AT526653B1

AT526653B1 - Testverfahren zur Ermittlung einer Charakteristik einer Antriebskomponente eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: AT526653B1
Application number: ATA50968/2022A
Authority: AT
Inventors: Le Rhun Dipl -Ing Franck; Krause Dipl -Ing Bernd; Bruhn Tanner; Allouchery Laurent
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2022-12-19
Filing date: 2022-12-19
Publication date: 2024-06-15
Also published as: AT526653A4; DE102023135477A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Testverfahren (100) und ein Testsystem (30) für ein Kraftfahrzeug (10) zur Ermittlung von zumindest einer Charakteristik zumindest einer Antriebskomponente eines Antriebssystems (40) eines Kraftfahrzeugs (10) während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs (10). Dabei werden Fahrbetrieb-Betriebspunkte für zumindest eine Antriebskomponente vorgegeben und Test-Betriebspunkte für zumindest einen Energiewandler (42, 44) vorgegeben. Der zumindest eine Energiewandler (42, 44) wird bei den vorgegebenen Test-Betriebspunkten betrieben und die überschüssige Energie (ΔE) wird an zumindest eine Antriebskomponente in Form einer Energiesenke abgegeben. Daten des zumindest einen Energiewandlers (42, 44) und/oder der zumindest einen Energiesenke werden erfasst und eine Charakteristik des zumindest einen Energiewandlers (42, 44) und/oder der zumindest einen Energiesenke werden auf Grundlage der erfassten Daten ermittelt.

Description

Beschreibung

TESTVERFAHREN ZUR ERMITTLUNG EINER CHARAKTERISTIK EINER ANTRIEBSKOMPONENTE EINES ANTRIEBSSYSTEMS EINES KRAFTFAHRZEUGS

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Testverfahren und ein Testsystem für ein Kraftfahrzeug zur Ermittlung von zumindest einer Charakteristik zumindest einer Antriebskomponente eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs.

[0002] Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Methoden zur Charakterisierung von Antriebskomponenten eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs bekannt. Dadurch können charakteristische Parameter der Antriebskomponenten gewonnen werden. Von besonderem Interesse sind dabei solche charakteristischen Parameter, welche eine Degradation der Antriebskomponenten betreffen, beispielsweise eine Alterung einer Traktionsbatterie oder eines Brennstoffzellensystems. Bei einer Traktionsbatterie als Antriebskomponente kann die Charakterisierung beispielsweise mittels des sog. State of Healths (kurz SoH) bzw. Gesundheitszustands als für die Degradation der Traktionsbatterie charakteristischen Parameter erfolgen, der durch eine geeignete Methode bestimmt werden kann.

[0003] Für die Charakterisierung einer Antriebskomponente, beispielsweise der Degradation einer Traktionsbatterie in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug, können gemäß einer bekannten Methode Daten genutzt werden, die auf dem Prüfstand gesammelt werden. Die ausschließliche Verwendung von Daten, die auf dem Prüfstand gesammelt wurden, ohne echte Daten, die im Fahrzeug gesammelt wurden, zeigt jedoch eine schlechte Extrapolation bzgl. der charakteristischen Parameter.

[0004] Gemäß einer anderen bekannten Methode erfolgt eine Datenerfassung für die Charakterisierung einer Antriebskomponente an Bord, während das Fahrzeug fährt. Die bordeigene Methode der Datenerfassung bietet jedoch nur selten die Möglichkeit einer wiederholbaren und vollständigen Prüfung (z. B. mit voller Leistung) und stellt viele Herausforderungen bei der Verarbeitung der resultierenden verstreuten Datenpunkte dar.

[0005] Und gemäß einer noch anderen bekannten Methode erfolgt eine Schätzung der Leistung bzw. Verschlechterung einer Antriebskomponente auf der Grundlage von Modellierungsdaten und Algorithmen. Schätzungsmethoden sind jedoch stets von der Qualität des Modells und der Korrelation mit realen Daten abhängig. Neben dem Berechnungsaufwand sind daher auch die Ergebnisse von Schätzungsmethoden selten so präzise, wie es wünschenswert ist.

[0006] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise, ein wiederholbares, vollständiges und verlässliches Testverfahren zur Ermittlung von zumindest einer Charakteristik zumindest einer Antriebskomponente eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs zur Verfügung zu stellen.

[0007] Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Testverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Testsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Testverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Testsystem und jeweils umgekehrt, sodass bzgl. der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird oder werden kann.

[0008] Erfindungsgemäß ist ein Testverfahren zur Ermittlung von zumindest einer Charakteristik zumindest einer Antriebskomponente eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Das Testverfahren weist die folgenden Schritte auf:

[0009] - Vorgeben von Fahrbetrieb-Betriebspunkten für zumindest eine Antriebskomponente in Form eines Energiewandlers für die Aufrechterhaltung des Fahrbetriebs des KraftfahrZeugs,

[0010] - Vorgeben von Test-Betriebspunkten für den zumindest einen Energiewandler, wobei die Test-Betriebspunkte, insbesondere leistungsbezogen, über den Fahrbetrieb-Betriebspunkten liegen,

[0011] - Betreiben des zumindest einen Energiewandlers bei den vorgegebenen Test-Betriebspunkten,

[0012] - Abführen einer überschüssigen Energie an zumindest eine Antriebskomponente in Form einer Energiesenke, wobei die überschüssige Energie beim Betrieb des zumindest einen Energiewandlers bei den Test-Betriebspunkten bereitgestellt wird und über die für die Aufrechterhaltung des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs hinausgeht,

[0013] - Erfassen von Daten des zumindest einen Energiewandlers und/oder der zumindest einen Energiesenke beim Betrieb des zumindest einen Energiewandlers bei den TestBetriebspunkten, und

[0014] - Ermitteln der zumindest einen Charakteristik des zumindest einen Energiewandlers und/oder der zumindest einen Energiesenke auf Grundlage der erfassten Daten.

[0015] Unter den Fahrbetrieb-Betriebspunkten werden solche verstanden, die für die Aufrechterhaltung des (aktuellen) Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs notwendig sind und insbesondere auf einer fahrerseitigen Eingabe, etwa durch Gaspedal und Bremspedal, basieren. Insoweit kann es natürlich vorkommen, dass diese Fahrbetrieb-Betriebspunkte variieren, auch wenn vorteilhafterweise, wie später näher erläutert wird, konstante Fahrbedingungen eingesetzt werden können, um das Testverfahren zu initiieren. Die Test-Betriebspunkte sind wiederum solche, die die Fahrbetrieb-Betriebspunkte und damit den fahrerseitigen Fahrbetriebswunsch, insbesondere leistungsbezogen, übersteigen. Sie können spezifisch für die zu charakterisierende Antriebskomponente gewählt sein, insbesondere einem vorbestimmten Testverfahren entsprechen, um die Antriebskomponente bestmöglich zu charakterisieren. Die Test-Betriebspunkte können einen festen Anteil, der beispielsweise nominal oder relativ sein kann, gemäß einem gewünschten Test zur Charakterisierung eines Energiewandlers und/oder einer Energiesenke, insbesondere leistungsbezogen, über den Fahrbetrieb-Betriebspunkten liegen. Wenn beispielsweise eine konstante Fahrt mit einem Tempomat auf 120 km/h auf einer Autobahn durch den Fahrer gewünscht und vom Kraftfahrzeug geregelt wird, dann sind die Fahrbetrieb-Betriebspunkte für den zumindest einen Energiewandler, beispielsweise ein Brennstoffzellensystem, solche, die diesen Betrieb ermöglichen und aufrechterhalten. Die Test-Betriebspunkte liegen demgegenüber, insbesondere leistungsbezogen, darüber. Die Differenz zwischen den Fahrbetrieb-Betriebspunkten und den Test-Betriebspunkten stellt einen Überschuss an Energie seitens des zumindest einen Energiewandlers dar, der für die Durchführung des Testverfahrens umfassend die Datenerfassung und Charakterisierung der zumindest einen Antriebskomponente genutzt werden kann. So kann beispielhaft angenommen werden, dass mit den Test-Betriebspunkten auch ein Fahren des Kraftfahrzeugs bei 130 km/h möglich wäre. Dies wird vom Fahrer jedoch entsprechend seiner Fahrweise nicht gewünscht bzw. kann mit den Test-Betriebspunkten stets beispielsweise 10 km/h über der gewünschten Fahrgeschwindigkeit oder eine gewisse Leistung über der für die gewünschte Fahrgeschwindigkeit notwendigen Leistung von dem Energiewandler bereitgestellt werden. Die Differenz in der zur Verfügung stehenden Leistung des zumindest einen Energiewandlers wird nun als überschüssige Energie an die Energiesenke abgeführt, wodurch die überschüssige Energie den Fahrerwunsch bzgl. des Kraftfahrzeugbetriebs nicht beeinträchtigt und der Test ermöglicht wird. Mit den beim Betrieb des zumindest einen Energiewandlers bei den Test-Betriebspunkten erfassten Daten ist dann eine einfache Charakterisierung ermöglicht, die praktisch beliebige Richtungen, beispielsweise Degradation der Antriebskomponenten, und Parameter, beispielsweise State of Health, erfassen kann. Die ermittelte Charakteristik kann dabei insbesondere durch einen oder mehrere charakteristische Parameter angegeben werden. Die ermittelte Charakteristik kann optional auch ausgegeben werden, beispielsweise auf einem Bildschirm im Kraftfahrzeug. Denkbar ist beispielsweise eine Anzeige der Degradation in Prozent der jeweiligen Antriebskomponente auf einer Informationsanzeige auf dem Bildschirm.

[0016] Erfindungsgemäß wird damit eine insbesondere periodische Erfassung von Charakteristi-

ken von Antriebskomponenten eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs erlaubt, welche im Fahrbetrieb selbst stattfindet. Die Datenerfassung für die Charakterisierung erfolgt zwar wie bei einer der zuvor erläuterten Methoden des Standes der Technik an Bord, wird jedoch anders als im Stand der Technik derart betrieben, dass eine Energiesenke und ein Energiespeicher in sich abgestimmter Weise zueinander gezielt eingesetzt werden, um das Erfassen der Daten oder, mit anderen Worten, einen Test an Bord des Fahrzeugs während des Fahrzeugbetriebs durchzuführen. Dies ermöglicht es, dass ein echter Charakterisierungstest zusätzlich zum Fahrbetrieb durchgeführt wird, der durch das Abführen von überschüssiger Energie an die Energiesenke nahezu ohne Einschränkungen auf den Fahrbetrieb und sehr sicher erfolgt. Der Testbetrieb überlagert dazu insbesondere leistungsbezogen den Fahrbetrieb. Man könnte auch sagen, dass die TestBetriebspunkte die benötigte Leistung der Fahrbetrieb-Betriebspunkte überlagern. Mit anderen Worten wird der Charakterisierungstest auf den Fahrbetrieb insbesondere leistungsbezogen draufgesetzt, sodass beide parallel ausgeführt werden. Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht insoweit insbesondere darin, einen Teil des Fahrzeugs als einen sog. "On-BoardPrüfstand" zu betreiben, wobei eine verfügbare Energiesenke (z.B. ein Brems-Chopper) im Fahrzeug, insbesondere ein Energiespeicher (z. B. eine Hochspannungsbatterie), verwendet wird, um einen Energiewandler (z. B. ein Brennstoffzellensystem) zu charakterisieren und/oder umgekehrt.

[0017] Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Testverfahren, bringt damit die Vorteile von zwei an sich aus dem Stand der Technik einzeln bekannten Methoden zusammen, nämlich der Datenerfassung auf dem Prüfstand und der Datenerfassung an Bord, wobei deren Nachteile weitestgehend eliminiert werden. Denn durch die gewonnen echten Daten beim erfindungsgemäßen Testverfahren wird eine hohe Verlässlichkeit des Verfahrens bereitgestellt, während durch die Art der Durchführung des Tests in der oben erläuterten abgestimmten Weise von Energiesenke und Energiewandler eine ausgezeichnete Wiederholbarkeit und vollständige Testung gegeben sind.

[0018] Das Kraftfahrzeug, an dem das erfindungsgemäße Testverfahren ausgeführt wird, kann ein beliebiges Antriebssystem aufweisen, also beispielsweise eines mit einem Verbrennungsmotor, mit einem Elektromotor und/oder einem Brennstoffzellensystem. Davon eingeschlossen sind insbesondere auch Mischantriebe, wie beispielsweise bei Hybrid-Elektrofahrzeugen. Grundsätzlich kann es sich bei dem Kraftfahrzeug insbesondere um ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug handeln. Das bedeutet, dass das Kraftfahrzeug zumindest elektrisch angetrieben werden kann, aber andere Antriebsarten zusätzlich hinzukommen können, beispielsweise eine Kraftstoffverbrennung.

[0019] Vorteilhaft ist, wenn die zumindest eine Energiesenke ein Energiespeicher ist. Die überschüssige Energie ist bei vorteilhaftem Einsatz eines Energiespeichers als Energiesenke nicht verloren und kann später, also im Anschluss an den Test, wieder für den Fahrbetrieb genutzt werden. Möglich ist alternativ oder zusätzlich aber auch der Einsatz einer Energiesenke, wie beispielsweise eines Brems-Choppers, etwa in Form eines elektrischen Leistungswiderstandes, der die bereitgestellte Energie in Wärme umwandelt und so für den Fahrzeugbetrieb unwiederbringlich vom Fahrzeug weg abführt.

[0020] Dabei ist vorteilhaft, wenn das Testverfahren ferner den Schritt eines Vorbereitens des Energiespeichers zum Speichern der überschüssigen Energie umfasst. Das Vorbereiten kann es ermöglichen, dass der Energiespeicher bereit ist für die infolge des Betriebs des Energiewandlers bei den Test-Betriebspunkten anstelle der Fahrbetrieb-Betriebspunkten überschüssig erzeugte Energie, also diese speichern kann. Dies kann beispielsweise eine Vorbereitung des Energiespeichers bzgl. seines Betriebszustands, in thermischer Hinsicht, im Hinblick auf seinen Ladezustand usw. umfassen. So kann gewährleistet werden, dass der Energiespeicher zum Startzeitpunkt des Tests für den kompletten Testablauf zur vollständigen Charakterisierung der jeweiligen Antriebskomponente bereit ist.

[0021] Hierbei ist zudem vorteilhaft, wenn das Vorbereiten des zumindest einen Energiespeichers ein Entladen des zumindest einen Energiespeichers auf oder unterhalb eines vordefinierten Energieniveaus umfasst. Das vordefinierte Energieniveau kann derart vordefiniert sein, dass die Differenz zum maximalen oder einem definierten Energieniveau des Energiespeichers wenigs-

tens der voraussichtlichen überschüssigen Energiemenge entspricht, welche der Energiewandler im Laufe des Testbetriebs bei Betrieb des Energiewandlers bei den vorgegebenen Test-Betriebspunkten erzeugen wird. So kann der Testzeitpunkt beliebig gesteuert werden, insbesondere wenn für die Testausführung besonders vorteilhafte Konditionen vorliegen, ganz besonders nahezu konstante Fahrtbedingungen, wie später näher erläutert wird. So kann der Energiespeicher schnell entladen werden, um den Energiespeicher vorzubereiten, wobei auch diese Energie nicht verloren geht, sondern für den Fahrbetrieb vor dem Testzeitpunkt genutzt werden kann, sodass der Energiewandler dann mit geringerer Leistung betrieben werden kann.

[0022] Vorteilhaft ist aber auch, wenn das Testverfahren ferner den Schritt eines Prüfens eines Energieniveaus des Energiespeichers zum Speichern der überschüssigen Energie umfasst. Dieser kann zusätzlich oder separat von einem Entladen des Energiespeichers erfolgen. So kann statt eines aktiven Entladens der Testzeitpunkt auch so gelegt werden, dass das Energieniveau des Energiespeichers dem vordefinierten Energieniveau entsprechen muss, bevor der Test durchgeführt werden kann. Dies vereinfacht das Testverfahren.

[0023] Beispielsweise kann der zumindest eine Energiespeicher eine Batterie, ein Kühlkreislauf, eine Wärmepumpe, ein Hochdrucktank und/oder ein Trägheitsspeicher sein. Beim Einsatz mehrerer Energiespeicher können jeweils gleiche und/oder unterschiedliche der vorgenannten Ausprägungen der Energiespeicher vorliegen.

[0024] Der zumindest eine Energiewandler wiederum kann beispielsweise ein Brennstoffzellensystem, eine Batterie, insbesondere Traktionsbatterie, ein Elektromotor, ein Generator, ein Verbrennungsmotor, eine Klimatechnikausstattung, eine hydraulische Pumpe und/oder eine pneumatische Pumpe sein. Beim Einsatz mehrerer Energiewandler können jeweils gleiche und/oder unterschiedliche der vorgenannten Ausprägungen der Energiewandler vorliegen.

[0025] Vorteilhaft ist außerdem, wenn die ermittelte zumindest eine Charakteristik eine Degradationscharakteristik des zumindest einen Energiewandlers und/oder der zumindest einen Energiesenke ist. Dadurch kann mit hoher Genauigkeit ein Alterungsgrad von Antriebskomponenten im Fahrzeug angegeben werden, z.B. ein State of Health einer Traktionsbatterie oder eines Brennstoffzellensystems. Dies kann Aufschluss über das Fahrverhalten oder mögliche Defekte geben. Auch könne entsprechende Antriebskomponenten anhand ihrer erfindungsgemäß besonders präzise festgestellten Degradationscharakteristik in zeitlicher Hinsicht und dem Bedarf entsprechend optimal gewartet werden.

[0026] Der zumindest eine Energiewandler kann vor seinem Betrieb bei den Test-Betriebspunkten und nach dem Ermitteln der Charakteristiken des zumindest einen Energiewandlers und/oder der zumindest einen Energiesenke mit den Fahrbetrieb-Betriebspunkten betrieben werden. Der zumindest eine Energiewandler kann also nur für die reine Testdauer vorteilhafterweise mit den Test-Betriebspunkten betrieben werden. Zum Starten des Tests kann vorgesehen sein, dass die Fahrbetrieb-Betriebspunkte bereits für eine vorgegebene Zeitdauer vorliegen, um in den Test mit den Test-Betriebspunkten überzugehen.

[0027] Vorteilhafterweise kann das Testverfahren ferner ein Autorisieren des Betreibens des zumindest einen Energiewandlers bei den Test-Betriebspunkten umfassen, wobei für das Autorisieren zumindest eine vordefinierte Bedingung erfüllt sein muss. Anhand der zumindest einen vordefinierten Bedingung kann festgelegt werden, wann der Test durchgeführt wird. Eine solche Bedingung kann beispielsweise sein, dass ein Test jeweils einer Antriebskomponente oder mehrere Antriebskomponenten nur einmalig in einem festgelegten Zeitraum, beispielsweise einem Monat, durchgeführt wird. Dies senkt die mögliche Degradation der Antriebskomponente und den Verbrauch des Kraftfahrzeugs infolge des Testdurchlaufs.

[0028] Vorteilhaft ist jedoch insbesondere, dass die zumindest eine Bedingung ist, dass der Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs mit vorgegebenen Fahrbedingungen, insbesondere einer konstanten Geschwindigkeit und/oder einer Mindestgeschwindigkeit, durchgeführt wird. Das Festlegen konstanter Fahrbedingungen hat den Vorteil, dass der Testzeitpunkt so gelegt werden kann, dass vergleichsweise sicher davon ausgegangen werden kann, dass ein kompletter Testdurchlauf

ohne einen Stopp ermöglicht wird. Dies kann wichtig sein, um einen unverfälschten und vollständigen Testdurchlauf zu erreichen. Neben der konstanten Geschwindigkeit und/oder Mindestgeschwindigkeit können solche vorgegebenen Fahrbedingungen beispielsweise die Vorgabe einer Landstraßen- und/oder Autobahnfahrt, einer bisherigen Mindestfahrtdauer, einer voraussichtlichen Mindestfahrtdauer usw. umfassen.

[0029] Vorteilhaft ist ferner, wenn zumindest eine Bedingung ist, dass der Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs mit einem, insbesondere GNSS-basierten, beispielsweise GPS-basierten, Streckenprofil durchgeführt wird, welches vorgegebene Streckenprofilpbarameter aufweist. Streckenprofilparameter können beispielsweise Streckenlänge, Streckendauer, Straßenart (beispielsweise Stadt, Landstraße, Autobahn), Außentemperatur, Stauprognose usw. umfassen. Insoweit kann insbesondere auf Basis einer Eingabe eines Zielorts in einem Navigationsgerät des Kraftfahrzeugs oder eines sonstigen Geräts im Kraftfahrzeug, beispielsweise einem Smartphone, durch den Fahrer bestimmt werden, ob ein Testdurchlauf für diesen Zielort voraussichtlich vollständig und sicher durchführbar ist. Wenn dem so ist, kann zudem der Testzeitpunkt optimal gesetzt werden, z.B. bei einem längeren Autobahnstreckenanteil mit Tempo-Begrenzung, Tempo-Empfehlung oder auf Basis eines bekannten Fahrprofils des Fahrers.

[0030] Schließlich ist auch vorteilhaft, wenn die zumindest eine Bedingung ist, dass vorgegebene Umweltverhältnisse, insbesondere Wetterverhältnisse und/oder Straßenverhältnisse, vorliegen. Auch durch das Vorliegen guter Wetterverhältnisse und Straßenverhältnisse, beispielsweise keiner oder weniger Baustellen, kann sichergestellt werden, dass der Test vollständig und sicher ausgeführt werden kann.

[0031] Vorteilhafterweise umfasst das Testverfahren ferner, dass Fahrbedingungen des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs mit vorgegebenen Fahrbedingungen verglichen werden und das Betreiben des zumindest einen Energiewandlers bei den Test-Betriebspunkten unterbrochen oder abgebrochen wird, wenn die Fahrbedingungen des Fahrbetriebs nicht mit den vorgegebenen Fahrbedingungen übereinstimmen. Wenn also beispielsweise eine konstante Fahrgeschwindigkeit als Fahrbedingung vorgegeben wird, und dies (in einem vorgegebenen Rahmen, also etwa für eine vordefinierte Zeit oder in einem bestimmten Maße) nicht mehr der Fall ist, dann kann das Testverfahren vorteilhafterweise unterbrochen werden, bis die vorgegebenen Fahrbedingungen vorliegen, um den Test dann bei den Test-Betriebspunkten weiter durchzuführen. Dies kann beispielsweise bei einem Stau auf der Autobahn der Fall sein. Bei Staubeginn kann der Test unterbrochen werden, es werden dann nur die jeweiligen Fahrbetrieb-Betriebspunkte und keine darüber hinaus erhöhten Test-Betriebspunkte vorgegeben. Nach dem Ende des Staus können wieder Test-Betriebspunkte vorgegeben werden. Dies verhindert, dass die Ergebnisse der Charakterisierung verfälscht werden.

[0032] Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Testsystem für ein Kraftfahrzeug zur Ermittlung von zumindest einer Charakteristik zumindest einer Antriebskomponente eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs. Das Testsystem weist auf:

[0033] - zumindest ein Vorgabemodul zum Vorgeben von Fahrbetrieb-Betriebspunkten für zumindest eine Antriebskomponente in Form eines Energiewandlers für die Aufrechterhaltung des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs und zum Vorgeben von Test-Betriebspunkten für den zumindest einen Energiewandler, wobei die Test-Betriebspunkte, insbesondere leistungsbezogen, über den Fahrbetrieb-Betriebspunkten liegen,

[0034] - ein Betriebsmodul zum Betreiben des zumindest einen Energiewandlers bei den vorgegebenen Test-Betriebspunkten,

[0035] - ein Abführmodul zum Abführen einer überschüssigen Energie an zumindest eine Antriebskomponente in Form einer Energiesenke, wobei die überschüssige Energie beim Betrieb des zumindest einen Energiewandlers bei den Test-Betriebspunkten bereitgestellt wird und über die für die Aufrechterhaltung des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs hinausgeht,

[0036] - ein Erfassungsmodul zum Erfassen von Daten des zumindest einen Energiewandlers und/oder der zumindest einen Energiesenke beim Betrieb des zumindest einen Energiewandlers bei den Test-Betriebspunkten, und

[0037] - ein Ermittlungsmodul zum Ermitteln der zumindest einen Charakteristik des zumindest einen Energiewandlers und/oder der zumindest einen Energiesenke auf Grundlage der erfassten Daten.

[0038] Damit bringt ein erfindungsgemäßes Testsystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Testverfahren erläutert worden sind.

[0039] Insbesondere kann das Testsystem zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet bzw. ausgebildet sein.

[0040] Die Module des Testsystems können dabei beispielsweise jeweils durch einen separaten Computerprogrammcode oder gemeinsam durch einen gemeinsamen Computerprogrammcode und/oder durch separate oder gemeinsame Funktionseinheiten eines Computers oder einer Steuereinheit implementiert sein. Möglich ist auch, dass einzelne Module in einem gemeinsamen Modul implementiert sind, so beispielsweise das zumindest eine Vorgabemodul und das Betriebsmodul. Das Testsystem kann insbesondere einen oder mehrere Computer umfassen oder durch den einen oder mehrere Computer gebildet sein, welcher oder welche die einzelnen Module aufweisen können. Einzelne Module können auch in voneinander separaten Computern oder separaten Steuereinheiten, insbesondere auf den Antriebskomponenten, ausgebildet sein.

[0041] Gemäß einem noch weiteren Aspekt kann die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Testsystem betreffen.

[0042] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschreiben sind. Es zeigen schematisch:

[0043] Fig. 1 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens,

[0044] Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems,

[0045] Fig. 3 schematische und beispielhafte Graphen zum Testverfahren der Fig. 1

[0046] Identische oder funktionsgleiche Elemente sind in den Figuren 1 bis 3 jeweils mit demselben Bezugszeichen bezeichnet.

[0047] Die Figur 1 zeigt schematisch ein Testverfahren 100 zur Ermittlung von zumindest einer Charakteristik zumindest einer Antriebskomponente eines Antriebssystems 40 eines Kraftfahrzeugs 10 während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 10, wobei Figur 2 schematisch ein Kraftfahrzeug 10 mit einem korrespondierend zum Testverfahren 100 eingerichteten Testsystem 30 zur Ausführung des Testverfahrens 100 zeigt.

[0048] Das Testsystem 30, das Antriebssystem 40 und ein Steuersystem 20 des Kraftfahrzeugs 10 sind in der Fig. 1 in rein beispielhaft und der besseren Veranschaulichung halber gezeigten Grenzen gezeigt. In keiner Weise soll dadurch eine komponenten- oder systemtechnische Limitierung unterstellt werden. Vielmehr kann ein beliebiger Teil des Antriebssystems 40, beispielsweise eine der beiden Antriebskomponenten in Form von Energiewandlern 42, 44, auch als zum Testsystem 30 gehörend aufgefasst werden. Auch können einzelne Module 21, 22, 24, 26, 28 des Steuersystems 20, beispielsweise eines Steuergeräts oder Computers, nicht auf Bauteil- 0der Komponentenebene auf eine Implementierung in einem separaten Steuersystem 20 beschränkt sein, sondern die Module können beispielsweise auf den einzelnen Antriebskomponenten, wie dem Energiespeicher 32 und den Energiewandlern 42, 44 im Antriebssystem 40, verteilt sein. Insoweit dient die Fig. 2 einzig der rein schematischen und nicht beschränkenden Veranschaulichung des Kraftfahrzeugs 10 mit seinen Systemen 20, 30, 40.

[0049] Ein erster Verfahrensschritt 102 im Testverfahren 100 ist das Vorbereiten der hier beispielhaft als Energiespeicher 32 ausgebildeten Antriebskomponente 32 des Antriebssystems 40. Der Energiespeicher 32 sei hier beispielhaft eine Traktionsbatterie.

[0050] Für den ersten Verfahrensschritt 102 wird das Vorbereitungsmodul 21 in dem Steuersystem 20 des Testsystems 30 eingesetzt. Die Vorbereitung umfasst das Prüfen, ob der Energiespeicher 32 ein vordefiniertes Energieniveau Eo (siehe Fig. 3) aufweist, welches zum Speichern einer beim Testverfahren 100 zur Erzeugung vorgesehenen überschüssigen Energie AE (siehe Fig. 3) im Kraftfahrzeug 10 ausreicht. Wenn dem nicht so ist, kann das Vorbereiten ferner das Entladen des Energiespeichers 32 auf das vordefinierte Energieniveau Eo umfassen, wie in der Fig. 3 gezeigt wird und später näher im Bezug darauf erläutert wird.

[0051] Ein zweiter Verfahrensschritt 104 im Testverfahren 100 ist das Vorgeben von FahrbetriebBetriebspunkten für zumindest eine der beiden Antriebskomponenten, welche hier Energiewandler 42, 44 sind, für die Aufrechterhaltung eines aktuellen Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 10. Für den zweiten Verfahrensschritt 104 wird das Vorgabemodul 22 in dem Steuersystem 20 des Testsystems 30 eingesetzt.

[0052] In dem darauffolgenden, dritten Verfahrensschritt 106 des Verfahrens 100 werden zur Testausführung nun Test-Betriebspunkte für einen der beiden Energiewandler 42, 44 durch das Vorgabemodul 22 oder ein weiteres Vorgabemodul (nicht gezeigt) vorgegeben, wobei die TestBetriebspunkte leistungsbezogen über den Fahrbetrieb-Betriebspunkten liegen.

[0053] Die beiden Energiewandler 42, 44 können beispielsweise ein Elektromotor einerseits und ein Brennstoffzellensystem andererseits sein. Beispielsweise soll davon ausgegangen werden, dass vorliegend ein Brennstoffzellensystem, insbesondere ein oder mehrere Brennstoffzellenstapel, im Folgenden durch das Testverfahren 100 charakterisiert werden soll. Folglich werden im zweiten Verfahrensschritt 104 und im dritten Verfahrensschritt 106 die jeweiligen Betriebspunkte für das Brennstoffzellensystem vorgegeben, um eine Charakterisierung des Brennstoffzellensystems anhand eines Testbetriebs mit Test-Betriebspunkten leistungsbezogen über den eigentlich für den reinen Fahrbetrieb notwendigen Fahrbetrieb-Betriebspunkten zu erzielen.

[0054] Das Brennstoffzellensystem wird mithilfe eines Betriebsmoduls 24 im vierten Verfahrensschritt 108 des Verfahrens 100 bei den vorgegebenen Test-Betriebspunkten betrieben.

[0055] In einem dabei erfolgenden fünften Verfahrensschritt 110 erfolgt ein Abführen der überschüssigen Energie AE an den zuvor vorbereiteten Energiespeicher 32, wobei die überschüssige Energie beim Betrieb des Brennstoffzellensystems bei den Test-Betriebspunkten bereitgestellt wird und über die für die Aufrechterhaltung des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 10 hinausgeht.

[0056] In einem sechsten Verfahrensschritt 112 des Verfahrens 100 werden zudem Daten des Brennstoffzellensystems beim Betrieb des Brennstoffzellensystems bei den Test-Betriebspunkten im vierten Verfahrensschritt 108 erfasst. Dies erfolgt durch ein Erfassungsmodul 26.

[0057] Entgegen der schematischen Darstellung von durch Pfeilen miteinander verbundenen Verfahrensschritten 102 - 116 sind die Verfahrensschritte 102 - 116 des Verfahrens insoweit nicht auf eine Ausführung hintereinander beschränkt, sondern können, wie hier erläutert, beispielsweise auch nebeneinander bzw. parallel ausgeführt werden.

[0058] Anschließend oder noch während des fünften Verfahrensschrittes 110 wird in einem siebten Verfahrensschritt 114 des Verfahrens 100 nun eine Charakteristik des Brennstoffzellensystems auf Grundlage der im sechsten Verfahrensschritt 110 erfassten Daten ermittelt. Dazu wird ein Ermittlungsmodul 28 genutzt. Diese Charakteristik kann insbesondere eine Degradationscharakteristik sein, welche die Alterung des Brennstoffzellensystems angibt. Alternativ kann hier beispielsweise die Charakteristik beim Betrieb des anderen der Energiewandler 42, 44 in entsprechender Anwendung des Verfahrens 100 ermittelt werden oder aber es kann der Energiespeicher 32 mithilfe eines der beiden Energiewandler 42, 44 in entsprechender Anwendung des Verfahrens 100 charakterisiert werden.

[0059] Im Verfahrensschritt 116 des Verfahrens 100 wird das Testverfahren 100 schließlich mit

dem Betrieb des Brennstoffzellensystems mit den aktuell vorgegebenen Fahrbetrieb-Betriebspunkten fortgesetzt, da das Brennstoffzellensystem erfolgreich charakterisiert worden ist und ein Betrieb über den fahrerseitigen Wunsch mit den Fahrbetrieb-Betriebspunkten nicht mehr notwendig ist. Hierbei können auch charakteristische Parameter der Charakterisierung ausgegeben werden. Wie der Pfeil von Verfahrensschritt 116 auf Pfeil 102 andeutet, kann anschließend eine andere Antriebskomponente charakterisiert werden oder später, beispielsweise nach einem Monat und/oder bei einer anderen Fahrt, die Charakterisierung wiederholt werden.

[0060] Figur 3 zeigt zwei Graphen, einmal den sog. SOC, also State of Charge oder Ladezustand, des Energiespeichers 32 über der Zeit t und einmal die Leistung P des Brennstoffzellensystems über der Zeit t.

[0061] Hier ist gut zu sehen, wie im Verfahrensschritt 102 die Vorbereitung des Energiespeichers 32 erfolgt, indem dieser auf ein vorgegebenes Energieniveau bzw. einen vorgegebenen SOC entladen wird. Parallel dazu sinkt die erzeugte Leistung P des Brennstoffzellensystems, weil dieses weniger Energie für den Fahrbetrieb erzeugen muss. Der Fahrbetrieb ist durch einen Betrieb des Brennstoffzellensystems bei den Fahrbetrieb-Betriebspunkten gekennzeichnet.

[0062] Dann, im vierten Verfahrensschritt 108, erfolgt der Testbetrieb des Testverfahrens 100, bei dem parallel dazu im sechsten Verfahrensschritt 112 eine Erfassung der Daten erfolgt. Wie zu sehen ist, geht die Leistung P des Brennstoffzellensystems dabei hoch, weil das Brennstoffzellensystem mit den Test-Betriebspunkten anstelle der Fahrbetrieb-Betriebspunkte betrieben wird. Im Gegenzug wird während des Testbetriebs der Energiespeicher 32 gemäß dem fünften Verfahrensschritt 110 aufgeladen, wie anhand des dabei ansteigenden Ladezustands des Energiespeichers 32 zu erkennen ist.

[0063] Wenn alle Daten erfasst sind, erfolgt im Anschluss der siebte Verfahrensschritt 114 zur Charakterisierung des Brennstoffzellensystems. Schließlich wird im Ubergang vom Testbetrieb zum Verfahrensschritt 116 der Betrieb des Brennstoffzellensystems bei den fahrerseitig bestimmten Fahrbetrieb-Betriebspunkten aufgenommen.

[0064] Im Übrigen kann gleichermaßen durch das Aufladen des Energiespeichers 32 auch dieser anhand des Betriebs des jeweiligen Energiewandlers 42, 44 bei den Test-Betriebspunkten charakterisiert werden. Die Test-Betriebspunkte können jedoch anders als bei der Charakterisierung des Energiewandlers so vorgegeben werden, dass sie zur Charakterisierung des Energiespeichers 32 statt eines der Energiewandler 42, 44 ausgeprägt sind, also ein bestimmtes Testschema widerspiegeln, was für die jeweilige Antriebskomponente vorteilhaft ist, so wie das in Fig. 3 beispielhaft gezeigte Treppenschema der Leistung P über der Zeit t.

[0065] Die voranstehenden Erläuterungen der Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen.

BEZUGSZEICHENLISTE

10 Kraftfahrzeug

20 Steuersystem

21 Vorbereitungsmodul 22 Vorgabemodul

24 Betriebsmodul

26 Erfassungsmodul

28 Ermittlungsmodul

30 Testsystem

32 Energiespeicher

40 Antriebssystem

42 erster Energiewandler 44 zweiter Energiewandler 100 Testverfahren

102-116 —Verfahrensschritte

Claims

Patentansprüche

1. Testverfahren (100) zur Ermittlung von zumindest einer Charakteristik zumindest einer Antriebskomponente eines Antriebssystems (40) eines Kraftfahrzeugs (10) während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs (10), wobei das Testverfahren (100) durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:

- Vorgeben von Fahrbetrieb-Betriebspunkten für zumindest eine Antriebskomponente in Form eines Energiewandlers (42, 44) für die Aufrechterhaltung des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs (10),

- Vorgeben von Test-Betriebspunkten für den zumindest einen Energiewandler (42, 44), wobei die Test-Betriebspunkte leistungsbezogen über den Fahrbetrieb-Betriebspunkten liegen,

- Betreiben des zumindest einen Energiewandlers (42, 44) bei den vorgegebenen TestBetriebspunkten,

- Abführen einer überschüssigen Energie (AE) an zumindest eine Antriebskomponente in Form einer Energiesenke, wobei die überschüssige Energie (AE) beim Betrieb des zumindest einen Energiewandlers (42, 44) bei den Test-Betriebspunkten bereitgestellt wird und über die für die Aufrechterhaltung des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs (10) hinausgeht,

- Erfassen von Daten des zumindest einen Energiewandlers (42, 44) und/oder der zumindest einen Energiesenke beim Betrieb des zumindest einen Energiewandlers (42, 44) bei den Test-Betriebspunkten, und

- Ermitteln der zumindest einen Charakteristik des zumindest einen Energiewandlers (42, 44) und/oder der zumindest einen Energiesenke auf Grundlage der erfassten Daten.

2, Testverfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Energiesenke ein Energiespeicher (32) ist.

3. Testverfahren (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Testverfahren (100) ferner den Schritt eines Vorbereitens des Energiespeichers (32) zum Speichern der überschüssigen Energie (AE) umfasst.

4. Testverfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorbereiten des zumindest einen Energiespeichers (32) ein Entladen des zumindest einen Energiespeichers (32) auf oder unterhalb eines vordefinierten Energieniveaus (Eo) umfasst.

5. Testverfahren (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Testverfahren (100) ferner den Schritt eines Prüfens eines Energieniveaus des Energiespeichers (32) zum Speichern der überschüssigen Energie (AE) umfasst.

6. Testverfahren (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Energiespeicher (32) eine Batterie, ein Kühlkreislauf, ein Hochdrucktank und/oder ein Trägheitsspeicher ist.

7. Testverfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Energiewandler (42, 44) ein Brennstoffzellensystem, eine Batterie, ein Elektromotor, ein Generator, ein Verbrennungsmotor, eine Klimatechnikausstattung, eine hydraulische Pumpe und/oder eine pneumatische Pumpe ist.

8. Testverfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte zumindest eine Charakteristik eine Degradationscharakteristik des zumindest einen Energiewandlers (42, 44) und/oder der zumindest einen Energiesenke ist.

9. Testverfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Energiewandler (42, 44) vor seinem Betrieb bei den Test-Betriebspunkten und nach dem Ermitteln der Charakteristiken des zumindest einen Energiewandlers (42, 44) und/oder der zumindest einen Energiesenke mit den Fahrbetrieb-Betriebspunkten betrieben wird.

10. Testverfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Testverfahren (100) ferner ein Autorisieren des Betreibens des zumindest einen Energie-

wandlers (42, 44) bei den Test-Betriebspunkten umfasst, wobei für das Autorisieren zumindest eine vordefinierte Bedingung erfüllt sein muss.

11. Testverfahren (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Bedingung ist, dass der Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs (10) mit vorgegebenen Fahrbedingungen, insbesondere einer konstanten Geschwindigkeit und/oder einer Mindestgeschwindigkeit, durchgeführt wird.

12. Testverfahren (100) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Bedingung ist, dass der Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs (10) mit einem, insbesondere GNSS-basierten, Streckenprofil durchgeführt wird, welches vorgegebene Streckenprofilpbarameter aufweist.

13. Testverfahren (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Bedingung ist, dass vorgegebene Umweltverhältnisse, insbesondere Wetterverhältnisse und/oder Straßenverhältnisse, vorliegen.

14. Testverfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Testverfahren (100) ferner umfasst, dass Fahrbedingungen des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs (10) mit vorgegebenen Fahrbedingungen verglichen werden und das Betreiben des zumindest einen Energiewandlers (42, 44) bei den Test-Betriebspunkten unterbrochen oder abgebrochen wird, wenn die Fahrbedingungen des Fahrbetriebs nicht mit den vorgegebenen Fahrbedingungen übereinstimmen.

15. Testsystem (30) für ein Kraftfahrzeug (10) zur Ermittlung von zumindest einer Charakteristik zumindest einer Antriebskomponente eines Antriebssystems (40) eines Kraftfahrzeugs (10) während eines Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs (10), wobei das Testsystem (30) durch das folgende gekennzeichnet ist:

- zumindest ein Vorgabemodul (22) zum Vorgeben von Fahrbetrieb-Betriebspunkten für zumindest eine Antriebskomponente in Form eines Energiewandlers (42, 44) für die Aufrechterhaltung des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs (10) und zum Vorgeben von TestBetriebspunkten für den zumindest einen Energiewandler (42, 44), wobei die Test-Betriebspunkte leistungsbezogen über den Fahrbetrieb-Betriebspunkten liegen,

- ein Betriebsmodul (24) zum Betreiben des zumindest einen Energiewandlers (42, 44) bei den vorgegebenen Test-Betriebspunkten,

- eine Energiesenke zum Abführen einer überschüssigen Energie (AE) an zumindest eine Antriebskomponente in Form einer Energiesenke, wobei die überschüssige Energie (AE) beim Betrieb des zumindest einen Energiewandlers (42, 44) bei den Test-Betriebspunkten bereitgestellt wird und über die für die Aufrechterhaltung des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs (10) hinausgeht,

- ein Erfassungsmodul (26) zum Erfassen von Daten der zumindest einen Energiesenke und/oder des zumindest einen Energiewandlers (42, 44) beim Betrieb des zumindest einen Energiewandlers (42, 44) bei den Test-Betriebspunkten, und

- ein Ermittlungsmodul (28) zum Ermitteln der zumindest einen Charakteristik des zumindest einen Energiewandlers (42, 44) und/oder der zumindest einen Energiesenke auf Grundlage der erfassten Daten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen