DE102007037753A1

DE102007037753A1 - Verfahren zum Abgleich elektrischer Kenngrößen einer Batterie und mindestens eines elektrischen Gerätes in einem Hochvoltnetz eines Hybridfahrzeugs

Info

Publication number: DE102007037753A1
Application number: DE102007037753A
Authority: DE
Inventors: Markus Dipl.-Phys. Bulling; Norbert Dipl.-Ing. Ebner; Matthias Dipl.-Ing. Schorpp
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2009-02-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleich elektrischer Kenngrößen einer Batterie (1) und mindestens eines elektrischen Gerätes (4.1 bis 4.n) in einem Hochvoltnetz (3) eines Hybridfahrzeugs, wobei durch jedes der Geräte (4.1 bis 4.n) Energie aus dem Hochvoltnetz (3) entnehmbar und/oder in diese einspeisbar ist, wobei die Batterie (1) ein Batteriemanagementsystem (2) aufweist, das über ein Bussystem (5) mit einer Energiemanagementeinheit (6) und jedem der Geräte (4.1 bis 4.n) verbunden ist, wobei durch das Batteriemanagementsystem (2) eine erste Spannung an der Batterie (1) und ein erster Strom durch die Batterie (1) messbar ist und wobei durch das Gerät (4.1 bis 4.n) eine zweite Spannung am Gerät (4.1 bis 4.n) und ein zweiter Strom durch das Gerät (4.1 bis 4.n) messbar ist, wobei im Verfahren das Batteriemanagementsystem (2) und genau eines der Geräte (4.1 bis 4.n) in einen Diagnosemodus versetzt werden, wobei mittels des im Diagnosemodul befindlichen Gerätes (4.1 bis 4.n) mindestens ein Schritt ausgeführt wird, in dem das Gerät (4.1 bis 4.n) einen konstanten Strom mit einem Stromwert im Bereich von einem negativen Maximalstrom bis zu einem positiven Maximalstrom in das Hochvoltnetz (3) eingespeist oder aus diesem entnimmt, wobei in jedem der Schritte das Batteriemanagementsystem (2) einen Wert der ersten Spannung und/oder einen Wert des ersten Stroms misst und wobei in jedem der Schritte das Gerät (4.1 bis 4.n) einen Wert der zweiten Spannung und/oder einen Wert ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abgleich elektrischer Kenngrößen einer Batterie und mindestens eines elektrischen Gerätes in einem Hochvoltnetz eines Hybridfahrzeugs.
Hybridfahrzeuge sind Fahrzeuge mit je einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Die elektrische Maschine kann sowohl zum Antrieb mit Energie aus einer Batterie als auch zur Rekuperation, das heißt Rückspeisung von Bremsenergie in die Batterie, verwendet werden. Zur Vermeidung extrem hoher Ströme und damit verbundener Spannungsabfälle sind die elektrische Maschine und die Batterie in einem Hochvoltnetz mit deutlich höherer Spannung als im herkömmlichen Bordnetz verbunden. An das Hochvoltnetz können weitere Geräte angeschlossen sein. Je nach Fahrsituation muss der Verbrennungsmotor oder die elektrische Maschine mehr oder weniger Anteil an der Beschleunigungsarbeit bzw. der Verzögerungsarbeit leisten. Um Wechsel zwischen den Anteilen der beiden Aggregate komfortabel, das heißt für Fahrzeuginsassen nicht oder kaum spürbar zu gestalten, ist es im Falle der elektrischen Maschine erforderlich, zu wissen, ob eine zu erbringende Leistung von der Batterie abgefordert oder eine zu erbringende Bremsleistung in die Batterie eingespeist werden kann, ohne festgelegte Maximalströme und -spannungen der Batterie zu überschreiten, bei deren Nichteinhaltung die Batterieeigenschaften sich nachhaltig verschlechtern können. Die Einhaltung dieser Maximalwerte wird in der Regel von einem Batteriemanagementsystem überwacht, mit dem die Batterie ausgestattet ist. Dieses misst die Spannung an der Batterie und den durch die Batterie fließenden Strom und greift bei Überschreitung der Maximalwerte entsprechend ein. Die elektrische Maschine und andere am Hochvoltnetz angeschlossenen Geräte messen diese Größen ebenfalls und nutzen sie zur Vorhersage der von der Batterie erbringbaren oder aufnehmbaren Leistung. Fertigungsbedingt ergeben sich Unterschiede in den Messwerten der elektrischen Maschine bzw. der Geräte und des Batteriemanagementsystems, die zu falschen Vorhersagen führen können.
Aus der DE 102 08 652 A1 ist ein Verfahren zur Ladezustandsermittlung einer Batterie für ein Hybridfahrzeug mit folgenden Schritten bekannt:

– Erfassen von wenigstens zwei Messwertepaaren für Spannung und Strom,
– Korrigieren der erfassten Messwertepaare für Spannung und Strom auf sich im eingeschwungenen Zustand ergebende Werte unter Berücksichtigung einer Batterieersatzschaltung,
– Interpolieren der korrigierten Messwertepaare und Ermitteln eines Ruhespannungswerts beim Stromwert 0 und
– Bestimmen des Ladezustands mittels eines ersten vorbestimmten Zusammenhangs zwischen ermittelter Ruhespannung und Ladezustand.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein neuartiges Verfahren zum Abgleich elektrischer Kenngrößen einer Batterie und min destens eines elektrischen Gerätes in einem Hochvoltnetz eines Hybridfahrzeugs anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Abgleich elektrischer Kenngrößen einer Batterie und mindestens eines elektrischen Gerätes in einem Hochvoltnetz eines Hybridfahrzeugs findet in einem Hochvoltnetz statt, in das durch jedes der Geräte Energie aus dem Hochvoltnetz entnehmbar und/oder in dieses einspeisbar ist. Solche Geräte sind beispielsweise eine Leistungselektronik einer elektrischen Maschine, ein elektrischer Kältemittelverdichter oder ein DC/DC-Wandler, der eine unidirektionale oder bidirektionale Verbindung zu einem herkömmlichen Niederspannungsbordnetz bildet. Die Batterie weist ein Batteriemanagementsystem auf, das über ein Bussystem mit einer Energiemanagementeinheit und jedem der Geräte verbunden ist. Durch das Batteriemanagementsystem ist eine erste Spannung an der Batterie und ein erster Strom durch die Batterie messbar. Das Gerät kann eine zweite Spannung am Gerät und einen zweiten Strom durch das Gerät messen. Bei dem Verfahren, das beispielsweise am Ende eines Fertigungsprozesses des Fahrzeugs ausgeführt wird, wird zunächst das Batteriemanagementsystem und genau eines der Geräte in einen Diagnosemodus versetzt. Falls mehr als ein Gerät am Hochvoltnetz angeschlossen ist, werden diese in einen Stand-by-Modus versetzt, in dem sie sich am Hochvoltnetz passiv verhalten, das heißt weder Strom entnehmen noch einspeisen. Mittels des im Diagnosemodus befindlichen Gerätes wird mindestens ein Schritt aus geführt, in dem das Gerät einen konstanten Strom mit einem Stromwert im Bereich von einem negativen Maximalstrom bis zu einem positiven Maximalstrom in das Hochvoltnetz einspeist oder aus diesem entnimmt, eingeschlossen den Fall, dass der Stromwert Null beträgt. In jedem der Schritte misst das Batteriemanagementsystem einen Wert der ersten Spannung und/oder einen Wert des ersten Stroms. Ebenso misst in jedem der Schritte das Gerät einen Wert der zweiten Spannung und/oder einen Wert des zweiten Stroms. Der Wert der ersten Spannung und/oder des ersten Stroms wird vom Batteriemanagementsystem über das Bussystem an das Gerät gesendet und dort jeweils mit dem Wert der zweiten Spannung und/oder des zweiten Stroms verglichen und jeweils eine Differenz zwischen den Werten gebildet und gespeichert. Mit den in jedem der Schritte ermittelten Differenzen wird eine Schätzung der bei beliebigen Werten der zweiten Spannung und/oder des zweiten Stroms zu erwartenden Abweichung der Werte der ersten Spannung und/oder des ersten Stroms durchgeführt. Der Stromwert des konstanten eingespeisten oder entnommenen Stroms wird für jeden der Schritte variiert. Hat der konstante Strom den Stromwert Null, kann das Gerät unter Berücksichtigung der Differenz eine Schätzung des Ladezustands (SOC – State of Charge) der Batterie vornehmen, da dieser auch vom Batteriemanagementsystem über die gemessene Ladespannung ermittelt wird und ohne Stromfluss kein Spannungsabfall im Hochvoltnetz berücksichtigt werden muss. Auf diese Weise ist eine genaue Vorhersage über der Batterie entnehmbare oder zuführbare Leistung möglich. Durch den Abgleich der Stromwerte kann das Hochvoltnetz bis zu seinen physikalischen Grenzen benutzt werden, ohne dass Abregelsituationen auftreten oder genauere und damit teurere Messeinrichtungen erforderlich wären. Der Abgleich der Spannungswerte stellt sicher, dass ein Benutzungshub des Ladezustands in den Grenzen einer Batteriespezifikation bleibt und die Batterieeigenschaften nicht beeinträchtigt werden.
Vorzugsweise wird das beschriebene Verfahren für alle Geräte im Hochvoltnetz durchgeführt, wobei jeweils genau eines der Geräte im Diagnosemodus und alle anderen der Geräte im Stand-by-Modus sind.
Die Batterie wird vorzugsweise bereits vor dem Einbau in das Fahrzeug einem Feinabgleich des Batteriemanagementsystems mit Hilfe einer externen Spannungsquelle unterzogen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 eine Batterie und mehrere Geräte in einem Hochvoltnetz eines Hybridfahrzeugs, die untereinander und mit einer Energiemanagementeinheit durch ein Bussystem verbunden sind.
In 1 ist eine Batterie 1 für ein Hybridfahrzeug gezeigt. Die Batterie 1 ist mit einem Batteriemanagementsystem 2 versehen, von dem eine erste Spannung an der Batterie und ein erster Strom durch die Batterie 1 gemessen werden kann. Die Batterie 1 ist an ein Hochvoltnetz 3 angeschlossen, das beispielsweise in einem Spannungsbereich von 80 V bis 140 V arbeitet. Ebenfalls an das Hochvoltnetz 3 angeschlossen sind die Geräte 4 in Form einer Leistungselektronik 4.1 einer elektrischen Maschine (nicht gezeigt), eines DC/DC-Wandlers 4.2 und eines elektrischen Kältemittelverdichters 4.3. Die elektrische Maschine kann über die Leistungselektronik 4.1 Energie aus dem Hochvoltnetz 3 für den Antrieb des Hybridfahrzeugs entnehmen oder dem Hochvoltnetz 3 Energie aus einem Bremsvorgang des Hybridfahrzeugs zuführen (Rekuperation). Der DC/DC-Wandler 4.2 dient der Einspeisung von Energie aus dem Hochvoltnetz 3 in ein herkömmliches Niederspannungsbordnetz (nicht gezeigt) und/oder umgekehrt. Der elektrische Kältemittelverdichter 4.3 dient der Klimatisierung des Hybridfahrzeugs auch bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor. Das Batteriemanagementsystem 2 und die Geräte 4.1 bis 4.3 sind über ein Bussystem 5, beispielsweise einen CAN-Bus untereinander und mit einer Energiemanagementeinheit 6 verbunden, die in ein Motorsteuergerät integriert sein kann. Jedes der Geräte 4.1 bis 4.3 kann eine zweite Spannung am jeweiligen Gerät 4.1 bis 4.3 und einen zweiten Strom durch das Gerät 4.1 bis 4.3 messen.
In der gezeigten Anordnung kann ein Verfahren zum Abgleich elektrischer Kenngrößen der Batterie 1 und der elektrischen Geräte 4.1 bis 4.3 durchgeführt werden, in dem das Batteriemanagementsystem 2 und eines der Geräte 4.1 bis 4.3, beispielsweise die Leistungselektronik 4.1 der elektrischen Maschine in einen Diagnosemodus versetzt werden. Der DC/DC-Wandler 4.2 und der elektrische Kältemittelverdichter 4.3 werden in einen Stand-by-Modus versetzt, in dem sie sich am Hochvoltnetz 3 passiv verhalten, also weder Strom einspeisen noch entnehmen. Die Leistungselektronik 4.1 wird nun in mindestens einem Schritt so eingestellt, dass sie einen konstanten Strom mit einem Stromwert in einem Bereich von einem negativen Maximalstrom bis zu einem positiven Maximalstrom in das Hochvoltnetz 3 einspeist oder aus diesem entnimmt. Die Maximalströme können sich an Beschränkungen der Batterie 1 bezüglich Lade- und Entladestrom orientieren. Im Falle der Leistungselektronik ist der konstante Strom beispielsweise durch eine konstante Drehzahl, die die elektrische Maschine zu erbringen hat oder mit der sie angetrieben wird, erreichbar. Ein Stromwert von Null ist ebenfalls einstellbar. In diesem Fall steht die elektrische Maschine still.
In jedem der Schritte misst das Batteriemanagementsystem 2 einen Wert der ersten Spannung und/oder einen Wert des ersten Stroms. Ebenso misst in jedem der Schritte die Leistungselektronik 4.1 einen Wert der zweiten Spannung und/oder einen Wert des zweiten Stroms. Der Wert der ersten Spannung und/oder des ersten Stroms wird vom Batteriemanagementsystem 2 über das Bussystem 3 an die Leistungselektronik 4.1 gesendet und dort jeweils mit dem Wert der zweiten Spannung und/oder des zweiten Stroms verglichen und jeweils eine Differenz zwischen den Werten gebildet und gespeichert. Mit den in jedem der Schritte ermittelten Differenzen wird eine Schätzung der bei beliebigen Werten der zweiten Spannung und/oder des zweiten Stroms zu erwartenden Abweichung der Werte der ersten Spannung und/oder des ersten Stroms durchgeführt. Der Stromwert des konstanten eingespeisten oder entnommenen Stroms wird für jeden der Schritte variiert. Hat der konstante Strom den Stromwert Null, kann die Leistungselektronik 4.1 unter Berücksichtigung der Differenz eine Schätzung des Ladezustands (SOC – State of Charge) der Batterie 1 vornehmen.
Vorzugsweise werden für jedes der Geräte 4.1 bis 4.3 je drei bis vier der genannten Schritte mit jeweils variiertem konstanten Strom ausgeführt, wobei immer genau eines der Geräte 4.1 bis 4.3 im Diagnosemodus und die anderen der Geräte im Stand-By-Modus sind. Beispielsweise werden in einem zweiten Durchgang das Batteriemanagementsystem 2 und der DC/DC-Wandler 4.2 in den Diagnosemodus versetzt, während die Leis tungselektronik 4.1 und der elektrische Kältemittelverdichter 4.3 in den Stand-by-Modus versetzt werden. In einem dritten Durchgang werden das Batteriemanagementsystem 2 und der elektrische Kältemittelverdichter 4.3 in den Diagnosemodus versetzt, während die Leistungselektronik 4.1 und der DC/DC-Wandler 4.2 in den Stand-by-Modus versetzt werden.
Es kann eine andere Anzahl von Geräten 4.1 bis 4.n im Hochvoltnetz 3 vorgesehen sein. Die Leistungselektronik 4.1 der elektrischen Maschine ist jedoch in der Regel immer enthalten.
Die Batterie 1 und ihr Batteriemanagementsystem 2 werden vor dem Einbau in das Hybridfahrzeug vorzugsweise mittels einer externen Spannungsquelle feinabgeglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10208652 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Abgleich elektrischer Kenngrößen einer Batterie (1) und mindestens eines elektrischen Gerätes (4.1 bis 4.n) in einem Hochvoltnetz (3) eines Hybridfahrzeugs, wobei durch jedes der Geräte (4.1 bis 4.n) Energie aus dem Hochvoltnetz (3) entnehmbar und/oder in dieses einspeisbar ist, wobei die Batterie (1) ein Batteriemanagementsystem (2) aufweist, das über ein Bussystem (5) mit einer Energiemanagementeinheit (6) und jedem der Geräte (4.1 bis 4.n) verbunden ist, wobei durch das Batteriemanagementsystem (2) eine erste Spannung an der Batterie (1) und ein erster Strom durch die Batterie (1) messbar ist und wobei durch das Gerät (4.1 bis 4.n) eine zweite Spannung am Gerät (4.1 bis 4.n) und ein zweiter Strom durch das Gerät (4.1 bis 4.n) messbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemanagementsystem (2) und genau eines der Geräte (4.1 bis 4.n) in einen Diagnosemodus versetzt werden, dass mittels des im Diagnosemodus befindlichen Gerätes (4.1 bis 4.n) mindestens ein Schritt ausgeführt wird, in dem das Gerät (4.1 bis 4.n) einen konstanten Strom mit einem Stromwert im Bereich von einem negativen Maximalstrom bis zu einem positiven Maximalstrom in das Hochvoltnetz (3) einspeist oder aus diesem entnimmt, wobei in jedem der Schritte das Batteriemanagementsystem (2) einen Wert der ersten Spannung und/oder einen Wert des ersten Stroms misst und wobei in jedem der Schritte das Gerät (4.1 bis 4.n) einen Wert der zweiten Spannung und/oder einen Wert des zweiten Stroms misst, wobei der Wert der ersten Spannung und/oder des ersten Stroms vom Batteriemanagementsystem (2) über das Bussystem (5) an das Gerät (4.1 bis 4.n) gesendet und dort jeweils mit dem Wert der zweiten Spannung und/oder des zweiten Stroms verglichen und jeweils eine Differenz zwischen den Werten gespeichert wird und wobei mit den in jedem der Schritte ermittelten Differenzen eine Schätzung der bei beliebigen Werten der zweiten Spannung und/oder des zweiten Stroms zu erwartenden Abweichung der Werte der ersten Spannung und/oder des ersten Stroms durchgeführt wird und wobei der Stromwert des konstanten eingespeisten oder entnommenen Stroms für jeden der Schritte variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiteres Gerät (4.1 bis 4.n) vorgesehen ist, wobei das weitere Gerät (4.1 bis 4.n) durch die Energiemanagementeinheit (6) in einen Stand-by-Modus versetzt wird, in dem es sich am Hochvoltbus (3) passiv verhält.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander jedes der Geräte (4.1 bis 4.n) in den Diagnosemodus und gleichzeitig alle anderen der Geräte in den Stand-by-Modus versetzt werden, und dass der Schritt für das jeweils im Diagnosemodus befindliche Gerät (4.1 bis 4.n) mindestens einmal ausgeführt und die Schätzung der Abweichung durchgeführt wird.