DE102013219293A1 - memory state - Google Patents
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Abstract
Fahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz, mit einem Niedervoltbordnetz, mit einem Gleichstromsteller zwischen den beiden Bordnetzen und einem Niedervoltenergiespeicher (NVS) im Niedervoltbordnetz sowie einem Hochvoltenergiespeicher im Hochvoltbordnetz, so, dass in einer Standphase des Fahrzeugs durch den Gleichstromsteller der NVS mit einem vorgebbaren Strompuls belastbar ist und mit einem dem NVS zugeordneten Sensor die Stromantwort auf den Strompuls messbar ist.Vehicle with a high-voltage electrical system, with a low-voltage electrical system, with a DC controller between the two on-board networks and a low-voltage energy storage (NVS) in the low-voltage electrical system and a high-voltage energy storage in the high-voltage electrical system, so that in a stance phase of the vehicle by the DC controller of the NVS with a predetermined current pulse is loadable and with a sensor assigned to the NVS, the current response to the current pulse can be measured.
Description
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz, mit einem Niedervoltbordnetz, mit einem Gleichstromsteller zwischen den beiden Bordnetzen und einem Niedervoltenergiespeicher (NVS) im Niedervoltbordnetz sowie einem Hochvoltenergiespeicher im Hochvoltbordnetz.The invention relates to a vehicle with a high-voltage on-board electrical system, with a low-voltage on-board electrical system, with a DC controller between the two on-board networks and a low-voltage energy storage (NVS) in the low-voltage on-board electrical system and a high-voltage energy storage in the high-voltage on-board electrical system.
Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge mit Mehrspannungssystemen bekannt, siehe z. B. Dokument
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz, mit einem Niedervoltbordnetz, mit einem Gleichstromsteller zwischen den beiden Bordnetzen und einem Niedervoltenergiespeicher (NVS) im Niedervoltbordnetz sowie einem Hochvoltenergiespeicher im Hochvoltbordnetz zu schaffen.It is an object of the invention to provide an improved vehicle with a high-voltage vehicle electrical system, with a low-voltage on-board electrical system, with a DC-DC converter between the two on-board networks and a low-voltage energy storage (NVS) in the low-voltage on-board network and a high-voltage energy storage in the high-voltage vehicle electrical system.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a vehicle according to claim 1. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist in einer Standphase des Fahrzeugs durch den Gleichstromsteller der NVS mit einem vorgebbaren Strompuls belastbar und es ist mit einem dem NVS zugeordneten Batteriesensor die Spannungsantwort auf den Strompuls messbar.According to the invention, in a stance phase of the vehicle, the NVS can load the NVS with a predefinable current pulse, and the voltage response to the current pulse can be measured with a battery sensor assigned to the NVS.
Der Gleichstromsteller, auch als Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler oder DC/DC-Wandler bezeichnet, wird also dazu genutzt, in bestimmten Betriebsphase des Fahrzeugs, nämlich der Standphase, den NVS gezielt zu belasten, um Informationen über den Speicherzustand des NVS zu ermitteln. Die Messung der Spannungsantwort betrifft die Messung der Spannung am Ende des Strompulses, welcher von einer definierten Zeitdauer ist. Die Zeitdauer ist bevorzugt in einer Größenordnung von 100–102 Sekunden.The DC-DC converter, also referred to as a DC-DC converter or DC / DC converter, is thus used to load the NVS in a specific operating phase of the vehicle, namely the stance phase, in order to determine information about the storage state of the NVS. The measurement of the voltage response relates to the measurement of the voltage at the end of the current pulse, which is of a defined period of time. The time duration is preferably of the order of 10 0 -10 2 seconds.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Fahrzeug ein Ladegerät zum Laden des Hochvoltspeichers an einer externer Stromquelle, es ist das Fahrzeug während der Standphase an einer externen Stromquelle in einem Ladevorgang ladbar und es erfolgt der Strompuls durch den Gleichstromsteller bei vollgeladenem NVS.According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the vehicle comprises a charger for charging the high-voltage memory to an external power source, the vehicle during the stance phase to an external power source in a charging loadable and there is the current pulse through the DC chopper with fully loaded NVS.
Dies bedeutet, dass die definierte Belastung des NVS bei einem definierten Zustand des NVS erfolgt. Der definierte Zustand ist der vollgeladenene Zustand des NVS, d. h. der Ladezustand SoC (state-of-charge) beträgt 100%.This means that the defined load of the NVS takes place with a defined state of the NVS. The defined state is the fully loaded state of the NVS, i. H. the state of charge SoC is 100%.
Vorzugsweise erfolgt die Belastung unter Zuschaltung von ausgewählten Verbrauchern aus dem Hochvoltbordnetz und/oder dem Niedervoltbordnetz.The load is preferably carried out with the connection of selected consumers from the high-voltage vehicle electrical system and / or the low-voltage on-board electrical system.
Dies bedeutet, dass die Stromstärke des Strompulses gezielt erhöht werden kann, um einen höheren Spannungseinbruch an der Batterie zu bewirken. Auf diese Weise können nach einer weiteren Ausführungsform auch mehrere Strompulse mit einer jeweiligen Spannungsmessung durchgeführt werden, um z. B. durch Zuschaltung einer jeweils unterschiedlichen Konfiguration von Verbrauchern Strompulse unterschiedlicher Stromstärke zu bilden. Mehrere Strompulse bilden ein Stromprofil. Das Zuschalten der Verbraucher wird durch ein Steuergerät oder durch mehrere Steuergeräte gesteuert. Die sich einstellende Strombelastung ist zumindest von dem Batteriesensor überwachbar. Eine Regelung auf einen genauen, vorgebbaren Zielwert erfolgt durch den Gleichstromsteller.This means that the current intensity of the current pulse can be purposefully increased in order to cause a higher voltage drop across the battery. In this way, according to a further embodiment, a plurality of current pulses can also be carried out with a respective voltage measurement in order, for. B. by connecting a respective different configuration of consumers current pulses of different current to form. Several current pulses form a current profile. The connection of the consumers is controlled by a control unit or by several control units. The self-adjusting current load can be monitored at least by the battery sensor. A regulation to an exact, specifiable target value is carried out by the DC-DC converter.
Nach einer weiteren Variante der Erfindung ist der NVS über den Gleichstromsteller bei vollgeladenem Zustand bis zum Erreichen eines Entladespannungswertes entladbar, es ist die bei der Entladung von dem Vollladezustand bis zum Erreichen des Entladespannungswert entnommene Ladungsmenge durch den Batteriesensor ermittelbar, es ist beim Erreichen des Entladespannungswertes der NVS aufladbar und es ist die bei der Ladung von dem Entladespannungswert bis zum Erreichen eines Ladestoppkriteriums eingeladene Ladungsmenge durch den Batteriesensor ermittelbar.According to a further variant of the invention, the NVS can be discharged via the DC voltage regulator when fully charged until a discharge voltage value is reached, the charge quantity removed during the discharge from the full charge state until the discharge voltage value is reached can be determined by the battery sensor, when the discharge voltage value is reached NVS rechargeable and it can be determined by the battery sensor in the charge of the discharge voltage value until reaching a charge stop criterion charged amount of charge.
Insbesondere wenn das Fahrzeug in einem Ladevorgang befindlich ist – alternativ bei einem ausreichend hohen Ladezustand des Hochvoltenergiespeichers-, kann also über den Gleichstromsteller eine Kapazitätsbestimmung der Batterie durchgeführt werden. Zu diesem Zweck wird der NVS bei bevorzugt vollgeladenem NVS über den Gleichstromsteller bis zum Erreichen eines Entladespannungswertes mit einem zeitvariablen Strompuls konstanter Stromstärke bis zum Erreichen eines Spannungswertes (z. B. 11,5 Volt bei einer Blei-Säure-Batterie) entladen. Die konstante Stromstärke beträgt idealerweise, ohne jedoch die Allgemeinheit zu beschränken zwischen 20 und 50 A. Dies entspricht einer Stromstärke, welche auch in einem betriebsüblichen Zustand entsteht und als typischer Bordnetzstrombereich bezeichnet wird. Nach einer weiteren Ausgestaltungsvariante kann dieser typische Bordnetzstrombereich über eine selbstlernende Funktion im Fahrzeug ermittelt werden und für den obigen Strompuls eingesetzt werden. Durch den Batteriesensor ist über die erfassbare Zeitdauer des Strompulses und die Stromstärke die entnommene Ladungsmenge ermittelbar. Diese wird als Istkapazität bezeichnet. Optional kann die Istkapazität mit einer Nennkapazität des NVS (im fabrikneuen) Zustand in Relation gesetzt werden. Nach dem Erreichen des Entladespannungswertes wird die Batterie über den Gleichstromsteller wieder geladen. Durch Stromintegration ist durch den Batteriesensor die eingeladene Ladungsmenge ermittelbar.In particular, when the vehicle is in a charging process - alternatively at a sufficiently high state of charge of the high-voltage energy storage-, so can be carried out on the DC chopper capacity determination of the battery. For this purpose, the NVS is discharged at preferably fully charged NVS via the DC chopper until reaching a discharge voltage value with a time-varying current pulse constant current until reaching a voltage value (eg, 11.5 volts for a lead-acid battery). The constant amperage is ideally, but without limiting the general public between 20 and 50 A. This corresponds to a current strength, which also arises in a normal operating condition and is referred to as typical electrical system current range. According to a further embodiment variant of this typical electrical system current range can be determined via a self-learning function in the vehicle and used for the above current pulse. The amount of charge taken can be determined by the battery sensor over the detectable duration of the current pulse and the current intensity. This is called actual capacity. Optionally, the actual capacity can be related to a nominal capacity of the NVS (in the factory-new) state. After reaching the discharge voltage value, the battery is recharged via the DC chopper. Through current integration, the charged amount of charge can be determined by the battery sensor.
Ferner ist es sinnvoll, wenn die Ladezeit ein Ladestoppkriterium bildet, um beim Erreichen einer Ladezeit die Ladung zu beenden, und/oder wenn der Ladestrom ein Ladestoppkriterium bildet, um beim Unterschreiten eines Ladestroms die Ladung zu beenden, und/oder wenn ein Klemmenwechsel am Fahrzeug ein Ladestoppkriterium bildet, um die Ladung zu beenden.Furthermore, it makes sense if the charging time forms a charging stop criterion in order to terminate charging when a charging time has been reached, and / or if the charging current forms a charging stop criterion in order to terminate charging when a charging current is undershot, and / or if a terminal change on the vehicle forms a charge stop criterion to end the charge.
Ein Klemmenwechsel ist etwa ein Schalten der Klemme 15 oder auch das Abstecken des Ladekabels.A terminal change is about switching the terminal 15 or disconnecting the charging cable.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen den Niedervoltverbrauchern und dem NVS ein Trennschalter befindlich, es ist der Trennschalter während einer Standphase des Fahrzeugs öffnen- und schließbar, wobei vor einem Schließen des Schalters die Spannung an dem NVS ermittelbar ist, und die Zeitdauer der Öffnung des Schalters ermittelbar ist.According to a further embodiment of the invention, a disconnect switch is located between the low-voltage loads and the NVS, the disconnect switch can be opened and closed during a stance phase of the vehicle, the voltage at the NVS can be determined before closing the switch, and the duration of the opening of the switch can be determined.
Dies bedeutet, dass in einer Standphase die Spannung des NVS bei nicht geschlossenem Stromkreis (die sogenannten Leerlaufspannung) messbar ist und die minimale Zeitdauer bestimmbar ist, innerhalb welcher der NVS nicht angeschlossen war. Falls die Zeitdauer einen vorgebbaren Wert überschreitet, kann die gemessene Leerlaufspannung als Ruhespannung zur Bestimmung des Ladezustands des NVS herangezogen werden. Bei einer Blei-Säure-Batterie liegt die zu überschreitende Zeitdauer bei etwa drei bis fünf Stunden.This means that in a stance phase, the voltage of the NVS with the circuit not open (the so-called open circuit voltage) is measurable and the minimum time is determined within which the NVS was not connected. If the time duration exceeds a predefinable value, the measured no-load voltage can be used as the open-circuit voltage for determining the state of charge of the NVS. For a lead-acid battery, the time to be exceeded is about three to five hours.
Weiterhin ist es sinnvoll, wenn das Fahrzeug ein Steuergerät umfasst, und das Steuergerät den Gleichstromsteller, den Batteriesensor und den Trennschalter steuert und überwacht.Furthermore, it makes sense if the vehicle includes a control unit, and the controller controls the DC chopper, the battery sensor and the circuit breaker and monitors.
Durch das Steuergerät werden eine Standphase bzw. eine Ladephase des Fahrzeugs sowie ein Ladestatus des Fahrzeugs erkannt (z. B. Ladeverbindung für Ladevorgang hergestellt/nicht hergestellt). In der Standphase befindet sich das Fahrzeug in einem betriebslosen Zustand. In einer Ladephase befindet sich das Fahrzeug ebenfalls im Stand und es wird zusätzlich bei hergestellter Ladeverbindung geladen.The control unit detects a stance phase or a charging phase of the vehicle as well as a charging status of the vehicle (eg charging connection for charging process is established / not established). In the stance phase, the vehicle is in an idle state. In a charging phase, the vehicle is also in the state and it is additionally loaded at the established charging connection.
Es werden der Gleichstromsteller und die Verbraucher zur Belastung des NVS und der Batteriesensor zur Messung der Spannungswerte gesteuert und überwacht. Gemessene Werte werden von dem Steuergerät gespeichert und an ein Energiemanagement des Fahrzeugs übergeben. Bei vorhandenem, optionalem Trennschalter steuert und überwacht das Steuergerät diesen ebenfalls.It controls and monitors the DC chopper and loads to load the NVS and the battery sensor to measure the voltage levels. Measured values are stored by the control unit and transferred to an energy management system of the vehicle. If there is an optional disconnector, the control unit also controls and monitors it.
Außerdem ist es besonders zweckdienlich, wenn aus der gegebenen Stromstärke des Strompulses der Belastung und der Spannungsantwort ein ohmscher Innenwiderstand des NVS ermittelbar ist, auf einem Steuergerät des Fahrzeugs ein erstes Kennfeld hinterlegt ist, das erste Kennfeld einen Zusammenhang zwischen dem ermittelten Innenwiderstand und dem Ladezustand bei der gegebenen Stromstärke wiedergibt, und das Steuergerät aus dem ersten Kennfeld einen Ladezustand des NVS anhand der Stromstärke und des Innenwiderstands ermittelt.In addition, it is particularly useful if from the given current strength of the current pulse of the load and the voltage response an ohmic internal resistance of the NVS can be determined on a control unit of the vehicle, a first map is stored, the first map a relationship between the determined internal resistance and the state of charge reflects the given current, and the controller from the first map a state of charge of the NVS based on the current and the internal resistance determined.
Der ermittelte Innenwiderstand korreliert insbesondere mit der Leistungsabgabefähigkeit des Speichers, da in erster Nahrung alleinig der ohmsche Innenwiderstand die Spannung des NVS unter Last bestimmt. Ein steigender Innenwiderstand steht für einen sich verschlechternden Speicherzustan bzw. SoH (state-of-health).The determined internal resistance correlates in particular with the power output capability of the memory, since in the first food alone the ohmic internal resistance determines the voltage of the NVS under load. An increasing internal resistance stands for a worsening memory state or SoH (state-of-health).
Das erste Kennfeld ist ein für den eingesetzten Batterietyp charakteristisches Kennfeld. Die Ermittlung eines solchen Kennfeldes ist nicht Gegenstand dieses Dokuments und erfolgt üblicherweise während der Entwicklung des Fahrzeugs.The first map is a characteristic of the type of battery used characteristic. The determination of such a map is not part of this document and usually takes place during the development of the vehicle.
Weiterhin kann auf dem Steuergerät des Fahrzeugs ein zweites Kennfeld hinterlegt sein, welches einen Zusammenhang zwischen der ermittelten Leerlaufspannung und dem Ladezustand wiedergibt, wobei das Steuergerät aus dem zweiten Kennfeld einen Ladezustand des NVS anhand der gemessenen Leerlaufspannung ermittelt.Furthermore, a second map can be stored on the control unit of the vehicle, which represents a relationship between the determined no-load voltage and the state of charge, wherein the controller determines from the second map a state of charge of the NVS based on the measured open circuit voltage.
Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die gemessene Leerlaufspannung als Ruhespannung betrachtet werden kann.This is particularly useful if the measured open circuit voltage can be considered as open circuit voltage.
Das zweite Kennfeld ist ein für den eingesetzten Batterietyp charakteristisches Kennfeld. Die Ermittlung eines solchen Kennfeldes ist nicht Gegenstand dieses Dokuments und erfolgt üblicherweise während der Entwicklung des Fahrzeugs.The second map is a characteristic of the type of battery used characteristic. The determination of such a map is not part of this document and usually takes place during the development of the vehicle.
Ergänzend zu den beschriebenen Varianten kann bei einer Messung durch den Batteriesensor auch die Batterietemperatur bestimmt werden. Ein Vorteil ergibt sich dann, wenn das erste und das zweite Kennfeld die Temperatur als Parameter enthalten.In addition to the variants described, the battery temperature can also be determined during a measurement by the battery sensor. An advantage arises when the first and the second map contain the temperature as a parameter.
Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:
Es wird von Fahrzeugen mit einem elektrifizierten Antriebsstrang ausgegangen. Dies betrifft Hybrid- und Plug-In-Hybrid-Fahrzeuge sowie Elektrofahrzeuge mit einem Niedervoltbordnetz (z. B. Nennspannungslage bei 12 Volt), das über einen DC/DC-Wandler aus dem Hochvoltbordnetz (HV-Bordnetz) versorgt wird. Die für konventionelle Fahrzeuge aus dem Stand der Technik bekannte Methode zur Bestimmung des Speicherzustandes eines Energiespeichers im Bordnetz ist für einen Energiespeicher im Niedervoltbordnetz (NV-Energiespeicher bzw. NVS) eines Fahrzeugs mit einem HV-Bordnetz nur bedingt geeignet.The invention is based on the following considerations:
It is assumed that vehicles with an electrified powertrain. This applies to hybrid and plug-in hybrid vehicles as well as electric vehicles with a low-voltage on-board electrical system (eg rated voltage position at 12 volts), which is supplied via a DC / DC converter from the high-voltage on-board electrical system. The well-known for conventional vehicles from the prior art method for determining the memory state of an energy storage in the electrical system is only partially suitable for an energy storage in the low-voltage electrical system (NV energy storage or NVS) of a vehicle with a HV electrical system.
Es wird vorgeschlagen, situativ (d. h. zeitlich auf die Dauer von wenigen Minuten begrenzt) eine Reduzierung der Leistungsabgabe des DC/DC-Wandlers durchzuführen, um gezielt definierte bzw. bestimmte Belastungssituationen an dem NVS herbeizuführen. Durch Erfassung der sich in dem jeweiligen definierten Belastungszustand einstellenden Spannung an dem NVS können der Innenwiderstand und in begrenztem Umfang der Speicherzustand hinsichtlich seines Ladezustands (SoC) und seines State-of-Health (SoH) bestimmt werden.It is proposed to perform a reduction of the power output of the DC / DC converter situationally (that is, limited in time to a few minutes) in order to bring about specifically defined or specific load situations on the NVS. By detecting the voltage at the NVS which is set in the respective defined load state, the internal resistance and, to a limited extent, the storage state can be determined with regard to its state of charge (SoC) and its state of health (SoH).
Das ermöglicht, bei kritischem Speicherzustand Energiemanagement-Maßnahmen zu ergreifen, um das Bordnetz spannungsstabil und ausfallsicher betreiben zu können. Auf diese Weise kann das Ausfallrisiko des NVS in einem Fahrzeug mit HV-Bordnetz gesenkt werden.This makes it possible to take energy management measures in the event of a critical storage state in order to be able to operate the vehicle electrical system in a voltage-stable and fail-safe manner. In this way, the risk of failure of the NVS can be reduced in a vehicle with HV electrical system.
Im Detail wird von einem Stand der Technik ausgegangen, der bei konventionellen Fahrzeugen die Bestimmung des Zustandes des NVS im 12 V-Bordnetz auf Basis der Erfassung von Belastungssituationen mittels eines intelligenten Batteriesensors (IBS) und der Erfassung von Ruhezuständen mittels des IBS ermöglicht.In detail, it is assumed that state-of-the-art technology enables conventional vehicles to determine the condition of the NVS in the 12 V electrical system based on the detection of load situations by means of an intelligent battery sensor (IBS) and the detection of idle conditions by means of the IBS.
Es kann bei einem Motorstart des konventionellen Fahrzeugs zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit des NVS, d. h. der Starterbatterie, die aus dem Verbrennungsmotorstart resultierende messbare starke Strombelastung der Starterbatterie genutzt werden, um über die sich einstellenden messbaren Spannung an den Batterieklemmen die Leistungsfähigkeit der Batterie bzw. den Innenwiderstand der Batterie zu bestimmen. Dieses Verfahren wird als Startauswertung bezeichnet.It may be at an engine start of the conventional vehicle to determine the performance of the NVS, d. H. the starter battery, the resulting from the engine start measurable high current load of the starter battery are used to determine the capacity of the battery or the internal resistance of the battery over the resulting adjustable voltage at the battery terminals. This procedure is called start evaluation.
Zur Bestimmung des Ladezustandes des NVS wird in Phasen, in welchen der Speicher nur vernachlässigbar belastet wird (z. B. nur durch Ruhestrom), eine durch den IBS eine Messung der Ruhespannung durchgeführt. Der Wert der Ruhespannung repräsentiert die Säuredichte im Elektrolyten der Batterie nach der Nernst'schen Gleichung und gibt näherungsweise den Ladezustand der Batterie wieder, da im Ruhezustand der Ladezustand der Batterie (SoC) mit der Ruhespannung (U0) in dem Fachmann bekannter Weise korreliert. Bei einer Blei-Säure-Batterie als NVS ergibt sich ein annähernd lineares Verhalten. Um möglichst aussagekräftige Messergebnisse zu erhalten, ist es erforderlich, dass die Batterie über einen längeren Zeitraum nicht oder nur vernachlässigbar belastet wird, ehe die Messung der Ruhespannung erfolgt. Dieses Verfahren wird als Ruhespannungsmessung bezeichnet.In order to determine the state of charge of the NVS, a measurement of the quiescent voltage is carried out by the IBS in phases in which the memory is charged only negligibly (for example, only by quiescent current). The value of the quiescent voltage represents the acid density in the electrolyte of the battery according to the Nernst equation and gives approximately the state of charge of the battery, since at rest, the state of charge of the battery (SoC) with the rest voltage (U 0 ) correlated in the known manner. With a lead-acid battery as NVS an approximately linear behavior results. In order to obtain as meaningful measurement results as possible, it is necessary that the battery is not or only negligibly loaded for a long period of time before the measurement of the quiescent voltage takes place. This method is called resting voltage measurement.
Der Ladezustand der Batterie kann nach einer Ermittlung des Ladezustands über eine Ruhespannungsmessung durch Integration des entladenen Stroms und des geladenen Stroms z. B. während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs durch eine sich aktualisierende Bilanzierung fortgeschrieben werden.The state of charge of the battery, after determining the state of charge via a quiescent voltage measurement by integration of the discharged current and the charged current z. B. be updated during the driving of the vehicle by an updating balance.
Zur Plausibilisierung dieses bilanzierten Ladezustands kann die aus dem Betrieb des Fahrzeuges etwa an der Klemme 15 (z. B. Entertainmentfunktionen, etc.) resultierende Strombelastung genutzt werden, um über die Erfassung der sich einstellenden messbaren Spannung an den Batterieklemmen die Leistungsfähigkeit bzw. den Innenwiderstand der Batterie zu bestimmen. Der Innenwiderstand beispielsweise bei einer Blei-Säure-Batterie zeigt eine schwache Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie und ist von der Batterietemperatur (ebenfalls mit dem IBS messbar) und der Entladestromstärke (nichtlinear) beeinflusst. Dieses Verfahren wird als SoC-Plausibilisierung bezeichnet.In order to check the plausibility of this balanced state of charge, the current load resulting from the operation of the vehicle, for instance at terminal 15 (eg entertainment functions, etc.), can be used to determine the performance or the internal resistance by detecting the resulting measurable voltage at the battery terminals to determine the battery. The internal resistance, for example, in a lead-acid battery shows a weak dependence on the state of charge of the battery and is influenced by the battery temperature (also measurable with the IBS) and the discharge rate (non-linear). This procedure is referred to as SoC plausibility.
Die obenstehend geschilderte aus dem Stand der Technik bekannte Ermittlung des Ladezustands eines NV-Energiespeichers im 12 V-Bordnetz ist bei einem Fahrzeug mit HV-Bordnetz nicht brauchbar.The above-described from the prior art known determination of the state of charge of an NV energy storage in the 12 V electrical system is not useful in a vehicle with HV electrical system.
In derartigen Fahrzeugen wird durch die Versorgung des 12 V-Bordnetzes über einen DC/DC-Wandler aus dem HV-Bordnetz das 12 V-Bordnetz bei Aktivierung der Klemme 15 über den Wandler gestützt. Damit ist die vom Verbrennungsmotorstart ausgelöste Belastung der Batterie zu gering, um über die Startauswertung wie im Dokument eingeführt Rückschlüsse auf den Zustand des NVS ziehen zu können. Unter Umständen wird der Motorstart sogar über das HV-Bordnetz ausgeführt.In such vehicles, the 12 V electrical system is supported by the supply of the 12 V electrical system via a DC / DC converter from the HV electrical system when activating the terminal 15 via the converter. Thus, the load of the battery caused by the engine start is too low to be able to draw conclusions about the condition of the NVS via the start evaluation as introduced in the document. Under certain circumstances, the engine is even started via the HV electrical system.
Aus selbigem Grunde ist das Verfahren der SoC-Plausibilisierung wie im Dokument eingeführt ebenso wenig brauchbar.For the same reason, the method of SoC plausibility check as introduced in the document is just as inapplicable.
Ferner ist infolge einer regelmäßig in einem derartigen Fahrzeug stattfindende Symmetrierung von Zellen des HV-Speichers während der Ruhephasen des Fahrzeugs und die damit wiederkehrende Strombelastung der Batterie keine aussagekräftige Ruhespannungsmessung wie im Dokument eingeführt verlässlich durchführbar.Furthermore, as a result of a regularly occurring in such a vehicle balancing of cells of the HV memory during the rest periods of the vehicle and the recurrent current load on the battery no meaningful resting voltage measurement as introduced in the document is reliably feasible.
Somit ist eine Bestimmbarkeit des NVS in Fahrzeugen mit HV-Bordnetz nicht gegeben, insbesondere nicht durch Übertragung der Verfahren, die dem Fachmann für konventionelle Fahrzeuge mit nur einem Niedervoltbordnetz bekannt sind. Es kann zu unerwünschten und plötzlichen Funktionsausfällen des NVS kommen. Thus, a determinability of the NVS in vehicles with high-voltage vehicle electrical system is not given, in particular not by transferring the methods that are known in the art for conventional vehicles with only a low-voltage electrical system. It can lead to unwanted and sudden malfunctions of the NVS.
Es wird vorgeschlagen, während einer Stand- und/oder Ladephase des Fahrzeugs durch den DC/DC-Wandler und/oder durch Verbraucher eine Speicherzustandsbestimmung (ggf. bei vollgeladener Batterie, d. h. bei SoC = 100%) durchzuführen. Die Speicherzustandsbestimmung besteht in der definierten Belastung des NVS durch den DC/DC-Wandler und in einer Ermittlung der Spannungsantwort gemäß einem vorgebbaren Stromprofil. Damit ist der Innenwiderstand des NVS ermittelbar. Durch eine kurzzeitige gleichzeitige Aktivierung mehrerer Verbraucher ist eine Innenwiderstandsbestimmung auch bei einer erhöhten Strombelastung möglich. Dies führt zu einem Innenwiderstandswert, der eine Leistungsfähigkeitsbestimmung unter Hochstrombelastungen mit optimierter Genauigkeit ermöglicht.It is proposed to carry out a memory state determination (possibly with fully charged battery, that is to say at SoC = 100%) during a standstill and / or charging phase of the vehicle by the DC / DC converter and / or by consumers. The memory state determination consists in the defined load of the NVS by the DC / DC converter and in a determination of the voltage response according to a predeterminable current profile. Thus, the internal resistance of the NVS can be determined. By a simultaneous simultaneous activation of multiple consumers, an internal resistance determination is possible even at an increased current load. This results in an internal resistance value which enables a performance determination under high current loads with optimized accuracy.
Ergänzend kann nach der Innenwiderstandsbestimmung durch einen Trennschalter der NVS vom Bordnetz getrennt werden und eine Ruhespannungsmessung vor der Anforderung des Schalterschlusses (z. B. für eine Zellsymmetrierung des HV-Speichers) gemessen werden. In Abhängigkeit von der Zeitdauer der Schalteröffnung kann die Ruhespannungsmessung verworfen oder für eine SoC-Bestimmung genutzt werden.In addition, after the determination of the internal resistance by a circuit breaker, the NVS can be disconnected from the electrical system and a quiescent voltage measurement can be measured before the request for the switch closure (eg for a cell symmetrization of the HV memory). Depending on the duration of the switch opening, the quiescent voltage measurement can be discarded or used for a SoC determination.
Ergänzend oder alternativ kann bei einer bevorstehenden dem Fahrzeug bekannten längeren Standzeit, die Batterie über den DC/DC-Wandler mit definiertem Strom bis zu einem minimalen Spannungswert entladen werden, und bei an einem externen Stromnetz angeschlossenem Ladegerät des Fahrzeugs definiert geladen werden, um die noch verfügbare Kapazität zu ermitteln.Additionally or alternatively, in the event of an imminent prolonged service life known to the vehicle, the battery can be discharged via the DC / DC converter with defined current to a minimum voltage value and can be charged in a defined manner in the case of a charging device connected to an external power supply of the vehicle to determine available capacity.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. Im Einzelnen zeigt schematischHereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. This results in further details, preferred embodiments and further developments of the invention. In detail shows schematically
Die
Ein Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, auch als Gleichstromsteller oder DC/DC-Wandler bezeichnet (
Der NVS ist bevorzugt als Blei-Säure-Batterie ausgeführt, der HV-Speicher als Lithium-Ionen-Batterie. Dem NVS sind Niedervoltverbraucher (
Optional befindet sich ein Trennschalter (
Zumindest ein Steuergerät steuert und überwacht das Ladegerät, den Gleichstromsteller, die Verbraucher, den Batteriesensor und den optionalen Trennschalter.At least one controller controls and monitors the charger, DC chopper, consumers, battery sensor and optional disconnect switch.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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