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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung mindestens einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs.
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Kraftfahrzeuge mit batterieelektrischem oder Hybridantrieb finden zunehmende Verbreitung. Bei derartigen Fahrzeugen wird die Antriebsenergie für den elektrischen Antrieb zumindest zeitweise von einer oder mehreren Traktionsbatterien zur Verfügung gestellt. Eine solche Traktionsbatterie kann insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie sein. Wird eine Lithium-Ionen-Batterie bis unterhalb einer Entladeschlussspannung entladen bzw. weiter entladen, als es einem kritischen Ladezustand entspricht, so besteht die Gefahr, dass die Batterie irreversibel beschädigt wird, beispielsweise dadurch, dass die in den Batteriezellen enthaltenen Chemikalien die Batterie selbst zerstören. Dieser Vorgang ist irreversibel und kann nicht durch erneutes Aufladen der Batterie rückgängig gemacht werden. Eine derartige Tiefentladung erfordert daher in der Regel einen Austausch der Batterie, was mit erheblichen Kosten verbunden ist. Ferner kann ein batterieelektrisches oder Hybridfahrzeug, dessen Traktionsbatterie tiefentladen ist, nicht mehr ohne weiteres in Betrieb genommen werden. Ein batterieelektrisches Fahrzeug mit tiefentladener Traktionsbatterie muss in der Regel abgeschleppt werden. Es ist deshalb bekannt, den Ladezustand einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs zu überwachen, um eine Tiefentladung verhindern zu können.
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Gemäß
WO 2012/085615 A1 umfasst ein Energieversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs eine Batterie und eine Batteriesteuerungseinheit, die den Ladezustand der Batterie überwacht. Während das Kraftfahrzeug nicht in Betrieb ist, wird ein Ladezustand der Batterie von der Batteriesteuerungseinheit überwacht und dann, wenn ein unterer Schwellwert des Ladezustands erreicht wird, eine Kommunikationseinrichtung des Kraftfahrzeugs aktiviert, um aufgrund des kritischen Ladezustands einen Alarm an eine außerhalb des Kraftfahrzeugs befindliche Empfangseinrichtung abzusenden. Aufgrund des von der Empfangseinrichtung empfangenen Alarmsignals kann beispielsweise eine Aufladung der Batterie veranlasst werden.
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Aus
EP 2 068 161 A2 ist es bekannt, Daten aus einem im Kraftfahrzeug installierten Batterieüberwachungssystem zusammen mit anderen diagnostischen Informationen über das Kraftfahrzeug an eine externe Anzeigeeinrichtung zu übertragen.
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In
GB 2 455 160 A ist ein Überwachungssystem für ein Batteriemodul eines Elektrofahrzeugs offenbart, wobei die physischen und elektrischen Variablen des Batteriemoduls aufgezeichnet werden und zu einem externen System über eine Kommunikationseinheit übertragen werden. Wenn die aufgenommenen Daten einen abnormen Zustand des Batteriemoduls enthalten, sendet das externe System über drahtlose Telekommunikationsmittel eine Fehlermeldung an einen Benutzer, um ihn daran zu erinnern, dass eine Wartung fällig ist, oder um den Benutzer über den Zustand des Kraftfahrzeugs zu informieren.
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Die bekannten Verfahren und Systeme zur Überwachung einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs sind nicht unter allen Betriebsbedingungen ausreichend zuverlässig. Insbesondere beruht dabei die Abgabe eines Alarmsignals sowohl auf einer Funktion eines dem Kraftfahrzeug zugeordneten Überwachungssystems als auch auf der Funktion einer drahtlosen Kommunikationsverbindung. Beides ist jedoch gerade in solchen Fällen, in denen der kritische Ladezustand der Traktionsbatterie erreicht werden kann, nicht immer sicher gewährleistet.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung mindestens einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs anzugeben, wobei die genannten Nachteile möglichst vermieden werden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch eine Vorrichtung wie in den unabhängigen Ansprüchen angegeben gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren bezieht sich auf eine Überwachung mindestens einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere auf die Überwachung eines Ladezustands der mindestens einen Traktionsbatterie. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere ein Fahrzeug mit einem batterieelektrischen oder einem Hybridantrieb sein, wobei die Antriebsenergie für den elektrischen Antrieb zumindest zeitweise von der mindestens einen Traktionsbatterie geliefert wird. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden in einem ersten Schritt aktuelle Grundlagendaten der mindestens einen Traktionsbatterie durch ein dem Kraftfahrzeug zugeordnetes Batterieüberwachungssystem (Battery Monitoring System, BMS) ermittelt. Die Grundlagendaten sind insbesondere solche Daten, die für die Vorhersage eines Tiefentladezustands der Traktionsbatterie benötigt werden. Ein Tiefentladezustand ist ein solcher Ladezustand der Traktionsbatterie, bei dem aufgrund einer Entladung unterhalb eines vorbestimmten Minimalladezustands eine irreversible Schädigung der Traktionsbatterie möglich ist und/oder eine Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs nicht mehr ohne Weiteres erfolgen kann. Ein Tiefentladezustand zeigt sich beispielsweise durch das Absinken einer Spannung der Traktionsbatterie auf einen Wert unterhalb einer Entladeschlussspannung.
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Die ermittelten Grundlagendaten der Traktionsbatterie sind insbesondere aktuelle Zustandsdaten der Traktionsbatterie, wie der jeweils aktuelle Batteriestrom, die aktuelle Batteriespannung und die aktuelle Batterietemperatur. Die Grundlagendaten der Traktionsbatterie können auch einen ermittelten Ladezustand (State of Charge, SOC) und/oder eine Ladekapazität (State of Health, SOH) der Traktionsbatterie umfassen. Der Batterieladezustand (SOC) gibt den Anteil der aktuell maximal speicherbaren Ladung an, der tatsächlich aktuell gespeichert ist, und kann beispielsweise als Prozentsatz der aktuell speicherbaren Ladung angegeben werden. Die Ladekapazität (SOH) gibt den Anteil der Sollkapazität der Batterie an, der aktuell genutzt werden kann an, d. h. welcher Prozentsatz der ursprünglich verfügbaren Kapazität der Batterie aktuell noch zur Speicherung elektrischer Energie zur Verfügung steht. Die verfügbare Ladekapazität sinkt im Laufe der Lebensdauer der Traktionsbatterie ab. Die Grundlagendaten werden durch ein dem Kraftfahrzeug zugeordnetes Batterieüberwachungssystem ermittelt. Die Grundlagendaten können auch Daten der Ladungs- bzw. Entladungshistorie des Traktionsbatterie umfassen sowie beispielsweise den Batterietyp und den Herstellungszeitpunkt der Batterie oder ggf. weitere Daten, die die Traktionsbatterie kennzeichnen. Sofern das Kraftfahrzeug eine Mehrzahl von Traktionsbatterien aufweist, beziehen sich die ermittelten Grundlagendaten vorzugsweise auf alle Traktionsbatterien des Kraftfahrzeugs.
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Die ermittelten Grundlagendaten werden erfindungsgemäß an einen externen Rechner übermittelt, etwa an einen stationären Server, einen Rechner eines Rechnersystems oder auch beispielsweise an ein Smartphone. Die Übermittlung der Grundlagendaten erfolgt über eine erste Kommunikationsverbindung, die insbesondere eine drahtlose Kommunikationsverbindung zwischen einer dem Kraftfahrzeug zugeordneten Sendereinrichtung und einer stationären Empfangseinrichtung umfasst. Die erste Kommunikationsverbindung kann weitere drahtlose oder drahtgebundene Übertragungsstrecken umfassen, insbesondere können die Daten über ein Netzwerk übertragen werden. Die erste Kommunikationsverbindung ist vorzugsweise als Kommunikationsverbindung mit GPRS-Protokoll ausgebildet. Für die Übermittlung der Grundlagendaten an den externen Rechner kann es prinzipiell ausreichend sein, wenn während eines Betriebszyklus des Kraftfahrzeugs zwischen Inbetriebnahme und Abstellen (d. h. Übergang in einen ”Schlafmodus”) eine einmalige Übertragung der Grundlagendaten über die erste Kommunikationsverbindung zum externen Rechner erfolgt.
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Erfindungsgemäß wird durch den externen Rechner ein voraussichtlicher Tiefentladezeitpunkt ermittelt, d. h. ein Zeitpunkt, zu dem voraussichtlich ein Tiefentladezustand der Traktionsbatterie bzw., falls das Kraftfahrzeug über mehrere Traktionsbatterien verfügt, mindestens einer Traktionsbatterie erreicht wird. Der Tiefentladezeitpunkt kann beispielsweise unter Annahme einer der aktuellen Belastung entsprechenden fortdauernden Belastung der Traktionsbatterie vorausberechnet werden. Insbesondere kann auch beim Parken, d. h. im ausgeschalteten Zustand bzw. in einem ”Schlafmodus” des Kraftfahrzeugs, durch permanent betriebene Verbraucher und/oder durch eine Selbstentladung der Traktionsbatterie nach einer gewissen Zeit ein Tiefentladezustand erreicht werden.
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Durch den externen Rechner wird das Erreichen eines ersten Warnzeitpunkts überwacht, und dann, wenn dieser erreicht wird, ein erstes Warnsignal an eine vorbestimmbare erste Kontrollinstanz übermittelt. Der Warnzeitpunkt ist der Zeitpunkt, der um eine vorgebbare Vorwarnzeit vor dem ermittelten voraussichtlichen Tiefentladezeitpunkt liegt. Das Erreichen des ersten Warnzeitpunkts kann beispielsweise durch einen Vergleich des ermittelten Tiefentladezeitpunkts mit einer Uhr des externen Rechners unter Berücksichtigung der Vorwarnzeit überwacht werden. Die erste Kontrollinstanz des Kraftfahrzeugs kann durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs definierbar sein und beispielsweise eine mobile Kommunikationseinrichtung des Fahrers sein, etwa ein Mobiltelefon, ein Smartphone oder ein Laptop-Computer. Die erste Kontrollinstanz kann auch ein Festnetztelefon oder eine andere stationäre Kommunikationseinrichtung sein. Die Übertragung des ersten Warnsignals erfolgt über eine entsprechende drahtlose oder drahtgebundene Kommunikationsverbindung. Insbesondere in dem Fall, dass die erste Kontrollinstanz ein Smartphone oder ein Laptop-Computer ist, kann der externe Rechner mit der ersten Kontrollinstanz identisch sein. Die erste Kontrollinstanz kann auch eine Kommunikationseinrichtung des Kraftfahrzeugs sein; eine Übermittlung des ersten Warnsignals an eine dem Kraftfahrzeug zugeordnete Kommunikationseinrichtung ist dann vorteilhaft, wenn sich der Fahrer im Fahrzeug oder in der Nähe des Fahrzeugs befindet.
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Dadurch, dass durch ein mit dem Kraftfahrzeug verbundenes Batterieüberwachungssystem Grundlagendaten der Traktionsbatterie ermittelt werden, die Grundlagendaten an einen zum Kraftfahrzeug externen Rechner übertragen werden, aus den Grundlagendaten ein voraussichtlicher Tiefentladezeitpunkt ermittelt wird und zum gegebenen Zeitpunkt ein Warnsignal an eine erste Kontrollinstanz, die insbesondere eine mobile Kommunikationseinrichtung des Fahrers ist, übertragen wird, kann der Fahrer über das Erreichen eines kritischen Entladezustands der mindestens einen Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs informiert werden. Dadurch, dass das erste Warnsignal unter Berücksichtigung einer Vorwarnzeit übermittelt wird, kann dem Fahrer die Möglichkeit gegeben werden, rechtzeitig Gegenmaßnahmen zu ergreifen, insbesondere zum Kraftfahrzeug zurückzukehren und dieses in Betrieb zu nehmen bzw. eine Aufladung der mindestens einen Traktionsbatterie zu veranlassen. Dadurch, dass der voraussichtliche Tiefentladezeitpunkt durch den externen Rechner ermittelt wird, ist der besondere Vorteil erzielbar, dass die Ermittlung des Tiefentladezeitpunkts und die Übermittlung des ersten Warnsignals unabhängig von den bordeigenen Systemen des Kraftfahrzeugs und unabhängig vom aktuellen Bestehen der ersten Kommunikationsverbindung erfolgen können. So kann insbesondere auch dann ein Warnsignal an die erste Kontrollinstanz bzw. an den Fahrer übermittelt werden, wenn das Kraftfahrzeug an einem Ort abgestellt worden ist, wo keine drahtlose Kommunikationsverbindung besteht, wie dies beispielsweise häufig in geschlossenen Gebäuden oder in Tiefgaragen der Fall ist.
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Die Vorausberechnung des Tiefentladezeitpunkts und Überwachung des ersten Warnzeitpunkts zur Übermittlung des ersten Warnsignals an die erste Kotrollinstanz ist insbesondere während einer Stillstandszeit des Kraftfahrzeugs und wenn der Fahrer das Kraftfahrzeug verlassen hat, vorteilhaft. Das Verlassen des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise über Türkontakte oder Sitzbelegungssensoren festgestellt werden. In vorteilhafter Weise ist es daher vorgesehen, dass zumindest beim Abstellen oder Verlassen des Kraftfahrzeugs die Grundlagendaten, die zu diesem Zeitpunkt oder zuvor ermittelt worden sind, über die erste Kommunikationsverbindung zum externen Rechner übertragen werden; diese Grundlagendaten stehen dann für die Ermittlung des voraussichtlichen Tiefentladezeitpunkts zur Verfügung. Dadurch, dass zumindest beim Abstellen und/oder Verlassen des Kraftfahrzeugs oder zu einem hiermit zusammenhängenden Zeitpunkt die Grundlagendaten übertragen werden, kann erreicht werden, dass für die Ermittlung des Tiefentladezustands und für die während einer Stillstandszeit des Kraftfahrzeugs ggf. notwendigen Warnmaßnahmen die zu Beginn der Stillstandszeit ermittelten und somit aktuellen Daten zur Verfügung stehen. Hierdurch ist eine besonders genaue Ermittlung des Tiefentladezeitpunkts möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Übertragungsqualität der ersten Kommunikationsverbindung kontinuierlich überwacht, und bei Abnehmen der Übertragungsqualität werden die aktuellen Grundlagendaten übertragen. Diese stehen als vorläufige Grundlagendaten für die Ermittlung des voraussichtlichen Tiefentladezeitpunkts zur Verfügung. Sofern nach der detektierten Verringerung der Qualität der ersten Kommunikationsverbindung diese unterbrochen ist, werden diese Grundlagendaten zur Ermittlung des Tiefentladezeitpunkts verwendet. Sofern andererseits die erste Kommunikationsverbindung auch nach einer detektierten Qualitätsverschlechterung bestehen bleibt oder sich die Übertragungsqualität wieder verbessert, können weitere aktuelle Grundlagendaten übertragen und zur Ermittlung des Tiefentladezeitpunkts verwendet werden, insbesondere bei einem Abstellen bzw. Verlassen des Kraftfahrzeugs. Durch diese Maßnahmen kann sichergestellt werden, dass auch in dem Fall, dass die erste Kommunikationsverbindung unterbrochen wird, der externe Rechner über möglichst aktuelle Grundlagendaten zur Ermittlung des Tiefentladezeitpunkts verfügt.
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Insbesondere kann es in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass nur beim Abstellen und/oder Verlassen des Kraftfahrzeugs oder bei einer festgestellten Verschlechterung der Übertragungsqualität der ersten Kommunikationsverbindung die zu diesem Zeitpunkt oder zuvor ermittelten Grundlagendaten übertragen werden. Hierdurch kann die mit der Übertragung der Daten verbundene Belastung bzw. Nutzung der ersten Kommunikationsverbindung minimiert werden.
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Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Schritte der Ermittlung der Grundlagendaten, der Übermittlung der Grundlagendaten an den externen Rechner und der Ermittlung eines voraussichtlichen Tiefentladezeitpunkts wiederholt bzw. kontinuierlich, d. h. in einem vorgebbaren oder in einem beispielsweise durch das Batterieüberwachungssystem oder durch die erste Kommunikationsverbindung gegebenen Zeittakt durchgeführt. Hierdurch stehen stets aktualisierte Grundlagendaten zur Vorausberechnung des Tiefentladezeitpunkts zur Verfügung, wodurch dieser mit einer erhöhten Genauigkeit ermittelt werden kann. Sofern die erste Kommunikationsverbindung während des Betriebs des Kraftfahrzeugs unterbrochen wird, werden die jeweils zuletzt übermittelten Grundlagendaten zur Ermittlung des Tiefentladezeitpunkts herangezogen. Auch dann, wenn das Kraftfahrzeug an einem Ort abgestellt wird, an dem die erste Kommunikationsverbindung nicht besteht, ist daher eine genaue Vorhersage des Tiefentladezeitpunkts möglich.
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Vorzugsweise wird beim Starten des Kraftfahrzeugs und/oder beim Zurückkehren des Fahrers zum Kraftfahrzeug ein Startsignal über die erste Kommunikationsverbindung zum externen Rechner übertragen. Das Zurückkehren des Fahrers zum Kraftfahrzeug kann beispielsweise über Türkontakte oder Sitzbelegungssensoren erkannt werden. Das Startsignal kann die aktuellen Grundlagendaten umfassen oder stellt zumindest ein Signal dar, aufgrund dessen der externe Rechner ermittelt, dass das Kraftfahrzeug in Betrieb genommen worden ist, und die Ermittlung des voraussichtlichen Tiefentladezeitpunkts entsprechend anpasst; insbesondere kann aufgrund des Startsignals die erste Kontrollinstanz als eine Kommunikationseinrichtung des Kraftfahrzeugs selbst gewählt werden. Sofern zum Zeitpunkt des Startens des Kraftfahrzeugs die erste Kommunikationsverbindung nicht besteht, wird das Startsignal beim erstmaligen Herstellen der ersten Kommunikationsverbindung nach der Unterbrechung übertragen. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Ermittlung des Tiefentladezeitpunkts weiter verbessert werden.
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In bevorzugter Weise werden Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs, die für die Ermittlung des voraussichtlichen Tiefentladezeitpunkts relevant sind, von einem Informationssystem des Kraftfahrzeugs erfasst und gemeinsam mit den Grundlagendaten der Traktionsbatterie an den externen Rechner über die erste Kommunikationsverbindung übermittelt. Die Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs umfassen insbesondere die Außentemperatur, die nach einer vorangegangenen Aufladung der mindestens einen Traktionsbatterie zurückgelegte Fahrstrecke und/oder eine aktuelle geographische Position des Kraftfahrzeugs, welche beispielsweise durch ein GPS-basiertes Navigationssystem ermittelt werden kann. Die Ermittlung und Übertragung der Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs an den externen Rechner ermöglicht nicht nur eine weitere Verbesserung der Genauigkeit der Ermittlung des Tiefentladezeitpunkts, sondern gegebenenfalls auch die zielgerichtete Einleitung von Gegenmaßnahmen.
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Vorzugsweise erfolgt die Berechnung des voraussichtlichen Zeitpunkts, zu dem die mindestens eine Traktionsbatterie den Tiefentladezustand erreicht, aufgrund eines rechnerischen Modells der mindestens einen Traktionsbatterie, das in einem von dem externen Rechner abrufbaren Speicher, beispielsweise in einem Speicher des Rechners selbst, gespeichert ist. Die Daten, die dem Modell zugrunde liegen, können von einem Benutzer eingebbar oder unter Angabe des Batterietyps und weiterer Daten der mindestens einen Traktionsbatterie aus einer Datenbank abrufbar sein oder können vom Batterieüberwachungssystem über die erste Kommunikationsverbindung an den ersten Rechner übertragen werden. Das Batteriemodell kann an sich bekannte Algorithmen zur Vorausberechnung des Tiefentladezeitpunkts umfassen.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Vorwarnzeit in Abhängigkeit von einem aktuellen Aufenthaltsort des Kraftfahrzeugs bestimmt wird. Insbesondere kann der aktuelle Aufenthaltsort aufgrund der übermittelten geographischen Position des Kraftfahrzeugs bestimmt werden. Ferner kann ein aktueller Aufenthaltsort der ersten Kontrollinstanz ermittelt werden, der beispielsweise fest vorgegeben sein kann, insbesondere wenn die erste Kontrollinstanz stationär ausgebildet ist, oder der aus Daten eines Mobilfunknetzes oder eines GPS-Empfängers ermittelt werden kann. Durch einen Vergleich des aktuellen Aufenthaltsorts des Kraftfahrzeugs mit dem der ersten Kontrollinstanz kann die Vorwarnzeit derart berechnet werden, dass der Fahrer nach Empfang des ersten Warnsignals ausreichend Zeit hat, um zum Kraftfahrzeug zurückzukehren und Gegenmaßnahmen einzuleiten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird von dem externen Rechner der Empfang eines Bestätigungssignals überwacht und in dem Fall, dass innerhalb einer vorgebbaren Reaktionszeit nach Übermittlung des ersten Warnsignals kein Bestätigungssignal empfangen wird, ein zweites Warnsignal an eine zweite Kontrollinstanz übermittelt. Das zweite Warnsignal kann über eine drahtlose oder eine drahtgebundene Kommunikationsverbindung übertragen werden. Vorzugsweise ist die Kommunikationsverbindung, über die das erste Warnsignal übertragen wird, bidirektional ausgebildet und zur Übertragung des Bestätigungssignals von der ersten Kontrollinstanz an den externen Rechner ausgebildet. Die zweite Kontroll-instanz kann beispielsweise einer vorbestimmbaren weiteren Person zugeordnet sein. Diese kann in dem Fall, dass der Fahrer innerhalb der Reaktionszeit kein Bestätigungssignal veranlasst, selbst Maßnahmen zur Verhinderung einer Tiefentladung ergreifen, beispielsweise die mindestens eine Traktionsbatterie aufladen. Die Reaktionszeit kann beispielsweise 8 h betragen.
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Vorzugsweise wird nach Übermittlung des zweiten Warnsignals der Empfang eines zweiten Bestätigungssignals überwacht und in dem Fall, dass innerhalb einer weiteren Reaktionszeit nach Übermittlung des zweiten Warnsignals kein zweites Bestätigungssignal empfangen wird, vom externen Rechner ein drittes Warnsignal an eine dritte Kontrollinstanz übermittelt. Die dritte Kontrollinstanz kann beispielsweise eine Kraftfahrzeugwerkstatt oder ein Abschleppdienst sein, der ein Abschleppen des Kraftfahrzeugs und ein Aufladen der Traktionsbatterie veranlassen kann. Die weitere Reaktionszeit kann beispielsweise ebenfalls 8 h betragen.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung mindestens einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines batterieelektrischen oder Hybridfahrzeugs, umfasst ein Batterieüberwachungssystem des Kraftfahrzeugs und einen zum Kraftfahrzeug externen Rechner, wobei das Batterieüberwachungssystem zum Ermitteln von Grundlagendaten für die Vorhersage eines Tiefentladezustands mindestens einer Traktionsbatterie des Fahrzeugs und zur Übermittlung der Grundlagendaten über eine erste Kommunikationsverbindung an den externen Rechner eingerichtet ist und der externe Rechner zum Ermitteln eines voraussichtlichen Tiefentladezeitpunkts, zum Überwachen des Erreichens eines Warnzeitpunkts, der um eine Vorwarnzeit vor dem voraussichtlichen Tiefentladezeitpunkt liegt, und zum Übermitteln eines ersten Warnsignals an eine vorgebbare erste Kontrollinstanz, wenn der Warnzeitpunkt erreicht ist, eingerichtet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens zur Überwachung mindestens einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs ausgebildet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Überwachungssystem, das ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst;
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2 ein vereinfachtes Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 sind symbolisch Elemente einer Vorrichtung zur Überwachung des Entladezustands einer Traktionsbatterie eines batterieelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst eine Traktionsbatterie 2, die von einem Batterieüberwachungssystem (BMS) 3 überwacht wird. Von dem Batterieüberwachungssystem 3 ermittelte aktuelle Zustandsdaten der Traktionsbatterie 2, insbesondere der Batteriestrom, die Batteriespannung, die Batterietemperatur und der aus diesen Daten ermittelte Ladezustand (SOC) und Entladezustand (State of discharge, SOD), werden von einem dem Kraftfahrzeug zugeordneten Sender über eine erste Kommunikationsverbindung, die im Ausführungsbeispiel ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk 5 auf der Basis des GPRS-Protokolls ist, an einen externen, nicht dem Kraftfahrzeug zugehörigen Rechner, beispielsweise einen Server 6, übermittelt. Der Sender kann beispielsweise auch als Mobiltelefon oder Smartphone 4 ausgebildet sein. In dem Fall, dass das Kommunikationsnetzwerk 5 nicht verfügbar ist, kann eine Datenübertragung auch etwa über das Smartphone 4 zu einem Smartphone 7, das mit dem Server 6 verbunden ist, erfolgen. Das Batterieüberwachungssystem 3 und/oder das Smartphone 4 sind zur Ausführung eines Programms 26 zur Detektion einer Qualitätsverringerung des drahtlosen Kommunikationsnetzwerks 5, eines Programms 27 zur Übermittlung der jeweils letzten ermittelten Zustandsdaten, eines Programms 28 zur Übertragung der Daten an das Smartphone 4 und eines Programms 29 zur Detektion eines Abstellens bzw. Verlassens des Kraftfahrzeugs 1 eingerichtet.
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Das Kraftfahrzeug 1 bzw. das Batterieüberwachungssystem 3 oder das Smartphone 4 verfügt über einen Speicher, um die jeweils zuletzt ermittelten Batteriezustandsdaten sowie gegebenenfalls Betriebsdaten des Kraftfahrzeugs und Daten der drahtlosen Kommunikationsverbindung zu speichern. Ferner ist das Batterieüberwachungssystem 3 bzw. das Smartphone 4 derart ausgebildet, dass die Übertragungsqualität der drahtlosen Kommunikationsverbindung 5 überwacht wird und bei Feststellung einer Verringerung der Übertragungsqualität die aktuellen Daten der Traktionsbatterie 2 übermittelt werden. Ebenso werden die aktuellen Daten zumindest dann übermittelt, wenn das Kraftfahrzeug 1 abgestellt wird. Der externe Rechner ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Server 6 ausgebildet, der einen Speicher umfasst, in dem in einem Speicherbereich 10 ein Batteriemodell gespeichert ist. Ferner umfasst der Speicher weitere Speicherbereiche 8, 9, 13, worin die zuletzt übermittelten Daten der Traktionsbatterie 2 des Kraftfahrzeugs 1 bzw. hieraus ermittelte Daten gespeichert sind, insbesondere der Ladezustand (SOC), die Ladekapazität (SOH) und der Entladezustand (SOD) sowie Daten über den zurückliegenden Betrieb der Traktionsbatterie 2. In weiteren Speicherbereichen 11, 12, 14, 15 sind Daten, die die Kommunikationsverbindung betreffen, Daten über mögliche Warnabläufe und Kommunikationsadressen zur Übertragung von Warnsignalen sowie Daten zur Ermittlung einer Vorwarnzeit gespeichert.
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Der Server 6 ist zur Ausführung von Programmen eingerichtet, die ein Programm 16 umfassen zur Offline-Berechnung des Ladezustands SOC auch ohne Bestehen der Kommunikationsverbindung 5 und zur Ermittlung eines voraussichtlichen Zeitpunkts, zu dem der Tiefentladezustand erreicht wird. Ferner ist der Server zur Ausführung eines Programms 17 zur Übermittlung eines Warnsignals an den Fahrer eingerichtet sowie zur Ausführung eines Programms 18 zur Übermittlung eines Warnsignals an eine übergeordnete Kontrollinstanz, etwa eine Werkstatt, eines Programms 19 zur Ermittlung, ob die drahtlose Kommunikationsverbindung 5 besteht, eines Programms 20 zum Empfang der Grundlagendaten vom Smartphone 4, eines Programms 21 zum Empfang vorläufiger Grundlagendaten vom Smartphone 4 und eines Programms 22 zur Ermittlung einer Vorwarnzeit.
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Der Server 6 ist derart eingerichtet, dass bei Erreichen eines Warnzeitpunkts, der um eine Vorwarnzeit vor dem ermittelten voraussichtlichen Tiefentladezeitpunkt liegt, ein erstes Warnsignal an den Fahrer übermittelt wird, und dass in dem Fall, dass kein Bestätigungssignal des Fahrers nach Absendung des Warnsignals empfangen wird, weitere Warnsignale an übergeordnete Kontrollinstanzen abgesendet werden. Die Warnsignale können je nach getroffener Festlegung über die drahtlose Kommunikationsverbindung 5 an das Smartphone 4 des Fahrers oder an eine Bedieneinrichtung, die etwa ein Smartphone 23, einen Laptop-Computer 24 oder einen stationären Computer 25 umfasst, über drahtlose oder drahtgebundene Übertragungswege übermittelt werden. Die Warnsignale können einfache, etwa akustische, Warnsignale sein, können aber auch beispielsweise Nachrichten darstellen, die per E-Mail, SMS oder Voicemail übertragen werden können; hierdurch kann der Empfänger über den Grund der Nachricht informiert werden. Ferner können solche Nachrichten weitere Informationen enthalten, etwa den Standort des Kraftfahrzeugs oder einen Sicherheitscode des Kraftfahrzeugs, welche für die Durchführung von Wartungsmaßnahmen durch die Kontrollinstanz notwendig sind.
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In 2 ist ein vereinfachtes Ablaufdiagramm gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Nachdem zunächst Einstellungsdaten geladen worden sind, werden vom Server über die drahtlose Kommunikationsverbindung die aktuellen Daten der Batterie geladen. Hieraus wird unter Annahme eines Entladestroms ausgehend von einem Zeitpunkt, zu dem das Kraftfahrzeug abgestellt worden ist, ein Zeitpunkt ermittelt, zu dem voraussichtlich ein kritischer Ladezustand erreicht ist. Dieser hängt insbesondere von dem zum Startzeitpunkt des Verfahrens ermittelten Ladezustand, von der Ladekapazität und dem Entladezustand der Batterie zusammen. Sofern vom Batterieüberwachungssystem des Kraftfahrzeugs aktuellere Daten übermittelt worden sind, wird die Berechnung wiederholt. Ist dies nicht der Fall, wird ein Warnzeitpunkt berechnet. Dieser beruht auf dem vorausberechneten Tiefentladezeitpunkt und einer Vorwarnzeit, die vorgegeben sein kann oder auch beispielsweise unter Berücksichtigung der geographischen Position des Kraftfahrzeugs ermittelt werden kann. Ist der Warnzeitpunkt erreicht, wir der Fahrer, der Eigentümer oder eine andere vorbestimmte Kontrollinstanz auf das bevorstehende Erreichen des Tiefentladezeitpunkts hingewiesen. Eine solche Warnung kann beispielsweise zwei Tage vor Erreichen dieses Zeitpunkts erfolgen. Ist nach Absendung dieses ersten Warnsignals eine erste Reaktionszeit abgelaufen, ohne dass ein Bestätigungssignal empfangen worden ist, wird ein weiteres Warnsignal an eine vorbestimmte nächsthöhere Kontrollinstanz gesandt. Auch hierbei wird eine entsprechende Reaktionszeit überwacht. Nach Ablauf dieser Reaktionszeit kann ein weiteres Warnsignal an eine übergeordnete Kontrollinstanz abgesandt werden, etwa an einen Abschleppdienst. Ist ein Bestätigungssignal empfangen worden, so wird das Verfahren beendet.
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Gemäß dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird somit der Ladezustand (SOC) und die Ladekapazität (SOH) der Traktionsbatterie offline, d. h. von einem außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Server und ohne Bestehen eines kontinuierlichen Kontakts zum Kraftfahrzeug, berechnet, wobei ein Initialkontakt zum Fahrzeug für die Lieferung der erforderlichen Rohdaten ausreichend ist. Ein Batteriemodell bildet das Entladeverhalten der Traktionsbatterie ab, so dass ohne Verbindung zum Fahrzeug die Entladung beim Parken berechnet werden kann. Mit Hilfe der beim Abstellen oder Verlassen des Fahrzeuges übertragenen Grundlagendaten der Traktionsbatterie und mit Hilfe des Batteriemodells erfolgt eine Vorausberechnung der Batterieentladung der Traktionsbatterie, wenn sich das Fahrzeug im Stillstand befindet. Da die Vorausberechnung der Batterieentladung und insbesondere die Ermittlung eines Zeitpunkts, zu dem voraussichtlich ein Tiefentladezustand erreicht wird, offline erfolgt, ist dies auch ein bei einem längeren Verweilen des Fahrzeuges in Bereichen ohne Netzwerkzugang möglich. Beim nächsten Startvorgang und vorhandener Kommunikationsverbindung erhält der Server automatisch aktualisierte Datensätze. Wenn ein kritischer Batteriezustand, der zu einer dauerhaften Schädigung der Batterie führen kann, erreicht ist oder kurz bevor steht, werden gemäß einem abgestuften Ablauf Warnsignale an vorbestimmte Kontrollinstanzen ausgesandt.
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Bezugszeichenliste
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Bezeichnungen in Fig. 1:
- 8
- Datenbank Batterie SOC, SOH
- 9
- Datenbank Batterie SOD
- 10
- Datenbank Batterie Basismodell
- 11
- Datenbank GPRS-Karte
- 12
- Datenbank Warn-Szenarios
- 13
- Datenbank Batteriehistorie
- 14
- Datenbank Smartphonedaten
- 15
- Datenbank Sicherheitsmaßnahmen gegen SOC-Absinken
- 16
- Offline-SOC Berechnungs- und Vorhersage-Algorithmus
- 17
- Fahrerwarn-Algorithmus
- 18
- Alarmierung Service-Station/Organisation fällig
- 19
- Keine GPRS keine Netzzonen Detektion Garagenparkalgorithmus
- 20
- Algorithmus zum Empfang der BMS/Fahrzeugdaten vom Smartphone
- 21
- Algorithmus zum Erfassen von Zwischen-BMS/Fahrzeugdaten vom Smartphone
- 22
- Algorithmus zum Ergreifen von Sicherheitsmaßnahmen gegen langfristiges Absinken des SOC
- 26
- GPRS schwache Verfügbarkeit detektieren
- 27
- Algorithmus zum Senden des letzten Datenstroms
- 28
- Pufferalgorithmus: Kopieren der BMS/Fahrzeugdaten zum Smartphone
Bezeichnungen in Fig. 2 - 30
- Fahrzeugbesitzer wegen drohenden Liegenbleibens des Fahrzeugs benachrichtigen
- 32
- Benachrichtigungszeitraum von 2 Tagen läuft
- 34
- Benachrichtigung per Email an Fahrer übermitteln, Benachrichtigungszeitraum läuft
- 36
- Benachrichtigungszeitraum abgelaufen
- 38
- Sende Nachricht an Service-Organisation mit GPS-Position des Fahrzeugs und Fahrzeugcode
- 40
- Fahrzeug laden, Server benachrichtigt Nutzer, dass Batterie vom Service geladen wird
- 42
- Fahrzeug abschleppen, Server benachrichtigt Nutzer, wo Fahrzeug zu finden ist und was zu tun ist
- 44
- Lade Einstellungen (Fahrzeugdaten, Beschränkungen, historische Daten, Schwellen, kritische Werte, Zeiteinstellungen)
- 46
- Hole BMS-Daten vom Server (lese letzte Batterie-SOC, -SOH-, -SOD-, Strom-, Spannungs-, Batterietemp. und Umgebungstemperaturwerte sowie Fahrzeugposition, ...)
- 48
- Lade die letzten verfügbaren Batteriedaten Lade Parkzeit
- 50
- OFFLINE-Berechnung des virtuellen aktuellen SOC (ausgehend von letzten übermittelten Daten) für die nächste Zeit (Stunden, Tage, Wochen, Monate)
- 52
- OFFLINE-Berechnung des Zeitrahmens, bis kritischer virtueller SOC erreicht (abhängig von Start- SOC/SOH/SOD, Parkzeit und Fahrzeugposition)
- 54
- Berechne Zeitrahmen für Warnung (abhängig von geschätztem SOC und der geschätzten Abnahme des SOC und der GPS-Fahrzeugposition)
- 56
- Alarmierungs- und 'Batterieschutz'-Algorithmus starten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012/085615 A1 [0003]
- EP 2068161 A2 [0004]
- GB 2455160 A [0005]
