-
Die
Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Batteriesystems
eines Kraftfahrzeugs.
-
Aus
dem Kraftfahrzeugserienbau sind Batteriesysteme bekannt, welche
eine Batterie und eine Batteriesensoreinrichtung umfassen. Die Batteriesensoreinrichtung
ist zum Erfassen zumindest eines Betriebsparameters der jeweiligen
Batterie ausgelegt. Der zumindest eine Betriebsparameter, umfassend
eine Spannung, einen Strom und eine Temperatur der Batterie, ist
von Sensoren der Batteriesensoreinrichtung erfassbar. Die Ermittlung
eines Betriebsverhaltens der Batterie, die im Wesentlichen eine
auf einem Batteriemodell basierende Berechnung unter Einbeziehung
von in der Batteriesensoreinrichtung gespeicherten Batterieparametern
und der Betriebsparameter ist, umfasst eine Betriebsprognose bei
unterschiedlichen Lastzuständen
der Batterie. Zur Ermittlung des Betriebsverhaltens sind zwei Konzepte
bekannt: 1) Berechnung auf Basis eines universellen, d. h. generischen
Batteriemodells zusammen mit Batterieparametern, die eine Vielzahl von
Batterietypen in etwa charakterisieren (generische Batterieparameter),
und 2) Berechnung auf Basis eines speziellen Batteriemodells zusammen
mit Batterieparametern, die genau einen Batterietyp exakt charakterisieren.
Mit dem zweiten Konzept errechnet sich ein erheblich genaueres und
zutreffenderes Betriebsverhalten. Dabei findet eine Übertragung
der Batterieparameter in den Batteriesensor durch den Sensorhersteller
oder durch eine Fachwerkstatt statt, nach Vorgabe des Batterie-
bzw. des Kraftfahrzeugherstellers.
-
Bei
einem Batteriewechsel sind, bei dem letztgenannten Konzept, die
Batterieparameter der neuen Batterie in die Batteriesensoreinrichtung
zu übertragen.
Dazu ist eine Software zu bedienen und eine Auswahl aus einer Vielzahl
von Batterietypen zu treffen. Als nachteilig beim diesem Konzept
ist anzusehen, dass bei einem Batteriewechsel das Risiko einer Fehlbedienung,
mit der Folge eines Speicherns falscher Batterieparameter und eines
damit verbundenen Nichterkennens eines Ausfalls der Energieversorgung,
ausgesprochen hoch ist. Darüber
hinaus ist der mit dem Speichern der Batterieparameter verbundene
Arbeitsaufwand bei einem Batteriewechsel ebenfalls hoch. Bei dem
ersten Konzept ist als Nachteil anzusehen, dass die Betriebsvorhersage
ungenau ist, was ein entsprechendes Risiko für die Energieversorgung des
Kraftfahrzeugs bedeutet. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu
Grunde, die Versorgung mit elektrischer Energie in einem Kraftfahrzeug
sicherer zu gestalten und den mit einem Batteriewechsel verbundenen
Arbeitsaufwand zu reduzieren.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Batteriesystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch
ein Verfahren gemäß Patentanspruch
8 gelöst.
-
Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung mit zweckmäßigen Weiterbildungen
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
-
Die
Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug umfassend
mindestens eine Batterie und mindestens eine Batteriesensoreinrichtung zur
Erfassung von zumindest einem Betriebsparameter, wobei die Batterie
mindestens eine Identifikationsvorrichtung zur Identifikation des
Batterietyps aufweist. Um die ausreichende Versorgung mit elektrischer
Energie im Kraftfahrzeug sicherer zu gestalten ist erfindungsge mäß vorgesehen,
dass die Batteriesensoreinrichtung mindestens eine Auslesevorrichtung
für das
Auslesen der in der Identifikationsvorrichtung gespeicherten Daten
aufweist. Durch Nutzung der genau die eingesetzte Batterie charakterisierenden,
in der Identifikationsvorrichtung gespeicherten Daten ist eine Anwendung
des im Vorhergehenden beschriebenen speziellen Batteriemodells möglich, wodurch
vorteilhafter Weise das Betriebsverhalten der Batterie präzise berechenbar
ist und die ausreichende Versorgung des Kraftfahrzeugs mit elektrischer
Energie erheblich sicherer ist. Durch die eindeutige Zuordnung der
die Batterie charakterisierenden, in der Identifikationsvorrichtung
gespeicherten Daten der Batterie mittels des von der Batterie umfassten
Identifikationsvorrichtung ist zugleich das Risiko eines Speicherns
falscher Daten bei einem Batteriewechsel praktisch gleich Null,
ebenso wie auch der Aufwand für
die Umstellung auf einen neuen Batterietypen.
-
Die
in der Identifikationsvorrichtung gespeicherten Daten umfassen batteriespezifische
Parameter, wobei die Parameter zumindest eine Kenngröße der Batterie
und/oder eine Typenbezeichnung der Batterie umfassen. In einer bevorzugten
Ausgestaltung der Erfindung werden Kenngrößen wie beispielsweise Kapazität, Wirkungsgrad,
Innenwidertandscharakteristik usw. mittels eines Funksystems, insbesondere
eines passiven oder aktiven RFID-Systems übertragen. Dabei kann die Identifikationsvorrichtung
als RFID-Transponder ausgebildet sein, der beispielsweise in einem
Klebetikett der Batterie angeordnet ist. Die Auslesevorrichtung
ist dann als RFID-Reader ausgebildet. Das Auslesen der batteriespezifischen
Parameter ist generell vom Reader initiierbar, wobei die vom Transponder
für den
Transfer benötigte
Energie aus dem vom Reader bei einer Anfrage an den Transponder
aufgebauten elektromagnetischen Feld erhältlich ist. Da somit der Transponder
keine eigene Stromversorgung benötigt,
ist diese Ausgestaltung bezüglich
Energieverbrauch außerordentlich
vorteilhaft.
-
In
bevorzugter Weise umfassen die batteriespezifischen Parameter Kenngrößen der
Batterie, wie beispielsweise Wirkungsgrad, und funktionale Zusammenhänge von
messbaren Parametern, wie beispielsweise Kurzschlussverhalten, aus
denen ein Batteriemodell ermittelbar ist und/oder eine Typenbezeichnung
der Batterie, wobei in diesem Fall die Kenngrößen der Batterie durch die
Batteriesensoreinrichtung mittels Zugriffs auf ein intern gespeichertes
Lookup-Table ermittelbar sind. In Verbindung mit von Sensoren der
Batteriesensoreinrichtung erfassten Betriebsparametern wie Temperatur,
Strom und Spannung, können
beispielsweise der Ladezustand, die noch verfügbare Kapazität, der Verschleißzustand
und/oder Startfähigkeitsvorhersage
der Batterie ermittelt werden. Diese Betriebszustände der
Batterie sind entweder in einer Auswerteeinheit, beispielsweise
einem Mikroprozessor der Batteriesensoreinrichtung oder in einer
damit gekoppelten Steuereinheit des Kraftfahrzeugs berechenbar.
Zudem ist es möglich,
dass durch die Steuereinheit des Kraftfahrzeugs Maßnahmeneingeleitet
werden, die auf eine Reduktion des Energieverbrauchs abzielen. Zum
Beispiel bei erhöhtem
Risiko, dass ein bevorstehender Start des Kraftfahrzeugs wegen schlechten Ladezustands
der Batterie nicht durchführbar
ist, sind diverse Stromverbraucher, beispielsweise Infotainment-Komponenten,
durch die Steuereinheit abschaltbar. Oder in fahrfreien Phasen,
wenn das Kraftfahrzeug sich über
einen größeren Zeitraum
im geparkten Zustand befindet, ist eine Abschaltung diverser Ruhefunktionen
möglich.
Die geschilderte, erhöhte
Effizienz des Energieverbrauchs geht mit einer erhöhten Lebensdauer
der Batterie, mit einer günstigeren
Pannenstatistik und mit entsprechend erhöhter Kundenzufriedenheit einher.
-
Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben
eines Batteriesystems eines Kraftfahrzeugs. Das Batteriesystem weist
mindestens eine Batterie mit mindestens einer Identifikationsvorrichtung
zur Identifikation des Batterietyps und mindestens eine Batteriesensoreinrichtung
mit mindestens einer Auslesevorrichtung für das Auslesen von in der Identifikationsvorrichtung
gespeicherten batteriespezifischen Parametern auf. Verfahrensgemäß werden
folgende Schritte ausgeführt:
Auslesen der in der Identifikationsvorrichtung gespeicherten batteriespezifischen
Parameter durch die Auslesevorrichtung, Erfassen zumindest eines
Betriebsparameters der Batterie mittels der Batteriesensoreinrichtung,
und Ermitteln eines Betriebsverhaltens der Batterie, unter Berücksichtigung
der batteriespezifischen Parameter und der Betriebsparameter mittels der
Batteriesensoreinrichtung. Vorteilhafter Weise kann somit die Batteriesensoreinrichtung
alle zu einer exakten Ermittlung eines Betriebsverhaltens der Batterie
notwendigen Daten, insbesondere die batteriespezifischen Parameter,
autonom, zuverlässig, ohne
Eingriff einer Bedienperson und daher mit nur geringem Aufwand,
erfassen.
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige
-
Figur
eine schematische Darstellung eines Batteriesystems gemäß einem
Ausführungsbeispiel.
-
Die
Figur zeigt eine erste Ausführungsform eines
in einem Kraftfahrzeug 10 angeordneten Batteriesystems 12.
Dieses umfasst eine Batterie 14, eine mit der Batterie 14 gekoppelte
Batteriesensoreinrichtung 16. Die Batterie 14 umfasst
einen Satz stromliefernder Zellen 20 sowie eine Identifikationsvorrichtung 22 zum
Speichern von batteriespezifischen Parametern 18 und zum Übermitteln
der batteriespezifische Parameter 18 an eine Auslesevorrichtung 32, die
in der Batteriesensoreinrichtung 16 angeordnet ist. Die
Batteriesensoreinrichtung 16 umfasst zudem zumindest einen
zum Erfassen zumindest eines Betriebsparameters 26 der
Batterie 14, insbesondere einer Stromhöhe, einer Spannung und einer
Temperatur ausgelegten Sensor 28 und eine zum Ermitteln eines
Betriebsverhaltens der Batterie 14 ausgelegten Datenverarbeitungseinheit 30.
Die Auslesevorrichtung 32 und die Identifikationsvorrichtung 22 sind
per Funk- oder mittels einer elektrischen Steckverbindung gekoppelt,
wodurch die batteriespezifischen Parameter 18 von der Identifikationsvorrichtung 22 an
die Auslesevorrichtung 32 übertragbar sind.
-
Die
mit dem Sensor 28 und mit der Auslesevorrichtung 32 gekoppelte
Datenverarbeitungseinheit 30 ist dazu ausgelegt, den vom
Sensor 28 erhaltenen Betriebsparameter 26 und
die der Auslesevorrichtung 32 erhaltene die Batterie 14 charakterisierende batteriespezifischen
Parameter 18 auf Basis eines speziellen Batteriemodells
zu verarbeiten. Die Datenverarbeitungseinheit 30 kann optional
auch Teil der Steuereinheit 34 sein, falls eine billigere
Batteriesensoreinrichtung 16 ohne Rechenprozessor eingesetzt ist.
Das Batteriemodell ist als Rechenalgorithmus auffassbar, der auf
zuvor durchgeführte
Simulationen eines Batterieverhaltens in Abhängigkeit von den technisch-physikalischen
Gesetzmäßigkeiten
der Batterie 14, von der batteriespezifischen Parameter 18 und
vom Betriebsparameter 26 basiert. Im Zuge der Verarbeitung
der genannten Daten durch die Datenverarbeitungseinheit 30 ist
das Betriebsverhalten ableitbar, das an die mit der Datenverarbeitungseinheit 30 gekoppelte
Steuereinheit 34 übertragbar
ist. Das Betriebsverhalten umfasst abgeleitete Größen, wie
beispielsweise Ladezustand der Batterie 14, noch verfügbare Kapazität, restliche
Lebensdauer und Verschleißzustand.
-
Bei
einem Batteriewechsel kann die in der Identifikationsvorrichtung 22 gespeicherten
batteriespezifischen Parameter 18 an die Batteriesensoreinrichtung 16 autonom,
ohne menschlichen Zugriff übermittelt
werden. Anschließend
wird der Betriebsparameter 26 der Batterie 14 mittels
der den Sensor 28 umfassenden Batteriesensoreinrichtung 16 erfasst.
Ein manueller Zugriff einer Bedienperson zum Übertragen der batteriespezifischen
Parameter 18 ist nicht nötig, wodurch die Möglichkeit
einer Fehlbedienung ausgeschlossen ist. Diese Schritte bilden die Voraussetzungen
für den
alltäglichen
Betrieb der Batterie 14.
-
Im
Alltagsbetrieb des Kraftfahrzeugs 10 wird das Betriebsverhalten
der Batterie 14 aus den batteriespezifischen Parameter 18 und
dem vom Sensor 28 erfassten Betriebsparameter 26 durch
die Datenverarbeitungseinheit 30 mittels eines als spezielles Batteriemodell
benannten Rechenalgorithmus abgeleitet bzw. berechnet.
-
In
der vorliegenden Ausführungsform
ist die Datenübertragung
von der Identifikationsvorrichtung 22 zur Auslesevorrichtung 32 als
drahtloses passives RFID-(Radio Frequency Identification) System
ausgebaut. Somit ist die Identifikationsvorrichtung 22 als RFID-Transponder
und die Auslesevorrichtung 32 als RFID-Reader ausgebaut.
-
Der
RFID-Transponder, in dem die batteriespezifischen Parameter 18 gespeichert
sind, überträgt auf Anfrage
des in der Batteriesensoreinrichtung 16 angeordneten RFID-Readers
die dort gespeicherten Informationen an den RFID-Reader. Die Abfrage
des RFID-Readers an den RFID-Transponder wird mittels einer Sende-/Empfangs-Antenne über ein
Hochfrequenz-Feld durchgeführt.
Der RFID-Transponder nimmt die Energie des empfangenen Feldes ebenfalls
mittels einer Antenne auf und verwendet einen Teil dieser Energie
um die gespeicherten batteriespezifischen Parameter 18 an
den anfragenden RFID-Reader zu übertragen.
Vorteilhafterweise benötigt
der RFID-Transponder
somit keine Stromquelle. Speichereinrichtung und Sender sind also
durch eine einzige Einheit, den RFID-Transponder, realisiert, auf den bereits
ab Werk durch den Batteriehersteller die batteriespezifischen Parameter 18 speicherbar
sind. Der RFID-Transponder ist an einem Klebeetikett und/oder in
einem Gehäuse,
vorzugsweise einem Deckel, der Batterie 14 angeordnet.
-
Die
Steuereinheit 34 ist dazu ausgelegt, Entscheidungen zu
treffen, ob der Betrieb einzelner Komponenten des Kraftfahrzeugs 10 fortgesetzt
oder unterbunden wird. Solche Maßnahmen sind insbesondere im
Ruhezustand des Kraftfahrzeugs 10 relevant, beispielsweise
während
längerer
Parkzeiten. Der Energieverbrauch wird in dieser Zeit durch Abschaltung
diverser Komponenten so weit zurückgefahren,
dass eine Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs 10 möglichst
gewährleistet
ist.
-
In
einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die
Batterie keine Identifikationsvorrichtung, beispielsweise wegen
eines Versehens bei der Batterieproduktion oder weil der Hersteller
aus Kostengründen
bewusst auf die Identifikationsvorrichtung verzichtet, so dass keine
batteriespezifischen Parameter zur Verfügung stehen. Für diesen
Fall ist in einer Batteriesensoreinrichtung 16 eine Ersatzidentifikationsvorrichtung 24 vorgesehen. Durch
Zugriff auf dort abgelegte generische Batterieparameter, unter Einsatz
eines generischen Batteriemodells und unter Einwirkung eines aktuell
gemessenen Betriebsparameters 26 wird ein Betriebsverhalten
einer generischen Batterie berechnet. Das Betriebsverhalten einer
generischen Batterie ist zwar erheblich ungenauer als das der tatsächlich einbauten
Batterie, aber durch diese Maßnahme
wird ein Betrieb des Kraftfahrzeugs 10, wenn auch unter
suboptimalen Bedingungen, überhaupt
ermöglicht.