用于运行可电运行的机动车的电能量存储器的装置

摘要

本发明涉及一种用于运行电能量存储器(10)的装置，该能量存储器尤其是用于为可电运行的机动车的部件供电，对于能量存储器(10)的一个或多个特征参数(U、I、T、SoC)分别定义运行极限，在能量存储器(10)的正常运行中通过控制单元(20)防止超过所述运行极限。所述装置包括用于从设备(1)接收用户侧请求消息的接口(40)，所述请求消息包括关于至少一个所述特征参数(U、I、T、SoC)的运行极限的有意移动的改变信息。所述装置还包括计算单元(50)，其构造用于在接收到请求消息时根据至少一个为能量存储器(10)存储的运行历史记录——其表示从能量存储器(10)的一个或多个所述特征参数(U、I、T、SoC)中导出的、关于能量存储器(10)的过去运行条件的信息——检查并且在满足下述条件至少之一时允许至少一个所述特征参数(U、I、T、SoC)的运行极限的移动：由所述至少一个运行历史记录确定的、表示当前健康状态的信息满足预定标准；和/或已经完成了由计算单元根据当前健康状态发起的货币交易。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于运行电能量存储器的装置和方法，所述能量存储器尤其是用于为可电运行的机动车、如电池驱动的车辆(BEV)或混合动力车辆(HEV)的部件供电，所述混合动力车辆可选择性地由内燃机和/或电驱动装置驱动。

背景技术

对于用于为电机供电并且也被称为牵引电池或高压电池的电能量存储器，为一个或多个特征参数分别定义运行极限。特征参数例如可以是电压、电流、温度、充电状态(SoC)等。在能量存储器的正常运行中通过能量存储器的控制单元来防止超过相应的运行极限，以便尤其是避免电能量存储器的损坏或过早的老化现象。

存储单元的制造商在假设预定的最坏情况下对安装在电能量存储器中的存储单元保证一定的使用寿命。最坏情况(也称为任务剖面：Mission Profile)是基于假设的载荷谱、假设的温度谱以及整个使用寿命内预期的运行状态的直方图。为了确保保证的使用寿命，电能量存储器的设计必须基于这种最坏情况，其相应于最坏可能性(最严苛)的运行条件和客户要求。这种操作导致从车辆的生产开始最大充电和放电功率在整个使用寿命上是确定的。此外，根据当前健康状态(SoH)，为特定运行状态释放的功率也是有限的。

对于那些与设计所基于的最坏情况相比具有较低性能使用情况(Nutzungsprofil)的客户而言，电能量存储器对此是“过度设计”的并且因此可能会更为有利。但上述电能量存储器的设计不能为具有不同使用情况的客户进行个性化设计。

发明内容

本发明的任务在于，提出一种用于运行电能量存储器的装置和方法，它们能在不同的客户要求方面实现更大的灵活性。

所述任务通过根据权利要求1的特征的装置和根据权利要求13的特征的方法来解决。有利的实施方式在从属权利要求中给出。

根据第一方面，提出一种用于运行电能量存储器的装置，该能量存储器尤其是用于为可电运行的机动车的部件供电。对于能量存储器的一个或多个特征参数分别定义运行极限。在能量存储器的正常运行中通过控制单元防止超过所述运行极限。所述装置包括用于从设备接收用户侧请求消息的接口，所述请求消息包括关于至少一个所述特征参数的运行极限的有意移动的改变信息。计算单元构造用于，在接收到请求消息时根据至少一个为能量存储器存储的运行历史记录——其表示从能量存储器的一个或多个所述特征参数中导出的、关于能量存储器的过去运行条件的信息——检查并且在满足下述条件至少之一时允许至少一个特征参数的运行极限的移动：由所述至少一个运行历史记录确定的表示当前健康状态的信息满足预定标准。替代或附加地满足下述条件：已经完成了由计算单元根据当前健康状态发起的货币交易。

本说明书意义中的请求消息包括改变信息、如请求(附加)快速充电过程、临时增加功率(以便例如能够实现更高的加速度和/或最终速度)、增加续驶里程等。伴随在请求消息中获得的改变信息而来的是用户预期的和技术上必要的至少一个特征参数、如最大可能充电电压、最大可能放电电压、最大可能充电或放电电流、最小可能充电状态(SoC)等的运行极限的移动。

如果从所述至少一个为能量存储器存储的运行历史记录中导出的健康状态允许所述至少一个特征参数的移动且电能量存储器不会遭受不可逆的损坏，则可临时改变或移动至少一个所述特征参数的运行极限。但由于至少一个所述特征参数的运行极限的有意移动会不利地影响最初保证的电能量存储器使用寿命，因此允许所述至少一个运行极限的移动可以不仅与当前健康状态、而且也附加地与完成货币交易有关。换句话说，可通过支付费用和因此用于提早发生的保修的可能的准备金(Rückstellung)来移动至少一个所述特征参数的运行极限。

由此可考虑这样的客户需求，其例如想要更高的(充电/放电)功率和/或更高的续驶里程并且为此接受例如缩短的保修期。在保修期不变的情况下也可通过建立准备金在企业经济学方面防范增加的故障风险。

根据一种符合目的的实施方式规定，在确定特征参数的时刻如果由所述至少一个运行历史记录确定的信息大于预定的、老化相关的极限阈值，则计算单元认为满足该标准。换句话说，如果当前健康状态好于对于当前时间点预定的极限健康状态(在超过该极限健康状态时可能或将发生能量存储器的损坏)，则可允许包含在请求消息中的改变信息。因此，极限健康状态表示绝对极限，其不允许(即使是支付费用)被超过。

另一种实施方式规定，在确定特征参数的时刻如果所确定的信息大于预定的、老化相关的设计阈值，则计算单元认为满足该标准。与极限阈值不同，设计阈值是在最坏情况下为电能量存储器的使用寿命的相应老化点定义的阈值。如果当前确定的健康状态好于在最坏情况下为当前时间点确定的健康状态，则可允许包含在请求消息中的关于至少一个所述特征参数的运行极限的有意移动的改变信息。

在确定特征参数的时刻如果所确定的信息小于预定的、老化相关的设计阈值，则计算单元可认为满足该标准。在此情况下，当前健康状态虽然比在最坏情况的范围中定义的健康状态要差，但当前健康状态好于预先确定的、老化相关的极限阈值，在该极限阈值时将存在电能量存储器立即损坏的危险。然后尤其是通过支付费用以考虑电能量存储器增加和/或提早的故障风险也可允许至少一个所述特征参数的运行极限的移动。

符合目的的是，所述装置包括数据存储器，在其中为能量存储器存储所述至少一个运行历史记录。数据存储器可以是分配给作为整体的能量存储器的数据存储器。作为替代方案，能量存储器可包括一定数量的存储单元模块，为每个所述存储单元模块分配一个子数据存储器，子数据存储器整体构成数据存储器。在另一种替代实施方式中可规定，每个所述存储单元模块包括一定数量的存储单元，为每个所述存储单元分配一个子数据存储器，子数据存储器整体构成数据存储器。

尤其是数据存储器或子数据存储器可为此构造或可与为此构造的部件连接，所述部件允许检测能量存储器或存储单元模块或存储单元的所述至少一个特征参数。

另一种符合目的的实施方式规定，数据存储器构造用于与能量存储器的控制单元交换数据并且在数据通信范围中传输所述一个或多个特征参数或所述至少一个运行历史记录。由此，控制单元允许确定当前健康状态，以便基于此来决定是否移动至少一个所述特征参数的运行极限。

根据另一种符合目的的实施方式规定，数据存储器构造用于，在与控制单元的数据通讯范围中传输用于认证的凭证。根据该实施方式，数据存储器是芯片的一部分，该芯片具有通信和加密计算功能以接管与控制单元的数据通信。

另一种符合目的的实施方式规定，计算单元构造用于，借助能量存储器的模型相应于所请求的超过所述运行极限来模拟健康状态，以便检查所请求的超过至少一个所述特征参数的运行极限的影响。然后，可基于模拟结果允许或不允许所述至少一个特征参数的运行极限的移动。

所述计算单元尤其是车辆外部计算单元。车辆外部计算单元例如可以是电运行机动车制造商的后端服务器。但作为替代方案，计算单元也可以是车辆内部计算单元，只要关于至少一个所述特征参数的运行极限的移动的决定仅基于对电能量存储器的当前健康状态的评估。

根据第二方面，本发明提出一种用于运行电能量存储器的方法，该能量存储器尤其是用于为可电运行的机动车的部件供电，对于能量存储器的一个或多个特征参数分别定义运行极限，在能量存储器的正常运行中通过控制单元监控超过所述运行极限。所述方法包括下述步骤：从设备接收用户侧请求消息，所述请求消息包括关于至少一个所述特征参数的运行极限的有意移动的改变信息。所述设备可以是车辆外部设备或车辆的接口。车辆的用户接口例如是人机界面、如与车辆的显示单元连接的旋按调节器。所述方法还包括：在接收到请求消息时根据至少一个为能量存储器存储的运行历史记录——其表示从能量存储器的一个或多个特征参数中导出的、关于能量存储器的过去运行条件的信息——检查至少一个所述特征参数的运行极限的移动并且在满足下述条件至少之一时允许该移动：由所述至少一个运行历史记录确定的、表示当前健康状态的信息满足预定标准；已经完成了由计算单元根据当前健康状态发起的货币交易。

所述方法具有与上述结合根据本发明的装置所描述的优点相同的优点。

根据一种符合目的的实施方式，在确定特征参数的时刻如果所确定的信息大于预定的、老化相关的极限阈值，则计算单元认为满足该标准。极限阈值表示绝对的、时间相关或距离有关的阈值，如果超过该阈值，则可能或将发生电能量存储器的不可逆的损坏。

在一种符合目的的实施方式中，在确定特征参数的时刻如果所确定的信息大于预定的、老化相关的设计阈值，则计算单元认为满足该标准。可选地，在确定特征参数的时刻如果所确定的信息小于预定的、老化相关的设计阈值，则计算单元也认为满足该标准。设计阈值是在开头提到的最坏情况的范围内确定的阈值，超过该阈值不会直接危害电能量存储器的健康状态，但会影响其使用寿命。

另一种符合目的的实施方式规定，在接收到请求消息时在数据通信范围中将所述一个或多个特征参数或所述至少一个运行历史记录从能量存储器传输到计算单元以确定信息。为此，开头提到的数据存储器可具有通信功能，以便与计算单元进行数据通信。

在数据通信范围中尤其是可规定，将用于认证的数据存储器的凭证传输到计算单元。由此可确保能量存储器和计算单元之间的通信的安全，从而例如可防止或至少加大陌生人对移动至少一个所述特征参数的运行极限进行操纵的难度。

根据另一种符合目的的实施方式，计算单元借助能量存储器的模型相应于所请求的超过所述运行极限来模拟健康状态，以便检查所请求的超过至少一个所述特征参数的运行极限的影响。然后可根据模拟结果选择性地允许或防止至少一个所述特征参数的运行极限的移动。

此外，本发明提出一种计算机程序产品，其可直接加载到数字计算机的内部存储器中并且包括软件代码段，当产品在计算机上运行时，借助该软件代码段执行根据前述权利要求中任一项所述的步骤。所述计算机程序产品可以数据存储器、如DVD、CD-ROM、USB存储棒等的形式存在。计算机程序产品也可作为可通过无线或有线网络传输的信号存在。

附图说明

下面参考附图中的实施例详细阐述本发明。附图如下：

图1示出根据本发明的用于运行电能量存储器的装置的示意图；

图2示出图表，其关于时间或经过距离绘出图1的电能量存储器的健康状态，通过该图表示出根据本发明方法的原理方法；

图3示出图2的图表的变化，其示出健康状态随时间或经过距离的变化以及由此导出的、各个特征参数运行极限的可能移动；和

图4示出示意图，其示出为电能量存储器的不同特征参数定义的阈值。

具体实施方式

图1示出根据本发明的、用于运行电能量存储器10的装置。该电能量存储器10是用于为可电运行的车辆的部件、尤其是其驱动机器供电的能量存储器。电能量存储器10包括一定数量的存储单元模块100、200、300。存储单元模块100、200、300的数量原则上可任意选择。每个存储单元模块100、200、300又包括一定数量的存储单元，在此仅示例性地在存储单元模块100中示出存储单元101，...，105。

在一种优选实施方式中，相应存储单元模块100、200、300的每个存储单元101，...，105均具有数据存储器111，...，115。数据存储器111，...，115除了能够存储下面更详细描述的各种数据之外还具有与电能量存储器10的控制单元20进行数据交换的通信功能以及可选地具有用于确定相配存储单元101，...，105的一个或多个特征参数的器件。作为能量存储器的特征参数例如可存储相应电压、充电和/或放电电流、温度以及充电状态(SoC)——分别以最大值、最小值和平均值的形式——的过去运行状态的不同直方图。另外，在数据存储器中存储相配存储单元101，...，105的所谓的凭证、即唯一标识特征。凭证受加密方法保护并且可由凭证的接收者验证。数据存储器111，...，115为此也可具有适合于执行加密操作的计算单元。相应存储单元101，...，105的数据存储器111，...，115构成本发明意义上的子数据存储器，所有子数据存储器整体形成电能量存储器10的数据存储器。

尽管优选相应存储单元模块100、200、300的每个存储单元101，...，105均具有这种数据存储器111，...，115，但在一种修改方案中可规定，仅为每个存储单元模块100、200、300提供相应的数据存储器110、210、310。如果为每个存储单元模块100、200、300分配一个数据存储器110、210、310，则它们构成子数据存储器，子数据存储器整体形成电能量存储器10的数据存储器。在另一种替代实施方式中，也可仅为作为整体的电能量存储器10分配一个这样的数据存储器11。

电能量存储器10的控制和监控通过分配给电能量存储器10的控制单元20进行。所述控制单元20例如构造用于监控为各种特征参数(电压U、电流I、温度T、充电状态SoC等)定义的运行极限并防止它们在能量存储器的正常运行中被超过。

控制单元20与其中设有电能量存储器10的机动车的用户接口1、如人机界面(MMI)连接。通过用户接口1，机动车的用户可发送请求消息，该请求消息包括关于电能量存储器10的一个或多个特征参数的运行极限的有意移动的改变信息。请求消息的处理尤其是在车辆外部计算单元侧、特别是在机动车制造商的后端侧进行。所述装置还具有车辆侧发射/接收单元30用于为此所需的通信。

车辆侧发射/接收单元30构造用于与车辆外部(后端侧)发射/接收单元40通信。发射/接收单元40本身与车辆外部计算单元50连接。后端还包括与计算单元50耦合的计费系统60和与计算单元50耦合的模拟单元70。

应注意，由用户发出的请求消息的处理并非必须在车辆外部计算单元中进行。在一种替代实施方式中，为此设置的部件也可在车辆侧实现。

机动车的用户例如可通过用户接口1通过生成请求消息来提出关于附加快速充电过程的请求。附加快速充电过程需要电能量存储器10的充电以与正常充电相比(明显更高)的电流进行。该请求例如也可包括将功率临时提高一定的值，以便例如能够增加机动车的最大速度。这将需要增加放电电流和/或电压。请求也可包括将续驶里程增加一定的百分比，这将引起与预定阈值相比较低的放电深度。

接收请求消息的控制单元现在通过车辆侧发射/接收单元30将存储单元101，...，105的凭证发送至车辆外部发射/接收单元40，后者将该信息传输至计算单元50。借助凭证可确保安全处理包含在请求消息中的信息。根据当前健康状态确定是允许还是拒绝包含在请求消息中的一个或多个特征参数的运行极限的移动，所述当前健康状态根据为能量存储器存储的运行历史记录确定。运行历史记录表示从能量存储器的一个或多个特征参数(尤其是电压U、电流I、温度T、充电状态SoC)导出的、关于能量存储器的过去运行条件的信息。这些信息存储在数据存储器中(无论是存储在为作为整体的能量存储器分配的数据存储器11中还是存储在存储单元模块或存储单元的子数据存储器中)。运行历史记录尤其是以过去运行状态的直方图的形式存在并且允许通过与预先存储的最坏情况的比较来决定是否能够出于技术原因移动至少一个特征参数的运行极限。

替代或附加地，可通过发起的货币交易批准极限值的移动。例如批准可在通过计费系统60从用户账户中借入一定的货币金额的情况下进行，该货币金额考虑了基于临时移动至少一个特征参数的运行极限而导致的老化特性的恶化。由此例如可从金钱角度考虑可能在预测的保修期到期之前发生的维修。为了确定健康状态，计算单元50可查询存储在能量存储器10的数据存储器中的运行历史记录，由此这些运行历史记录从车辆侧发射/接收单元30被发送到车辆外部发射/接收单元40。

在作出关于批准请求消息的决定之前，计算单元50所接收的数据可由计算单元转发给模拟单元70。在模拟单元70中形成电能量存储器的模型，以便模拟所请求的临时移动至少一个特征参数的运行极限的影响。根据模拟结果例如可确定货币交易的金额或出于技术原因拒绝或允许所请求的至少一个特征参数的运行极限的移动的允许。

因此，本发明所基于的原理在于，为能量存储器、尤其是为各个存储单元设置认证可能性和存储的运行历史记录，以便将它们传输至(车辆外部)计算单元。然后由计算单元50处理关于是否能够临时移动、尤其是扩展运行极限的用户侧请求消息。如果计算单元50允许移动运行极限，则将相应的批准消息发送到电能量存储器的控制单元20。然后可在控制单元20的控制下处理临时新设置的运行极限。可通过货币交易和/或缩短保修期来考虑运行极限的移动。

电能量存储器特征参数的运行极限的移动基于下述考虑。图4示例性示出电池电压U

控制单元20构造用于，在正常运行中将相应特征参数保持在其正常范围内、如20％到80％之间。如果允许至少一个特征参数(U、I、T)的运行极限的移动请求，则可临时使用上下设计余量范围ARo和ARu。在所有情况下都应避免使用不可用区域NNBo和NNBu，因为此时会对能量存储器的存储单元造成直接且不可预测的损坏。

如开头所述，在最坏情况的假设下确定电能量存储器10的尺寸。最坏情况基于最严苛的运行条件和客户要求，其借助过去的实验和经验通过温度谱、载荷谱以及概括来说能量存储器特征参数及其运行状态的直方图来表征。所述最坏情况导致特征曲线K1(图2和3)，其在此示例性示出与设计有关的电池容量的健康状态SoHc。该设计例如可以是为客户保证的以年为单位的使用寿命t或以公里为单位的保证的里程数s。特征曲线K1表示从寿命周期开始时的健康状态SoHc＝100％起到寿命周期结束时的健康状态SoHc＝0％、即到保证的使用寿命t

一般用户在远低于最严苛的运行条件下使用能量存储器，因而通过在使用机动车和能量存储器的过程中记录的运行历史记录产生健康状态的实际曲线，其在图2和3中以K2表示。在时间点t

相反，图3示出一种实施例，在其中，在时间点t

附图标记列表

1 用户接口

10 能量存储器

11 具有凭证的芯片

20 控制单元

30 车辆侧发射/接收单元

40 后端侧发射/接收单元

50 计算单元

60 计费系统

70 模拟单元

100、200、300 存储单元模块

101，...，105 存储单元模块100的存储单元

110、210、310 具有凭证的芯片

115 具有凭证的芯片

K1、K2 特征曲线

U、I、T、SoC 特征参数