DE102022133576A1

DE102022133576A1 - Verfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs in einem V2X-Anwendungsfall

Info

Publication number: DE102022133576A1
Application number: DE102022133576.3A
Authority: DE
Inventors: Jens Berger; Alexander Ewald
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2022-12-16
Filing date: 2022-12-16
Publication date: 2024-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum bidirektionalen Laden einer Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs in einem V2X-Anwendungsfall, bei dem zumindest eine Breite (ΔSoC) eines Ladefensters, innerhalb dessen ein Ladezustand (SoC) der Antriebsbatterie für einen V2X-Ladevorgang gehalten wird, abhängig von einem Gesundheitszustand der Antriebsbatterie festgelegt wird. Die Erfindung betrifft auch ein Elektrofahrzeug, wobei das Elektrofahrzeug zum Durchführen des Verfahrens eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein System mit einem Elektrofahrzeug und einer externen Instanz, wobei die externe Instanz dazu eingerichtet ist, die Breite des Ladefensters festzulegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum bidirektionalen Laden einer Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs in einem V2X-Anwendungsfall, bei dem eine Breite eines Ladefensters, innerhalb dessen ein Ladezustand der Antriebsbatterie für einen V2X-Ladevorgang gehalten wird, festgelegt wird. Die Erfindung betrifft auch ein Elektrofahrzeug, das zum Durchführen des Verfahrens eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein System mit einem Elektrofahrzeug und einer externen Instanz, wobei die externe Instanz dazu eingerichtet ist, die Breite des Ladefensters festzulegen.
DE 10 2014 223 284 B4 offenbart ein computer-implementiertes Verfahren zum Speichern elektrischer Ladung in einem mit einer Ladestation verbundenen elektrischen Fahrzeug, wobei das Verfahren umfasst: Erlangen eines minimalen Ladezustands für das elektrische Fahrzeug; Bestimmen einer Zeit, um das elektrische Fahrzeug bis zu einem maximalen Ladezustand zu laden; Benachrichtigen eines Stromnetzes, dass das elektrische Fahrzeug verfügbar ist, um elektrische Ladung für das Stromnetz bis zu der bestimmten Zeit zu speichern; Beibehalten eines Ladezustands des elektrischen Fahrzeugs zwischen dem minimalen Ladezustand und einem Schwellenwert-Ladezustand bis zu der bestimmten Zeit durch wiederholtes Laden des elektrischen Fahrzeugs bis zu dem Schwellenwert-Ladezustand und Erlauben eines Entladens des elektrischen Fahrzeugs bis zu dem minimalen Ladezustand bis zu der bestimmten Zeit; und Laden des elektrischen Fahrzeugs bis zu dem maximalen Ladezustand, zu der bestimmten Zeit, wobei der Schwellenwert-Ladezustand größer ist als der minimale Ladezustand und der maximale Ladezustand größer oder gleich dem Schwellenwert-Ladezustand ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zumindest teilweise zu überwinden und insbesondere eine verbesserte Möglichkeit bereitzustellen, eine Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs in einem V2X-Anwendungsfall besonders batterieschonend zu laden.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen sowie der Beschreibung entnehmbar.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum bidirektionalen Laden einer Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs in einem V2X-Anwendungsfall, bei dem zumindest eine Breite eines Ladefensters, innerhalb dessen ein Ladezustand der Antriebsbatterie für einen V2X-Ladevorgang gehalten wird bzw. werden soll, abhängig von einem Gesundheitszustand der Antriebsbatterie festgelegt wird.
Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass auch die Breite des Ladefensters (Im Folgenden auch als „Fensterbreite“ bezeichnet) gezielt daraufhin festgelegt werden kann, wie gesund oder weniger gesund die Antriebsbatterie ist und damit die Antriebsbatterie besonders batterieschonend ladbar ist. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, dass der Gesundheitszustand der Antriebsbatterie bei einem V2X-Ladevorgang nicht nur von einer Einstellung eines oberen Schwellwert des Ladezustands merklich abhängt, sondern auch davon, ob das Ladefensters schmal oder breit ist.
Das bidirektionale Laden, im Folgenden auch einfach nur Laden genannt, umfasst ein Aufladen und Entladen der Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs in einem V2X-Anwendungsfall.
Die Antriebsbatterie kann beispielsweise eine Lithiumionen-Batterie sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
Das Elektrofahrzeug kann beispielsweise ein Plug-In-Hybridfahrzeug, PHEV, oder ein vollelektrisch angetriebenes Fahrzeug sein, z.B. ein batteriebetriebenes Fahrzeug, BEV. Das Elektrofahrzeug kann z.B. ein Personenwagen, Lastwagen, Bus, Motorrad, usw. sein. Zu bidirektionalen Laden sind sowohl das Elektrofahrzeug als auch der Ladepunkt, an den das Elektrofahrzeug angeschlossen ist, dazu eingerichtet. Ladepunkt und Elektrofahrzeug können insbesondere miteinander kommunizieren, z.B. über ein Ladekabel, z.B. gemäß ISO 15118-20. Der Ladepunkt kann z.B. eine öffentliche Ladestation oder eine Wallbox sein.
Unter einem V2X-Anwendungsfall wird ein Anwendungsfall oder Situation verstanden, bei der das Elektrofahrzeug mit einem Ladepunkt gekoppelt ist und einen Ladevorgang durchführt oder durchführen kann, bei dem seine Antriebsbatterie insbesondere phasenweise aufgeladen oder entladen wird. Der Ladevorgang kann beispielsweise durch den Ladepunkt oder durch das Elektrofahrzeug gesteuert werden. Es ist eine Weiterbildung, dass der Ladevorgang mindestens eine Aufladephase, mindestens eine Entladephase und ggf. mindestens eine Ruhephase ohne Ladetätigkeit umfasst. Dabei ist die Entität, mittels der elektrische Energie ausgetauscht wird, grundsätzlich beliebig und kann z.B. ein öffentliches Stromverteilnetz („Vehicle-to-Grid“- bzw. V2G-Anwendungsfall), ein lokales Energienetz („Vehicle-to-Home“- bzw. V2H-Anwendungsfall) oder sogar ein anderes Fahrzeug („Vehicle-to-Vehicle“- bzw. V2V-Anwendungsfall) usw. sein.
Unter einem Ladefenster wird ein Bereich zwischen einem unteren Ladezustandsschwellwert, der während eines V2X-Ladevorgangs nicht unterschritten werden soll, und einem oberen Ladezustandsschwellwert, der während eines V2X-Ladevorgangs nicht überschritten werden soll, verstanden. Es kann auch als Speicherband bezeichnet werden. Die Differenz zwischen dem oberen Ladezustandsschwellwert und dem unteren Ladezustandsschwellwert kann auch als Speicherbandbreite oder Speicherhub bezeichnet werden und entspricht der Breite des Ladefensters.
Dass der Ladezustand innerhalb des Ladefensters gehalten wird, kann insbesondere bedeuten, dass der V2X-Ladevorgang so gesteuert wird, dass die Schwellwerte normalerweise (d.h., bis auf ggf. auftretende Sondersituationen) nicht übertreten werden.
Unter einem Gesundheitszustand der Antriebsbatterie wird insbesondere deren Zustand im Vergleich zu einer frischen, unbelasteten Antriebsbatterie verstanden. Der Gesundheitszustand verschlechtert sich typischerweise im Vergleich zu einer frischen, unbelasteten Antriebsbatterie z.B. durch kalendarische oder nutzungsbedingte Alterung. Ein verschlechterter Gesundheitszustand bedingt in der Regel eine Verkürzung einer verbleibenden Lebensdauer der Antriebsbatterie.
Die Breite des Ladefensters kann abhängig von dem Gesundheitszustand der Antriebsbatterie verkleinert oder vergrößert werden. Die Breite des Ladefensters kann abhängig von einer oder mehreren Einflussgrößen festgelegt wird, wie weiter unten detaillierter ausgeführt wird. Es ist eine Weiterbildung, dass die Breite des Ladefensters für einen V2X-Ladevorgang konstant gehalten wird.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Breite des Ladefensters während eines V2X-Ladevorgangs variiert wird, insbesondere aufgrund der Auswirkungen dieses V2X-Ladevorgangs auf den Gesundheitszustand. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der V2X-Ladevorgang länger dauert, z.B. ein oder mehrere Wochen, beispielsweise bei Nichtbenutzung des Elektrofahrzeugs während eines mehrwöchigen Urlaubs des Nutzers.
Der Gesundheitszustand kann beispielsweise in regelmäßigen Abständen, z.B. jeden Tag, jede Woche, jeden Monat, jedes Halbjahr, usw. überprüft und ggf. neu festgelegt werden, oder er kann ereignisgesteuert festgelegt werden, z.B. zu Beginn eines V2X-Ladevorgangs.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Fensterbreite kontinuierlich oder quasi-kontinuierlich in Abhängigkeit von dem Gesundheitszustand festgelegt wird, z.B. in Schritten von 1 %.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Fensterbreite schrittweise in Abhängigkeit von dem Gesundheitszustand festgelegt wird, d.h., dass für einen bestimmten Bereich oder Spanne des Gesundheitszustands eine gleiche Fensterbreite festgelegt wird, für einen anderen Bereich des Gesundheitszustands eine andere Fensterbreite usw.
Auch ist es, insbesondere bei einem schlechten Gesundheitszustand, möglich, dass die Fensterbreite auf null gesetzt wird, wodurch eine Teilnahme an dem V2X-Ladevorgang verhindert wird.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Fensterbreite einer Instanz mitgeteilt wird, welche einen Ladeplan für das Elektrofahrzeug aufstellt. Der Ladeplan kann dann durch diese Instanz so aufstellt, dass das Laden innerhalb der Fensterbreite bleibt. Eine solche Instanz kann z.B. das Elektrofahrzeug selbst, ein damit verbundener Ladepunkt oder eine ladepartner-externe Instanz wie ein Energiemanagementsystem sein.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Gesundheitszustand abhängig von einem kalendarischen Lebensalter der Antriebsbatterie bestimmt wird. Dabei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass eine Batterie alleine schon durch Lagerung altert, z.B. durch interne chemische Degradation, insbesondere bei höheren Temperaturen. Je höher das bisherige kalendarischen Lebensalter ist, desto geringer bzw. schlechter wird typischerweise der Gesundheitszustand sein. Darauf kann beispielsweise reagiert werden, indem die Breite des Ladefensters verkleinert wird, je höher das kalendarische Lebensalter der Antriebsbatterie ist. Es ist eine Weiterbildung, dass als Einflussgröße zur Bestimmung der Breite das prozentuale Restlebensalter verwendet wird, das sich aus dem Quotienten der Differenz zwischen dem durch einen Hersteller angegebenen Norm-Lebensalter (z.B. 15 Jahre) und dem bereits abgelaufenen kalendarischen Lebensalter (z.B. 5 Jahre) der Antriebsbatterie zu dem Norm-Lebensalters ergibt. Je geringer das prozentuale Restlebensalter ist, desto geringer kann dann beispielsweise die Breite des Ladefensters eingestellt werden, z.B. linear oder in einem nichtlinearen Zusammenhang.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Gesundheitszustand abhängig von einer bisherigen Ladedauer der Antriebsbatterie bestimmt wird, also der Zeitdauer, für welche die Antriebsbatterie einem Ladevorgang unterworfen worden ist. Dabei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass eine Batterie durch ihre bidirektionale Ladedauer altert. Je höher die bisherige Ladedauer ist, in den auch ein Fahrbetrieb zählt, desto geringer bzw. schlechter wird typischerweise der Gesundheitszustand sein. Darauf kann beispielsweise reagiert werden, indem die Breite des Ladefensters verkleinert wird, je höher die bisherige Ladedauer der Antriebsbatterie ist. Es ist eine Weiterbildung, dass als Einflussgröße zur Bestimmung der Breite die prozentuale Restladedauer verwendet wird, die sich aus dem Quotienten der Differenz zwischen dem durch einen Hersteller angegebenen maximalen Norm-Ladedauer (z.B. von 30.000 h) und der bereits genutzten Ladedauer der Antriebsbatterie zu der Norm-Ladedauer ergibt. Je geringer die prozentuale Restladedauer ist, desto geringer kann dann beispielsweise die Breite des Ladefensters eingestellt werden, z.B. linear oder in einem nichtlinearen Zusammenhang.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Gesundheitszustand abhängig von einer bisherigen Ladedauer der Antriebsbatterie pro kalendarischem Lebensalter bestimmt wird, also dem Quotienten aus der bisher genutzten Ladedauer zu dem kalendarischen Lebensalter. Je höher dieser Quotient ist, desto häufiger wird die Antriebsbatterie im Durchschnitt z.B. pro Kalenderjahr verwendet, z.B. aufgrund langer Fahrnutzung des Elektrofahrzeugs. Darauf kann beispielsweise reagiert werden, indem die Breite des Ladefensters verkleinert wird, je höher der Quotient ist. Dadurch wird vermieden, dass eine im normalen Fahrbetrieb häufig genutzte Antriebsbatterie durch ein Entladen während eines V2X-Ladevorgangs zusätzlich belastet wird. So wird wiederum vermieden, dass eine Lebensdauer der Batterie aus Nutzersicht noch stärker verkürzt wird als schon durch den länger als üblichen Fahrbetrieb und dann noch früher ausgetauscht werden müsste.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Gesundheitszustand abhängig von einem bisherigen Ladeenergiedurchsatz der Antriebsbatterie bestimmt wird. Dabei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass eine Batterie durch ihren bidirektionalen Ladeenergiedurchsatz altert. Je höher der bisherige Ladeenergiedurchsatz ist, in den auch ein Fahrbetrieb zählt, desto geringer bzw. schlechter wird typischerweise der Gesundheitszustand sein. Darauf kann beispielsweise reagiert werden, indem die Breite des Ladefensters verkleinert wird, je höher der bisherige Ladeenergiedurchsatz der Antriebsbatterie ist. Es ist eine Weiterbildung, dass als Parameter zur Bestimmung der Breite der prozentuale Rest-Ladeenergiedurchsatz verwendet wird, der sich aus dem Quotienten der Differenz zwischen dem durch einen Hersteller angegebenen maximalen Norm-Ladeenergiedurchsatz (z.B. 70.000 kWh) und dem bereits genutzten Ladeenergiedurchsatz der Antriebsbatterie zu der Norm-Ladedauer ergibt. Je geringer der prozentuale Rest-Ladeenergiedurchsatz ist, desto geringer kann dann beispielsweise die Breite des Ladefensters eingestellt werden, z.B. linear oder in einem nichtlinearen Zusammenhang.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Gesundheitszustand abhängig von einer bisherigen Ladeenergiedurchsatz der Antriebsbatterie pro kalendarischem Lebensalter bestimmt wird, also dem Quotienten aus dem bisher genutzten Ladeenergiedurchsatz zu dem kalendarischen Lebensalter. Je höher dieser Quotient ist, desto stärker wird die Antriebsbatterie im Durchschnitt z.B. pro Kalenderjahr verwendet, z.B. aufgrund langer Fahrnutzung des Elektrofahrzeugs bei hoher Geschwindigkeit. Darauf kann beispielsweise reagiert werden, indem die Breite des Ladefensters verkleinert wird, je höher der Quotient ist. Dadurch wird vermieden, dass eine im normalen Fahrbetrieb stark genutzte Antriebsbatterie durch ein Entladen während eines V2X-Ladevorgangs zusätzlich belastet wird. So wiederum wird vermieden, dass eine Lebensdauer der Batterie aus Nutzersicht noch stärker verkürzt wird als schon durch die stärker als übliche Nutzung und dann noch früher ausgetauscht werden müsste.
Die Breite kann anhand einer oder mehrerer der obigen Einflussgrößen für einen V2X-Ladevorgangs bestimmt bzw. festgelegt werden. Auch kann die Breite auch noch anhand anderer den Gesundheitszustand bestimmender Einflussgrößen bestimmt werden, z.B. der während des V2X-Ladevorgangs vorliegenden Batterietemperatur, Außentemperatur, Zellspannung der Antriebsbatterie, usw.
Es ist eine Ausgestaltung, dass der Gesundheitszustand abhängig von einem multiparametrischen modellbasierten bzw. modellbasiert angenäherten SoH („State-of-Health“) - Wert bestimmt wird. Der modellbasierte SoH-Wert weist also mehrere Einflussgrößen als Eingangsgrößen auf, insbesondere ein oder mehrere der obigen Einflussgrößen, woraus er modellbasiert berechnet werden. Typischerweise wird der SoH-Wert als Prozentwert einer vollständig gesunden, z.B. frischen Batterie angegeben. Vorteil dieser Ausgestaltung ist es, dass trotz Verwendung mehrerer Einflussgrößen ein einziger (SoH-)Wert als Ergebnis erhalten wird, anhand dessen die Fensterbreite eingestellt werden kann. Das Modell kann beispielsweise ein physikalische-chemisches Modell sein und/oder z.B. anhand von Erfahrungswerten (z.B. mittels Kennlinienfelder), durch Methoden der künstlichen Intelligenz usw. aufgestellt worden sein. Die Nutzung eines modellbasierten SoH-Werts ergibt den Vorteil, dass er auch im Betrieb des Elektrofahrzeugs berechnet werden kann. Diese Modellierung versucht, den physikalisch-chemisch definierten, messbaren SoH-Wert einer Restkapazität über einen vollen Ladezyklus im Verhältnis zur Kapazität der Batterie im Neuzustand anzunähern. Ggf. kann der modellbasierte SoH-Wert in einer Werkstatt oder ferngesteuert bei Anschluss an einen Ladepunkt durch Messen des SoH-Werts kalibriert werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass zusätzlich zu der Breite des Ladefensters dessen unterer Ladezustandsschwellwert für den V2X-Ladevorgang abhängig von dem Gesundheitszustand der Antriebsbatterie festgelegt wird. Dies kann die Antriebsbatterie während eines V2X-Ladevorgangs noch weiter schonen. Während gegenwärtig der untere Ladezustandsschwellwert auf einen Minimal-SoC eingestellt wird, der auf eine Vermeidung einer Tiefenentladung und/oder auf eine Erfüllung von Mobilitätsanforderungen des Nutzers abgestellt ist, wird er nun danach festgelegt, wie sehr ein Entladen der Batterie schonend durchgeführt werden kann. Wird herkömmlicherweise der untere Ladezustandsschwellwert z.B. auf einen Minimal-SoC von 20 % oder 30 % eingestellt, kann es im Rahmen des vorliegenden Verfahrens dazu kommen, dass zum Schonen der Antriebsbatterie der untere Ladezustandsschwellwert höher angesetzt wird, z.B. auf 40 %. Dass „zumindest“ die Breite des Ladefensters abhängig von dem Gesundheitszustand der Antriebsbatterie festgelegt wird, bedeutet hier also, dass die Breite des Ladefensters und der untere Ladezustandsschwellwert abhängig von dem Gesundheitszustand der Antriebsbatterie festgelegt werden, und nicht nur die Breite.
Es ist eine Ausgestaltung, dass zumindest die Breite des Ladefensters zusätzlich abhängig von einer voraussichtlichen Anschlussdauer des Elektrofahrzeugs festgelegt wird. Dabei wird vorteilhafterweise berücksichtigt, dass bei kürzerer Anschlussdauer des Elektrofahrzeugs ein nachteiliger Effekt auf die Lebensdauer der Antriebsbatterie aufgrund eines hohen mittleren Ladezustands während des V2X-Ladevorgangs geringer ist als bei hoher voraussichtlichen Anschlussdauer. Die Fensterbreite kann dann beispielsweise bei einer längeren voraussichtlichen Anschlussdauer verringert werden.
Es ist eine Ausgestaltung, dass vor oder mit Beginn des V2X-Ladevorgangs dann, wenn sich der aktuelle Ladezustand außerhalb des erlaubten Ladefensters befindet, die Antriebsbatterie zunächst so geladen wird, dass der Ladezustand in das Ladefenster läuft. Dadurch werden vorteilhafterweise die Voraussetzungen zur Durchführung des V2X-Ladevorgangs innerhalb des erlaubten Ladefensters frühzeitig erreicht. Beispielsweise kann dann, wenn ein Ladezustand vor oder mit Beginn des V2X-Ladevorgangs noch oberhalb des Ladefensters liegt, die Antriebsbatterie unabhängig von einem V2X-Ladebedarf auf einen Wert innerhalb des Ladefensters abgesenkt werden, z.B. auf den oberen Schwellwert. Analog kann dann, wenn ein Ladezustand vor oder mit Beginn des V2X-Ladevorgangs noch unterhalb des Ladefensters liegt, die Antriebsbatterie unabhängig von einem V2X-Ladebedarf auf einen Wert innerhalb des Ladefensters angehoben werden, z.B. auf den unteren Schwellwert. Diese initiale „Anpassungsphase“ kann dem V2X-Ladevorgang zugerechnet werden oder kann als eine dem V2X-Ladevorgang vorgeschaltete Phase angesehen werden. Die Anpassungsphase kann sich zur Erreichung eines besonders langandauernden V2X-Ladevorgangs beispielsweise dadurch auszeichnen, dass in ihr das Ladefenster möglichst schnell erreicht wird, z.B. durch Einstellen einer hohen Ladeleistung.
Es ist eine Ausgestaltung, dass dann, wenn gegen Ende des V2X-Ladevorgangs oder nach dem V2X-Ladevorgang ein zu einem vorgegebenen Abfahrtszeitraum des Elektrofahrzeugs gewünschter Ziel-Ladezustand nicht vorliegt, der Ladezustand auf den Ziel-Ladezustand gebracht wird, und zwar auch dann, wenn der Ziel-Ladezustand außerhalb, insbesondere oberhalb des Ladefensters liegt. Dadurch kann vorteilhafterweise eine V2X-Ladevorgang innerhalb des erlaubten Ladefensters für eine lange Zeit durchgeführt werden, bevor der Ziel-Ladezustand berücksichtigt zu werden braucht. Beispielsweise kann dann, wenn ein Ladezustand gegen Ende des V2X-Ladevorgangs noch unterhalb des Ziel-Ladezustands liegt, die Antriebsbatterie unabhängig von einem V2X-Ladebedarf auf den Ziel-Ladezustand angehoben werden. Analog kann dann, wenn der Ziel-Ladezustand unterhalb des Ladefensters liegt, die Antriebsbatterie unabhängig von einem V2X-Ladebedarf auf den Ziel-Ladezustand abgesenkt werden. Diese finale „Zielerreichungsphase“ kann dem V2X-Ladevorgang zugerechnet werden oder kann als eine dem V2X-Ladevorgang nachgeschaltete Phase angesehen werden. Die Zielerreichungsphase kann sich zur Erreichung eines besonders langandauernden V2X-Ladevorgangs beispielsweise dadurch auszeichnen, dass in ihr der Ziel-Ladezustand möglichst schnell erreicht wird, z.B. durch Einstellen einer hohen Ladeleistung.
Es ist eine Ausgestaltung, dass dann, wenn der Gesundheitszustand der Antriebsbatterie mindestens einen kritischen Wert erreicht hat, ein V2X-Ladevorgang bzw. eine Teilnahme daran verhindert wird. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um die Antriebsbatterie zu schonen, wenn ihre Lebensdauer bereits weit fortgeschritten ist, ihr Gesundheitszustand ist bereits weit abgesunken ist und/oder die Antriebsbatterie außerhalb von V2X-Ladevorgängen stark beansprucht wird.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Elektrofahrzeug, wobei das Elektrofahrzeug zum Durchführen des Verfahrens wie oben beschrieben eingerichtet ist. Das Elektrofahrzeug kann analog zu dem Verfahren ausgebildet werden, und umgekehrt, und weist die gleichen Vorteile auf.
So kann in einer Weiterbildung das Elektrofahrzeug den V2X-Ladevorgang einschließlich der Festlegung der Fensterbreite steuern und die dazu verwendeten Einflussgrößen fahrzeugintern abrufen. Alternativ kann der V2X-Ladevorgang z.B. durch den Ladepunkt gesteuert werden, wobei das Fahrzeug dann die verwendeten Einflussgrößen fahrzeugintern abrufen und an den Ladepunkt übermitteln kann. Die zumindest die Fensterbreite kann durch das Fahrzeug oder den Ladepunkt berechnet werden. Alternativ kann ein Energiemanagementsystem (beispielsweise ein Hausenergiemanagementsystem, HEMS) die Steuerung des V2X-Ladevorgangs übernehmen und dazu die zur Festlegung der Fensterbreite verwendeten Einflussgrößen empfangen.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein System mit einem Elektrofahrzeug und einer externen Instanz, wobei die externe Instanz dazu eingerichtet ist, zumindest eine Breite eines Ladefensters, innerhalb dessen ein Ladezustand einer Antriebsbatterie für einen V2X-Ladevorgang gehalten werden soll, abhängig von einem Gesundheitszustand der Antriebsbatterie festzulegen. Das System kann analog zu dem Verfahren und/oder dem Elektrofahrzeug ausgebildet werden, und umgekehrt, und weist die gleichen Vorteile auf.
Beispielsweise kann zumindest ein Teil der zumindest zur Festlegung der Fensterbreite verwendeten Einflussgrößen in der externen Instanz hinterlegt sein, welche dann daraus die Fensterbreite berechnet. Ist ein anderer Teil der Einflussgrößen in dem Elektrofahrzeug gespeichert, kann dieser zur Festlegung der Fensterbreite fehlende Teil in einer Weiterbildung vor Durchführung des V2X-Ladevorgangs an die externe Instanz übermittelt werden. Die Fensterbreite kann dann von der externen Instanz dazu verwendet werden, den V2X-Ladevorgang zu steuern, alternativ von der externen Instanz an eine den Ladevorgang aufstellende und/oder steuernde Instanz übermittelt werden. Dazu ist die externe Instanz kommunikativ mit der steuernden Instanz verbunden. Die externe Instanz kann beispielsweise ein mit dem Elektrofahrzeug elektrisch verbundener und kommunizierender Ladepunkt, ein Energiemanagementsystem, ein Backend z.B. eines Herstellers des Elektrofahrzeugs, ein Nutzerendgerät, z.B. mobiles Nutzerendgerät wie ein Smartphone, Tablet-PC usw. sein.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird.

1 zeigt eine Skizze eines Verlaufs eines Ladezustands einer Antriebsbatterie während eines V2X-Ladevorgangs;
2 zeigt als Auftragung einer Ladedauer über die Lebensdauer einer Antriebsbatterie eine erste Grenzkurve; und
3 zeigt als Auftragung eines Ladeenergiedurchsatzes über die Lebensdauer einer Antriebsbatterie eine zweite Grenzkurve.

1 zeigt eine Skizze eines Verlaufs eines Ladezustands SoC einer Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs (o. Abb.) während eines V2X-Ladevorgangs. Vor dem Beginn des V2X-Ladevorgangs zu einem Zeitpunkt to fährt das Elektrofahrzeug zu einem Ladepunkt (o. Abb.), wobei das Ladepaar aus Elektrofahrzeug und Ladepunkt zum bidirektionalen Laden eingerichtet ist. Zu Beginn des V2X-Ladevorgangs weist der Ladezustand SoC einen Anfangswert SoC_start auf, der hier innerhalb eines gestrichelt eingezeichneten Ladefensters der Breite ΔSoC von 50 % liegt. Das Ladefenster weist einen unteren Ladezustandsschwellwert SoC_lower und einen oberen Ladezustandsschwellwert SoC_upper auf, die um die Fensterbreite ΔSoC auseinanderliegen.
Die Fensterbreite ΔSoC wird abhängig von einem Gesundheitszustand der Antriebsbatterie festgelegt, so dass sich die Lage des Ladefensters durch Festlegung des oberen Ladezustandsschwellwerts SoC_upper oder des unteren Ladezustandsschwellwert SoC_lower ergibt, wodurch dann der jeweils andere Ladezustandsschwellwert festgelegt ist. Beispielsweise kann der untere Ladezustandsschwellwert SoC_lower auf 30 % festgelegt worden sein, um Mobilitätsanforderungen des Nutzers zu genügen und eine Tiefenentladung zu verhindern. Der untere Ladezustandsschwellwert SoC_lower kann beispielsweise durch einen Nutzer oder ebenfalls abhängig von dem Gesundheitszustand der Antriebsbatterie festgelegt werden.
Würde der Ladezustand SoC mit Anschließen des Elektrofahrzeugs außerhalb des Ladefensters liegen, könnte dem V2X-Ladevorgang eine Anpassungsphase vorgeschaltet werden, in welcher der Ladezustand SoC auf einen Anfangswert SoC_lower ≤ SoC_start ≤ SoC_upper erhöht oder abgesenkt würde (o. Abb.).
Während des V2X-Ladevorgangs wird der Ladezustand SoC, z.B. durch einen entsprechend aufgestellten Ladeplan, innerhalb des Ladefensters gehalten, und zwar so, dass zu einem voraussichtlichen Endzeitpunkt t_end des V2X-Ladevorgangs ein vorgegebener Ziel-SoC erreicht ist, der hier beispielhaft innerhalb des Ladefensters liegt (o. Abb.).
Liegt der Ziel-SoC außerhalb des Ladefensters, könnte z.B. der V2X-Ladevorgang verkürzt werden und eine Zielerreichungsphase nachgeschaltet werden, in welcher der Ladezustand SoC auf einen Anfangswert SoC_lower ≤ SoC_start ≤ SoC_upper erhöht oder abgesenkt würde.
Der Gesundheitszustand der Antriebsbatterie kann beispielsweise abhängig von

- ihrem kalendarischen Lebensalter bzw. Restlebensdauer,
- ihrer bisherigen Ladedauer bzw. Restladedauer,
- ihrer bisherigen Ladedauer über das Lebensalter,
- ihrem bisherigen Ladeenergiedurchsatz bzw. Restladeenergiedurchsatz,
- ihrem bisherigen Ladeenergiedurchsatz bzw. Restladeenergiedurchsatz über das Lebensalter und/oder
- ihrer voraussichtlichen Anschlussdauer t_end - t₀

2 zeigt als Auftragung einer Ladedauer t_charge in Stunden über ein Lebensalter t_life der Antriebsbatterie in Jahren eine erste Grenzkurve G1. Liegt der aktuelle Quotient t_charge / t_life oberhalb der Grenzkurve G1, werden V2X-Ladevorgänge verhindert, darunter erlaubt. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, dass dann, wenn der Quotient oberhalb der Grenzkurve G1 liegt, die Antriebsbatterie über besonders lange Zeiträume geladen worden ist und vermieden werden soll, dass sie ihr Norm-Lebensalter nicht mehr erreicht, weil zusätzlich zu anderen Ladevorgängen auch noch V2X-Ladevorgäng durchgeführt werden.
Liegt der Quotient unterhalb der ersten Grenzkurve G1, kann die Fensterbreite ΔSoC beispielsweise umso kleiner bzw. schmaler eingestellt werden, je höher die Ladedauer t_charge und/oder je größer der Quotient t_charge / t_life ist.
3 zeigt als Auftragung eines Ladeenergiedurchsatzes E_charge in kWh über das Lebensalter t_life der Antriebsbatterie in Jahren eine zweite Grenzkurve G2. Liegt der aktuelle Quotient E_charge / t_life oberhalb der Grenzkurve G2, werden V2X-Ladevorgänge verhindert, darunter erlaubt. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, dass dann, wenn der Quotient oberhalb der Grenzkurve G2 liegt, die Antriebsbatterie besonders stark auf- und entladen worden ist und vermieden werden soll, dass sie ihr Norm-Lebensalter nicht mehr erreicht, weil zusätzlich zu anderen Ladevorgängen auch noch V2X-Ladevorgäng durchgeführt werden.
Liegt der Quotient unterhalb der ersten Grenzkurve G2, kann die Fensterbreite ΔSoC beispielsweise umso kleiner bzw. schmaler eingestellt werden, je höher der Ladeenergiedurchsatzes E_charge und/oder je größer der Quotient E_charge / t_life ist.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt.
Allgemein kann unter „ein“, „eine“ usw. eine Einzahl oder eine Mehrzahl verstanden werden, insbesondere im Sinne von „mindestens ein“ oder „ein oder mehrere“ usw., solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist, z.B. durch den Ausdruck „genau ein“ usw.
Auch kann eine Zahlenangabe genau die angegebene Zahl als auch einen üblichen Toleranzbereich umfassen, solange dies nicht explizit ausgeschlossen ist.
Bezugszeichenliste

Echarge: Ladeenergiedurchsatz
G1: Erste Grenzkurve
G2: Zweite Grenzkurve
SoC: Ladezustand der Antriebsbatterie
SoClower: Unterer Ladezustandsschwellwert
SoCstart: Ladezustand zu Beginn eines V2X-Ladevorgangs
SoCupper: Oberer Ladezustandsschwellwert
SoCziel: Ladezustand bei Ende eines V2X-Ladevorgangs
t: Zeit
t0: Anfangszeitpunkt eines V2X-Ladevorgangs
tcharge: Ladedauer
tend: Endzeitpunkt des V2X-Ladevorgangs
tlife: Lebensalter der Antriebsbatterie
ΔSoC: Fensterbreite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014223284 B4 [0002]

Claims

Verfahren zum bidirektionalen Laden einer Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeugs in einem V2X-Anwendungsfall, bei dem zumindest eine Breite (ΔSoC) eines Ladefensters, innerhalb dessen ein Ladezustand (SoC) der Antriebsbatterie für einen V2X-Ladevorgang gehalten wird, abhängig von einem Gesundheitszustand der Antriebsbatterie festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Gesundheitszustand abhängig von einem kalendarischen Lebensalter der Antriebsbatterie bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Gesundheitszustand abhängig von einer bisherigen Ladedauer (t_charge) der Antriebsbatterie bestimmt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, bei dem der Gesundheitszustand abhängig von einer bisherigen Ladedauer (t_charge) der Antriebsbatterie zu Lebensalter (t_life) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Gesundheitszustand abhängig von einem bisherigen Ladeenergiedurchsatz (E_charge) der Antriebsbatterie bestimmt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 5, bei dem der Gesundheitszustand abhängig von einem bisherigen Ladeenergiedurchsatz (E_charge) der Antriebsbatterie zu Lebensalter (t_life) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Gesundheitszustand abhängig von einem multiparametrischen, modellbasierten SoH-Wert bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zusätzlich zu der Breite (ΔSoC) des Ladefensters dessen unterer Ladezustandsschwellwert (SoC_lower) für den V2X-Ladevorgang abhängig von dem Gesundheitszustand der Antriebsbatterie festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest die Breite (ΔSoC) des Ladefensters zusätzlich abhängig von einer voraussichtlichen Anschlussdauer des Elektrofahrzeugs festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem vor oder mit Beginn des V2X-Ladevorgangs dann, wenn sich der aktuelle Ladezustand (SoC) außerhalb des erlaubten Ladefensters befindet, die Antriebsbatterie so geladen wird, dass der Ladezustand (SoC) in das Ladefenster läuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dann, wenn gegen Ende des V2X-Ladevorgangs oder nach dem V2X-Ladevorgang ein zu einem vorgegebenen Abfahrtszeitraum des Elektrofahrzeugs gewünschter Ziel-Ladezustand (SoC_ziel) nicht vorliegt, der Ladezustand (SoC) auf den Ziel-Ladezustand (SoC_ziel) gebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem dann, wenn der Gesundheitszustand der Antriebsbatterie mindestens einen kritischen Wert (G1, G2) erreicht hat, ein V2X-Ladevorgang verhindert wird.
Elektrofahrzeug, wobei das Elektrofahrzeug zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.
System mit einem Elektrofahrzeug und einer externen Instanz, wobei die externe Instanz dazu eingerichtet ist, zumindest eine Breite (ΔSoC) eines Ladefensters, innerhalb dessen ein Ladezustand (SoC) einer Antriebsbatterie für einen V2X-Ladevorgang gehalten werden soll, abhängig von einem Gesundheitszustand der Antriebsbatterie festzulegen.