WO2011047907A2 - Verfahren und ladesteuerung zur erhöhung der lebensdauer von akkumulatoren - Google Patents

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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to an improved charging strategy for avoiding aging processes in accumulators used for the traction of electric vehicles and hybrid vehicles.
  • the object is achieved by the method according to claim 1 and by the charge control according to claim 8.
  • a significant proportion of the aging processes which lead to a lower availability and accumulator capacity, are caused by certain aging parameters, which are determined by a suitable Significantly reduce charging strategy.
  • the cycle stroke, d. H. the charging energy with which the accumulator is brought to a higher state of charge, as well as the time during which the accumulator has a high state of charge, since e.g. the electrolyte of the accumulator decomposes at a high state of charge, for example, in a fully charged accumulator, much faster than at a lower state of charge.
  • the parameters of the charging strategy i.e., duration, onset, transferred charging energy and others
  • the parameters of the charging strategy are provided such that the aging parameters such as high state of charge or cycle stroke life are minimized.
  • At least one driving phase specification is detected, for example the driving time (or, as an equivalent: the driving time)
  • the driving time (or the range) is associated with a minimum state of charge, which in turn defines the minimum charge energy to be transmitted
  • an upper limit can be derived from the driving time, according to which the charging energy is adjusted.
  • the charging energy is minimized in that only a minimum amount of charge energy is transferred to the accumulator, which is barely sufficient or ensures that the traction battery delivers sufficient power to the drive of the electric or hybrid vehicle for the detected driving time. Therefore, only the minimum necessary amount of energy is transferred to the traction accumulator during the charging process according to the invention, thereby minimizing the cycle stroke.
  • a range of the vehicle may also be predetermined, whereby both driving duration as well as range of the vehicle are associated with a state of charge that allows this range or driving time.
  • the link between driving time (or range) and state of charge can be provided via an estimate, or by empirical data, where due to scatters, if necessary, an additional safety margin in the form of an additional charging energy value is added to the necessary charging energy, even if the estimates are too positive the range to ensure a sufficient range or meet the recorded driving phase specification.
  • the accumulator is charged only to the extent required by the driving phase specification and in particular the driving time or range, which can minimize aging processes caused by the cycle stroke (ie the change from a low to a high state of charge).
  • the traction battery will not be completely charged at a low state of charge, but will only be charged to such an extent that the charging state resulting after charging fulfills the range specification.
  • the start of driving is also detected, whereby the charging process according to the invention can be adapted to the start of driving, thereby minimizing the time interval as an aging parameter. It has therefore been recognized according to the invention that the accumulator ages significantly, especially when fully charged or with a high state of charge, so that to reduce the aging of the accumulator has only as short as necessary a high state of charge. Therefore, according to the driving phase specification (in particular according to the start of driving), at least a portion of the charging process is delayed so long that the end of the charging process in the
  • the driving time is also taken into account in the delay of the state of charge, resulting from the driving time, the still necessary charging energy to guarantee the given
  • Driving time is required.
  • the charging energy in turn, together with the charging current or the charging power, the still required charging time, so that based on the predetermined start of driving, taking into account the charging time of the charging can be calculated.
  • the loading process is oriented in its length and in terms of its beginning at the start of driving and on the charging time, which in turn is a function of the driving time (and the state of charge); the beginning
  • the charging process therefore results from the predefined start of the drive, which is advanced by the charging time (and optionally an additional safety margin) to ensure that the accumulator has a charge state for the given start of the vehicle, which corresponds to the predetermined driving time (or the predetermined range). does justice.
  • the charging process can also be divided into two, wherein a first section of the charging process does not align with the aging parameters, as provided by the invention, but a subsequent second or further section provides a delayed charge or a reduced charging energy to a state of charge is minimized in terms of driving time or range, thereby achieving the minimization of the aging parameter according to the invention.
  • the first section is executed with a loading stroke or with a charging energy, which does not lead to a high state of charge.
  • the first section serves to guarantee a minimum state of charge, so that it is based, for example, on a charge state specification (for example 20 or 50%) which, in principle, enables the vehicle to be available even before the predefined start of the journey, albeit not with a particularly high range ,
  • the second or further section of the charging is based on the driving phase specification and minimizes the associated aging parameters by delaying the start of charging, the second
  • Section is assigned, as well as by minimizing the charging energy according to a predetermined driving time or predetermined range.
  • the method according to the invention thus provides for increasing the service life of a traction battery by first detecting a driving phase specification which includes a driving phase specification
  • Driving time (respectively a range), a start of driving or both includes.
  • This driving phase default may be derived from previous, performed driving phases, may be provided by user input, or both.
  • the current state of charge of the traction battery is detected, for example by means of the terminal voltage or an internal resistance, which can be determined by the terminal voltage and the flowing current or by a combination of these variables with the temperature.
  • Numerous methods for detecting the state of charge are possible, including model-related states of charge, wherein a model replicates essential chemical processes within the accumulator and this model is tracked using externally recognized measures, the measured variables include terminal voltage, current and temperature.
  • the loading The state can be estimated or extrapolated based on the model and / or on the measured variables.
  • the detected current state of charge serves to estimate the still necessary charge or the still necessary charging energy, which is required to reach the predetermined driving time.
  • the life is inventively increased by an aging parameter is minimized, wherein the aging parameter reflects the time interval to a charging process or comprises the charging energy.
  • the time interval until a charging process corresponds to the duration during which the traction battery has a low state of charge, with low states of charge reducing aging and high states of charge increasing aging.
  • the minimization of an aging parameter representing the time interval until the charging process corresponds to a maximization of this duration.
  • the aging parameter thus reflects the duration in complementary form.
  • a complementary variable can be used, i. H. the time interval until the start of the journey, provided that the time interval until the start of the journey begins with the end of the transfer of the recharging energy.
  • the time interval until the start of driving is an aging parameter to be minimized, which increases along with the aging since the period during which the battery has a high state of charge increases along with the aging. If, however, the time interval is used up to a charging process and reproduced as an aging parameter, the aging decreases with increasing time interval until the charging process, because the traction battery is less exposed to a long duration with a high state of charge, the greater the time interval up to one Charging process is.
  • the time interval up to a charging process therefore relates to the duration during which the traction battery has a low state of charge and thus ages much less than when the state of charge is high.
  • the invention provides for minimizing the charging energy with which the traction battery is to be charged, in accordance with the at least one driving phase specification.
  • the recharging energy corresponds to the cycle stroke and can be minimized according to the duration of travel, so that the recharging energy ensures the given driving time, but is only as low as possible above the value that would ensure exactly the driving time.
  • the minimization is provided according to the driving phase specification.
  • the time interval is maximized to a charging process, whereby the associated (associated with complementary) aging component is minimized by the start of driving is taken into account and the charging is delayed so far that the desired charging energy is transmitted as exactly as possible to the start of driving.
  • the method further comprises the step of carrying out the charging process according to the minimized aging parameter.
  • the charging process is carried out according to the maximized temporal
  • the driving time is detected by the driving time itself or in particular the planned range is entered.
  • the still necessary recharging energy is calculated.
  • the charging energy still to be supplied connected with the planned range is taken into account by taking into account the charging time associated with the charging energy in providing the start of the charging process.
  • the charging energy is minimized by means of the range, wherein in particular the current state of charge (before the charging process) is detected in order to provide the remaining, necessary charging energy until a desired state of charge that corresponds to the range is reached.
  • the charge energy is estimated depending on the range and provided by means of a link.
  • the link is provided, for example, by an approximate formula, a ratio of state of charge reduction to traveled distance of a past journey (ie the consumption value of a past journey), an interpolation or by means of a look-up table.
  • the traction battery is then charged with the minimized charge energy. Alternatively, the traction battery is charged with the minimized recharging energy increased by an availability safety margin.
  • the availability security margin thus also covers variations or ranges that (slightly) exceed the planned range.
  • the driving start is detected as driving phase specification.
  • the start of driving is detected by inputting a planned start of driving, for example via a user interface, or by retrieving at least one start of driving of past journeys, for example an averaging or extrapolation starting from the driving starts of past journeys.
  • the minimization is provided by minimizing the time interval at the beginning of the charging process based on the driving start and an estimated charging time.
  • the charging time is dependent on a charging error or of the charging energy, which is necessary for a given range or driving time.
  • the time interval at the beginning of the charging process is further estimated on the basis of an available charging power, which indicates the ratio of the amount of charging energy to the charging time required for this purpose. If, for example, the energy loss or the charging energy is indicated in Ah, the charging power in the form of a current (ie in the form of A) reflects the energy flow, if a constant terminal voltage is assumed.
  • the charging time then results from the quotient of charging energy or charging error and charging power.
  • the charging deficit is comparable to the charging energy required to provide a desired amount of available energy at the end of the charging process.
  • the charging amount corresponds to the difference between a predetermined minimum state of charge and the current state of charge.
  • the predetermined minimum state of charge is specified, in particular, by a range or by a travel time for which the traction battery must at least be available or must have energy ready.
  • the minimum state of charge is provided depending on the range, for example by estimation.
  • a link is used between the minimum state of charge and the range that reflects a value for the vehicle's consumption (required)
  • the association between minimum state of charge and range is provided by an approximate formula, a ratio of state of charge reduction and distance traveled, interpolation or look-up table, or any combination thereof.
  • the ratio of state of charge reduction to distance traveled corresponds to the consumption that has occurred in past journeys, which can be averaged for past trips or can be extrapolated therefrom, possibly taking into account a consumption class that is associated with the route of a past journey (for example a higher speed ride, such as one
  • the inventive method comprises according to a further embodiment of
  • the Invention detecting the temperature of the traction battery. If the temperature is too low, the charging process is not carried out completely or not in accordance with the invention to prevent damage to the accumulator due to operating temperatures that are too low. Therefore, the temperature is compared to a minimum temperature preset and the charging process is performed according to the minimized aging parameters only if the step of comparing reveals that the detected temperature is equal to or above the minimum temperature preset. Likewise, the step of minimizing and the step of detecting the current state of charge or the step of detecting at least one driving phase specification may be performed only when the detected temperature is above or equal to the minimum temperature specification, one or more of these steps not when the step of comparing reveals that the detected temperature is below the minimum temperature preset.
  • the method according to the invention provides for a one-part or multiple-part charging process, with at least one section, in particular the last section of the charging process, being carried out according to the invention in a multi-part charging process. Therefore, a first portion of the charging process is not performed according to the minimized aging parameter. Due to the at least one first section, which is not carried out in accordance with the minimized aging parameter, it is possible to increase the availability for journeys which are not carried out according to the planned driving time or the planned driving start by the increase in state of charge thereby effected.
  • At least one other, second portion of the loading process is performed according to the minimized aging parameter.
  • the at least one further, second section of the charging process is therefore carried out with a minimized time duration between the end of the charging process and the start of the journey or with minimized supercharging energy.
  • the one or more second portions are executed after the one or more first portions, either after the termination of the first
  • Accumulator is available to allow trips that are not based on the planned driving time or the planned start of driving, whereby the availability is increased, but without increasing the aging to the same extent.
  • the first section of the charging process is provided by charging the traction battery to a predetermined minimum charging value or to a state of charge that corresponds to a predetermined minimum range, whereby the minimum availability is also increased outside the planned journey.
  • the first section is preferably performed immediately after connecting the electric or hybrid vehicle or a traction battery charging device to a utility power network, but not according to the minimized aging parameter (ie, a maximum delayed start of the charging process).
  • the (at least one) second portion of the loading process includes minimizing and performing at least this portion according to the minimized aging parameter.
  • the second section of the loading process is in accordance with the start of the journey (the dedauer) and the driving time delayed.
  • the at least one second portion may be executed in accordance with a charging energy that is minimized according to the running time and the reach, respectively.
  • the second section can both be delayed according to the start of the drive and the driving time to minimize the aging parameters, as well as be carried out in accordance with a minimized supercharging energy, which is minimized in terms of driving time or range.
  • the invention is further realized by a charge control for a traction battery of an electric or hybrid vehicle, which comprises an input interface, a charge state detection device and a minimization device.
  • the input interface is set up for inputting a driving phase specification that includes a travel duration or a start of driving or both.
  • the charging state detecting device is configured to detect a current state of charge of the traction battery.
  • the charging controller may comprise an interface which is set up by the traction battery such as terminal voltage, current and / or voltage
  • the charge state detection device may have a link between these measurement quantities and the charge states, for example in the form of an approximation, a look-up table, an interpolation device or a model, preferably a combination thereof.
  • the minimization device is set up to minimize an aging parameter according to the driving phase specification and the state of charge.
  • the aging parameter represents the time interval up to a charging process or, in complementary execution, corresponds to a time interval between the charging process (the end of the charging process) and the start of driving.
  • the aging which represents the aging parameter, increases with decreasing time interval up to a charging process or with an increasing time interval between the charging process and the start of the driving.
  • the aging represented by the aging parameter increases with the recharge energy as the cycle cycle associated therewith increases.
  • the charging energy is based on the minimum amount of energy required for the predetermined driving time, with minimization of the aging parameter corresponding to maximizing the time interval until a charging process or minimizing the interval between the charging process and the start of the vehicle, as a result of which the duration, in which the accumulator has a high state of charge, is minimized together with the aging.
  • the minimization device is accordingly set up to optimize the time interval up to a charging process according to the driving time and / or according to the start of the journey. Furthermore, the minimization device set up to optimize the charging energy according to the duration of travel, ie to minimize.
  • Optimizing the time interval to a charging process corresponds to maximizing the time interval between the charging process and the start of the journey or minimizing the time interval between (end of) the charging process (es) to the start of the journey.
  • charging energy and also the time interval are optimized.
  • the charging controller further includes an output configured to deliver a charging signal or charging current that is responsive to the optimized aging parameter.
  • the charging signal or the output of the charging current in this case depends on the minimum charging time, a minimized charging energy and as far as possible delayed charging process with a maximum time interval to a charging process or a minimum time interval between the charging process and the start of driving.
  • the minimization device set up for this optimization controls the output of the charging control, so that a charger that can be connected thereto or a traction accumulator that can be connected to it is loaded according to the optimized data.
  • the charging control comprises a memory which is set up for storing values of past, detected travel times or driving start times. Such driving times or driving start times can be specified by the vehicle electronics of the vehicle, which enter the beginning, the duration and / or the end of the driving operation via an input interface of the charging control in the memories of the charging control.
  • the charging controller is further configured to interpolate or average these stored values for inputting them to the input interface of the charge controller, in particular the minimization device, to provide them with the drive phase default.
  • the driving phase default is not supplied by a direct user input of the charging controller, but is determined by detected, past trips of the vehicle.
  • the past driving times and / or driving start times are taken into account in the minimization according to the driving phase specification.
  • the past driving times and driving start times take the place of the driving phase specification.
  • the charging control is able to learn the user behavior from past journeys and to provide a driving phase specification from what has been learned.
  • a further embodiment of the invention provides that a clock is part of the charging control in order to deliver the current time to the minimization device, which can then provide the time interval between the charging process and the start of the journey in order to execute the charging process in accordance with the mined data ,
  • FIG. 1 shows, by way of example, the charging processes according to the prior art and according to the invention.
  • FIG. 1 shows the course of the state of charge (SOC) as a function of the time course t.
  • SOC state of charge
  • the charging energy is minimized so that although charging is started at time T 0 to provide an increase 20 of the state of charge, the increase is not performed to the maximum state.
  • the charge represented by the boost 20 is terminated when a predetermined charge level corresponding to a predetermined charge energy is reached. This level corresponds in the example of
  • Figure 1 is a state of charge of 80%, so that upon reaching this state of charge the charging is completed and a state of charge level 22 is maintained until reaching the time t- ⁇ .
  • This charging curve consisting of the curve sections 20 and 22 shows a minimization of the charging energy, so that the aging is reduced, since the accumulator is provided at the time t-1 at a lower charging state 22. The aging is thus reduced.
  • the exemplary charge state of 80% which corresponds to the level 22, corresponds to the travel time or the range that the traction battery must at least provide.
  • the time interval up to a charging process is maximized or the distance between the charging process and the start of driving is minimized.
  • the associated charging curve initially shows a constant level 30, which results directly at time t 0 and corresponds to a state of charge, which prevails after the end of the last drive.
  • the state 30 is maintained as long as possible, so that the charging process, as represented by the state of charge increase 32, used as late as possible.
  • the charging process represented by boost 32 is thus delayed as much as possible so that during level 30 the traction battery has a low state of charge associated with low aging.
  • the beginning of the charging ie the base of the increase 32, corresponds to the start of driving t- ⁇ , which was advanced by a time occupied by the charging process.
  • the time taken by the charging process results from the difference between the state of charge at time t 0 and the state of charge, which corresponds to the driving time or range (in this case: 80%), and from the charging power with which the state of charge is related to the associated period of time is increased. Since the rate of increase of the increase 32 is known, can thus, starting from the start of driving t- ⁇ , calculate the necessary beginning of the charging process.
  • a further embodiment of the invention is provided by the course 40, 42, 5 in which the charging process is carried out in two parts.
  • a first charge begins according to the state of charge increase 40 'directly to the time t 0 .
  • This first section of the charging process 40 ' serves to provide a predetermined minimum state of charge (in this case: 50%), so that a minimum charging energy is provided even in the case of an advanced start of driving, for example in the middle between t 0 and t- 1 , which means a minimum driving time or a minimum range guaranteed.
  • the minimum state of charge which corresponds to the minimum range or the minimum charging energy is reached, the state of charge remains constant at the level 40.
  • a second section of the charging process 42 is designed according to the invention that this as far as possible verzoll.5 gert is to provide a minimum period of time between the end of the charging process (ie the end of the second section of the charging process) and the start of driving t- ⁇ .
  • the beginning of the second section results from the slope of the second section 42, which is caused for example by the charging current, as well as by the difference between the charging energy or the state of charge, the driving time or 20 range to start driving t- ⁇ corresponds, and the minimum state of charge to the end of the first section 40 ', which corresponds to a predetermined minimum range.
  • this embodiment allows a long period of the accumulator, which is associated with a low state of charge.
  • the second section 42 of the charging process does not end at a maximum possible state of charge, but at a state of charge, which corresponds to a driving time or 30 a range. This also reduces the cycle stroke, which can reduce aging.

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Abstract

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer eines Traktionsakkumulators eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Das Verfahren sieht die Schritte vor: Erfassen zumindest einer Fahrphasenvorgabe, die eine Fahrdauer, einen Fahrbeginn, oder beides umfasst; und Erfassen eines aktuellen Ladezustands des Traktionsakkumulators. Zumindest ein Alterungsparameters wird minimiert, der den zeitlichen Abstand zwischen einem Ladeprozess und dem Fahrbeginn oder die Aufladeenergie umfasst, mit der der Traktionsakkumulator aufzuladen ist, gemäß der zumindest einen Fahrphasenvorgabe; und der Ladeprozesses wird gemäß dem minimierten Alterungsparameter ausgeführt. Die Erfindung betrifft ferner eine Ladesteuerung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Ladesteuerung zur Erhöhung der Lebensdauer von Akkumulatoren Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine verbesserte Ladestrategie zur Vermeidung von Alterungsprozessen in Akkumulatoren, die zur Traktion von Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen verwendet werden.
Stand der Technik
Es ist bekannt, elektrisch betriebene Fahrzeuge, d. h. Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, mit Traktionsakkumulatoren zu versehen, die von einem Versorgungs- Stromnetz aufgeladen werden. Bislang wird die Aufladung derart gesteuert, dass die
Reichweite sowie die Verfügbarkeit des Fahrzeugs optimiert ist. Dies wird gemäß dem Stand der Technik erreicht durch Ladeprozesse, die so früh wie möglich beginnen, insbesondere direkt beim Anschluss des Elektrofahrzeugs an ein Versorgungsstromnetz, und die dazu führen, dass der Akkumulator vollständig aufgeladen wird.
Neben einer Aufladung eines fest installierten Akkumulators sind auch Lösungen bekannt, bei denen ein Akkumulator ausgetauscht wird, wobei dies jedoch zu einem deutlich höheren Materialaufwand führt und eine schwierige Gestaltung der elektrischen Kontakte mit sich bringt.
Aus dem Stand der Technik bekannte Ladestrategien berücksichtigen jedoch nicht Alterungsprozesse, die durch das sofortige vollständige Laden entstehen. Durch die Alterungsprozesse verringert sich die Reichweite der Fahrzeuge sowie auch deren Verfügbarkeit. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Ladestrategie und eine Ladesteuerung vorzusehen, die eine höhere Reichweite und höhere Verfügbarkeit der Fahrzeuge ermöglichen. Offenbarung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch die Ladesteuerung nach Anspruch 8. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein wesentlicher Anteil an den Alterungsprozessen, die zu einer geringeren Verfügbarkeit und Akkumulatorkapazität führen, durch bestimmte Alterungsparameter hervorgerufen werden, die sich durch eine geeignete Ladestrategie deutlich verringern lassen. Als Ursache für eine Alterung der Akkumulatoren wurden erkannt: Der Zyklenhub, d. h. die Aufladeenergie, mit der der Akkumula- tor auf einen höheren Ladezustand gebracht wird, sowie die Zeitdauer, während der der Akkumulator einen hohen Ladezustand aufweist, da sich z.B. der Elektrolyt des Akkumulators bei einem hohen Ladezustand, beispielsweise bei einem vollständig geladenen Akkumulator, deutlich schneller zersetzt, als bei einem geringeren Ladezustand. Erfindungsgemäß wird die Ladestrategie nach diesen Alterungsursachen ausge- richtet, d. h., dass die Parameter der Ladestrategie (d. h. die Dauer, Beginn, übertragene Ladeenergie und anderes) derart vorgesehen werden, dass die Alterungsparameter wie Standzeit mit hohem Ladezustand oder Zyklenhub minimiert sind.
Gemäß dem der Erfindung zugrunde liegenden Konzept wird daher zumindest eine Fahrphasenvorgabe erfasst, beispielsweise die Fahrdauer (oder, als Äquivalent: die
Reichweite) oder der Fahrbeginn. Da die Fahrdauer (bzw. die Reichweite) mit einem Mindestladezustand verknüpft ist, der wiederum die minimal zu übertragende Ladeenergie definiert, kann aus der Fahrdauer eine obere Grenze abgeleitet werden, gemäß der die Aufladeenergie angepasst ist. Mit anderen Worten wird die Aufladeenergie dahingehend minimiert, dass nur ein minimaler Ladeenergiebetrag auf den Akkumulator übertragen wird, der gerade noch ausreichend ist bzw. gewährleistet, dass der Traktionsakkumulator für die erfasste Fahrdauer ausreichend Leistung an den Antrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeugs abgibt. Daher wird nur die minimal notwendige Energiemenge während des erfindungsgemäßen Ladeprozesses auf den Traktionsak- kumulator übertragen, um dadurch den Zyklenhub zu minimieren. Anstatt der Fahrdauer kann auch eine Reichweite des Fahrzeugs vorgegeben sein, wobei sowohl Fahr- dauer als auch Reichweite des Fahrzeugs mit einem Ladezustand verknüpft sind, der diese Reichweite bzw. Fahrdauer ermöglicht. Die Verknüpfung zwischen Fahrdauer (oder Reichweite) und Ladezustand kann über eine Schätzung vorgesehen sein, oder durch empirische Daten, wobei aufgrund von Streuungen gegebenenfalls eine zusätzli- che Sicherheitsmarge in Form eines zusätzlichen Aufladeenergiewerts zu der notwendigen Aufladeenergie hinzuaddiert wird, um auch bei zu positiven Abschätzungen der Reichweite eine ausreichende Reichweite zu gewährleisten bzw. die erfasste Fahrphasenvorgabe zu erfüllen. Erfindungsgemäß wird daher der Akkumulator nur so weit aufgeladen, wie es die Fahrphasenvorgabe und insbesondere die Fahrdauer bzw. Reich- weite erfordert, wodurch sich Alterungsprozesse minimieren lassen, die durch den Zyklenhub (d. h. die Änderung von einem niedrigen auf einen hohen Ladezustand) hervorgerufen werden. Ist daher gemäß der Fahrphasenvorgabe ersichtlich, dass die nächste Fahrt nur eine geringe Reichweite erfordert, so wird der Traktionsakkumulator bei einem niedrigen Ladezustand nicht vollständig aufgeladen, sondern nur so weit aufgela- den, dass der sich nach Aufladung ergebende Ladezustand die Reichweitenvorgabe erfüllt.
Erfindungsgemäß wird ferner der Fahrbeginn erfasst, wodurch der Ladeprozess erfindungsgemäß an den Fahrbeginn angepasst werden kann, um dadurch den zeitlichen Abstand als Alterungsparameter zu minimieren. Es wurde daher erfindungsgemäß erkannt, dass der Akkumulator insbesondere bei voll aufgeladenem Zustand oder mit hohem Ladezustand deutlich altert, so dass zur Verringerung der Alterung der Akkumulator nur so kurz wie notwendig einen hohen Ladezustand aufweist. Daher wird gemäß der Fahrphasenvorgabe (insbesondere gemäß dem Fahrbeginn) zumindest ein Abschnitt des Ladevorgangs so lange verzögert, dass das Ende des Ladevorgangs im
Wesentlichen mit dem Fahrbeginn als Vorgabe zusammenfällt. Dadurch werden Standzeiten vermieden, während denen der Akkumulator einen hohen Ladezustand aufweist und somit besonders stark altert. Erfindungsgemäß wird ferner die Fahrdauer bei der Verzögerung des Ladezustands berücksichtigt, wobei sich aus der Fahrdauer die noch notwendige Aufladeenergie ergibt, die zur Gewährleistung der vorgegebenen
Fahrdauer erforderlich ist. Die Aufladeenergie wiederum ergibt, zusammen mit dem Ladestrom bzw. der Ladeleistung, die noch erforderliche Ladedauer, so dass anhand des vorgegebenen Fahrbeginns unter Berücksichtigung der Ladedauer der Ladebeginn berechnet werden kann. Erfindungsgemäß wird somit der Ladeprozess in seiner Länge und hinsichtlich seines Beginns an dem Fahrbeginn orientiert sowie an der Ladedauer, welche wiederum eine Funktion der Fahrdauer (und des Ladezustands) ist; der Beginn des Ladeprozesses ergibt sich daher durch den vorgegebenen Fahrbeginn, der um die Ladedauer (und gegebenenfalls eine zusätzliche Sicherheitsmarge) vorgezogen wird, um zu gewährleisten, dass zum vorgegebenen Fahrbeginn der Akkumulator einen Ladezustand aufweist, der der vorgegebenen Fahrdauer (oder der vorgegebenen Reich- weite) gerecht wird.
Der Ladeprozess kann auch zweigeteilt sein, wobei ein erster Abschnitt des Ladeprozesses sich nicht nach den Alterungsparametern ausrichtet, wie es die Erfindung vorsieht, jedoch ein darauf folgender zweiter oder weiterer Abschnitt eine verzögerte La- dung bzw. eine verminderte Aufladeenergie auf einen Ladezustand vorsieht, der hinsichtlich der Fahrdauer bzw. der Reichweite minimiert ist, um dadurch die erfindungsgemäße Minimierung des Alterungsparameters zu erreichen. Hierbei wird jedoch der erste Abschnitt mit einem Ladehub bzw. mit einer Aufladeenergie ausgeführt, die nicht zu einem hohen Ladezustand führen. Vielmehr dient der erste Abschnitt zur Gewähr- leistung eines Mindestladezustands, so dass sich dieser beispielsweise an einer Ladezustandsvorgabe (beispielsweise 20 oder 50 %) orientiert, die grundsätzlich eine Verfügbarkeit des Fahrzeugs auch vor dem vorgegebenen Fahrbeginn ermöglicht, wenn auch nicht mit einer besonders hohen Reichweite. Der zweite bzw. weitere Abschnitt der Aufladung orientiert sich jedoch an der Fahrphasenvorgabe und minimiert die damit verknüpften Alterungsparameter durch Verzögern des Ladebeginns, der dem zweiten
Abschnitt zugeordnet ist, sowie durch Minimieren der Aufladeenergie gemäß einer vorgegebenen Fahrdauer bzw. vorgegebenen Reichweite.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht somit vor, die Lebensdauer eines Traktionsak- kumulators zu erhöhen, indem zunächst eine Fahrphasenvorgabe erfasst wird, die eine
Fahrdauer (respektive eine Reichweite), einen Fahrbeginn oder beides umfasst. Diese Fahrphasenvorgabe kann aus früheren, durchgeführten Fahrphasen abgeleitet werden, kann durch eine Benutzereingabe vorgesehen werden oder beides. Zudem wird der aktuelle Ladezustand des Traktionsakkumulators erfasst, beispielsweise mittels der Klemmenspannung oder eines Innenwiderstands, der anhand der Klemmenspannung und des fließenden Stroms ermittelt werden kann oder anhand einer Kombination dieser Größen mit der Temperatur. Zahlreiche Verfahren zur Erfassung des Ladezustands sind möglich, unter anderem modellbezogene Ladezustände, wobei ein Modell wesentliche chemische Prozesse innerhalb des Akkumulators nachbildet und dieses Modell anhand von außen zu erkennender Messgrößen nachgeführt wird, wobei die Messgrößen beispielsweise Klemmenspannung, Strom und Temperatur umfassen. Der Lade- zustand lässt sich anhand des Modells und/oder anhand der Messgrößen schätzen oder extrapolieren. Der erfasste aktuelle Ladezustand dient dazu, die noch notwendige Aufladung bzw. die noch notwendige Aufladeenergie abzuschätzen, die erforderlich ist, um die vorgegebene Fahrdauer zu erreichen.
Die Lebensdauer wird erfindungsgemäß erhöht, indem ein Alterungsparameter minimiert wird, wobei der Alterungsparameter den zeitlichen Abstand bis zu einem Ladeprozess wiedergibt oder die Aufladeenergie umfasst. Der zeitliche Abstand bis zu einem Ladeprozess entspricht der Dauer, während der der Traktionsakkumulator einen niedrigen Ladezustand aufweist, wobei niedrige Ladezustände die Alterung verringern und hohe Ladezustände die Alterung erhöhen. Die Minimierung eines Alterungsparameters, der den zeitlichen Abstand bis zum Ladeprozess wiedergibt, entspricht einer Maximierung dieser Dauer. Der Alterungsparameter gibt die Dauer somit in komplementärer Form wieder. Anstatt oder in Kombination mit dem zeitlichen Abstand bis zu einem Ladeprozess kann eine dazu komplementäre Größe verwendet werden, d. h. der zeitliche Abstand bis zum Fahrbeginn, unter der Voraussetzung, dass der zeitliche Abstand bis zum Fahrbeginn mit dem Ende der Übertragung der Aufladeenergie beginnt. In diesem Fall ist der zeitliche Abstand bis zum Fahrbeginn ein zu minimierender Alterungsparameter, der zusammen mit der Alterung ansteigt, da die Dauer, während der der Akkumulator einen hohen Ladezustand aufweist, zusammen mit der Alterung anwächst. Wird hingegen der zeitliche Abstand bis zu einem Ladeprozess verwendet und als Alterungsparameter wiedergegeben, so sinkt mit zunehmendem zeitlichem Abstand bis zum Ladeprozess die Alterung, da der Traktionsakkumulator umso weniger einer langen Dauer mit einem hohem Ladezustand ausgesetzt ist, je größer der zeitliche Abstand bis zu einem Ladeprozess ist. Der zeitliche Abstand bis zu einem Ladeprozess betrifft daher die Dauer, während der der Traktionsakkumulator einen geringen Ladezustand aufweist und somit deutlich weniger altert als bei einem hohen Ladezustand.
Ferner sieht die Erfindung vor, die Aufladeenergie, mit der der Traktionsakkumulator aufzuladen ist, gemäß der zumindest einen Fahrphasenvorgabe zu minimieren. Die Aufladeenergie entspricht dem Zyklenhub und kann gemäß der Fahrdauer minimiert werden, so dass die Aufladeenergie die vorgegebene Fahrdauer zwar gewährleistet, jedoch nur so gering wie möglich über dem Wert ist, der genau die Fahrdauer gewährleisten würde. Die Minimierung wird gemäß der Fahrphasenvorgabe vorgesehen. So wird der zeitliche Abstand bis zu einem Ladeprozess maximiert, wodurch die zugehörige (damit komplementär verknüpfte) Alterungskomponente minimiert wird, indem der Fahrbeginn berücksichtigt wird und das Aufladen so weit verzögert wird, dass möglichst exakt zum Fahrbeginn die gewünschte Aufladeenergie übertragen ist. Die Minimierung des zeitlichen Abstands bis zum Fahrbeginn, d. h. der Dauer zwischen Ende des Ladeprozesses (d. h. der Übertragung der Aufladeenergie) wird vorgesehen, indem der Ladeprozess und somit auch das Ende des Ladeprozesses so weit wie möglich verzögert wird, so dass der so verschobene Ladeprozess bei optimaler Minimierung exakt dann endet, wenn der Fahrbeginn vorgesehen ist. Eine Minimierung gemäß der Aufladeenergie wird vorgesehen, indem die Fahrdauer bzw. die zugehörige Reichweite verwendet wird, um den hierzu notwendigen Ladezustand vorzusehen, ausgehend von dem er- fassten aktuellen Ladezustand. Hierbei wird die Aufladeenergie so gering wie möglich gehalten, um, ausgehend von einem aktuellen Ladezustand vor dem Laden, nach dem Übertragen der Aufladeenergie einen Ladezustand zu haben, der zwar die Fahrdauer und die Reichweite gewährleistet, jedoch keine wesentlichen darüber hinausgehenden in dem Traktionsakkumulator gespeicherten Energien vorsieht. Damit wird der Ladezustand vor dem Fahrbeginn minimiert. Erfindungsgemäß erfasst das Verfahren ferner den Schritt des Ausführens des Ladeprozesses gemäß dem minimierten Alterungspa- rameter. Hierbei wird der Ladeprozess ausgeführt gemäß dem maximierten zeitlichen
Abstand bis zu einem Ladeprozess, dem minimierten zeitlichen Abstand zwischen Ende des Ladeprozesses und Fahrbeginn und/oder der minimalen Aufladeenergie, die zur Gewährleistung der Fahrdauer bzw. der Reichweite erforderlich ist. Daher wird die Fahrdauer erfasst, indem die Fahrdauer selbst oder insbesondere die geplante Reichweite eingegeben wird. Anhand der eingegebenen Reichweite und eines vorgegebenen Verbrauchswerts wird, unter Berücksichtigung eines aktuellen Ladezustands, die noch notwendige Aufladeenergie berechnet. Insbesondere wird bei der Planung des auszuführenden Ladeprozesses die mit der geplanten Reichweite ver- knüpfte noch zuzuführende Aufladeenergie berücksichtigt, indem die Ladedauer, die mit der Aufladeenergie verknüpft ist, beim Vorsehen des Beginns des Ladeprozesses berücksichtigt wird. Anstatt eine geplante Reichweite einzugeben, beispielsweise über eine Benutzerschnittstelle, kann auch eine Reichweite vergangener Fahrten abgerufen werden, vorzugsweise mehrere Reichweiten, anhand derer eine Reichweite vorgese- hen wird, beispielsweise durch Mitteln oder Extrapolieren. Reichweiten vergangener
Fahrten werden somit in einem Lernprozess verknüpft, um eine Reichweite zur Mini- mierung der Alterungsparameter vorzusehen. Die Aufladeenergie wird anhand der Reichweite minimiert, wobei insbesondere der aktuelle Ladezustand (vor dem Lade- prozess) erfasst wird, um die verbleibende, notwendige Aufladeenergie bis zum Erreichen eines Soll-Ladezustands, der der Reichweite entspricht, vorzusehen. Die Aufla- deenergie wird abhängig von der Reichweite geschätzt und mittels einer Verknüpfung vorgesehen. Die Verknüpfung wird beispielsweise durch eine Näherungsformel, einem Verhältnis von Ladezustandsverringerung zu gefahrener Wegstrecke einer vergangenen Fahrt (d. h. der Verbrauchswert einer vergangenen Fahrt), einer Interpolation oder mittels einer Look-up-Tabelle vorgesehen. Der Traktionsakkumulator wir dann mit der minimierten Aufladeenergie geladen. Alternativ wird der Traktionsakkumulator mit der minimierten Aufladeenergie geladen, die um eine Verfügbarkeitssicherheitsmarge erhöht ist. Die Verfügbarkeitssicherheitsmarge deckt somit auch Streuungen ab oder Reichweiten, die (geringfügig) über die geplante Reichweite hinausgehen. Ferner wird als Fahrphasenvorgabe der Fahrbeginn erfasst. Der Fahrbeginn wird erfasst durch Eingeben eines geplanten Fahrbeginns, beispielsweise über eine Benutzerschnittstelle, oder durch Abrufen mindestens eines Fahrbeginns vergangener Fahrten, beispielsweise eines aus den Fahrbeginnen vergangener Fahrten gemittelten oder extrapolierten Fahrbeginns. Hierbei wird das Minimieren vorgesehen durch Minimieren des zeitlichen Abstands zum Beginn des Ladeprozesses anhand des Fahrbeginns und einer geschätzten Ladedauer. Die Ladedauer ist abhängig von einem Ladefehlbetrag bzw. von der Aufladeenergie, die für eine vorgegebene Reichweite oder Fahrdauer notwendig ist. Der zeitliche Abstand zum Beginn des Ladeprozesses wird ferner anhand einer zur Verfügung stehenden Ladeleistung geschätzt, die das Verhältnis von Ladeenergiemenge zu dazu erforderlicher Ladezeit angibt. Ist beispielsweise der Energiefehlbetrag oder die Aufladeenergie in Ah angegeben, so gibt die Ladeleistung in Form einer Stromstärke (d. h. in Form von A) den Energiefluss wieder, wenn von einer konstanten Klemmenspannung ausgegangen wird. Die Ladedauer ergibt sich dann durch den Quotienten von Aufladeenergie bzw. Ladefehlbetrag und Ladeleistung. Der Ladefehlbetrag ist mit der Aufladeenergie vergleichbar, die erforderlich ist, um zum Ende des Ladeprozesses eine gewünschte abrufbare Energiemenge vorzusehen. Der Ladefehlbetrag entspricht der Differenz zwischen einem vorgegebenen Mindestladezustand und dem aktuellen Ladezustand. Der vorgegebene Mindestladezustand wird insbesondere durch eine Reichweite bzw. durch eine Fahrdauer vorgegeben, für die der Traktionsakkumulator mindestens zur Verfügung stehen bzw. Energie bereithalten muss. Der Mindestladezustand wird abhängig von der Reichweite vorgesehen, beispielsweise durch Schätzung. Beim Vorsehen des Mindestladezustands, ausgehend von der Reichweite, wird eine Verknüpfung verwendet zwischen Mindestladezustand und Reichweite, die einen Wert für den Verbrauch des Fahrzeugs wiedergibt (erforderliche
Energie bezogen auf die mittels dieser Energie zurückgelegte Wegstrecke). Die Verknüpfung zwischen Mindestladezustand und Reichweite wird von einer Näherungsformel, einem Verhältnis von Ladezustandsverringerung und gefahrener Wegstrecke einer vergangenen Fahrt, einer Interpolation oder einer Look-up-Tabelle vorgesehen o- der von einer beliebigen Kombination hiervon. Das Verhältnis von Ladezustandsverringerung zu gefahrener Wegstrecke entspricht dem Verbrauch, der bei vergangenen Fahrten aufgetreten ist, wobei dieser für vergangene Fahrten gemittelt werden kann oder anhand dieser extrapoliert werden kann, gegebenenfalls unter Berücksichtigung einer Verbrauchsklasse, die der Wegstrecke einer vergangenen Fahrt zugeordnet ist (beispielsweise entspricht eine Fahrt mit höherer Geschwindigkeit, beispielsweise eine
Autobahnfahrt, einer hohen Verbrauchsklasse, während eine Fahrt mit einer moderaten Geschwindigkeit und konstantem Tempo einer geringen Verbrauchsklasse zugeordnet wird). Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst gemäß einer weiteren Ausführungsform der
Erfindung das Erfassen der Temperatur des Traktionsakkumulators. Falls die Temperatur zu niedrig ist, wird der Ladeprozess nicht vollständig oder nicht gemäß der Erfindung ausgeführt, um Schäden am Akkumulator durch zu niedrige Betriebstemperaturen zu verhindern. Daher wird die Temperatur mit einer Mindesttemperaturvorgabe verglichen und der Ladeprozess wird gemäß den minimierten Alterungsparametern nur dann ausgeführt, wenn der Schritt des Vergleichens ergibt, dass die erfasste Temperatur der Mindesttemperaturvorgabe entspricht oder über dieser liegt. In gleicher Weise kann auch der Schritt des Minimierens und der Schritt des Erfassens des aktuellen Ladezustands oder auch der Schritt des Erfassens zumindest einer Fahrphasenvorgabe nur dann ausgeführt werden, wenn die erfasste Temperatur über der Mindesttemperaturvorgabe liegt oder dieser entspricht, wobei einer oder mehrere dieser Schritte nicht ausgeführt werden, wenn der Schritt des Vergleichens ergibt, dass die erfasste Temperatur unter der Mindesttemperaturvorgabe liegt. Durch diese Aussetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei zu niedrigen Temperaturen (unterhalb der Mindesttem- peraturvorgabe) wird vermieden, dass der Akkumulator durch den Ladeprozess bei zu niedrigen Temperaturen Schaden nimmt und vorschnell altert. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht einen ein- oder mehrteiligen Ladeprozess vor, wobei bei einem mehrteiligen Ladeprozess zumindest ein Abschnitt, insbesondere der letzte Abschnitt des Ladeprozesses erfindungsgemäß ausgeführt wird. Daher wird ein erster Abschnitt des Ladeprozesses nicht gemäß dem minimierten Alterungsparameter ausgeführt. Durch den zumindest einen ersten Abschnitt, der nicht gemäß dem minimierten Alterungsparameter ausgeführt wird, ist es möglich, durch die dadurch erfolgte Ladezustandszunahme die Verfügbarkeit für Fahrten zu erhöhen, die nicht gemäß der geplanten Fahrdauer oder dem geplanten Fahrbeginn ausgeführt werden. Mindestens ein anderer, zweiter Abschnitt des Ladeprozesses wird gemäß dem minimierten Alterungsparameter ausgeführt. Der mindestens eine weitere, zweite Abschnitt des Ladeprozesses wir daher mit minimierter zeitlicher Dauer zwischen Ende des Ladeprozesses und Fahrbeginn bzw. mit minimierter Aufladeenergie ausgeführt. Der eine zweite Abschnitt oder die mehreren zweiten Abschnitte werden nach dem einen ersten bzw. den mehreren ersten Abschnitten ausgeführt, entweder nach dem Beenden des ersten
Abschnitts oder in direktem Anschluss daran oder auch mit einer zeitlichen Verzögerung, die sich nach dem minimierten zeitlichen Abstand zwischen Ende des letzten Ladeprozesses und Fahrbeginn richtet. Während der eine zweite oder die mehreren zweiten Abschnitte die Alterung des Akkumulators minimieren, ermöglichen es gleichzeitig die ersten Abschnitte bzw. der erste Abschnitt, dass eine gewisse Grundladung dem
Akkumulator zugeführt wird bzw. in diesem vorliegt, um Fahrten zu ermöglichen, die sich nicht nach der geplanten Fahrdauer oder dem geplanten Fahrbeginn richten, wodurch die Verfügbarkeit erhöht wird, ohne jedoch in gleichem Maße die Alterung zu verstärken.
Gemäß einem mehrteiligen Ladeprozess wird der erste Abschnitt des Ladeprozesses vorgesehen durch Aufladen des Traktionsakkumulators auf einen vorgegebenen Min- destladewert oder auf einen Ladezustand, der einer vorgegebenen Mindestreichweite entspricht, wodurch die Mindestverfügbarkeit auch außerhalb der geplanten Fahrt er- höht wird. Der erste Abschnitt wird vorzugsweise unmittelbar nach dem Anschließen des Elektro- oder Hybridfahrzeugs oder einer Ladevorrichtung des Traktionsakkumulators an ein Versorgungsstromnetz durchgeführt, jedoch nicht gemäß dem minimierten Alterungsparameter (d. h. um einen maximal verzögerten Beginn des Ladeprozesses). Der (mindestens eine) zweite Abschnitt des Ladeprozesses umfasst das Minimieren und das Ausführen zumindest dieses Abschnitts gemäß dem minimierten Alterungsparameter. Der zweite Abschnitt des Ladeprozesses ist gemäß dem Fahrbeginn (der La- dedauer) und der Fahrdauer verzögert. Ferner kann der zumindest eine zweite Abschnitt gemäß einer Aufladeenergie ausgeführt werden, die gemäß der Fahrdauer bzw. der Reichweite minimiert ist. Insbesondere kann der zweite Abschnitt sowohl gemäß Fahrbeginn und Fahrdauer zur Minimierung der Alterungsparameter verzögert werden, als auch gemäß einer minimierten Aufladeenergie ausgeführt werden, die hinsichtlich der Fahrdauer bzw. der Reichweite minimiert ist.
Die Erfindung wird ferner realisiert durch eine Ladesteuerung für einen Traktionsakkumulator eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, die eine Eingabeschnittstelle, eine Lade- zustanderfassungsvorrichtung und eine Minimierungsvorrichtung umfasst. Die Eingabeschnittstelle ist eingerichtet zur Eingabe einer Fahrphasenvorgabe, die eine Fahrdauer oder einen Fahrbeginn oder beides umfasst. Die Ladezustanderfassungsvorrichtung ist zur Erfassung eines aktuellen Ladezustands des Traktionsakkumulators eingerichtet. Hierzu kann die Ladesteuerung eine Schnittstelle umfassen, die eingerichtet ist, von dem Traktionsakkumulator Messgrößen wie Klemmenspannung, Strom und/oder
Akkumulatortemperatur zu empfangen. Die Ladezustanderfassungsvorrichtung kann eine Verknüpfung zwischen diesen Messgrößen und den Ladezuständen aufweisen, beispielsweise in Form einer Näherung, einer Look-up-Tabelle, einer Interpolationsvorrichtung oder eines Modells, vorzugsweise eine Kombination hiervon. Die Minimie- rungsvorrichtung ist eingerichtet, einen Alterungsparameter gemäß der Fahrphasenvorgabe und des Ladezustands zu minimieren. Der Alterungsparameter gibt den zeitlichen Abstand bis zu einem Ladeprozess wieder oder, in komplementärer Ausführung, entspricht einem zeitlichen Abstand zwischen dem Ladeprozess (dem Ende des Ladeprozesses) und dem Fahrbeginn. Im Allgemeinen steigt die Alterung, die den Alte- rungsparameter darstellt, mit abnehmendem zeitlichem Abstand bis zu einem Ladeprozess bzw. mit steigendem zeitlichem Abstand zwischen Ladeprozess und Fahrbeginn. Gleichermaßen steigt die Alterung, die der Alterungsparameter wiedergibt, mit der Aufladeenergie, da der damit verknüpfte Zyklenhub mit dieser ansteigt. Wie bereits bemerkt, richtet sich die Aufladeenergie an die minimal erforderliche Energiemenge, die die vorgegebene Fahrdauer erfordert, wobei eine Minimierung des Alterungsparameters einer Maximierung des zeitlichen Abstands bis zu einem Ladeprozess entspricht bzw. einer Minimierung des Abstands zwischen Ladeprozess und Fahrbeginn, wodurch die Zeitdauer, in der der Akkumulator einen hohen Ladezustand aufweist, zusammen mit der Alterung minimiert wird. Die Minimierungsvorrichtung ist demgemäß eingerichtet, den zeitlichen Abstand bis zu einem Ladeprozess gemäß der Fahrdauer und/oder gemäß dem Fahrbeginn zu optimieren. Ferner ist die Minimierungsvorrich- tung eingerichtet, die Aufladeenergie gemäß der Fahrdauer zu optimieren, d. h. zu minimieren. Eine Optimierung des zeitlichen Abstands bis zu einem Ladeprozess entspricht einer Maximierung des zeitlichen Abstands zwischen Ladeprozess und Fahrbeginn bzw. einer Minimierung des zeitlichen Abstands zwischen (Ende des) Ladepro- zess(es) bis zum Fahrbeginn. Vorzugsweise werden Aufladeenergie und auch der zeitliche Abstand optimiert. Die Ladesteuerung umfasst ferner einen Ausgang, der eingerichtet ist, ein Ladesignal oder einen Ladestrom abzugeben, der sich nach dem optimierten Alterungsparameter richtet. Das Ladesignal bzw. die Abgabe des Ladestroms richtet sich hierbei nach der minimalen Aufladedauer, einer minimierten Aufladeenergie und einem so weit wie möglich verzögerten Ladeprozess mit einem maximalen zeitlichen Abstand bis zu einem Ladeprozess bzw. einem minimalen zeitlichen Abstand zwischen dem Ladeprozess und dem Fahrbeginn. Die für diese Optimierung eingerichtete Minimierungsvorrichtung steuert den Ausgang der Ladesteuerung an, so dass ein daran anschließbares Ladegerät oder ein daran anschließbarer Traktionsakkumulator gemäß den optimierten Daten geladen wird.
Zur Eingabe der Fahrdauer und des Fahrbeginns kann eine Benutzerschnittstelle zur Eingabe vorgesehen sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladesteuerung einen Speicher, der zur Speicherung von Werten vergangener, erfasster Fahrdauern oder Fahrbeginnzeitpunkte eingerichtet ist. Derartige Fahrdauern oder Fahrbeginnzeitpunkte können von einer Fahrzeugelektronik des Fahrzeugs vorgegeben werden, die den Beginn, die Dauer und/oder das Ende des Fahrbetriebs über eine Eingabeschnittstelle der Ladesteuerung in den Speichern der Ladesteuerung eingeben. Die Ladesteuerung ist ferner eingerichtet, diese gespeicherten Werte zu interpolieren oder zu mittein, um diese an die Eingabeschnittstelle der Ladesteuerung, insbesondere der Minimierungsvorrichtung, einzugeben, um diese mit der Fahrphasenvorgabe zu versorgen. In dieser Ausführung wird die Fahrphasenvorgabe nicht durch eine direkte Benutzereingabe der Ladesteuerung zugeführt, sondern wird durch erfasste, vergangene Fahrten des Fahrzeugs ermittelt. Hierbei werden die vergangenen Fahrdauern und/oder Fahrbeginnzeitpunkte bei der Minimierung gemäß der Fahrphasenvorgabe berücksichtigt. Die vergangenen Fahrdauern und Fahrbeginnzeitpunkte treten hierbei an die Stelle der Fahrphasenvorgabe. Aufgrund des Speichers ist die Ladesteuerung in der Lage, aus vergangenen Fahrten das Benutzerverhalten zu erlernen und eine Fahrphasenvorgabe aus dem Erlernten vorzusehen. Eine weitere Ausführung der Erfindung sieht vor, dass eine Uhr Teil der Ladesteuerung ist, um die aktuelle Uhrzeit an die Minimierungsvorrichtung abzugeben, welche daraufhin den zeitlichen Abstand zwischen dem Ladeprozess und dem Fahrbeginn vorsehen kann, um dementsprechend den Ladeprozess gemäß den minierten Daten auszufüh- ren.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Die Figur 1 zeigt beispielhaft die Ladeprozesse gemäß dem Stand der Technik sowie gemäß der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Die Figur 1 zeigt den Verlauf des Ladezustands (state of Charge, SOC) in Abhängigkeit des Zeitverlaufs t. Zunächst wird bis zum Zeitpunkt t0 der Ladezustand durch eine vorangegangene Fahrt verringert. Zum Zeitpunkt t0 wird die Fahrt beendet und das Fahrzeug wird mit einem Stromnetz verbunden, das Aufladeenergie zur Verfügung stellt. Gemäß einem Aufladeprozess, der nach dem Stand der Technik vorgesehen ist, wird unmittelbar nach dem Anschluss an das Versorgungsnetz der Ladeprozess gestartet, wobei dies zu einer kontinuierlichen Steigerung des Ladezustands führt. Die Zunahme des Ladezustands 10 wird fortgeführt, bis ein maximaler Ladezustand, d. h. 100 % erreicht wird, woraufhin das Zuführen von Aufladeenergie beendet wird und der Ladezustand das konstante Niveau 12 einnimmt, so dass der Zustand eines vollständig geladenen Akkumulators bis zum Zeitpunkt t-ι, der den Fahrbeginn wiedergibt, beibehalten wird. Es ist aus Figur 1 ersichtlich, dass durch die lange Zeitdauer, während der der
Akkumulator einen hohen Ladezustand aufweist, ein wesentlicher Alterungsprozess stattfindet. Zum einen führt die lange Dauer des Zustande zur Alterung und zum anderen der hohe Ladezustand während dieser Dauer. Daher wird gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung die Aufladeenergie minimiert, so dass zwar zum Zeitpunkt T0 eine Aufladung begonnen wird, um eine Steigerung 20 des Ladezustands vorzusehen, jedoch wird die Steigerung nicht bis zum maximalen Zustand durchgeführt. Die Aufladung, die durch die Steigerung 20 dargestellt wird, wird beendet, wenn ein vorbestimmtes Aufladeniveau, das einer vorbestimmten Aufladeenergie entspricht, erreicht wird. Dieses Niveau entspricht in dem Beispiel von
Figur 1 einem Ladezustand von 80 %, so dass beim Erreichen dieses Ladezustands das Aufladen beendet wird und ein Ladezustandsniveau 22 bis zum Erreichen des Zeitpunkts t-ι beibehalten wird. Diese aus den Kurvenabschnitten 20 und 22 bestehende Ladekurve zeigt eine Minimierung der Aufladeenergie, so dass die Alterung verringert ist, da der Akkumulator bis zum Zeitpunkt t-ι bei einem geringeren Ladezustand 22 vorgesehen wird. Die Alterung ist somit verringert. Der hier beispielhafte Ladezustand von 80 %, der dem Niveau 22 entspricht, entspricht der Fahrdauer bzw. der Reichweite, die der Traktionsakkumulator mindestens erbringen muss.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung wird insbesondere der zeitliche Abstand bis zu einem Ladeprozess maximiert bzw. der Abstand zwischen La- deprozess und Fahrbeginn minimiert. Die dazugehörige Ladekurve zeigt zunächst ein konstantes Niveau 30, das sich unmittelbar zum Zeitpunkt t0 ergibt und einem Ladezustand entspricht, der nach dem Beenden der letzten Fahrt herrscht. Der Zustand 30 wird so lange wie möglich beibehalten, so dass der Ladeprozess, wie er durch die Ladezustandssteigerung 32 dargestellt ist, so spät wie möglich eingesetzt. Der Ladeprozess, dargestellt durch Steigerung 32, ist somit so weit wie möglich verzögert, so dass während des Niveaus 30 der Traktionsakkumulator einen niedrigen Ladezustand aufweist, der mit einer geringen Alterung einhergeht. Der Beginn des Aufladens, d. h. der Fußpunkt der Steigerung 32, entspricht dem Fahrbeginn t-ι, der um eine Zeit vorgezogen wurde, die der Ladeprozess einnimmt. Die Zeit, die der Ladeprozess einnimmt, ergibt sich durch die Differenz zwischen dem Ladezustand zum Zeitpunkt t0 und dem Ladezustand, der der Fahrdauer bzw. Reichweite entspricht (hier: 80 %), sowie aus der Ladeleistung, mit der der Ladezustand, bezogen auf die zugehörige Zeitdauer, erhöht wird. Da die Steigerungsrate der Steigerung 32 bekannt ist, lässt sich somit, ausgehend von dem Fahrbeginn t-ι, der notwendige Beginn des Ladeprozesses berechnen.
Weitere Verfahren (nicht dargestellt) sehen eine zusätzliche Dauer vor, um die der Ladeprozess zusätzlich vorgezogen wird, um den Akkumulator mit einer ausreichenden Ladung vorzusehen, wenn der Fahrbeginn außerplanmäßig vorgezogen wird. Im Ver- gleich zu dem Verlauf 20, 22, ist es vor allem die Zeitdauer, die bei einer Ladung gemäß dem Verlauf 30, 32 die Alterung verringert. Darüber hinaus werden die erfindungsgemäßen Minimierungen (d. h. zeitlicher Abstand und Aufladeenergie) gemäß dem Verlauf 30, 32 minimiert, indem zum einen der Beginn des Ladeprozesses so weit wie möglich nach hinten verschoben wird, und zum anderen die Aufladung nicht bis zum maximal möglichen Ladezustand ausgeführt wird, sondern gemäß einer minimier- ten Aufladeenergie verringert ist, die eine Fahrdauer bzw. eine Reichweite garantiert, jedoch keine wesentlich darüber hinausgehenden Energiemengen speichert.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist durch den Verlauf 40, 42 vorgesehen, 5 bei dem der Ladeprozess zweiteilig ausgeführt wird. Eine erste Aufladung beginnt gemäß der Ladezustandssteigerung 40' unmittelbar mit dem Zeitpunkt t0. Dieser erste Abschnitt des Ladeprozesses 40' dient dazu, einen vorgegebenen Mindestladezustand (hier: 50 %) vorzusehen, so das auch bei einem vorgezogenen Fahrbeginn, beispielsweise in der Mitte zwischen t0 und t-ι, eine Mindestaufladeenergie vorgesehen ist, die 10 eine Mindestfahrdauer bzw. eine Mindestreichweite gewährleistet. Sobald jedoch nach dem ersten Abschnitt 40' des Ladeprozesses der Mindestladezustand, der der Mindestreichweite bzw. der Mindestaufladeenergie entspricht, erreicht ist, verbleibt der Ladezustand konstant auf dem Niveau 40. Ein zweiter Abschnitt des Ladeprozesses 42 ist dahingehend erfindungsgemäß ausgeführt, dass dieser so weit wie möglich verzoll.5 gert ist, um eine minimale Zeitdauer zwischen Ende des Ladeprozesses (d. h. Ende des zweiten Abschnitts des Ladeprozesses) und dem Fahrbeginn t-ι vorzusehen. Der Beginn des zweiten Abschnitts ergibt sich durch die Steigung des zweiten Abschnitts 42, der beispielsweise durch den Ladestrom bedingt ist, sowie durch die Differenz zwischen der Aufladeenergie bzw. dem Ladezustand, der der Fahrdauer bzw. 20 Reichweite zum Fahrbeginn t-ι entspricht, und dem Mindestladezustand zum Ende des ersten Abschnitts 40', der einer vorgegebenen Mindestreichweite entspricht. Aus der Anstiegsrate des Ladezustands gemäß der Steigerung 42 und der Differenz zwischen Mindestladezustand und der Aufladeenergie, die einer Fahrtdauer bzw. einer Reichweite zum Zeitpunkt t-ι entspricht, ergibt sich die erforderliche Zeit, um die der Beginn des 25 (Rest-)Ladeprozesses gegenüber dem geplanten Fahrbeginn vorzuziehen ist. Gemäß der langen Verweildauer auf dem Niveau 40 ermöglicht diese Ausführung eine lange Zeitdauer des Akkumulators, die mit einem geringen Ladezustand verknüpft ist. Darüber hinaus endet der zweite Abschnitt 42 des Ladeprozesses nicht bei einem maximal möglichen Ladezustand, sondern bei einem Ladezustand, der einer Fahrdauer bzw. 30 einer Reichweite entspricht. Dadurch wird auch der Zyklenhub verringert, wodurch sich die Alterung verringern lässt. Insbesondere wird zum Ende des erfindungsgemäßen Ladeprozesses nur der minimal notwendige Ladezustand vorgesehen, der eine entsprechende Fahrdauer bzw. Reichweite ermöglicht, ohne jedoch darüber hinausgehend Ladeenergien in dem Akkumulator zu speichern, die aufgrund der Reichweite 35 bzw. der geplanten Fahrdauer nicht abgerufen werden und somit nur zur verstärkten
Alterung beitragen.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer eines Traktionsakkumulators eines
Elektro- oder Hybridfahrzeugs, mit den Schritten
Erfassen zumindest einer Fahrphasenvorgabe, die eine Fahrdauer, einen Fahrbe- ginn, oder beides umfasst;
Erfassen eines aktuellen Ladezustands des Traktionsakkumulators;
Minimieren zumindest eines Alterungsparameters, der den zeitlichen Abstand zwischen einem Ladeprozess und dem Fahrbeginn oder die Aufladeenergie umfasst, mit der der Traktionsakkumulator aufzuladen ist, gemäß der zumindest einen Fahrphasenvorgabe; und
Ausführen des Ladeprozesses gemäß dem minimierten Alterungsparameter.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei als Fahrphasenvorgabe die Fahrdauer erfasst wird, das Erfassen der Fahrdauer vorgesehen wird durch Eingeben einer geplan- ten Reichweite oder Abrufen mindestens einer Reichweite vergangener Fahrten, und das Minimieren vorgesehen wird durch Minimieren der Aufladeenergie anhand der Reichweite, wobei die Aufladeenergie abhängig von der Reichweite geschätzt wird mittels einer Verknüpfung, die von einer Näherungsformel, einem Verhältnis von Ladezustandverringerung zu gefahrener Wegstrecke einer vergangenen Fahrt, einer Interpolation oder einer Look-up-Tabelle vorgesehen wird, und wobei das Ausführen des Ladeprozesses umfasst: Aufladen des Traktionsakkumulators mit der minimierten Aufladeenergie oder mit der der minimierten Aufladeenergie, die um eine Verfügbarkeitssicherheitsmarge erhöht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei als Fahrphasenvorgabe der Fahrbeginn erfasst wird, das Erfassen des Fahrbeginns vorgesehen wird durch Eingeben eines geplanten Fahrbeginns oder Abrufen mindestens eines Fahrbeginns vergangener Fahrten, und das Minimieren vorgesehen wird durch Minimieren des zeitlichen Ab- stands zum Beginn des Ladeprozesses anhand des Fahrbeginns und einer ge- schätzten Ladedauer, die abhängig von einem Ladefehlbetrag und einer zur Verfügung stehenden Ladeleistung geschätzt wird, wobei der Ladefehlbetrag der Dif- ferenz zwischen einem vorgegebenen Mindestladezustand und dem aktuellen Ladezustand entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Mindestladezustand abhängig von der Reichweite geschätzt wird mittels einer Verknüpfung zwischen Mindestladezustand und Reichweite, die von einer Näherungsformel, einem Verhältnis von Ladezustandverringerung zu gefahrener Wegstrecke einer vergangenen Fahrt, einer Interpolation oder einer Look-up-Tabelle vorgesehen wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend: Erfassen einer Temperatur des Traktionsakkumulators; Vergleichen der Temperatur mit einer Mindesttemperaturvorgabe und Ausführen des Ladeprozesses gemäß dem minimierten Alterungsparameter nur dann, wenn der Schritt des Vergleichens ergibt, dass die erfasste Temperatur der Mindesttemperaturvorgabe entspricht oder über dieser liegt.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein erster Abschnitt des Ladeprozesses nicht gemäß dem minimierten Alterungsparameter ausgeführt wird und ein anderer, zweiter Abschnitt des Ladeprozesses gemäß dem minimierten Alterungsparameter ausgeführt wird, wobei der zweite Abschnitt nach dem Beenden des ersten Abschnitts oder in direktem Anschluß daran ausgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der erste Abschnitt des Ladeprozesses vorgesehen wird durch Aufladen des Traktionsakkumulators auf einen vorgegebenen Mindestladezustand oder einen Ladezustand, der einer vorgegebenen Mindestreichweite entspricht, unmittelbar nach einem Anschließen des Elektro- oder Hybridfahrzeugs oder einer Ladevorrichtung des Traktionsakkumulators an ein Versorgungsstromnetz, und der zweite Abschnitt des Ladeprozesses das Minimieren umfasst, um den Ladeprozess gemäß dem Fahrbeginn und der Fahrdauer zu verzögern, den Ladeprozess gemäß einer Aufladeenergie auszuführen, die gemäß der Fahrdauer minimiert ist, oder beides.
8. Ladesteuerung für einen Traktionsakkumulator eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, umfassend: eine Eingabeschnittstelle, eingerichtet zur Eingabe einer Fahrphasenvorgabe, die eine Fahrdauer, einen Fahrbeginn oder beides umfasst, eine Ladezustanderfassungsvorrichtung, die zur Erfassung eines aktuellen Ladezu- Stands des Traktionsakkumulators eingerichtet ist; und eine Minimierungsvorrich- tung, die eingerichtet ist, einen Alterungsparameter, der den zeitlichen Abstand zwischen einem Ladeprozess und dem Fahrbeginn oder die Aufladeenergie um- fasst, mit der der Traktionsakkumulator aufzuladen ist, gemäß der Fahrphasenvorgabe und des Ladezustands zu minimieren, wobei die Minimierungsvorrichtung eingerichtet ist, den zeitlichen Abstand bis zu einem Ladeprozess gemäß der Fahrdauer und/oder dem Fahrbeginn zu optimieren, die Aufladeenergie gemäß der Fahrdauer zu optimieren oder beides zu optimieren, wobei die Ladesteuerung ferner einen Ausgang umfasst, der eingerichtet ist, ein Ladesignal oder einen Ladestrom gemäß dem optimierten Alterungsparameter abzugeben.
9. Ladesteuerung nach Anspruch 8, ferner umfassend: einen Speicher, der zur Speicherung von Werten vergangener, erfasster Fahrdauern oder Fahrbeginnzeitpunkte eingerichtet ist, um diese in interpolierter oder gemittelter Form an die Eingabeschnittstelle oder an die Minimierungsvorrichtung abzugeben, um vergangene Fahrdauern und Fahrbeginnzeitpunkte bei der Minimierung gemäß der Fahrphasenvorgabe zu berücksichtigen.
10. Ladesteuerung nach Anspruch 8 oder 9, ferner umfassend: eine Uhr eingerichtet zur Abgabe einer aktuellen Uhrzeit an die Minimierungsvorrichtung.
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