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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Energiemanagement in einem Bordnetz eines Fahrzeugs, wobei eine Fahrzeugbatterie für das Fahrzeug bereitgestellt wird, welche an das eine Steuereinheit zum Verwalten eines Energievorrats der Fahrzeugbatterie aufweisende Bordnetz des Fahrzeugs angeschlossen wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Bordnetz für ein Fahrzeug, mit einem für eine Fahrzeugbatterie vorgesehenen Anschluss und einer Steuereinheit zum Verwalten eines Energievorrats der Fahrzeugbatterie. Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Prüfsystem zum Prüfen eines Ladezustands einer Fahrzeugbatterie.
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Vorliegend richtet sich das Interesse insbesondere auf Fahrzeuge, deren Bordnetze mit einer Steuereinheit ausgestattet sind, welche zum Verwalten eines Energievorrats einer Fahrzeugbatterie bzw. zum Energiemanagement ausgebildet ist. Bei derartigen Fahrzeugen müssen bei einer ersten Inbetriebnahme des Fahrzeugs die Batteriedaten, wie insbesondere der Batterietyp und die Batteriegröße, also ein Maß dafür, welche elektrische Ladung die Batterie in der Lage ist aufzunehmen, an die Steuereinheit übermittelt werden. Bei der Montage einer neuen Batterie in das Fahrzeug ist die Möglichkeit bereitgestellt, diese Batteriedaten zurückzusetzen, so dass der Steuereinheit des Bordnetzes eine neue Batterie bekannt gemacht werden kann. Umgekehrt muss beim Wechseln der Steuereinheit zunächst die im Fahrzeug vorhandene Batterie voll geladen sein und kann dann an die Steuereinheit als eine vollständig aufgeladene Batterie angelernt werden.
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Bei der heutigen Lösung wird bei einem ersten Anschließen der Fahrzeugbatterie an das Bordnetz des Fahrzeugs davon ausgegangen, dass die Fahrzeugbatterie bei Anlieferung an ein Montageband vollständig aufgeladen ist, also einen prozentuellen Ladezustand von 100% aufweist. Dies ist bei kurzen Zeitabständen zwischen der Auslieferung der Batterie von einem Batterielieferanten an einen Fahrzeughersteller und der Montage ins Fahrzeug häufig der Fall. Dass die Fahrzeugbatterie bei der Montage ins Fahrzeug vollständig aufgeladen ist, kann jedoch nicht garantiert werden. Beispielsweise kann bei der Ermittlung einer Ladebilanz von einer vollständig aufgeladenen Batterie ausgegangen werden, während die Batterie diesen Vollladezustand bei der Montage ins Fahrzeug längst nicht mehr aufweist. Somit kann nicht gewährleistet werden, dass die Batterie bei Auslieferung des Fahrzeugs von dem Fahrzeughersteller die Vorgaben erfüllt, d. h. die Steuereinheit des Bordnetzes geht von vornherein von einem falschen Initialisierungswert des Ladezustands der Batterie aus.
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Die Druckschrift
DE 43 39 568 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung des Ladezustands einer Batterie, bei welchem eine Ladebilanz im Betrieb des Fahrzeugs durch Auswertung eines Lade- und eines Entladestroms durchgeführt wird. Dabei werden Korrekturen durchgeführt, welche die Stärke des Stroms, die Temperatur sowie das Batteriealter berücksichtigen. Die Korrekturen werden mit Hilfe geeigneter Funktionen in einer Recheneinrichtung durchgeführt.
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Die Druckschrift
DE 196 34 268 C1 offenbart eine elektronische Schaltung zur Kalibrierung einer Ladezustandsanzeige eines Akkumulators, welcher mittels einer steuerbaren Stromquelle geladen wird. Dabei wird der Lade- und Entladestrom des Akkumulators an einem Shunt-Widerstand gemessen. Der Strom wird dann in Abhängigkeit von einem Steuersignal und einem Referenzsignal mit einem Faktor bewertet und in einem Strom-Frequenz-Wandler in ein Taktsignal gewandelt, das in einem Vorwärts-Rückwärts-Zähler ausgezählt wird.
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Aus dem Dokument
EP 0 476 405 A1 ist ein Transportsystem mit einer Fahrspur bekannt, bei welchem elektrisch angetriebene Transport- und Handlingfahrzeuge vorhanden sind. Die Fahrzeuge beziehen ihre Antriebsenergie aus auswechselbaren Batterien. Der Austausch von entladenen Batterien gegen aufgeladene Batterien erfolgt nach Prüfung durch die Steuerung mit Hilfe einer Batteriewechelstation. Sobald der Batteriewechselvorgang vollständig abgeschlossen ist und die Batteriewechselstation das Fahrzeug freigibt, führt dieses Fahrzeug einen übermittelten Auftrag autonom aus. Als erstes werden die Befehle aus einem Speicher eingelesen und festgestellt, ob diese Daten auch Angaben über den benötigten Ladungsbedarf enthalten. Sobald der Ladungsbedarf zur Ausführung des Auftrages bekannt ist, wird dieser mit der in der Batterie vorhandenen und nutzbaren Ladung verglichen und festgestellt, ob die vorhandene Ladung für die Ausführung dieses Auftrages genügt oder nicht.
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Das Dokument
DE 103 37 243 A1 beschreibt eine Akkumulatorenbatterie, welche ein Batteriegehäuse sowie eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen im Batteriegehäuse aufweist. Am Batteriegehäuse wird ein Batterie-Prüf-Modul montiert und an die positiven und negativen Anschlüsse der Batterie durch die jeweilige erste und zweite Kelvin-Verbindung elektrisch gekoppelt.
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Die Druckschrift
DE 40 27 147 A1 beschreibt eine Vorrichtung, welche zur Kopplung einer Steuereinrichtung einerseits und einer elektrischen Batterie eines Antriebsmotors einer Lokomotive andererseits dient. Die Vorrichtung hat eine verkürzte Bauform, sodass bei gegebener Länge der Lokomotive insgesamt mehr Batterievolumen zugeladen werden kann. Es sind Tragkästen bereitgestellt, welche parallel zwischen sogenannten Dornen verlaufende Ausleger aufweisen, die an ihren freien Enden mit Einrichtungen zur induktiven Übertragung von Batteriedaten versehen sind, wie beispielsweise eines Ladezustands.
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Ein Flurförderzeug mit einem elektrischen Antriebssystem und einem wieder aufladbaren Batterieblock ist aus dem Dokument
DE 199 22 137 A1 bekannt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Maßnahmen zu treffen, die ein zuverlässiges Verwalten eines Energievorrats einer Fahrzeugbatterie in einem Bordnetz eines Fahrzeugs gewährleisten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, welches die Merkmale nach Patentanspruch 1 aufweist, durch ein Bordnetz, welches die Merkmale nach Patentanspruch 7 aufweist, sowie durch ein Prüfsystem, welches die Merkmale nach Patentanspruch 10 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Energiemanagement in einem Bordnetz eines Fahrzeugs wird eine Fahrzeugbatterie für das Fahrzeug bereitgestellt, welche an das eine Steuereinheit zum Verwalten eines Energievorrats der Fahrzeugbatterie aufweisende Bordnetz des Fahrzeugs angeschlossen wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein einen aktuellen Ladezustand der Fahrzeugbatterie zumindest mittelbar charakterisierender Parameterwert vor dem Anschließen der Fahrzeugbatterie an das Bordnetz ermittelt wird, welcher an die Steuereinheit übermittelt wird.
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Ein zuverlässiges Verwalten des Energievorrats der Fahrzeugbatterie in dem Bordnetz wird somit dadurch erzielt, dass ein Parameterwert der Fahrzeugbatterie, welcher wenigstens mittelbar den Ladezustand der Fahrzeugbatterie charakterisiert, in einem noch elektrisch unbelasteten Zustand der Fahrzeugbatterie ermittelt und an die Steuereinheit des Bordnetzes übermittelt wird. Dabei kann der Parameterwert vor oder nach dem Anschließen der Fahrzeugbatterie an das Bordnetz an die Steuereinheit übermittelt werden. Der vorliegenden Erfindung liegen mehrere Erkenntnisse zugrunde. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass im Stand der Technik von einem falschen Initialisierungswert des Ladezustands der Fahrzeugbatterie ausgegangen wird, da nicht garantiert werden kann, dass die Fahrzeugbatterie vollständig aufgeladen in das Fahrzeug eingebaut wird. Sie beruht auf der Erkenntnis, dass es hierdurch im Stand der Technik nicht möglich ist, den Energievorrat der Fahrzeugbatterie im Hinblick auf die zur Verfügung stehende elektrische Ladung der Fahrzeugbatterie zuverlässig zu verwalten. Die Erfindung beruht schließlich auf der Erkenntnis, dass dieser Problematik begegnet werden kann, indem der den Ladezustand der Fahrzeugbatterie charakterisierende Parameterwert vor dem Belasten der Fahrzeugbatterie ermittelt und an die Steuereinheit des Bordnetzes übermittelt wird, so dass bei der Berechnung einer Ladebilanz der Fahrzeugbatterie von einem korrekten Ladezustand ausgegangen werden kann. Die Erfindung ermöglicht es, den tatsächlichen Ladezustand der Fahrzeugbatterie, welcher bedingt durch Selbstentladung und/oder unzureichende Ladung beim Batteriehersteller von dem vollständig aufgeladenen Zustand abweichen kann, bei Beginn einer Ladebilanzzählung in einem Fertigungsprozess in einem fahrzeugbauenden Werk zu berücksichtigen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ferner eine Korrekturmöglichkeit bereitgestellt, einer neuen Steuereinheit im Falle eines Austauschs derselben den aktuellen Ladezustand der Fahrzeugbatterie zu übermitteln, ohne die Fahrzeugbatterie vorher vollständig aufladen zu müssen.
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Als der den Ladezustand der Fahrzeugbatterie zumindest mittelbar charakterisierende Parameterwert wird hier insbesondere sowohl ein direktes als auch indirektes Maß für den Ladezustand der Fahrzeugbatterie betrachtet. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Wert des Ladezustands der Fahrzeugbatterie selbst als der unmittelbare Parameterwert ermittelt und an die Steuereinheit übermittelt wird. Alternativ oder zusätzlich kann ein den Ladezustand der Fahrzeugbatterie mittelbar charakterisierender Wert einer Ruhespannung der Fahrzeugbatterie als der Parameterwert gemessen und an die Steuereinheit übermittelt werden. Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, dass die Fahrzeugbatterie noch nicht an das Bordnetz angeschlossen und somit elektrisch unbelastet ist, so dass es sich bei der Batteriespannung um eine Ruhespannung handelt, die einen direkten Schluss auf den Ladezustand der Fahrzeugbatterie zulässt, d. h. aus der Ruhespannung kann der Ladezustand der Batterie abgeleitet werden. Diese Berechnung des Werts des Ladezustands der Fahrzeugbatterie in Abhängigkeit des Werts der Ruhespannung der Fahrzeugbatterie kann durch die Steuereinheit des Bordnetzes und/oder durch ein fahrzeugexternes Gerät durchgeführt werden.
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In bevorzugter Weise ist vorgesehen, dass der Parameterwert in der Steuereinheit gespeichert und zum Initialisieren des Verwaltens des Energievorrats der Fahrzeugbatterie verwendet wird. Mit anderen Worten kann der Energievorrat der Fahrzeugbatterie abhängig von dem Parameterwert organisiert werden bzw. der Parameterwert kann als Grundlage für das Verwalten des Energievorrats herangezogen werden. Ist in der Steuereinheit bereits ein theoretischer Wert des Ladezustands einer vollständig aufgeladenen Fahrzeugbatterie vorhanden, so kann vorgesehen sein, dass dieser theoretische Wert mit dem Parameterwert korrigiert wird. Beträgt der prozentuelle Ladezustand einer neu gelieferten Fahrzeugbatterie nicht mehr 100%, so kann ein Ladebilanzzähler in der Steuereinheit entsprechend korrigiert werden. Weist eine 80-Amperestunden-Batterie beim Einbau ins Fahrzeug einen prozentuellen Ladezustand von nur noch 90% auf, so muss die zur Verfügung stehende Ladungsmenge der Fahrzeugbatterie um 10%, also um 8 Amperestunden korrigiert werden. Somit kann die Steuereinheit des Bordnetzes von Anfang an die korrekte Ladungsmenge beim Verwalten des Energievorrats der Fahrzeugbatterie berücksichtigen.
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Der Parameterwert wird über ein fahrzeugexternes Diagnoseprüfgerät an die Steuereinheit übermittelt. Dabei kann vorgesehen sein, dass bei dem Übermitteln des Parameterwerts an die Steuereinheit diese bereits im Fahrzeug verbaut ist. Es ist auch möglich, den Parameterwert an eine noch nicht eingebaute Steuereinheit zu übermitteln, welche dann anschließend ins Fahrzeug eingebaut werden kann. Bevorzugt wird das Ermitteln des Parameterwerts zeitlich nach einer Auslieferung der Fahrzeugbatterie von einem Batteriehersteller an einen Fahrzeughersteller oder eine Service-Werkstatt durchgeführt. Unter dem Begriff Batteriehersteller wird hier im Allgemeinen ein Batterielieferant, also auch ein Batterievertreiber verstanden. Insbesondere wird das Ermitteln des den Ladezustand charakterisierenden Parameterwerts unmittelbar vor dem Anschließen der Fahrzeugbatterie an das Bordnetz des Fahrzeugs durchgeführt, so dass keine Selbstentladung der Fahrzeugbatterie zwischen dem Ermitteln des Parameterwerts und dem Einbauen der Fahrzeugbatterie in das Fahrzeug in Kauf genommen werden muss. Insbesondere wird das Ermitteln des Parameterwerts nicht früher als eine Stunde, bevorzugt nicht früher als 30 min, vor dem Anschließen der Fahrzeugbatterie an das Bordnetz des Fahrzeugs durchgeführt.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass ein in der Steuereinheit bereits vorhandener theoretischer Wert des Ladezustands einer vollständig aufgeladenen Fahrzeugbatterie mit dem Parameterwert korrigiert wird.
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Ein erfindungsgemäßes Bordnetz für ein Fahrzeug umfasst einen für eine Fahrzeugbatterie vorgesehenen Anschluss sowie eine Steuereinheit zum Verwalten eines Energievorrats der Fahrzeugbatterie. Bei dem erfindungsgemäßen Bordnetz ist vorgesehen, dass die Steuereinheit eine Schnittstelle aufweist, über welche der Steuereinheit ein vor einem Anschließen der Fahrzeugbatterie an das Bordnetz ermittelten und einen aktuellen Ladezustand der Fahrzeugbatterie zumindest mittelbar charakterisierender Parameterwert übermittelbar ist.
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Bevorzugt ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, den Parameterwert zu speichern und den Energievorrat der Fahrzeugbatterie in Abhängigkeit des Parameterwerts zu verwalten.
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In bevorzugter Weise ist die Steuereinheit dazu fähig, einen in der Steuereinheit bereits vorhandenen theoretischen Wert des Ladezustands einer vollständig aufgeladenen Fahrzeugbatterie mit dem Parameterwert zu korrigieren.
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Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Bordnetz.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Prüfsystem zum Prüfen eines Ladezustands einer Fahrzeugbatterie, bei welchem vor einem Anschließen der Fahrzeugbatterie an ein eine Steuereinheit zum Verwalten eines Energievorrats der Fahrzeugbatterie aufweisendes Bordnetz des Fahrzeugs ein einen aktuellen Ladezustand der Fahrzeugbatterie zumindest mittelbar charakterisierender Parameterwert ermittelt wird, welcher an die Steuereinheit übermittelt wird.
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Vorzugsweise umfasst das Prüfsystem eine Messeinrichtung, mittels welcher ein Wert einer den aktuellen Ladezustand der Fahrzeugbatterie mittelbar charakterisierenden Ruhespannung der Fahrzeugbatterie gemessen wird.
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Das Prüfsystem umfasst ein Diagnoseprüfgerät, über welches der Parameterwert an die Steuereinheit übermittelt wird.
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Bevorzugt ist bei dem Prüfsystem eine Datenübertragungsstrecke, insbesondere eine LAN-Übertragungsstrecke (Local Area Network), vorgesehen, über welche der Parameterwert von einer batterieseitigen Recheneinrichtung an die Steuereinheit übertragen wird.
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Bevorzugt umfasst das Prüfsystem eine Recheneinrichtung, welche mit einer Messeinrichtung zum Messen einer Ruhespannung der Fahrzeugbatterie verbunden ist, wobei mittels der Recheneinrichtung ein Wert der Ruhespannung und/oder ein daraus gewonnener Wert des Ladezustands der Fahrzeugbatterie über eine Datenübertragungsstrecke an das Diagnoseprüfgerät übertragen wird, welches den Wert der Ruhespannung und/oder den daraus gewonnenen Wert des Ladezustands der Fahrzeugbatterie an die Steuereinheit übermittelt.
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Vorteilhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Prüfsystem.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiel sowie anhand der beigefügten Zeichnung.
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Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung ein Diagramm eines Prüfsystems zum Durchführen eines Verfahrens nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Ein in der Figur dargestelltes Prüfsystem 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Messeinrichtung 2, welche mit Anschlüssen einer Fahrzeugbatterie 6 gekoppelt werden kann und zum Ermitteln einer Batteriespannung ausgebildet ist. Die Messeinrichtung 2 ist im vorliegenden Beispiel mit einer Recheneinrichtung 3, beispielsweise einem Rechner, verbunden. Somit können die Werte der Batteriespannung an die Recheneinrichtung 3 übermittelt und mittels der Recheneinrichtung 3 verarbeitet werden. Die Recheneinrichtung 3 umfasst eine Schnittstelle, vorliegend eine LAN-Schnittstelle (Local Area Network), über welche Daten über eine Datenübertragungsstrecke 4 an ein Diagnoseprüfgerät 5 übermittelbar sind. Dabei weist das Diagnoseprüfgerät 5 entsprechend eine LAN-Schnittstelle auf.
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Im vorliegenden Beispiel ist das Prüfsystem 1 in einem Werk eines Fahrzeugherstellers angeordnet und zum Durchführen eines Verfahrens zum Energiemanagement in einem Bordnetz eines Fahrzeugs nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches nachfolgend näher beschrieben wird, ausgebildet.
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Zunächst wird bei dem Verfahren die Fahrzeugbatterie 6 für das Fahrzeug von einem Batteriehersteller bereitgestellt Dabei soll die Fahrzeugbatterie 6 in ein Fahrzeug eingebaut werden, dessen Bordnetz eine Steuereinheit 7 zum Verwalten eines Energievorrats der Fahrzeugbatterie 6 aufweist. Bevor die Fahrzeugbatterie 6 an das Bordnetz angeschlossen wird, wird mittels der Messeinrichtung 2 eine Batteriespannung der Fahrzeugbatterie 6 gemessen. Da die Fahrzeugbatterie 6 noch nicht an das Bordnetz des Fahrzeugs angeschlossen ist und elektrisch unbelastet angeliefert wird, handelt es sich bei der Batteriespannung um eine Ruhespannung der Fahrzeugbatterie 6. Der gemessene Wert der Ruhespannung der Fahrzeugbatterie 6 wird anschließend an die Recheneinrichtung 3 übermittelt, welche auf der Grundlage der Ruhespannung den aktuellen Ladezustand der Fahrzeugbatterie 6 ermittelt.
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Der Wert des Ladezustands der Fahrzeugbatterie 6, also Informationen über die in der Batterie 6 vorhandene elektrische Ladung sowie weitere Fahrzeugspezifische Parameter, wie beispielsweise eine Fahrzeugkennung, werden dann über die Datenübertragungsstrecke 4 an das Diagnoseprüfgerät 5 übertragen und von diesem an die Steuereinheit 7 übermittelt. Dabei sei erwähnt, dass die Steuereinheit 7 noch nicht im Fahrzeug verbaut ist, sondern sich beispielsweise auf einem Montageband befindet. Wäre die Steuereinheit 7 im Fahrzeug bereits verbaut, so könnte auf eine Datenübertragung über die Datenübertragungsstrecke 4 verzichtet werden und der Wert des Ladezustands der Fahrzeugbatterie 6 könnte direkt ins Fahrzeug geschrieben werden. Ferner sei angemerkt, dass die Umrechnung der gemessenen Ruhespannung in den entsprechenden Wert des Ladezustands der Fahrzeugbatterie 6 auch in dem Diagnoseprüfgerät 5 und/oder in der Steuereinheit 7 erfolgen kann.
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Es kann vorgesehen sein, dass die Messeinrichtung 2 in eine Haltevorrichtung (Handlingsgerät) zum Transportieren der Fahrzeugbatterie 6 integriert wird. Es ist auch möglich, die Messeinrichtung 2 in das Diagnoseprüfgerät 5 zu integrieren.
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Nun verfügt die Steuereinheit 7 des Bordnetzes des Fahrzeugs über den Wert des Ladezustands der Fahrzeugbatterie 6 bzw. über den Wert der in der Fahrzeugbatterie 6 vorhandenen elektrischen Ladung. Im vorliegenden Beispiel ist die Steuereinheit 7 zum Energiemanagement in dem Bordnetz in Abhängigkeit von dem ermittelten Ladezustand der Batterie ausgebildet. Somit wird der Energievorrat der Fahrzeugbatterie 6 zuverlässig verwaltet. Insbesondere durch das Ermitteln des Ladezustands der Fahrzeugbatterie 6 in ihrem elektrisch unbelasteten Zustand wird der im Stand der Technik existierenden Problematik begegnet, dass ein im Fahrzeug vorhandenes Messsystem keine Möglichkeit hat, eine 100%ige Aussage über den Ladezustand einer bereits belasteten Fahrzeugbatterie zu liefern, da die Ruhespannung der Fahrzeugbatterie unbekannt ist. Die Erfindung ermöglicht es somit, das Verwalten des Energievorrats der Fahrzeugbatterie 6 mit einem korrekten Ausgangswert des Ladezustands der Fahrzeugbatterie 6 zu beginnen.
