WO2013143731A1 - Verfahren zur bestimmung eines maximal verfügbaren konstantstroms einer batterie, anordnung zur ausführung eines solchen verfahrens, batterie in kombination mit einer solchen anordnung und kraftfahrzeug mit einer solchen batterie - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for determining a maximum available constant current of a battery, an arrangement for execution
- Prediction period can be maximally discharged or charged without limits on the operating parameters of the battery, in particular for the
- the current value for the next iteration is increased; becomes the voltage limit reached, the iteration is terminated.
- the maximum available constant current then the last current value can be used, in which the
- a disadvantage of all known methods is that an aging condition of a battery is not taken into account. Another disadvantage is that large amounts of storage space must be provided for the storage of the maps.
- a particular advantage of the invention is that changes in a current limit are kept within predeterminable limits, in particular in the operation of electric or hybrid vehicles. This is achieved by at the method according to the invention for determining a maximum available first constant current I 1 over a (first) prediction period T in a battery for a later second prediction maximum available second constant current is taken into account. It proves to be advantageous if the maximum available first constant current I
- Prediction period T is limited.
- over the prediction period T im is determined by the maximum available for the prediction time T constant current l
- Prediction period T is averaged to determine a mean voltage.
- over the prediction time T Im is then the product of the maximum constant first current l
- is determined so that the difference, in particular the difference or the magnitude of the difference between the maximum available from the first constant current l
- a further preferred embodiment provides that the maximum available first constant current I
- An arrangement according to the invention has at least one chip and / or processor and is set up such that a method for determining a maximum available first constant current I 1 over a first prediction time T can be executed in a battery, wherein in the determination of a maximum for a later second prediction period available second constant current is taken into account.
- a further aspect of the invention relates to a battery which is provided with a module for determining a maximum available first constant current I 1 over a first prediction period T. is combined in the battery, wherein the module is arranged such that a determination of the maximum available first
- Constant current l is executable, wherein in the determination for a later second prediction maximum available second
- the battery is preferably a lithium-ion battery or the battery comprises electrochemical cells which are designed as lithium-ion battery cells.
- Another aspect of the invention relates to a motor vehicle having an electric drive motor for driving the motor vehicle and a battery connected or connectable to the electric drive motor according to the invention aspect described in the preceding paragraph.
- the battery is not limited to such use, but may be used in other electrical systems.
- An important aspect of the invention is that by calculating the current limits for two different points in time, preferably for the beginning t 0 and the end t- ⁇ of the prediction period (also as a prediction horizon is calculated), the slope of the resulting current limits is calculated, which results when the calculated current limit is actually used. This slope is in a preferred embodiment of the invention by a
- the resulting current limit becomes at least one limit for at least one operating parameter of the battery, for example with a limit for the battery voltage U
- in the battery is combined with a performance prediction. This has the particular advantage that it can be used to limit the maximum change in the predicted power.
- Application value can be provided, which takes into account the aging condition of the battery.
- the application value can be used to directly specify or modify the maximum rate of change of the permissible current.
- bucking limiting a change in the current limit Al lim to a value Al lim prevents current limits from decreasing too rapidly, since such a rapid change adversely affects the driving behavior ("bucking")
- Constant current for a defined period of time preferably 2 s or more preferably 10 s, determined, the predetermined voltage limits are not violated.
- the determined maximum available constant current can be current in the charging or discharging direction.
- FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram for use in an exemplary embodiment of the method according to the invention
- Figure 2 is a schematic flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.
- FIG. 3 shows two flow diagrams for comparing the invention with a conventional determination of a maximum available constant current In
- FIG. 1 shows an example of a suitable equivalent circuit diagram for this purpose. (The quantities are given in units of units.) The resistances R s and R f , the capacitance C f and the voltage U f applied to the further element are thereby time-dependent stated.
- an equivalent circuit diagram with any number of arbitrarily parameterized ohmic resistors and parallel circuits of ohmic resistors and capacitors (RC elements) can be used.
- U cell (t) U 0CV (t) + U s (t) + U f (t) are calculated.
- U ocr (t) U ocr (SOC (t), 0 (t)) are the open circuit voltage (open circuit
- the current state U f (t 0 ) is given for each starting point of the prediction t 0 by the model calculation in the Battery State Detection (BSD) (see FIG.
- Uocvi) U ocv (t 0 ) + AU 0CV «U ocv (t 0 ) + ASOC (t) - ⁇ (t 0 ).
- Open circuit voltage according to the state of charge is either calculated once and stored as a map, or it is in operation from the map for Uocv
- the open circuit voltage U 0 cv (ti) at the time ti can be approximately described as:
- Equation (2) Using these expressions, the ti terms in Equation (2) can be eliminated, and one obtains: u -u ( t ) -i ( t ). T. 100 dUoc t)
- FIG. 3 illustrates a dynamic calculation of the current limit without and with slope limitation.
- Prediction period T is significantly limited by the invention compared to the prior art.
- the changes in the maximum currents after the expiration of several prediction periods in each case to equalize each other.
- the invention is not limited in its embodiment to the above-mentioned preferred embodiments. Rather, a number of variants are conceivable that of the inventive method, the
- the battery according to the invention and the motor vehicle according to the invention also makes use in fundamentally different versions.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines maximal verfügbaren Konstantstroms einer Batterie, eine Anordnung zur Ausführung eines solchen Verfahrens, eine Batterie in Kombination mit einer solchen Anordnung und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie, welche insbesondere einsetzbar sind, um ungewollte große Änderungen der verfügbaren Stromlimits zu vermeiden und um unabhängig vom Alterungszustand einer Batterie eine maximale Änderungsrate bereitzustellen. Hierfür wird vorgeschlagen, dass bei dem Verfahren zur Bestimmung eines über einen ersten Prädiktionszeitraum (T) maximal verfügbaren ersten Konstantstroms (Ilim) einer Batterie beider Bestimmung ein für einen späteren zweiten Prädiktionszeitraum maximal verfügbarer zweiter Konstantstrom berücksichtigt wird.
Description
Verfahren zur Bestimmung eines maximal verfügbaren Konstantstroms einer Batterie, Anordnung zur Ausführung eines solchen Verfahrens, Batterie in Kombination mit einer solchen Anordnung und Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines maximal verfügbaren Konstantstroms einer Batterie, eine Anordnung zur Ausführung
eines solchen Verfahrens, eine Batterie in Kombination mit einer solchen
Anordnung und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie, welche
insbesondere einsetzbar sind, um ungewollt große Änderungen der verfügbaren Stromlimits zu vermeiden und um unabhängig vom Alterungszustand einer
Batterie eine maximale applizierbare Änderungsrate bereitzustellen. Stand der Technik
Beim Einsatz von Batterien, insbesondere in Kraftfahrzeugen, ergibt sich die
Frage, mit welchem konstanten Strom die Batterie über einen bestimmten
Prädiktionszeitraum hinweg maximal entladen oder geladen werden kann, ohne Grenzen für die Betriebsparameter der Batterie, insbesondere für die
Zellspannung, zu verletzen. Aus dem Stand der Technik sind zwei Verfahren zur Bestimmung eines solchen über einen Prädiktionszeitraum maximal verfügbaren Konstantstroms einer Batterie bekannt. In einem ersten aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird der
maximal verfügbare Konstantstrom iterativ anhand eines Ersatzschaltbildmodells ermittelt. Dabei wird die Batterie in jeder Iteration über den gesamten
Prädiktionszeitraum hinweg unter der Annahme eines bestimmten konstanten
Stroms simuliert. Die Iteration beginnt mit einem relativ niedrigen Stromwert.
Wird die Spannungsgrenze der Batterie in der Simulation nicht erreicht, so wird der Stromwert für die nächste Iteration erhöht; wird die Spannungsgrenze
erreicht, so wird die Iteration beendet. Als maximal verfügbarer Konstantstrom kann dann der letzte Stromwert verwendet werden, bei dem die
Spannungsgrenze der Batterie in der Simulation nicht erreicht wurde. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Iteration und die Simulation einen erheblichen Rechenaufwand erfordern.
In einem zweiten aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird der maximal verfügbare Konstantstrom anhand von Kennfeldern in Abhängigkeit von Temperatur und Ladezustand ermittelt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Kennfelder einen erheblichen Speicheraufwand erfordern. Des Weiteren ist nachteilig, dass aufgrund der in der Verwendung diskretisiert abgespeicherter Kennfelder inhärenten Näherungen eine Sicherheitsspanne vorgesehen werden muss, die zu einer Überdimensionierung des Systems führt.
Es ist auch bekannt, den Maximalstrom durch analytische Berechnung anhand eines Ersatzschaltbildes zu bestimmen.
Aus der DE 10 2008 004 368 A1 ist weiter ein Verfahren zur Bestimmung einer zu einem jeweiligen Zeitpunkt zur Verfügung stehenden Leistung und/oder elektrischen Arbeit und/oder entnehmbaren Ladungsmenge einer Batterie bekannt, in dem als Ladungsprädiktionskennfeld für jede Kombination eines einer Vielzahl von Temperaturprofilen mit einem einer Vielzahl von
Leistungsanforderungsprofilen oder einem einer Vielzahl von
Stromanforderungsprofilen ein zeitlicher Ladungsmengenverlauf abgespeichert wird.
Ein Nachteil aller bekannten Verfahren liegt darin, dass ein Alterungszustand einer Batterie nicht berücksichtigt wird. Nachteilig ist ebenfalls, dass für die Speicherung der Kennfelder große Mengen Speicherplatz bereitgestellt werden müssen.
Offenbarung der Erfindung
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass Änderungen eines Stromlimits insbesondere bei dem Betrieb von Elektro- oder Hybridfahrzeugen in vorgebbaren Grenzen gehalten werden. Dies wird dadurch erreicht, indem bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung eines über einen (ersten) Pradiktionszeitraum T maximal verfügbaren ersten Konstantstroms l|im einer Batterie ein für einen späteren zweiten Prädiktionszeitraum maximal verfügbarer zweiter Konstantstrom berücksichtigt wird. Als vorteilhaft erweist es sich, wenn der maximal verfügbare erste Konstantstrom l|im derart bestimmt wird, dass der Unterschied, insbesondere die Differenz bzw. der Betrag der Differenz, zwischen dem maximal verfügbaren ersten Konstantstrom l|im und dem maximal verfügbaren zweiten Konstantstrom einen vorgebbaren Wert nicht erreicht oder nicht überschreitet. Als vorteilhaft erweist es sich, wenn bei der Vorgabe des Wertes zur Begrenzung des Unterschieds zwischen dem maximal verfügbaren ersten Konstantstrom l|im und dem maximal verfügbaren zweiten Konstantstrom der Ladezustand der Batterie berücksichtigt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass neben dem für den ersten Prädiktionszeitraum T maximal verfügbaren ersten Konstantstrom l|im auch die in dem Prädiktionszeitraum T maximal abrufbare Leistung P|im der Batterie bestimmt wird, wobei die maximale Änderung der Leistung nach dem
Prädiktionszeitraum T begrenzt wird. Hierfür ist beispielsweise vorgesehen, dass die über den Prädiktionszeitraum T maximal verfügbare Konstantleistung P|im bestimmt wird, indem der für den Prädiktionszeitraum T maximal verfügbare Konstantstrom l|im der Batterie ermittelt und ein dem maximal verfügbaren Konstantstrom l|im entsprechender Spannungsverlauf über den
Prädiktionszeitraum T gemittelt wird, um eine mittlere Spannung zu bestimmen. Die über den Prädiktionszeitraum T maximal verfügbare Konstantleistung P|im wird dann als Produkt des für den ersten Prädiktionszeitraum T maximal verfügbaren ersten Konstantstroms l|im und der mittleren Spannung bestimmt.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der für den ersten
Prädiktionszeitraum T maximal verfügbare erste Konstantstrom l|im so bestimmt wird, dass der Unterschied, insbesondere die Differenz bzw. der Betrag der Differenz, zwischen der aus dem maximal verfügbaren ersten Konstantstrom l|im resultierenden ersten Konstantleistung P|im und einer aus dem maximal verfügbaren zweiten Konstantstrom resultierenden zweiten Konstantleistung einen vorgegebenen Betrag nicht erreicht oder nicht überschreitet.
Als vorteilhaft erweist es sich auch, wenn bei der Bestimmung des maximal verfügbaren ersten Konstantstroms l|im Messtoleranzen, Trägheiten und/oder andere Fehler, wie z. B. Drift, der Leistungselektronik, die durch
Regelalgorithmen ausgeglichen werden, berücksichtigt werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der maximal verfügbare erste Konstantstrom l|im unter Verwendung eines
Ersatzschaltbildmodells bestimmt wird.
Eine Anordnung nach der Erfindung weist mindestens einen Chip und/oder Prozessor auf und ist derart eingerichtet, dass ein Verfahren zur Bestimmung eines über einen ersten Prädiktionszeitraum T maximal verfügbaren ersten Konstantstroms l|im einer Batterie ausführbar ist, wobei bei der Bestimmung ein für einen späteren zweiten Prädiktionszeitraum maximal verfügbarer zweiter Konstantstrom berücksichtigt wird.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterie, die mit einem Modul zur Bestimmung eines über einen ersten Prädiktionszeitraum T maximal verfügbaren ersten Konstantstroms l|im der Batterie kombiniert ist, wobei das Modul derart eingerichtet ist, dass eine Bestimmung des maximal verfügbaren ersten
Konstantstroms l|im ausführbar ist, wobei bei der Bestimmung ein für einen späteren zweiten Prädiktionszeitraum maximal verfügbarer zweiter
Konstantstrom berücksichtigt wird. Vorzugsweise handelt es sich bei der Batterie um eine Lithium-Ionen-Batterie oder die Batterie umfasst elektrochemische Zellen, die als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet sind.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einer mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen oder verbindbaren Batterie gemäß dem im voranstehenden Absatz beschriebenen Erfindungsaspekt. Die Batterie ist jedoch nicht auf einen solchen Einsatzzweck eingeschränkt, sondern kann auch in anderen elektrischen Systemen eingesetzt werden.
Ein wichtiger Aspekt der Erfindung besteht darin, dass durch Berechnung der Stromlimits für zwei unterschiedliche Zeitpunkte, vorzugsweise für den Anfang t0 und das Ende t-ι des Prädiktionszeitraums (auch als Prädiktionshorizont
bezeichnet), die Steigung der resultierenden Stromlimits berechnet wird, die sich ergibt, wenn das berechnete Stromlimit tatsächlich genutzt wird. Diese Steigung wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung durch einen
applizierbaren Wert ersetzt und die resultierende Gleichung nach dem Stromlimit für den gegenwärtigen Zeitpunkt, beispielsweise nach dem Stromlimit für t0, aufgelöst.
Das resultierende Stromlimit wird mit mindestens einem Limit für mindestens einen Betriebsparameter der Batterie, beispielsweise mit einem Limit für die Batteriespannung U|im, verglichen und limitiert.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die
Ermittlung des maximal verfügbaren Konstantstroms l|im der Batterie mit einer Leistungsprädiktion kombiniert wird. Das hat insbesondere den Vorteil, dass damit die maximale Änderung der prädizierten Leistung begrenzt werden kann.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Batterie ein
Applikationswert zur Verfügung gestellt werden kann, der den Alterungszustand der Batterie berücksichtigt. Durch den Applikationswert kann direkt die maximale Änderungsrate des zulässigen Stromes vorgegeben bzw. abgeändert werden.
Da die Leistungselektronik eines Fahrzeugs mit Messtoleranzen und Trägheit belastet ist, die durch Regelalgorithmen ausgeglichen werden, ist es von Vorteil, wenn die einzuhaltenden Stromlimits innerhalb einer applizierbaren Dynamik bleiben.
Indem eine Änderung des Stromlimits AIlim erfindungsgemäß auf einen Wert AIlim begrenzt wird, wird vermieden, dass sich Stromlimits zu schnell verkleinern, da sich eine solche schnelle Änderung nachteilig auf das Fahrverhalten auswirkt („Ruckeln"). Erfindungsgemäß wird daher ein maximal verfügbarer
Konstantstrom für einen definierten Zeitraum, bevorzugt 2s oder besonders bevorzugt 10s, ermittelt, der vorgegebene Spannungsgrenzen nicht verletzt. Dabei kann es sich bei dem ermittelten maximal verfügbaren Konstantstrom um Strom in Lade- oder Entladerichtung handeln.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei der Berechnung des Maximalstroms zur aktuellen Zeit die maximale Änderung des Maximalstroms nach dem definierten Zeitraum, insbesondere nach dem Prädiktionszeitraum, berücksichtigt wird.
Weiterhin als vorteilhaft ist anzusehen, dass eine Begrenzung der maximalen Änderung einer prädizierten Leistung in analoger Weise vorgenommen werden kann. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Ersatzschaltbild zur Verwendung in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Figur 3 zwei Stromdiagramme zum Vergleich der Erfindung mit einer herkömmlichen Bestimmung eines maximal verfügbaren Konstantstroms In,
Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend wird an einem beispielhaften Ausführungsbeispiel eine Berechnung der Stromprädiktion ohne Beschränkung der Allgemeinheit näher beschrieben, wobei ein Ersatzschaltbildmodell mit einem ohmschen Widerstand Rs und einem RC-Glied, welches aus einem parallel geschaltetem ohmschen Widerstand Rf und einem Kondensator Cf besteht, zugrunde gelegt wird. In Figur 1 ist ein Beispiel eines hierfür geeigneten Ersatzschaltbilds gezeigt. (Die Größen sind in Sl-Einheiten gegeben.) Die Widerstände Rs und Rf, die Kapazität Cf und die an dem weiteren Glied anliegende Spannung Uf werden dabei als zeitabhängig
angesetzt. Wahlweise kann auch ein Ersatzschaltbild mit beliebiger Anzahl beliebig parametrierter ohmscher Widerstände und Parallelschaltungen von ohmschen Widerständen und Kapazitäten (RC-Glieder) verwendet werden.
Zur Vorhersage der zeitlichen Entwicklung des Batteriezustands wird mithilfe des Ersatzschaltbildmodells eine Differentialgleichung aufgestellt und dann unter vereinfachenden Annahmen analytisch gelöst. Die Zellspannung Uceii kann zu jedem Zeitpunkt durch
Ucell (t) = U0CV (t) + Us (t) + Uf (t) berechnet werden.
Dabei sind Uocr(t) = Uocr(SOC(t), 0(t)) die Leerlaufspannung (Open Circuit
Voltage), die über den Ladezustand SOC(t) und die Temperatur 9(t) von der Zeit abhängt; Us (t) = Rs (SOC(t),6(t))■ Icell (t) bezeichnet den Spannungsabfall an dem Widerstand Rs, wobei der Widerstand Rs wiederum über den Ladezustand SOC(t) und die Temperatur 9(t) von der Zeit abhängt; lcen(t) bezeichnet den Ladebzw. Entladestrom zur Zeit t und somit den Strom, der im Ersatzschaltbildmodell durch den Widerstand Rs und das damit in Reihe geschaltete weitere Glied fließt; und Uf(t) bezeichnet den Spannungsabfall an dem weiteren Glied, der durch die Lösung der in dem Ersatzschaltbildmodell gültigen Differentialgleichung
für t > t0 und Anfangswert Uf (t0 ) = U f gegeben ist, wobei auch der Widerstand
Rf und die Kapazität Cf wiederum über den Ladezustand SOC(t) und die
Temperatur 9(t) von der Zeit abhängen und t0 den Beginn des
Prädiktionszeitraums bezeichnet.
Für die beispielhafte Berechnung werden folgende Annahmen getroffen:
Die Modellparameter sind unabhängig von Temperatur 9 und Ladezustand SOC, das heißt, für den Prädiktionszeitraum gilt Rs = const, Rf = const. Und Cf = const.
Der prädizierte Maximalstrom ist konstant während des Prädiktionszeitraums: Lax = const.
Der aktuelle Zustand Uf(t0) ist für jeden Anfangspunkt der Prädiktion t0 durch die Modellberechnung in der Batteriezustandsbestimmung (Battery State Detection, BSD) gegeben (vgl. Figur 1 ).
Die Änderung der Leerlaufspannung aufgrund der Änderung des Ladezustands der Batterie wird in linearer Näherung berücksichtigt, während die Änderung der Leerlaufspannung aufgrund der Änderung der Temperatur Θ wiederum vernachlässigt wird: dU
Uocvi ) = Uocv(t0) + AU0CV « Uocv(t0) + ASOC(t)—^(t0) .
oSOC
Dabei ergibt sich die Änderung des in Prozent der Nennladung
(Gesamtkapazität) chCap der Batterie angegebenen Ladezustands aus dem Strom lCeii und der Zeit t zu
3600 - chCap
BU
und der Steigung— ^(SOC(t0)) .
dSOC dU
Der Steigungsterm——(SOC(t0)) , die (partielle) Ableitung der
dSOC
Leerlaufspannung nach dem Ladezustand, wird entweder einmal berechnet und als Kennfeld gespeichert, oder er wird im Betrieb aus dem Kennfeld für Uocv
(SOC) berechnet.
Die Ladezustandsänderung, die nötig ist zur Berechnung des
Differenzenquotienten, wird abgeschätzt über die zuvor berechnete Stromgrenze lHm(to - 100ms):
Uocv(SOC(t0) + T/2- 7lim(t0 -100ms)■ -^-) - Uocv(SOC(t0)) ocv ( cnr(t w ~ cnCap
——^U t0)) —
tiSOC rr / . j WO
T /2■ I^(t0 -100ms)■——
cnCap
Mit obigen Annahmen und der Zeitkonstanten
vereinfachte Differentialgleichung
in der nur noch die Spannung Uf(t) von der Zeit abhängt. Die Lösung lautet
UM) Uf°e
Die gesamte Zellspannung zum Zeitpunkt t ist somit
100 dU. ocv
Ucell(t) = Uocr(t0) + Icell -(t-t0)- chCap dSOC
+ Uf°e f +Icei Rs+Icei Rf -(l-e f ).
Auflösen nach dem konstanten Strom lcen ergibt nun
0
UcelM)-Uocv(t0)-U e
cell t-tr,
Rs +Rf -(l-e ^ ) + (t-t0)-^-■ dü^- 1 chCap dSOC
Aus der Bedingung, dass zum Ende des Prädiktionszeitraums, zur Zeit t = t0 + T, die Grenze U|im für die Zellspannung Uceii(t) einzuhalten ist, lässt sich nun durch Einsetzen dieser Größen der maximal verfügbare Konstantstrom l|im berechnen:
T
j Ulim-Uocr(t0)-Uf°e Ti ...
Rs +Rf .(l-e^) + T.^ .dU^
chCap dSOC
Zu zwei verschiedenen Zeitpunkten t0 und ergeben sich nach Formel (1 ) die Maximalströme zu den jeweiligen Zeitpunkten folgendermaßen:
Die Änderung der Maximalströme AI] lim ist damit
ίγ— t0
Die Leerlaufspannung U0cv(ti) zum Zeitpunkt ti lässt sich näherungsweise beschreiben als:
Uocv i - uocv(t0) + ilim(t0)■ T■ - ch^CaLp . ^_(t0) ,
obUC
und Uf 1 ergibt sich aus U) = Uf°e Tf + 7lim(t0) · Rf ■ (1 - e T/ ) .
Mit Hilfe dieser Ausdrücke lassen sich die t-i-Terme in Gleichung (2) eliminieren, und man erhält:
u -u (t)-i (t).T. 100 dUoc t)
chCap obUC
f chCap dSOC
Aufgelöst nach l|im(t0) ergibt sich für ein Stromlimit, das sich mit der Rate AIl verringert, schließlich folgende Gleichung:
2^
Ulim-Uocv(t0)-T-(Rs +R (l-e T + T.^ .^ (tl)).Mlim-U°fe τ chCap dSOC chCap dSOC dSOC f
Eine Abschätzung des Verlaufs der Kennlinie der Ladezustandsänderung für den Prädiktionszeitraum ergibt sich folgendermaßen: dU, ocv (SOC(ty =t0+T))
dSOC
Uocv(SOC(t0) + T■ Ilim(t0 -100ms)■ -^-)
chCap
100
772 -/lim(t0- 100ms) ·
chCap
100 ,
Uocv(SOC(t0) + T/2- 7lim(t0 -100ms)■
chCap'
100
T/2-Ilim(t0-100ms)- chCap
In Figur 3 wird eine dynamische Berechnung des Stromlimits ohne und mit Steigungsbegrenzung veranschaulicht.
Während im oberen Diagramm ein analytisch bestimmtes Stromlimit 30 ohne Vorgabe eines Steigungslimits durch eine gestrichelte Kurve und ein Strom 32 am analytisch bestimmten Stromlimit ohne Vorgabe eines Steigungslimits durch eine durchgezogene Kurve veranschaulicht wird, stellt das untere Diagramm ein analytisch bestimmtes Stromlimit 34 mit erfindungsgemäßer
Steigungsbegrenzung AIlim durch eine gestrichelte Kurve und einen Strom 36 am analytisch bestimmten Stromlimit mit erfindungsgemäßer
Steigungsbegrenzung AIlim durch eine durchgezogene Kurve dar. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Änderung der Maximalströme nach dem
Prädiktionszeitraum T durch die Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik deutlich begrenzt wird. Darüber hinaus wird durch die Erfindung ermöglicht, die Änderungen der Maximalströme nach dem Ablauf mehrerer Prädiktionszeiträume jeweils aneinander anzugleichen.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführungsform nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren, der
erfindungsgemäßen Vorrichtung, der erfindungsgemäßen Batterie und dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
Claims
1 . Verfahren zur Bestimmung eines über einen ersten Pradiktionszeitraum (T) maximal verfügbaren ersten Konstantstroms (l|im) einer Batterie, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bestimmung ein für einen späteren zweiten Pradiktionszeitraum maximal verfügbarer zweiter Konstantstrom
berücksichtigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der maximal verfügbare erste
Konstantstrom (l|im) derart bestimmt wird, dass der Unterschied zwischen dem maximal verfügbaren ersten Konstantstrom (l|im) und dem maximal verfügbaren zweiten Konstantstrom einen vorgegebenen Betrag nicht erreicht oder nicht überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine über den Pradiktionszeitraum (T) maximal verfügbare erste Konstantleistung (P|im) der Batterie bestimmt wird durch Bestimmen des über den Pradiktionszeitraum (T) maximal verfügbaren ersten Konstantstroms (l|im) der Batterie, Mitteln eines dem maximal verfügbaren ersten Konstantstrom (l|im) entsprechenden
Spannungsverlaufs über den Pradiktionszeitraum (T) zur Bestimmung einer mittleren Spannung, und Bestimmen der maximal verfügbaren ersten Konstantleistung (P|im) der Batterie als Produkt des maximal verfügbaren ersten Konstantstroms (l|im) und der mittleren Spannung.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der maximal verfügbare erste
Konstantstrom (l|im) derart bestimmt wird, dass der Unterschied zwischen der aus dem maximal verfügbaren ersten Konstantstrom (l|im) resultierenden ersten Konstantleistung (P|im) und einer aus dem maximal verfügbaren zweiten Konstantstrom resultierenden zweiten Konstantleistung einen vorgegebenen Betrag nicht erreicht oder nicht überschreitet. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei bei der Bestimmung des maximal verfügbaren ersten Konstantstroms (l|im)
Messtoleranzen und/oder Trägheiten der Leistungselektronik berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der Betrag zur
Begrenzung des Unterschieds zwischen dem maximal verfügbaren ersten Konstantstrom (l|im) und dem maximal verfügbaren zweiten Konstantstrom in Abhängigkeit des Ladezustands der Batterie vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die
Bestimmung des maximal verfügbaren ersten Konstantstroms (l|im) auf Basis eines Ersatzschaltbildmodells erfolgt.
Anordnung mit mindestens einem Chip und/oder Prozessor, wobei die Anordnung derart eingerichtet ist, dass ein Verfahren zur Bestimmung eines über einen ersten Prädiktionszeitraum (T) maximal verfügbaren ersten Konstantstroms (l|im) einer Batterie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführbar ist.
Batterie, die mit einem Modul zur Bestimmung eines über einen ersten Prädiktionszeitraum T maximal verfügbaren ersten Konstantstroms l|im der Batterie kombiniert ist, wobei das Modul derart eingerichtet ist, dass ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführbar ist.
Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einer mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen oder verbindbaren Batterie gemäß Anspruch 9.
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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