WO2018103946A1 - Verfahren, maschinenlesbares speichermedium und elektronische steuereinheit zum betrieb eines elektrischen energiespeichersystems sowie entsprechendes elektrisches energiespeichersystem - Google Patents
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Definitions
- an electronic control unit which, for example, a microcontroller and / or an application-specific hardware component, for example an ASIC, can be understood, understood, but also may include a personal computer or a programmable logic controller.
- an electrical energy storage system which comprises at least one electrical energy storage unit and an electronic control unit according to the invention.
- the method described can be carried out in the electrical energy storage system in an uncomplicated manner.
- FIG. 1 shows a flowchart of the method according to the invention according to a first embodiment, which focuses on a charging process of the electrical energy storage system.
- a check is made in a first step S1 as to whether a determined voltage value exceeds a predefined first voltage threshold value.
- the determination of the voltage value can also take place in the first step S1.
- the determined voltage value may be, for example, a total voltage value of an electrical energy storage system, ie, the sum of the voltage values of the electrical energy storage units constituting the electrical energy storage system.
- the determined voltage value represents an extreme value of all individual voltage values of the electrical energy storage system.
- stituierenden electrical energy storage units in the present case of charging a maximum value. If the determined voltage value exceeds the predefined first voltage threshold value, the counter is incremented in a second step S2. In a third step S3, it is then checked whether a predefined first counter threshold value is reached by the counter. If the first counter threshold value is reached by the counter, then in a fourth step S4, a predefined first voltage limit value is reduced, for example from 4.3 V to 4.2 V. In a fifth step S5, the electrical energy storage system is then activated in such a way that the modified one first voltage limit of none of the electrical energy storage system constituting electrical energy storage units is exceeded, ie the corresponding single-cell voltages do not exceed the first voltage limit.
- FIG. 3 shows a flowchart of the method according to the invention in accordance with a third embodiment.
- a charging process is shown as in Figure 2.
- the part of the flowchart with the steps SO, S1, S2, S3, S6, S7 corresponds to the method described in FIG. 2 and in the associated section.
- an eighth step S8 is performed in which it is checked whether a determined further voltage value exceeds a predefined third voltage threshold value. If the predefined third voltage threshold is exceeded, a ninth step S9 is performed, in which the electrical energy storage system for a predefined first period is controlled such that the electrical energy storage system for the predefined first period does not absorb electrical power, the amount above a predefined electrical
- Figure 4 shows a schematic representation of electrical voltage and current waveforms of an electrical energy storage system including associated
- the voltage curve U ESU reproduces the voltage at an electrical energy storage unit over time when the electrical energy storage unit is subjected to the corresponding current.
- the associated current profile I ESU is reproduced in the lower part of the figure over time, the associated ordinate axis being labeled I.
- the voltage curve UOCV represents the not directly determinable voltage curve of an open circuit voltage of the electrical energy storage unit again.
- the course of the predefined first voltage limit value is represented by the voltage profile ULIM1.
- a counter course TIM of a counter with a corresponding upper predefined first counter limit TLIM1 and a corresponding lower predefined second counter limit TLIM2 is furthermore illustrated.
- the counter value corresponds to a time span in seconds.
- the associated ordinate axis is specified with TIMER. Up to a point in time t 1, the electrical energy storage unit is charged with a relatively low current, for example 20 A. From the
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Abstract
Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, umfassend mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit, wobei nachfolgend be- schriebene Schritte durchgeführt werden. Nach Überschreiten oder Unterschrei- ten eines vordefinierten ersten Spannungsschwellenwertes (UTHR1) durch einen ermittelten Spannungswert (UESU) des elektrischen Energiespeichersystems er- folgt eine Änderung eines Zählerwertes (TIM). Nach Erreichen eines vordefinier- ten ersten Zählerschwellenwertes durch den Zählerwert (TIM) erfolgt eine Ände- rung eines vordefinierten ersten Spannungsgrenzwertes (ULIM1). Danach erfolgt eine Ansteuerung des elektrischen Energiespeichersystems derart, dass der ge- änderte erste Spannungsgrenzwert (ULIM1) nicht überschritten oder unterschrit- ten wird.Weiterhin werdenein maschinenlesbares Speichermedium, eine elekt- ronische Steuereinheit, ein elektrisches Energiespeichersystem sowie deren ent- sprechende Verwendung in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen einschließlich Hybridfahrzeugen, in stationären elektrischen Energiespeicheranlagen sowie in elektrisch betriebenen Handwerkzeugen beschrieben.
Description
Beschreibung
Verfahren, maschinenlesbares Speichermedium und elektronische Steuereinheit zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems sowie entsprechendes elektrisches Energiespeichersystem
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren, einem maschinenlesbaren Speichermedium, einer elektronischen Steuereinheit, einem elektrischen Energiespeichersystem sowie deren Verwendung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
Stand der Technik
In Folge der zunehmenden Elektrifizierung, insbesondere im Fahrzeug- bzw. Automobilbereich, werden zunehmend mobile elektrische Energiespeichersysteme eingesetzt. Insbesondere bei der vermehrt eingesetzten Lithiumionentechnologie ist eine strikte Einhaltung von vorgegebenen Grenzwerten, beispielsweise Span- nungs- und Temperaturgrenzwerten, zwingend erforderlich, um die Sicherheit des elektrischen Energiespeichersystems nicht zu gefährden. Daher werden bestimmte Sicherheitsanforderungen an die eingesetzten Sensoren gestellt, beispielsweise sollen die Messprinzipien von Stromsensoren diversitär ausgelegt sein, was mindestens zwei Stromsensoren erforderlich macht.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Offenbart werden ein Verfahren, ein maschinenlesbares Speichermedium, eine elektronische Steuereinheit, ein elektrisches Energiespeichersystem sowie deren Verwendung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
Im Rahmen des offenbarten Verfahrens zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems wird bei Überschreiten oder Unterschreiten eines vordefinierten ersten Spannungsschwellenwertes durch einen ermittelten Spannungswert des elektrischen Energiespeichersystems ein Zählerwert, welcher beispielsweise in einem internen Datenspeicher abgelegt werden und insbesondere eine Zeitspanne repräsentieren kann, geändert. Nach Erreichen eines vordefinierten ersten Zählerschwellenwertes durch den Zählerwert wird ein vordefinierter erster Spannungsgrenzwert geändert. Anschließend erfolgt eine Ansteuerung des elektrischen Energiespeichersystems derart, dass der geänderte erste Span- nungsgrenzwert nicht überschritten oder unterschritten wird. Somit wird erreicht, dass ab Überschreiten oder Unterschreiten des vordefinierten ersten Spannungsschwellenwertes nur noch eine begrenzte Zeitspanne vergeht, in der die ursprüngliche Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichersystems zur Verfügung steht, wobei dazu keine Strommesswerte ermittelt werden müssen oder zu berücksichtigen sind. Beispielsweise wird erreicht, dass nur eine begrenzte
Energiemenge in das elektrische Energiespeichersystem eingespeichert wird, ohne dass dabei Stromwerte zu berücksichtigen sind. Die begrenzte Zeitspanne und somit auch der vordefinierte erste Zählerschwellenwert können dabei durch eine Worstcase-Abschätzung ausgehend von einem kleinstmöglichen Wider- standswert der elektrischen Energiespeichereinheit und einem größtmöglichen elektrischen Strom bestimmt werden, wobei der größtmögliche elektrische Strom beispielsweise in Abhängigkeit des vordefinierten ersten Spannungsgrenzwertes und einer Konstantspannungsladung mit dem ersten Spannungsgrenzwert bestimmt werden kann. Diese Abschätzung kann vor dem eigentlichen Betrieb des elektrischen Energiespeichersystems erfolgen, wobei im Betrieb dann auf Kennfelder zurückgegriffen wird, oder während des Betriebes, sozusagen in Echtzeit. Somit können die Sicherheitsanforderungen an den Stromsensor gesenkt werden, was den Aufbau des elektrischen Energiespeichersystems vereinfacht, wobei durch das offenbarte Verfahren die Sicherheit des elektrischen Energiespei- chersystems weiterhin gewährleistet ist, ohne dass Abstriche bei der Leistungsfähigkeit gemacht werden müssten. Alternativ kann das beschriebene Verfahren zur weiteren Absicherung und Plausibilisierung angewandt werden, wenn bereits andere Verfahren eingesetzt werden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zweckmäßigerweise wird nach Unterschreiten oder Überschreiten eines vordefinierten zweiten Spannungsschwellenwerts durch den ermittelten Spannungswert des elektrischen Energiespeichersystems der Zählerwert ebenfalls geändert. Wurde beispielsweise der Zählerwert bei Überschreiten des vordefinierten ersten Spannungsschwellenwertes kontinuierlich erhöht, so wird er nach Unterschreiten des vordefinierten zweiten Spannungsschwellenwertes wieder verringert. Somit wird die Flexibilität des Verfahrens erhöht, da die Zeitspanne, in der die ursprüngliche, erhöhte Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichersystems zur Verfügung steht, wieder vergrößert werden kann.
Zweckmäßigerweise überschreitet der Zählerwert einen vordefinierten ersten Zählergrenzwert nicht und unterschreitet einen vordefinierten zweiten Zählergrenzwert nicht. Hat der Zählerwert den vordefinierten ersten Zählergrenzwert oder den vordefinierten zweiten Zählergrenzwert erreicht, findet keine Erhöhung beziehungsweise Verringerung mehr statt. Bevorzugt entspricht der vordefinierte erste Zählerschwellenwert dem ersten vordefinierten Zählergrenzwert oder dem zweiten vordefinierten Zählergrenzwert. Dadurch kann die Zeitspanne, in der die ursprüngliche Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichersystems zur Verfügung steht, festgelegt werden.
Zweckmäßigerweise wird mindestens ein erster Temperaturwert ermittelt und in Abhängigkeit des ermittelten mindestens einen ersten Temperaturwertes eine Änderungsrate des Zählerwertes festgelegt. Da die Temperatur allgemein einen großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichersystems hat, wird dieser Zusammenhang über die beschriebene Abhängigkeit in das erfindungsgemäße Verfahren aufgenommen und somit dessen Flexibilität und Anwendungsbereich erhöht.
Zweckmäßigerweise sind der Betrag einer Änderungsrate des Zählerwertes bei Erhöhung des Zählerwertes und der Betrag einer Änderungsrate des Zählerwertes bei Verringerung des Zählerwertes nicht gleich. Somit kann beispielsweise der Betrag der Änderungsrate bei Verringerung des Zählerwertes kleiner sein als der Betrag der Änderungsrate bei Erhöhung des Zählerwertes. Somit wird das Sicherheitsniveau bezüglich der NichtVerletzung von Spannungsgrenzen noch-
mals erhöht, da ja bereits die Festlegung des vordefinierten ersten Zählerschwellenwertes auf einer Worstcase-Abschätzung basiert. Weiterhin kann den unterschiedlichen elektrischen Beanspruchungen, also Laden bzw. Entladen mit potentiell unterschiedlichen elektrischen Widerstandswerten der elektrischen Ener- giespeichereinheit, besser Rechnung getragen werden, was die Flexibilität des
Verfahrens zusätzlich erhöht.
Zweckmäßigerweise ist die Änderungsrate des Zählerwertes von einer ersten Differenz zwischen dem ermittelten Spannungswert und dem vordefinierten ers- ten Spannungsgrenzwert abhängig. Vorzugsweise führt daher eine betragsmäßig große erste Differenz zu einer geringeren Änderung des Zählerwertes als eine kleinere erste Differenz, da durch den größeren Abstand zu dem vordefinierten ersten Spannungsgrenzwert das Risiko des Überschreitens des ersten Spannungsgrenzwertes gering ist. Je näher der ermittelte Spannungswert nun an dem ersten Spannungsgrenzwert liegt, desto größer das Risiko, dass er überschritten wird, was verhindert werden soll. Durch diese Adaption wird die Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichersystems erhöht.
Zweckmäßigerweise sind der erste Spannungsschwellenwert und/oder der zweite Spannungsschwellenwert von einem ermittelten zweiten Temperaturwert abhängig. Dadurch wird die Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichersystems beziehungsweise der elektrischen Energiespeichereinheit im Verfahren abgebildet, wodurch sich die Verfügbarkeit des elektrischen Energiespeichersystems erhöht. Der ermittelte zweite Temperaturwert kann mit dem ermittelten ersten Temperaturwert identisch sein beziehungsweise der erste Spannungsschwellenwert und/oder der zweite Spannungsschwellenwert können von dem ermittelten ersten Temperaturwert abhängig sein. Zweckmäßigerweise wird das elektrische Energiespeichersystem nach Erreichen des vordefinierten ersten Zählerschwellenwertes durch den Zählerwert und in Abhängigkeit eines Überschreitens oder Unterschreitens eines vordefinierten dritten Spannungsschwellenwertes durch einen ermittelten weiteren Spannungswert des elektrischen Energiespeichersystems derart für einen vordefinierten ersten Zeit- räum angesteuert, dass das elektrische Energiespeichersystem innerhalb des vordefinierten ersten Zeitraums keine Leistung abgibt, die betragsmäßig oberhalb
eines vordefinierten Leistungsgrenzwertes liegt. Somit ist sichergestellt, dass keine für die Sicherheit des elektrischen Energiespeichersystems relevanten Spannungsgrenzwerte verletzt werden. Beispielsweise kann der vordefinierte Leistungsgrenzwert bei 0 W liegen.
Zweckmäßigerweise umfassen der ermittelte Spannungswert und/oder der ermittelte weitere Spannungswert einen Extremwert der erfassten Spannungswerte der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit. Umfasst das elektrische Energiespeichersystem beispielsweise drei elektrische Energiespeichereinheiten, so weisen diese nur in seltenen Fällen genau die gleiche Spannung im Rahmen der Messgenauigkeit auf. Umfasst der ermittelte Spannungswert nun innerhalb der Durchführung des Verfahrens einen Extremwert, beispielsweise den Spannungswert einer der drei elektrischen Energiespeichereinheiten, der dem vordefinierten ersten Spannungsgrenzwert am nächsten liegt, ist sichergestellt, dass bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der vordefinierte erste Spannungsgrenzwert nicht überschritten wird, auch wenn das elektrische Energiespeichersystem mehr als eine elektrische Energiespeichereinheit umfasst. Durch die Verwendung des Extremwertes in Verbindung mit der Worst- case-Abschätzung ist sichergestellt, dass die entsprechenden Spannungswerte der übrigen elektrischen Energiespeichereinheiten auch ausreichend Abstand zu dem ersten Spannungsgrenzwert haben beziehungsweise diesen nicht überschreiten.
Weiterhin wird ein maschinenlesbares Speichermedium beschrieben, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, wobei das Computerprogramm eingerichtet ist, alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Somit wird eine einfache Möglichkeit geschaffen, dass erfindungsgemäße Verfahren zu verbreiten und in vielen elektrischen Energiespeichersystemen einzusetzen.
Weiterhin wird eine elektronische Steuereinheit beschrieben, die eingerichtet ist, alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Somit ist eine einfache Möglichkeit der Durchführung des Verfahrens geschaffen.
Vorteilhafterweise kann unter einer elektronischen Steuereinheit insbesondere ein elektronisches Steuergerät, welches beispielsweise einen Mikrocontroller
und/oder einen applikationsspezifischen Hardwarebaustein, z.B. einen ASIC, um- fasst, verstanden werden, aber ebenso kann darunter ein Personalcomputer oder eine speicherprogrammierbare Steuerung fallen.
Weiterhin wird ein elektrisches Energiespeichersystem beschrieben, welches mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit und eine erfindungsgemäße elektronische Steuereinheit umfasst. Dadurch kann das beschriebene Verfahren unkompliziert in dem elektrischen Energiespeichersystem durchgeführt werden.
Vorteilhafterweise kann unter einer elektrischen Energiespeichereinheit insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul mit mindestens einer elektrochemischen Batteriezelle und/oder ein Batteriepack mit mindestens einem Batteriemodul verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeichereinheit eine lithiumbasierte Batteriezelle oder ein lithiumbasiertes Batteriemodul oder ein lithiumbasiertes Batteriepack sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder ein Lithium-Ionen-Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein. Weiterhin kann die Batteriezelle vom Typ Lithium-Polymer-Akkumulator, Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Blei-Säure-Akkumulator, Lithium-Luft-Akkumulator oder Lithium-Schwefel-Akkumulator beziehungsweise ganz allgemein ein Akkumulator beliebiger elektrochemischer Zusammensetzung sein.
Weiterhin wird eine Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen einschließlich Hybridfahrzeugen, in stationären elektrischen Energiespeicheranlagen sowie in elektrisch betriebenen Handwerkzeugen beschrieben. In den elektrisch betriebenen Handwerkzeugen kann beispielsweise ein spezieller Modus vorgesehen sein, der kurzfristig das Abrufen einer höheren Leistung erlaubt, wobei dieser Modus durch das erfindungsgemäße Verfahren überwacht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.
Es zeigen:
Figur 1 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform;
Figur 2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform; Figur 3 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform; und
Figur 4 eine schematische Darstellung von elektrischen Spannungs- und Stromverläufen eines elektrischen Energiespeichersystems samt zugehörigem Zähler- und Spannungsgrenzwertverlauf.
Ausführungsformen der Erfindung Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche Verfahrensschritte.
Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform, welche sich auf einen Ladevorgang des elektri- sehen Energiespeichersystems konzentriert. Nach einer allgemeinen Initialisierung in einem vorgelagerten Schritt SO, welche beispielsweise eine Initialisierung eines Zählers umfasst, erfolgt in einem ersten Schritt Sl eine Überprüfung, ob ein ermittelter Spannungswert einen vordefinierten ersten Spannungsschwellenwert überschreitet. Das Ermitteln des Spannungswertes kann dabei auch in dem ersten Schritt Sl erfolgen. Bei dem ermittelten Spannungswert kann es sich beispielsweise um einen Gesamtspannungswert eines elektrischen Energiespeichersystems handeln, d.h. um die Summe der Spannungswerte der das elektrische Energiespeichersystem konstituierenden elektrischen Energiespeichereinheiten. Vorzugsweise repräsentiert der ermittelte Spannungswert einen Extrem- wert aller Einzelspannungswerte der das elektrische Energiespeichersystem kon-
stituierenden elektrischen Energiespeichereinheiten, im vorliegenden Fall des Ladevorgangs einen Maximalwert. Überschreitet der ermittelte Spannungswert den vordefinierten ersten Spannungsschwellenwert, so wird in einem zweiten Schritt S2 der Zähler inkrementiert. In einem dritten Schritt S3 wird anschließend über- prüft, ob ein vordefinierter erster Zählerschwellenwert durch den Zähler erreicht wird. Ist der erste Zählerschwellenwert durch den Zähler erreicht, wird danach in einem vierten Schritt S4 ein vordefinierter erster Spannungsgrenzwert herabgesetzt, beispielsweise von 4,3 V auf 4,2 V. In einem fünften Schritt S5 wird nun das elektrische Energiespeichersystem derart angesteuert, dass der geänderte erste Spannungsgrenzwert von keiner der das elektrische Energiespeichersystem konstituierenden elektrischen Energiespeichereinheiten überschritten wird, d.h. die entsprechenden Einzelzellspannungen überschreiten den ersten Spannungsgrenzwert nicht. Dies kann beispielsweise mit einer geeigneten Leistungselektronik, beispielsweise einem geeigneten Stromrichter, erfolgen. In dem ers- ten Schritt Sl und dem dritten Schritt S3 wird jeweils bei einem negativen Überprüfungsergebnis wieder vor den ersten Schritt Sl verzweigt und in dem folgenden ersten Schritt Sl ein neuer Spannungswert ermittelt. Für einen Entladevorgang kann das Verfahren mit leichten Anpassungen ebenso genutzt werden: In dem ersten Schritt Sl wird überprüft, ob ein erster Spannungsschwellenwert un- terschritten wird und es ist vorzugsweise der Minimalwert aller Einzelspannungswerte der das elektrische Energiespeichersystem konstituierenden elektrischen Energiespeichereinheiten zu verwenden. Weiterhin wird in dem vierten Schritt S4 der vordefinierte erste Spannungsgrenzwert heraufgesetzt, beispielsweise von 2,8 V auf 3,2 V, wenn der erste Zählerschwellenwert wurde. Anschließend wird das elektrische Energiespeichersysteme in der fünften Schritt S5 so angesteuert, dass der geänderte erste Spannungsgrenzwert von keiner elektrischen Energiespeichereinheit unterschritten wird.
Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß ei- ner zweiten Ausführungsform. Hierbei wird wie in Figur 1 ein Ladevorgang dargestellt. Im Unterschied zu dem in Figur 1 dargestellten Verfahren wird in Figur 2 bei NichtÜberschreiten des vordefinierten ersten Spannungsschwellenwertes in einen sechsten Schritt S6 verzweigt. Im dem sechsten Schritt S6 wird überprüft, ob der ermittelte Spannungswert einen vordefinierten zweiten Spannungsschwel- lenwert, beispielsweise 3,9 V, unterschreitet. Falls der vordefinierte zweite Spannungsschwellenwert unterschritten wird, wird der Zähler in einem siebten Schritt
S7 dekrementiert. Anschließend sowie bei Nichtunterschreiten des vordefinierten zweiten Spannungsschwellenwertes wird vor den ersten Schritt Sl verzweigt und erneut ein Spannungswert ermittelt. Für einen Entladevorgang kann das beschriebene Verfahren mit leichten Anpassungen, wie oben beschrieben, ebenso genutzt werden. Dazu ist zusätzlich zu den obigen Anpassungen in dem sechsten Schritt S6 zu überprüfen, ob der ermittelte Spannungswert einen vordefinierten zweiten Spannungsschwellenwert, im Falle des Entladens beispielsweise 3,8 V, überschreitet. Falls der vordefinierte zweite Spannungsschwellenwert nun überschritten wird, wird der Zähler in dem siebten Schritt S7 dekrementiert. An- schließend sowie bei NichtÜberschreiten des vordefinierten zweiten Spannungsschwellenwertes wird vor den ersten Schritt Sl verzweigt und erneut ein Spannungswert ermittelt.
Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß ei- ner dritten Ausführungsform. Hierbei wird wie in Figur 2 ein Ladevorgang dargestellt. Dabei entspricht der Teil des Flussdiagramms mit den Schritten SO, Sl, S2, S3, S6, S7 dem in Figur 2 sowie dem in dem zugehörigen Abschnitt beschriebenen Verfahren. Nach dem dritten Schritt S3 wird ein achter Schritt S8 durchgeführt, in dem überprüft wird, ob ein ermittelter weiterer Spannungswert einen vordefinierten dritten Spannungsschwellenwert überschreitet. Falls der vordefinierte dritte Spannungsschwellenwert überschritten wird, wird ein neunter Schritt S9 durchgeführt, in dem das elektrische Energiespeichersystem für einen vordefinierten ersten Zeitraum derart angesteuert wird, dass das elektrische Energiespeichersystem für den vordefinierten ersten Zeitraum keine elektrische Leistung aufnimmt, die betragsmäßig oberhalb eines vordefinierten elektrischen
Leistungsgrenzwertes liegt. Beispielsweise kann dieser vordefinierte elektrische Leistungsgrenzwert 0 W betragen, um eine weitere elektrische Leistungsaufnahme zu unterbinden. Anschließend beziehungsweise bei NichtÜberschreiten des vordefinierten dritten Spannungsschwellenwertes werden die oben beschrie- benen vierten und fünften Schritte S4, S5 durchgeführt. Bei einer Anpassung auf einen Entladevorgang, d.h. bei einer Abgabe von elektrischer Energie, die über die Versorgung von Eigensystemen des elektrischen Energiespeichersystems hinausgeht, wird der vordefinierte Leistungsgrenzwert bevorzugt so gewählt, dass die Eigenversorgung des elektrischen Energiespeichersystems sicherge- stellt ist. Eigensysteme, also beispielsweise eine elektronische Steuereinheit und zugehörige Schaltvorrichtungen, beispielsweise ein elektromechanisches Schütz
oder einen elektronischen Leistungsschalter, werden also vorzugsweise weiter mit elektrischer Energie versorgt.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung von elektrischen Spannung- und Stromverläufen eines elektrischen Energiespeichersystems samt zugehörigem
Zähler- und Spannungsgrenzwertverlauf bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im oberen Teil der Figur sind elektrische Spannungsverläufe dargestellt. Die Ordinatenachse stellt eine Spannung U dar und die Abszissenachse die Zeit t. Zudem sind der erste Spannungsschwellenwert UTHR1, der zweite Spannungsschwellenwert UTH R2 und der dritte Spannungsschwellenwert
UTHR3 dargestellt. Der Spannungsverlauf U ESU gibt die Spannung an einer elektrischen Energiespeichereinheit im zeitlichen Verlauf wieder, wenn die elektrische Energiespeichereinheit mit dem entsprechenden Strom beaufschlagt wird. Der zugehörige Stromverlauf I ESU ist im unteren Teil der Figur im zeitlichen Ver- lauf wiedergegeben, wobei die zugehörige Ordinatenachse mit I beschriftet ist.
Der Spannungsverlauf UOCV gibt den nicht unmittelbar ermittelbaren Spannungsverlauf einer Leerlaufspannung der elektrischen Energiespeichereinheit wieder. Der Verlauf des vordefinierten ersten Spannungsgrenzwertes wird durch den Spannungsverlauf ULIMl dargestellt. Im unteren Teil der Figur 4 ist weiterhin ein Zählerverlauf TIM eines Zählers mit einer entsprechenden oberen vordefinierten ersten Zählergrenzwert TLIM1 und einem entsprechenden unteren vordefinierten zweiten Zählergrenzwert TLIM2 dargestellt. Der Zählerwert entspricht dabei einer Zeitspanne in Sekunden. Die zugehörige Ordinatenachse ist mit TIMER angegeben. Bis zu einem Zeitpunkt tl wird die elektrische Energiespeichereinheit mit einem im Verhältnis geringen Strom, beispielsweise 20 A, geladen. Ab dem
Zeitpunkt tl bis zum Zeitpunkt t2 erfolgt eine Ladung mit einem erhöhten Strom, wobei der vordefinierte erste Spannungsgrenzwert ULIMl nicht überschritten wird. Da bei diesem Ladevorgang der erste Spannungsschwellenwert UTHR1 überschritten wird, erhöht sich der Zählerwert des Zählers kontinuierlich. Zu ei- nem Zeitpunkt t2 wird das elektrische Energiespeichersystem und damit die elektrische Energiespeichereinheit so angesteuert, dass der abgegebene Strom bei 0 A liegt. Da der vordefinierte zweite Spannungsschwellenwert UTHR2 zu dem Zeitpunkt t2 im entsprechenden Spannungsverlauf U ESU nicht unterschritten wird, erhöht sich der Zählerwert im Zählerverlauf TIM weiter. Zu einem Zeit- punkt t3 hat der Zähler einen vordefinierten ersten Zählerschwellenwert erreicht, wobei hier der vordefinierte erste Zählerschwellenwert und der vordefinierte erste
Zählergrenzwert TLIM1 identisch sind und somit der Zählerwert nicht weiter erhöht wird. Daher wird nach dem Zeitpunkt t3 der vordefinierte erste Spannungsgrenzwert ULIM1 verringert. Ab einem Zeitpunkt t4 wird die elektrische Energiespeichereinheit entladen. Dabei wird der vordefinierte zweite Spannungsschwellenwert UTHR2 unterschritten. Daher erfolgt eine Verringerung des Zählerwertes, wie aus dem zugehörigen Zählerverlauf TIM ersichtlich ist. Nach Unterschreiten eines vordefinierten zweiten Zählerschwellenwertes erfolgt zu einem Zeitpunkt t5 eine Erhöhung des vordefinierten ersten Spannungsgrenzwertes auf den Wert vor der Verringerung. Ab einem Zeitpunkt t6 wird der elektrische Entladestrom verringert, was beispielsweise aufgrund geringerer Verluste an einem elektrischen Widerstand der elektrischen Energiespeichereinheit zu einer erhöhten Spannung an der elektrischen Energiespeichereinheit führt. Dabei liegt die resultierende Spannung zwischen dem vordefinierten ersten Spannungsschwellenwert und dem vordefinierten zweiten Spannungsschwellenwert, sodass der Zähler wird nicht geändert wird. Ab einem Zeitpunkt t7 erhöht sich der Entladestrom wieder und der Zählerwert wird verringert. Dabei ist aus der Darstellung auch ersichtlich, dass die Änderungsrate des Zählers beziehungsweise des Zählerwertes nicht über den ganzen abgebildeten Zeitraum konstant ist und sich ebenso betragsmäßig bei Erhöhung und Verringerung unterscheiden kann. Beispielsweise ist es auch möglich, einen Temperaturwert zu ermitteln, beispielsweise einen minimalen Temperaturwert der elektrischen Energiespeichereinheit des Energiespeichersystems oder einen durchschnittlichen Temperaturwert, der aus Temperaturwerten der elektrischen Energiespeichereinheiten gebildet wird, und die Änderungsrate des Zählers beziehungsweise des Zählerwertes in Abhängigkeit dieses Temperaturwertes festzulegen. Gleiches ist für die Spannungsschwellenwerte UTHR1, UTHR2, UTHR3 und/oder die Zählerschwellenwerte möglich.
Claims
1. Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, umfassend mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit, wobei folgende Schritte durchgeführt werden:
a) Nach Überschreiten oder Unterschreiten eines vordefinierten ersten Spannungsschwellenwertes (UTHR1) durch einen ermittelten Spannungswert (U ESU) des elektrischen Energiespeichersystems Ändern eines Zählerwertes (TIM);
b) Nach Erreichen eines vordefinierten ersten Zählerschwellenwertes durch den Zählerwert (TIM) Ändern eines vordefinierten ersten Spannungsgrenzwertes (ULIM1);
c) Ansteuern des elektrischen Energiespeichersystems derart, dass der geänderte erste Spannungsgrenzwert (ULIM1) nicht überschritten oder unterschritten wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend folgenden Schritt:
d) Nach Unterschreiten oder Überschreiten eines vordefinierten zweiten
Spannungsschwellenwertes (UTHR2) durch den ermittelten Spannungswert (U ESU) des elektrischen Energiespeichersystems Ändern des Zählerwertes (TIM).
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zählerwert (TIM) einen vordefinierten ersten Zählergrenzwert (TLIM1) nicht überschreitet und einen vordefinierten zweiten Zählergrenzwert (TLIM2) nicht unterschreitet.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend folgende Schritte:
e) Ermitteln mindestens eines ersten Temperaturwertes;
f) In Abhängigkeit des ermittelten mindestens einen ersten Temperaturwertes Festlegen einer Änderungsrate des Zählerwertes (TIM);
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Betrag einer Änderungsrate des Zählerwertes (TIM) bei Erhöhung des Zählerwertes
(TIM) und der Betrag einer Änderungsrate des Zählerwertes (TIM) bei Verringerung des Zählerwertes (TIM) nicht gleich sind.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Änderungsrate des Zählerwertes (TIM) von einer ersten Differenz zwischen dem ermittelten Spannungswert (U ESU) und dem vordefinierten ersten Spannungsgrenzwert (ULIM1) abhängig ist.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Spannungsschwellenwert (UTHR1) und/oder der zweite Spannungsschwellenwert (UTHR2) von einem ermittelten zweiten Temperaturwert abhängig sind.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schritt b) nach Erreichen des vordefinierten ersten Zählerschwellenwertes durch den Zählerwert (TIM) und in Abhängigkeit eines Überschreiten oder Unterschreiten eines vordefinierten dritten Spannungsschwellenwertes (UTHR3) durch einen ermittelten weiteren Spannungswert (U ESU) des elektrischen Energiespeichersystems das elektrische Energiespeichersystem für einen vordefinierten ersten Zeitraum derart angesteuert wird, dass das elektrische Energiespeichersystem für den vordefinierten ersten Zeitraum keine elektrische Leistung aufnimmt oder abgibt, die betragsmäßig oberhalb eines vordefinierten elektrischen Leistungsgrenzwertes liegt.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ermittelte Spannungswert (U ESU) und/oder der ermittelte weitere Spannungswert (U ESU) einen Extremwert der erfassten Spannungswerte (U ESU) der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit umfasst.
10. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist, wobei das Computerprogramm eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
11. Elektronische Steuereinheit, die eingerichtet ist, alle Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.
12. Elektrisches Energiespeichersystem, umfassend mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit und eine elektronische Steuereinheit gemäß Anspruch 11.
13. Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 oder eines elektrischen Energiespeichersystems gemäß Anspruch 12 in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen einschließlich Hybridfahrzeugen, in stationären elektrischen Energiespeicheranlagen sowie in elektrisch betriebenen Handwerkzeugen.
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