrischen Energiespeicher ausgeführt werden muss.Method (100) for operating an electrical energy storage device, comprising an electrical energy storage unit and a sensor, wherein a safety-relevant error in the electrical energy storage device is determined in a first method step (101), with a second method step (102) checking whether the electrical Energy store can continue to be operated despite the safety-relevant error for a defined period of time, based on current operating parameter data (I1) of the electrical energy store using data (I2) determined from previous operation of the electrical energy store and/or stored operating parameter data (I3) from similar operating situations and /or environmental data (I4) a probable course of operating parameters for the respective operating parameter is determined or simulated, whereby in a third method step (103) a decision is made based on the course of operating parameters, o b the electrical energy store can continue to be operated for the defined period of time, in particular without restrictions, or whether a safety action for the electrical energy store must be carried out.

Description

Feld der Erfindungfield of invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers, einen elektrischen Energiespeicher und eine Vorrichtung.The present invention relates to a method for operating an electrical energy store, an electrical energy store and a device.

Stand der TechnikState of the art

Die US 2019/0293720 A1 offenbart eine Batteriesicherheitsauswertungsvorrichtung, ein Batteriesicherheitsauswertungsverfahren, ein dauerhaftes Speichermedium, eine Steuerschaltung und ein Energiespeichersystem.The U.S. 2019/0293720 A1 discloses a battery safety evaluation device, a battery safety evaluation method, a persistent storage medium, a control circuit, and an energy storage system.

Die US 2018/0267108 A1 zeigt eine Batteriesicherheitsauswertungsvorrichtung, eine Batteriesteuervorrichtung, ein Batteriesicherheitsauswertungsverfahren, ein dauerhaftes Speichermedium, eine Steuerschaltung und ein Energiespeichersystem.The U.S. 2018/0267108 A1 FIG. 1 shows a battery safety evaluation device, a battery control device, a battery safety evaluation method, a persistent storage medium, a control circuit, and an energy storage system.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Der Kern der Erfindung bei dem Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers, aufweisend eine elektrische Energiespeichereinheit und einen Sensor, besteht darin, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein sicherheitsrelevanter Fehler des elektrischen Energiespeichers festgestellt wird, wobei In einem zweiten Verfahrensschritt überprüft wird, ob der elektrische Energiespeicher trotz des sicherheitsrelevanten Fehlers für einen definierten Zeitraum weiterhin betrieben werden kann, wobei ausgehend von aktuellen Betriebsparameterdaten des elektrischen Energiespeichers mittels aus einem vorherigen Betrieb des elektrischen Energiespeichers bestimmten Daten und/oder gespeicherten Betriebsparameterdaten aus ähnlichen Betriebssituationen und/oder Umgebungsdaten ein voraussichtlicher Betriebsparameterverlauf für den jeweiligen Betriebsparameter bestimmt beziehungsweise simuliert wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt basierend auf dem Betriebsparameterverlauf entschieden wird, ob der elektrische Energiespeicher für den definierten Zeitraum, insbesondere ohne Einschränkungen, weiter betrieben werden kann oder ob eine Sicherheitsaktion für den elektrischen Energiespeicher ausgeführt werden muss.The core of the invention in the method for operating an electrical energy storage device, having an electrical energy storage unit and a sensor, is that in a first method step, a safety-related error in the electrical energy storage device is determined, with a second method step checking whether the electrical energy storage device can continue to be operated despite the safety-relevant error for a defined period of time, based on current operating parameter data of the electrical energy store using data determined from previous operation of the electrical energy store and/or stored operating parameter data from similar operating situations and/or environmental data, a probable operating parameter profile for the respective operating parameter is determined or simulated, with a third step being a decision based on the course of the operating parameters d whether the electrical energy store can continue to be operated for the defined period of time, in particular without restrictions, or whether a safety action must be carried out for the electrical energy store.

Hintergrund der Erfindung ist, dass die Verfügbarkeit des elektrischen Energiespeichers verbessert wird. Dabei kann der definierte Zeitraum genutzt werden, um eine Vorrichtung, die aus dem elektrischen Energiespeicher gespeist wird, nicht unmittelbar abzuschalten, sondern in einer sicheren Position abzustellen, beispielsweise mittels eines autonomen Fahrmanövers.The background to the invention is that the availability of the electrical energy store is improved. In this case, the defined period of time can be used so that a device that is fed from the electrical energy store is not switched off immediately, but is parked in a safe position, for example by means of an autonomous driving maneuver.

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

Vorteilhafterweise wird bei dem Verfahren sichergestellt, dass keiner der Betriebsparameter des elektrischen Energiespeichers, insbesondere Temperatur und/oder Zellspannung und/oder Strom, innerhalb des definierten Zeitraums einen jeweiligen Sicherheitsgrenzwert überschreitet.The method advantageously ensures that none of the operating parameters of the electrical energy store, in particular temperature and/or cell voltage and/or current, exceed a respective safety limit value within the defined period of time.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung werden im dritten Verfahrensschritt mehrere Betriebsparameterverläufe für zumindest einen Betriebsparameter bestimmt, die unterschiedliche Eintrittswahrscheinlichkeiten aufweisen. Dadurch kann abhängig von der erforderlichen Betriebssicherheit des elektrischen Energiespeichers entweder der Betriebsparameterverlauf mit der höchsten Eintrittswahrscheinlichkeit oder der Betriebsparameterverlauf mit der größten Abweichung des Betriebsparameters vom aktuellen Betriebsparameterwert im dritten Verfahrensschritt verwendet werden. According to an advantageous embodiment, in the third method step, several operating parameter curves are determined for at least one operating parameter, which have different probabilities of occurrence. As a result, depending on the required operational reliability of the electrical energy store, either the operating parameter profile with the highest probability of occurrence or the operating parameter profile with the greatest deviation of the operating parameter from the current operating parameter value can be used in the third method step.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn der jeweilige Betriebsparameterverlauf nur für den definierten Zeitraum bestimmt wird. Somit kann der Berechnungsaufwand beziehungsweise Simulationsaufwand reduziert werden.Furthermore, it is advantageous if the respective course of the operating parameters is only determined for the defined period of time. The calculation effort or simulation effort can thus be reduced.

Vorteilhafterweise wird zur Simulation beziehungsweise Bestimmung des voraussichtlichen Betriebsparameterverlaufs ein elektrochemisches Batteriezellmodel verwendet. Dadurch wird eine hohe Genauigkeit bei der Simulation beziehungsweise Bestimmung des voraussichtlichen Betriebsparameterverlaufs ermöglicht.An electrochemical battery cell model is advantageously used to simulate or determine the probable course of the operating parameters. This enables a high level of accuracy in the simulation or determination of the probable course of the operating parameters.

Alternativ oder zusätzlich werden zur Simulation beziehungsweise Bestimmung des voraussichtlichen Betriebsparameterverlaufs aus einem Datenblatt des elektrischen Energiespeichers bekannte charakteristische Parameter des elektrischen Energiespeichers verwendet. Somit ist eine vereinfachte Simulation beziehungsweise Bestimmung des voraussichtlichen Betriebsparameterverlaufs ermöglicht.Alternatively or additionally, characteristic parameters of the electrical energy store that are known from a data sheet of the electrical energy store are used for simulating or determining the probable course of the operating parameters. A simplified simulation or determination of the probable course of the operating parameters is thus made possible.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind aus dem vorherigen Betrieb des elektrischen Energiespeichers bestimmte Daten ein Ladezustand, ein Gesundheitszustand und/oder ein Nutzerprofil, insbesondere Fahrerprofil, des elektrischen Energiespeichers. Diese aus dem vorherigen Betrieb bestimmten Daten ermöglichen eine Berücksichtigung des aktuellen Zustands des elektrischen Energiespeichers und/oder eine Berücksichtigung von Anforderungen an den elektrischen Energiespeicher bei der Bestimmung beziehungsweise Simulation des voraussichtlichen Betriebsparameterverlaufs.According to an advantageous embodiment, data determined from the previous operation of the electrical energy store is a state of charge, a state of health and/or a user profile, in particular a driver profile, of the electrical energy store. These data, determined from the previous operation, make it possible to take into account the current state of the electrical energy store and/or to take into account Requirements for the electrical energy storage device when determining or simulating the expected course of operating parameters.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind gespeicherte Betriebsparameterdaten aus früheren ähnlichen Betriebssituationen, insbesondere Fahrsituationen, ein Temperaturverlauf, ein Stromverlauf und/oder ein Spannungsverlauf des elektrischen Energiespeichers. Diese gespeicherten Betriebsparameterdaten aus früheren ähnlichen Betriebssituationen ermöglichen einen reduzierten Berechnungsaufwand beziehungsweise Simulationsaufwand für den voraussichtlichen Betriebsparameterverlauf in der aktuellen Betriebssituation.According to a further advantageous refinement, stored operating parameter data from earlier similar operating situations, in particular driving situations, is a temperature profile, a current profile and/or a voltage profile of the electrical energy store. These stored operating parameter data from earlier similar operating situations enable a reduced calculation effort or simulation effort for the probable course of the operating parameters in the current operating situation.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind Umgebungsdaten Wetterdaten und/oder ein Nutzungsprofil, insbesondere Fahrprofil beziehungsweise Straßenprofil. According to a further advantageous refinement, environmental data are weather data and/or a usage profile, in particular a driving profile or road profile.

Diese Umgebungsdaten ermöglichen eine verbesserte Genauigkeit bei der Bestimmung beziehungsweise Simulation des voraussichtlichen Betriebsparameterverlaufs.These environmental data enable improved accuracy in determining or simulating the probable course of the operating parameters.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn als Sicherheitsaktion der elektrische Energiespeicher abgeschaltet wird und/oder eine Schaltvorrichtung an einem Anschluss des elektrischen Energiespeichers geöffnet wird, insbesondere in Laderichtung und Entladerichtung. Somit ist ein weiteres Laden und Entladen des elektrischen Energiespeichers verhinderbar.Furthermore, it is advantageous if the electrical energy store is switched off as a safety measure and/or a switching device at a connection of the electrical energy store is opened, in particular in the charging direction and discharging direction. Further charging and discharging of the electrical energy store can thus be prevented.

Alternativ ist es von Vorteil, wenn als Sicherheitsaktion der elektrische Energiespeicher in einem Sicherheitsbetriebsmodus betrieben wird, insbesondere wobei im Sicherheitsbetriebsmodus der Strom und/oder eine Leistung des elektrischen Energiespeichers begrenzt wird und/oder die Schaltvorrichtung in Laderichtung geöffnet wird. Dadurch ist der elektrische Energiespeicher weiterhin betreibbar um zumindest eine aus dem elektrischen Energiespeicher gespeiste Vorrichtung in eine sichere Position zu bringen, bevor der elektrische Energiespeicher in einen sicheren Zustand überführt wird.Alternatively, it is advantageous if the electrical energy storage device is operated in a safety operating mode as a safety measure, in particular with the current and/or power of the electrical energy storage device being limited in the safety operating mode and/or the switching device being opened in the charging direction. As a result, the electrical energy store can continue to be operated in order to bring at least one device fed from the electrical energy store into a safe position before the electrical energy store is switched to a safe state.

Außerdem ist es von Vorteil, wenn in einem vierten Verfahrensschritt der elektrische Energiespeicher für den definierten Zeitraum weiter betrieben wird, insbesondere ohne Einschränkungen. Somit wird trotz des sicherheitsrelevanten Fehlers ein Betrieb des elektrischen Energiespeichers mit voller Leistung und ohne Sicherheitsrisiko ermöglicht.In addition, it is advantageous if, in a fourth method step, the electrical energy store continues to be operated for the defined period of time, in particular without restrictions. Thus, despite the safety-relevant error, it is possible to operate the electrical energy store at full power and without any safety risk.

Vorteilhafterweise wird die Schaltvorrichtung dabei während des definierten Zeitraums, insbesondere mittels eines Haltestromkreises, geschlossen gehalten. Dadurch ist ein ungewolltes Öffnen der Schaltvorrichtung verhinderbar.The switching device is advantageously kept closed during the defined period of time, in particular by means of a holding current circuit. As a result, an unintentional opening of the switching device can be prevented.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn in einem fünften Verfahrensschritt nach dem dritten Verfahrensschritt die Sicherheitsaktion für den elektrischen Energiespeicher ausgeführt wird. Somit kann ein sicherheitskritischer Zustand des elektrischen Energiespeichers verhindert werden.Furthermore, it is advantageous if the safety action for the electrical energy store is carried out in a fifth method step after the third method step. A safety-critical state of the electrical energy store can thus be prevented.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird mittels der Betriebsparameterverläufe ein Sicherheitsparameterwert des elektrischen Energiespeichers berechnet, insbesondere wobei der Sicherheitsparameterwert zur Steuerung eines Haltestromkreises für die Schaltvorrichtung oder für Anwendungen mit erhöhten Sicherheitsanforderungen wie ein autonomes Fahrmanöver verwendet wird.According to an advantageous embodiment, a safety parameter value of the electrical energy store is calculated using the operating parameter curves, in particular the safety parameter value being used to control a holding circuit for the switching device or for applications with increased safety requirements such as an autonomous driving maneuver.

Beispielsweise ist ein sicherheitsrelevanter Fehler ein Sensorausfall oder ein Ausfall einer Steuereinheit des elektrischen Energiespeichers.For example, a safety-relevant error is a sensor failure or a failure of a control unit of the electrical energy store.

Der Kern der Erfindung bei dem elektrischen Energiespeicher aufweisend eine elektrische Energiespeichereinheit und einen Sensor besteht darin, dass der elektrische Energiespeicher eingerichtet ist, mittels eines Verfahrens wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf das Verfahren bezogenen Ansprüche betrieben zu werden.The core of the invention in the case of the electrical energy storage device having an electrical energy storage unit and a sensor is that the electrical energy storage device is set up to be operated using a method as described above or according to one of the claims relating to the method.

Hintergrund der Erfindung ist, dass die Verfügbarkeit des elektrischen Energiespeichers verbessert wird. Dabei kann der definierte Zeitraum genutzt werden, um eine Vorrichtung, die aus dem elektrischen Energiespeicher gespeist wird, nicht unmittelbar abzuschalten, sondern sicher abzuschalten.The background to the invention is that the availability of the electrical energy store is improved. In this case, the defined period of time can be used so that a device that is fed from the electrical energy store is not switched off immediately, but rather is switched off safely.

Der Kern der Erfindung bei der Vorrichtung, insbesondere Fahrzeug, besteht darin, dass die Vorrichtung einen elektrischen Energiespeicher wie zuvor beschrieben beziehungsweise nach einem der auf den elektrischen Energiespeicher bezogenen Ansprüche aufweist.The core of the invention in the device, in particular the vehicle, is that the device has an electrical energy store as described above or according to one of the claims related to the electrical energy store.

Hintergrund der Erfindung ist, dass die Verfügbarkeit der Vorrichtung verbessert wird. Dabei kann der definierte Zeitraum genutzt werden, um die Vorrichtung, die aus dem elektrischen Energiespeicher gespeist wird, nicht unmittelbar abzuschalten, sondern in eine sichere Position zu bringen, bevor der elektrische Energiespeicher in den sicheren Zustand überführt wird.The background to the invention is that the availability of the device is improved. In this case, the defined period of time can be used so that the device, which is fed from the electrical energy store, is not switched off immediately, but rather brought into a safe position before the electrical energy store is switched to the safe state.

Vorteilhafterweise wird das Verfahren zur Ausführung eines autonomen Fahrmanövers genutzt, beispielsweise um das Fahrzeug an einer sicheren Position abzustellen.The method is advantageously used to carry out an autonomous driving maneuver, for example to park the vehicle in a safe position.

Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above configurations and developments can be combined with one another as desired, insofar as this makes sense. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments that are not explicitly mentioned. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.

Figurenlistecharacter list

Im folgenden Abschnitt wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf das die Erfindung aber in ihrem Umfang nicht beschränkt ist, erläutert. Das Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.In the following section, the invention is explained using an exemplary embodiment, from which further inventive features can result, but to which the scope of the invention is not limited. The embodiment is shown in the drawing.

Es zeigt:

  • 1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers.
It shows:
  • 1 a schematic flowchart of a method 100 according to the invention for operating an electrical energy store.

1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers, der eine Schaltvorrichtung, zumindest eine elektrische Energiespeichereinheit, aufweisend ein elektrisches Energiespeichermodul beziehungsweise eine elektrische Energiespeicherzelle, zumindest einen Sensor, beispielsweise einen Stromsensor und/oder einen Spannungssensor und/oder einen Temperatursensor, einen Anschluss und eine Steuereinheit mit einem Speicherelement aufweist. 1 shows a schematic flowchart of the method 100 according to the invention for operating an electrical energy storage device, which has a switching device, at least one electrical energy storage unit, having an electrical energy storage module or an electrical energy storage cell, at least one sensor, for example a current sensor and/or a voltage sensor and/or a temperature sensor, has a connection and a control unit with a memory element.

Der jeweilige Sensor kann dabei Bestandteil der Schaltvorrichtung sein, beispielsweise als Temperatursensor eines Kühlmittels für die Schaltvorrichtung, oder in beziehungsweise an der elektrischen Energiespeichereinheit angeordnet sein, beispielsweise um eine Temperatur der elektrischen Energiespeichereinheit oder einen Ladestrom oder Entladestrom oder eine Zellspannung zu überwachen.The respective sensor can be part of the switching device, for example as a temperature sensor of a coolant for the switching device, or can be arranged in or on the electrical energy storage unit, for example to monitor a temperature of the electrical energy storage unit or a charging current or discharging current or a cell voltage.

Die Schaltvorrichtung ist dabei vorzugsweise zwischen zumindest einer elektrischen Energiespeichereinheit und dem Anschluss des elektrischen Energiespeichers angeordnet. Vorzugweise weist die Schaltvorrichtung zumindest zwei Halbleiterschalter auf, insbesondere MOSFETs, die antiseriell geschaltet angeordnet sind, so dass die Schaltvorrichtung nur in Laderichtung des elektrischen Energiespeichers öffnen kann oder nur in Entladerichtung des elektrischen Energiespeichers öffnen kann oder in Entladerichtung und Laderichtung gleichzeitig öffnen kann.In this case, the switching device is preferably arranged between at least one electrical energy storage unit and the connection of the electrical energy storage device. Preferably, the switching device has at least two semiconductor switches, in particular MOSFETs, which are connected back-to-back in series, so that the switching device can only open in the charging direction of the electrical energy store or can only open in the discharging direction of the electrical energy store, or can open in the discharging and charging directions at the same time.

Alternativ kann die Schaltvorrichtung auch außerhalb des elektrischen Energiespeichers angeordnet und mit dem Anschluss verbunden sein, beispielsweise als Teil eines mit dem elektrischen Energiespeicher verbindbaren Gleichspannungswandlers.Alternatively, the switching device can also be arranged outside of the electrical energy store and connected to the connection, for example as part of a DC-DC converter that can be connected to the electrical energy store.

Das Verfahren 100 weist zeitlich aufeinander folgende Verfahrensschritte auf:

  • In einem ersten Verfahrensschritt 101 wird ein sicherheitsrelevanter Fehler des elektrischen Energiespeichers festgestellt.
The method 100 has sequential method steps:
  • In a first method step 101, a safety-related error in the electrical energy store is determined.

In einem zweiten Verfahrensschritt 102 wird überprüft, ob der elektrische Energiespeicher trotz des sicherheitsrelevanten Fehlers für einen definierten Zeitraum weiterhin betrieben werden kann. Dabei muss sichergestellt werden, dass keiner der Betriebsparameter des elektrischen Energiespeichers, beispielsweise Temperatur und/oder Zellspannung und/oder Strom, innerhalb des definierten Zeitraums einen jeweiligen Sicherheitsgrenzwert überschreitet.In a second method step 102, it is checked whether the electrical energy store can continue to be operated despite the safety-relevant error for a defined period of time. In this case, it must be ensured that none of the operating parameters of the electrical energy store, for example temperature and/or cell voltage and/or current, exceed a respective safety limit value within the defined period of time.

Dazu können verschiedene Informationen über den elektrischen Energiespeicher einzeln oder gleichzeitig verwendet werden:

  • - Aktuelle Betriebsparameterdaten I1: zum Beispiel Zellspannung, Modultemperatur, Stromverbrauch des elektrischen Energiespeichers;
  • - Aus einem vorherigen Betrieb des elektrischen Energiespeichers bestimmte Daten I2: zum Beispiel Ladezustand, Gesundheitszustand, Nutzerprofil, insbesondere Fahrerprofil, insbesondere die in dem Speichermittel abgespeichert sind;
  • - Gespeicherte Betriebsparameterdaten 13 aus früheren ähnlichen Betriebssituationen, insbesondere Fahrsituationen: zum Beispiel Temperaturverlauf, Stromverlauf, Spannungsverlauf, insbesondere die in dem Speichermittel abgespeichert sind;
  • - Umgebungsdaten I4: zum Beispiel Wetterdaten, Nutzungsprofil, insbesondere Fahrprofil beziehungsweise Straßenprofil, insbesondere die in dem Speichermittel abgespeichert sind.
Various pieces of information about the electrical energy storage device can be used individually or simultaneously for this purpose:
  • - Current operating parameter data I1: for example cell voltage, module temperature, power consumption of the electrical energy store;
  • - Data I2 determined from a previous operation of the electrical energy store: for example state of charge, state of health, user profile, in particular driver profile, in particular stored in the storage means;
  • - Stored operating parameter data 13 from earlier similar operating situations, in particular driving situations: for example, temperature profile, current profile, voltage profile, in particular stored in the storage means;
  • - Environment data I4: for example weather data, usage profile, in particular driving profile or road profile, in particular stored in the storage means.

Ausgehend von den aktuellen Betriebsparameterdaten I1 wird mittels den aus dem vorherigen Betrieb des elektrischen Energiespeichers bestimmten Daten I2 und/oder den gespeicherten Betriebsparameterdaten I3 aus ähnlichen Betriebssituationen und/oder den Umgebungsdaten I4 ein voraussichtlicher Betriebsparameterverlauf für den jeweiligen Betriebsparameter bestimmt beziehungsweise simuliert, insbesondere ein Betriebsparameterverlauf für den definierten Zeitraum. Dazu wird ein elektrochemisches Batteriezellmodel und/oder aus einem Datenblatt des elektrischen Energiespeichers bekannte charakteristische Parameter des elektrischen Energiespeichers verwendet. Vorzugsweise werden dabei jeweils mehrere Betriebsparameterverläufe bestimmt, die unterschiedliche Eintrittswahrscheinlichkeiten aufweisen.Based on the current operating parameter data I1, a probable operating parameter curve for the respective operating parameter is determined or simulated, in particular an operating parameter curve for the defined period. For this purpose, an electrochemical battery cell model and / or from a Data sheet of the electrical energy storage device uses known characteristic parameters of the electrical energy storage device. A number of operating parameter curves are preferably determined in each case, which have different probabilities of occurrence.

Mittels der Betriebsparameterverläufe kann ein Sicherheitsparameterwert des elektrischen Energiespeichers berechnet werden, der beispielsweise zur Steuerung eines Haltestromkreises für die Schaltvorrichtung oder für Anwendungen mit erhöhten Sicherheitsanforderungen wie ein autonomes Fahrmanöver verwendet werden kann.A safety parameter value of the electrical energy store can be calculated using the operating parameter curves, which safety parameter value can be used, for example, to control a holding circuit for the switching device or for applications with increased safety requirements such as an autonomous driving maneuver.

In einem dritten Verfahrensschritt 103 wird basierend auf dem Betriebsparameterverlauf beziehungsweise dem Sicherheitsparameterwert entschieden, ob der elektrische Energiespeicher für den definierten Zeitraum, insbesondere ohne Einschränkungen, betrieben werden kann oder ob eine Sicherheitsaktion für den elektrischen Energiespeicher ausgeführt werden muss, beispielsweise der elektrische Energiespeicher abgeschaltet werden muss oder die Schaltvorrichtung geöffnet werden muss oder der elektrische Energiespeicher in einem Sicherheitsbetriebsmodus betrieben werden kann, wie eine Strombegrenzung oder Öffnen der Schaltvorrichtung in Laderichtung.In a third method step 103, based on the course of the operating parameters or the safety parameter value, a decision is made as to whether the electrical energy store can be operated for the defined period of time, in particular without restrictions, or whether a safety action must be carried out for the electrical energy store, for example the electrical energy store must be switched off or the switching device has to be opened or the electrical energy store can be operated in a safety operating mode, such as a current limitation or opening of the switching device in the charging direction.

In einem vierten Verfahrensschritt 104 wird der elektrische Energiespeicher für den definierten Zeitraum weiter betrieben, insbesondere ohne Einschränkungen. In a fourth method step 104, the electrical energy store continues to be operated for the defined period of time, in particular without restrictions.

Alternativ wird in einem fünften Verfahrensschritt 105 nach dem dritten Verfahrensschritt 103 die Sicherheitsaktion für den elektrischen Energiespeicher ausgeführt.Alternatively, in a fifth method step 105 after the third method step 103, the safety action for the electrical energy store is carried out.

Der definierte Zeitraum ist vorzugsweise größer als 10 s und kleiner als 5 Minuten, insbesondere größer als 30 s und kleiner als 2 Minuten, vorzugweise beträgt der definierte Zeitraum eine Minute.The defined time period is preferably greater than 10 s and less than 5 minutes, in particular greater than 30 s and less than 2 minutes, and the defined time period is preferably one minute.

Unter einem elektrischen Energiespeicher wird hierbei ein wiederaufladbarer Energiespeicher verstanden, insbesondere aufweisend eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeichermodul aufweisend zumindest eine elektrochemische Energiespeicherzelle und/oder ein Energiespeicherpack aufweisend zumindest ein Energiespeichermodul. Die Energiespeicherzelle ist als lithiumbasierte Batteriezelle, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, ausführbar. Alternativ ist die Energiespeicherzelle als Lithium-Polymer-Batteriezelle oder Nickel-Metallhydrid-Batteriezelle oder Blei-Säure-Batteriezelle oder Lithium-Luft-Batteriezelle oder Lithium-Schwefel-Batteriezelle ausgeführt.An electrical energy store is understood to mean a rechargeable energy store, in particular having an electrochemical energy storage cell and/or an energy storage module having at least one electrochemical energy storage cell and/or an energy storage pack having at least one energy storage module. The energy storage cell can be designed as a lithium-based battery cell, in particular a lithium-ion battery cell. Alternatively, the energy storage cell is designed as a lithium polymer battery cell or nickel metal hydride battery cell or lead acid battery cell or lithium air battery cell or lithium sulfur battery cell.

Unter einem Fahrzeug wird hierbei ein Landfahrzeug, zum Beispiel ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen, oder ein Luftfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug verstanden, insbesondere ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Das Fahrzeug ist beispielsweise ein batterieelektrisch angetriebenes Fahrzeug, das einen rein elektrischen Antrieb aufweist, oder ein Hybridfahrzeug, das einen elektrischen Antrieb und einen Verbrennungsmotor aufweist.A vehicle is understood here as a land vehicle, for example a passenger car or a truck, or an aircraft or a watercraft, in particular an at least partially electrically powered vehicle. The vehicle is, for example, a battery-electric vehicle that has a purely electric drive, or a hybrid vehicle that has an electric drive and an internal combustion engine.

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Claims (13)

Verfahren (100) zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers, aufweisend eine elektrische Energiespeichereinheit, und einen Sensor, wobei in einem ersten Verfahrensschritt (101) ein sicherheitsrelevanter Fehler des elektrischen Energiespeichers festgestellt wird, wobei In einem zweiten Verfahrensschritt (102) überprüft wird, ob der elektrische Energiespeicher trotz des sicherheitsrelevanten Fehlers für einen definierten Zeitraum weiterhin betrieben werden kann, wobei ausgehend von aktuellen Betriebsparameterdaten (I1) des elektrischen Energiespeichers mittels aus einem vorherigen Betrieb des elektrischen Energiespeichers bestimmten Daten (I2) und/oder gespeicherten Betriebsparameterdaten (I3) aus ähnlichen Betriebssituationen und/oder Umgebungsdaten (I4) ein voraussichtlicher Betriebsparameterverlauf für den jeweiligen Betriebsparameter bestimmt beziehungsweise simuliert wird, wobei in einem dritten Verfahrensschritt (103) basierend auf dem Betriebsparameterverlauf entschieden wird, ob der elektrische Energiespeicher für den definierten Zeitraum, insbesondere ohne Einschränkungen, weiter betrieben werden kann oder ob eine Sicherheitsaktion für den elektrischen Energiespeicher ausgeführt werden muss.Method (100) for operating an electrical energy storage device, comprising an electrical energy storage unit and a sensor, a safety-relevant error in the electrical energy store being determined in a first method step (101), wherein in a second method step (102) it is checked whether the electrical energy store can continue to be operated despite the safety-relevant error for a defined period of time, based on current operating parameter data (I1) of the electrical energy store, using data (I2) determined from previous operation of the electrical energy store and/or stored operating parameter data (I3) from similar operating situations and/or environmental data (I4), a probable operating parameter profile for the respective operating parameter is determined or is simulated, in a third method step (103), based on the course of the operating parameters, a decision is made as to whether the electrical energy storage device can continue to be operated for the defined period of time, in particular without restrictions, or whether a safety action for the electrical energy storage device must be carried out. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sichergestellt wird, dass keiner der Betriebsparameter des elektrischen Energiespeichers, insbesondere Temperatur und/oder Zellspannung und/oder Strom, innerhalb des definierten Zeitraums einen jeweiligen Sicherheitsgrenzwert überschreitet.Method (100) according to claim 1 , characterized in that it is ensured that none of the operating parameters of the electrical energy store, in particular temperature and/or cell voltage and/or current, exceeds a respective safety limit value within the defined period of time. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im dritten Verfahrensschritt (103) mehrere Betriebsparameterverläufe für zumindest einen Betriebsparameter bestimmt werden, wobei die Betriebsparameterverläufe unterschiedliche Eintrittswahrscheinlichkeiten aufweisen.Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that in the third method step (103) a plurality of operating parameter profiles are determined for at least one operating parameter, the operating parameter profiles having different probabilities of occurrence. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Betriebsparameterverlauf nur für den definierten Zeitraum bestimmt wird.Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a respective course of operating parameters is only determined for the defined period of time. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Simulation beziehungsweise Bestimmung des voraussichtlichen Betriebsparameterverlaufs ein elektrochemisches Batteriezellmodel und/oder aus einem Datenblatt des elektrischen Energiespeichers bekannte charakteristische Parameter des elektrischen Energiespeichers verwendet werden.Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that an electrochemical battery cell model and/or characteristic parameters of the electrical energy store known from a data sheet of the electrical energy store are used to simulate or determine the probable course of operating parameters. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem vorherigen Betrieb des elektrischen Energiespeichers bestimmte Daten (I2) ein Ladezustand und/oder ein Gesundheitszustand und/oder ein Nutzerprofil, insbesondere Fahrerprofil, des elektrischen Energiespeichers sind, und/oder dass gespeicherte Betriebsparameterdaten (I3) aus früheren ähnlichen Betriebssituationen, insbesondere Fahrsituationen, ein Temperaturverlauf und/oder ein Stromverlauf und/oder ein Spannungsverlauf des elektrischen Energiespeichers sind, und/oder dass Umgebungsdaten (I4) Wetterdaten und/oder ein Nutzungsprofil, insbesondere Fahrprofil beziehungsweise Straßenprofil, sind.Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that data (I2) determined from the previous operation of the electrical energy store is a state of charge and/or a state of health and/or a user profile, in particular a driver profile, of the electrical energy store and/or that stored operating parameter data (I3) from earlier similar operating situations, in particular driving situations, are a temperature profile and/or a current profile and/or a voltage profile of the electrical energy store, and/or that environmental data (I4) are weather data and/or a usage profile, in particular a driving profile or road profile , are. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sicherheitsaktion der elektrische Energiespeicher abgeschaltet wird und/oder eine Schaltvorrichtung an einem Anschluss des elektrischen Energiespeichers geöffnet wird, insbesondere in Laderichtung und Entladerichtung, oder der elektrische Energiespeicher in einem Sicherheitsbetriebsmodus betrieben wird, insbesondere wobei im Sicherheitsbetriebsmodus der Strom und/oder eine Leistung des elektrischen Energiespeichers begrenzt wird und/oder die Schaltvorrichtung in Laderichtung geöffnet wird.Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical energy store is switched off as a safety action and/or a switching device at a connection of the electrical energy store is opened, in particular in the charging direction and discharging direction, or the electrical energy store is operated in a safety operating mode , In particular wherein the current and / or power of the electrical energy storage device is limited in the safety operating mode and / or the switching device is opened in the charging direction. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem vierten Verfahrensschritt (104) der elektrische Energiespeicher für den definierten Zeitraum weiter betrieben wird, insbesondere ohne Einschränkungen, insbesondere wobei die Schaltvorrichtung während des definierten Zeitraums, insbesondere mittels eines Haltestromkreises, geschlossen gehalten wird.Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that in a fourth method step (104) the electrical energy storage device continues to be operated for the defined period of time, in particular without restrictions, in particular the switching device being switched off during the defined period of time, in particular by means of a holding current circuit is kept closed. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem fünften Verfahrensschritt (105) nach dem dritten Verfahrensschritt (103) die Sicherheitsaktion für den elektrischen Energiespeicher ausgeführt wird.Method (100) according to any one of Claims 1 until 8th , characterized in that in a fifth method step (105) after the third method step (103), the safety action for the electrical energy store is performed. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Betriebsparameterverläufe ein Sicherheitsparameterwert des elektrischen Energiespeichers berechnet wird, insbesondere wobei der Sicherheitsparameterwert zur Steuerung eines Haltestromkreises für die Schaltvorrichtung oder für Anwendungen mit erhöhten Sicherheitsanforderungen, insbesondere für ein autonomes Fahrmanöver, verwendet wird.Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a safety parameter value of the electrical energy store is calculated by means of the operating parameter curves, in particular the safety parameter value being used to control a holding circuit for the switching device or for applications with increased safety requirements, in particular for an autonomous driving maneuver becomes. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein sicherheitsrelevanter Fehler ein Sensorausfall oder ein Ausfall einer Steuereinheit des elektrischen Energiespeichers ist.Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a safety-relevant error is a sensor failure or a failure of a control unit of the electrical energy store. Elektrischer Energiespeicher aufweisend eine elektrische Energiespeichereinheit und einen Sensor, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher eingerichtet ist, mittels eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche betrieben zu werden.Electrical energy store having an electrical energy store unit and a sensor, characterized in that the electrical energy store is set up to be operated by means of a method according to one of the preceding claims. Vorrichtung, insbesondere Fahrzeug, aufweisend einen elektrischen Energiespeicher nach Anspruch 12.Device, in particular vehicle, having an electrical energy store claim 12 .
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