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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, insbesondere ein Batteriemanagementsystem, zur Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs einer Fahrzeugbatterie in einem Fahrzeug.
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Fahrzeugbatterien für automobile Anwendungen unterliegen einer Alterung, welche die chemischen und elektrischen Eigenschaften der Fahrzeugbatterie verändert. Dabei verringert sich Kapazität und Energieinhalt während der Innenwiderstand in der Regel steigt.
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Insbesondere die Leerlaufspannung der Fahrzeugbatterie unterliegt einer Alterung und verändert in einigen Fahrzeugbatterien ihren ladungszustandsabhängigen Verlauf. Dies hat Auswirkungen auf verschiedene Algorithmen, die durch ein verantwortliches Batteriemanagementsystem ausgeführt werden. So zum Beispiel auf die Bestimmung des Ladungszustandes und die Bestimmung der Kapazität. Des Weiteren wird die Genauigkeit der durch das verantwortliche Batteriemanagementsystem ausgeführten Algorithmen verringert.
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Eine Messung der Leerlaufspannung ist mittels der GITT-Methode (Galvanostatic Intermittent Titration Technique) möglich. Dazu werden eine Entladung und eine Ladung einer Batterie mit kontantem Strom durchgeführt. Vorteilhaft wird diese Messung bei möglichst geringer Stromamplitude durchgeführt. Die Stromamplitude kann dabei zum Beispiel gemäß einem C-Faktor C20 gewählt werden. Das bedeutet, dass die Stromamplitude derart gewählt ist, dass eine Entladung einer vollständig geladenen Batterie 20 Stunden dauert. Dadurch erhöht sich die Präzision der Messung bei steigender Messdauer.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs einer Fahrzeugbatterie in einem Fahrzeug umfasst ein vollständiges Entladen der Fahrzeugbatterie durch fahrzeuginterne Verbraucher des Fahrzeuges, ein Erfassen eines ersten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs während des Entladens der Fahrzeugbatterie, ein vollständiges Laden der Fahrzeugbatterie durch ein Ladegerät, ein Erfassen eines zweiten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs während des Ladens der Fahrzeugbatterie und ein Bestimmen des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs mittels einer gewichteten Interpolation des ersten erfassten Spannungsverlaufs und des zweiten erfassten Spannungsverlaufs.
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Das erfindungsgemäße Batteriemanagementsystem ist zur Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs einer Fahrzeugbatterie in einem Fahrzeug geeignet. Das Batteriemanagementsystem umfasst eine Entladeeinheit, die eingerichtet ist, eine Fahrzeugbatterie durch fahrzeuginterne Verbraucher des Fahrzeuges vollständig zu entladen, eine Ladeeinheit, die eingerichtet ist, die Fahrzeugbatterie durch ein Ladegerät vollständig zu laden, eine Erfassungseinheit, die eingerichtet ist, einen ersten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlauf während des Entladens der Fahrzeugbatterie und einen zweiten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlauf während des Ladens der Fahrzeugbatterie zu erfassen, und eine Bestimmungseinheit, die eingerichtet ist, einen ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlauf mittels einer gewichteten Interpolation des ersten erfassten Spannungsverlaufs und des zweiten erfassten Spannungsverlaufs zu bestimmen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße Batteriemanagementsystem ist vorteilhaft, da keine zusätzliche Hardware außer der auch sonst im Anwenderbetrieb notwendigen Hardware und auch kein Fachpersonal notwendig ist, um eine regelmäßige Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs einer Fahrzeugbatterie zu erlangen. Durch die gewichtete Interpolation wird eine besonders präzise Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs erreicht, wodurch auch die Ergebnisse darauf basierender Algorithmen zu verbesserten Berechnungsergebnissen führen. Fehlereinflüsse, wie z.B. durch einen ungleichen Lade- und Entladestrom können kompensiert werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bevorzugt wird in einem einleitenden Verfahrensschritt ein erster Entscheidungsparameter abgefragt und eine Entscheidung, ob das Verfahren weitergeführt wird, erfolgt anhand eines Vergleichs des ersten Entscheidungsparameters mit einem gegebenen Schwellenwert. Der erste Entscheidungsparameter ist dabei insbesondere ein Parameter, der eine km-Leistung des Fahrzeuges, einen Ladungsdurchsatz der Fahrzeugbatterie und/oder einen Energiedurchsatz der Fahrzeugbatterie beschriebt. Auf diese Weise das Verfahren dann ausgeführt, wenn es wahrscheinlich ist, dass ein zu einem früheren Zeitpunkt bestimmter ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlauf nicht mehr dem tatsächlichen ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlauf entspricht. Ständige zeitaufwendige Messungen werden somit vermieden.
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Ebenso bevorzugt erfolgt vor dem Verfahrensschritt des vollständigen Entladens der Fahrzeugbatterie eine Abfrage eines Verbindungsstatus, der die Verfügbarkeit einer Ladespannung zum Laden der Fahrzeugbatterie beschreibt. Das Verfahren wird erst weitergeführt, wenn eine Ladespannung verfügbar ist. So wird sichergestellt, dass das Verfahren vollständig durchgeführt werden kann, und eine Entladung der Fahrzeugbatterie nur dann erfolgt, wenn diese auch wieder geladen werden kann. Eine Ladespannung ist zumindest immer dann verfügbar, wenn das Fahrzeug an eine Spannungsversorgung angeschlossen ist. Da der Anschluss des Fahrzeuges durch einen Anwender erfolgt ist zu erwarten, dass das Fahrzeug zu diesem Zeitpunkt nicht benötigt wird.
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Es ist vorteilhaft, wenn vor dem Verfahrensschritt des vollständigen Entladens der Fahrzeugbatterie eine Abfrage eines zweiten Entscheidungsparameters erfolgt, wobei eine Eingabe des zweiten Entscheidungsparameters bevorzugt durch einen Anwender ermöglicht ist, und wobei das Verfahren abhängig von dem zweiten Entscheidungsparameter beendet oder weitergeführt wird. Es wird somit erreicht, dass ein Anwender die Möglichkeit hat, die Durchführung des Verfahrens vor dem Entladen der Fahrzeugbatterie abzubrechen. Somit wird verhindert, dass sich das Fahrzeug in einem nicht betriebsbereiten Zustand befindet, wenn eine Nutzung durch den Anwender gewünscht ist.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn vor dem Verfahrensschritt des vollständigen Entladens der Fahrzeugbatterie eine Abfrage einer Verzögerungszeit erfolgt, wobei eine Eingabe der Verzögerungszeit bevorzugt durch einen Anwender ermöglicht ist, und wobei das Verfahren in einem auf die Abfrage der Verzögerungszeit folgenden Schritt für die Dauer der festgelegten Verzögerungszeit verzögert wird, falls die Verzögerungszeit ungleich Null ist. Damit kann die Entladung der Fahrzeugbatterie auf einen späteren Zeitpunkt verschoben werden. Die Eingabe dieser Verzögerungszeit durch den Anwender ist vorteilhaft, da durch diesen eine Abschätzung erfolgen kann, wann das Fahrzeug nicht benötigt wird.
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Insbesondere erfolgt vor dem Verfahrensschritt des vollständigen Entladens eine Abfrage einer Ausführungsdauer, wobei eine Eingabe der Ausführungsdauer bevorzugt durch einen Anwender ermöglicht ist, und wobei ein beim Entladen der Fahrzeugbatterie und/oder beim Laden der Fahrzeugbatterie fließender Batteriestrom derart gewählt wird, dass das Verfahren in der vorgegebenen Ausführungsdauer abgeschlossen wird. Bei einer kurzen Ausführungsdauer steht das Fahrzeug früher wieder für eine Nutzung bereit. Bei einer langen Ausführungsdauer können präzisere Werte für den ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlauf bestimmt werden. Die Eingabe dieser Ausführungsdauer durch den Anwender ist vorteilhaft, da durch diesen eine Abschätzung erfolgen kann, wann das Fahrzeug wieder benötigt wird und somit die Eingabe einer entsprechenden Ausführungsdauer möglich ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt vor dem Verfahrensschritt des vollständigen Entladens der Fahrzeugbatterie eine Vorladung der Fahrzeugbatterie, in der die Fahrzeugbatterie vollständig aufgeladen wird. Damit wird erreicht, dass ein erster erfasster ladungszustandsabhängiger Spannungsverlauf über alle Ladungszustände hinweg ermittelt werden kann. Das Ergebnis der Bestimmung wird damit präziser, da keine Ladungszustände auftreten, für die nur ein zweiter erfasster ladungszustandsabhängiger Spannungsverlauf erfasst ist.
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Insbesondere ist es in der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsform vorteilhaft, wenn während des Vorladens ein Erfassen eines dritten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs der Fahrzeugbatterie erfolgt. Das Bestimmen des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs erfolgt in diesem Fall mittels einer gewichteten Interpolation des ersten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs, des zweiten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs und des dritten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs. Durch den zusätzlich erfassten dritten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlauf wird ein präziseres Ergebnis der Bestimmung auf Basis zusätzlicher Messwerte erreicht. Insbesondere ist dies der Fall, falls in einzelnen Bereichen nur zwei erfasste ladungszustandsabhängige Spannungsverläufe zur Bestimmung zur Verfügung stehen. In diesem Falle kann die Bestimmung auch anhand der verbleibenden erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverläufe erfolgen.
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In allen Ausführungsformen ist es vorteilhaft, eine Temperatur der Fahrzeugbatterie während des Ladens und des Entladens der Fahrzeugbatterie über einem Temperaturschwellenwert zu halten, und die Temperatur insbesondere auf einem konstanten Wert über dem Temperaturschwellenwert zu halten. Dies ist vorteilhaft, da es durch Temperaturschwankungen zu einer Verzerrung der erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverläufe kommen kann. Vorteilhaft liegt wird die Temperatur durch ein Thermomanagement der Fahrzeugbatterie eingestellt.
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Des Weiteren ist es in allen Ausführungsformen vorteilhaft, wenn eine Berechnung eines resultierenden ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs mittels einer gewichteten Interpolation des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs mit einem zu einem früheren Zeitpunkt bestimmten ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlauf erfolgt. Durch eine solche Interpolation werden eventuelle Messfehler und Ungenauigkeiten kompensiert, falls diese nur im Laufe einer einmaligen Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs auftreten. Wiederholt auftretende Charakteristiken fließen jedoch verstärkt in das Ergebnis der Bestimmung ein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform,
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2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform, und
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3 eine graphische Darstellung eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs, eines ersten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs und eines zweiten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Messung bzw. Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 einer Fahrzeugbatterie. Somit kann auch eine Veränderung dieses Leerlaufspannungsverlaufs über eine Alterung der Fahrzeugbatterie hinweg erfasst werden. Das Verfahren kann insbesondere zur Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 in plug-in-hybrid-elektrischen Fahrzeugen (PHEV), hybrid-elektrischen Fahrzeugen (HEV) und elektrischen Fahrzeugen (EV) angewendet werden. Dabei ist keine Hardware außer der ohnehin verfügbaren Hardware notwendig. Insbesondere ist kein spezieller Werkstatt-Tester notwendig. Die Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 erfolgt im Prinzip nach der GITT-Methode.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 fahrzeugintern, möglichst präzise und nur mit in dem Fahrzeug verfügbarer Hardware.
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Die 1 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform. Das Verfahren kann beispielsweise durch ein Startsignal eines unabhängigen Fahrzeugsystems oder durch eine Anforderung durch einen Anwender gestartet werden.
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In einem ersten Verfahrensschritt S1 erfolgt ein vollständiges Entladen der Fahrzeugbatterie durch fahrzeuginterne Verbraucher des Fahrzeuges. Als fahrzeuginterne Verbraucher sind dabei solche Komponenten des Fahrzeugs bezeichnet, die auch in einem Anwenderbetrieb des Fahrzeuges bereitstehen. Beispiele für solche Komponenten sind beispielsweise eine Heizung (ggf. kompensiert durch gleichzeitigen Betrieb einer Kühlung), Lüfter, Pumpen, E-Maschinen oder ähnliche Komponenten. Dabei sind solche Verbraucher zu bevorzugen, die sich durch einen konstanten Stromverbrauch auszeichnen.
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Bei dem vollständigen Entladen der Fahrzeugbatterie durch fahrzeuginterne Verbraucher des Fahrzeuges in dem ersten Verfahrensschritt S1 ist es vorteilhaft, wenn die Entladung mit möglichst konstantem Entladestrom durchgeführt wird. Ein externes oder internes Ladegerät ist ebenso ein fahrzeuginterner Verbraucher, wenn dieses über eine Rückspeisemöglichkeit in das Stromnetz verfügt.
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Während des Entladens der Fahrzeugbatterie in dem ersten Verfahrensschritt S1 erfolgt im Rahmen eines zeitgleich ausgeführten zweiten Verfahrensschrittes S2 ein Erfassen eines ersten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs 1. Dieses Erfassen kann beispielsweise durch ein zeitlich getaktetes Messen von Spannungswerten an den Polen der Fahrzeugbatterie erfolgen. Jeder dabei erfasste Spannungswert wird einem Ladungszustand der Fahrzeugbatterie zugeteilt. Der Ladungszustand könnte dabei beispielsweise durch die Zeit beschrieben werden, die zwischen der Messung eines Spannungswertes und einer vollständigen Entladung der Fahrzeugbatterie verstreicht. Ein solcher erster erfasster ladungszustandsabhängiger Spannungsverlauf 1 ist in 3 gezeigt.
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In einem dritten Verfahrensschritt S3 erfolgt ein vollständiges Laden der Fahrzeugbatterie durch ein Ladegerät. Dieses Laden wird mit einem möglichst konstanten und möglichst geringen Ladestrom durchgeführt. Das Laden kann über ein angeschlossenes externes oder internes Ladegerät erfolgen. Ebenso ist ein Laden durch einen fahrzeuginternen Generator möglich, der zum Beispiel über einen Verbrennungsmotor oder eine andere Energiequelle angetrieben wird. Auch ein Laden über eine zweite Fahrzeugbatterie mit zwischengeschaltetem DC/DC Wandler ist möglich.
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Der in dem ersten Verfahrensschritt S1 auftretende Entladestrom und der in dem dritten Verfahrensschritt S3 auftretende Ladestrom haben vorzugsweise die gleiche Strom-Amplitude.
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Während des Ladens der Fahrzeugbatterie in dem dritten Verfahrensschritt S3 erfolgt im Rahmen eines zeitgleich ausgeführten vierten Verfahrensschrittes S4 ein Erfassen eines zweiten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs 2. Dieses Erfassen kann beispielsweise durch ein zeitlich getaktetes Messen von Spannungswerten an den Polen der Fahrzeugbatterie erfolgen. Jeder dabei erfasste Spannungswert wird einem Ladungszustand der Fahrzeugbatterie zugeteilt. Der Ladungszustand könnte dabei beispielsweise durch die Zeit beschrieben werden, die zwischen der Messung eines Spannungswertes und einer vollständigen Ladung der Fahrzeugbatterie verstreicht. Ein solcher zweiter erfasster ladungszustandsabhängiger Spannungsverlauf 2 ist in 3 gezeigt.
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Es ist vorteilhaft, wenn nach dem Ende des Entladens in dem ersten Verfahrensschritt S1 und/oder des Ladens in dem dritten Verfahrensschritt S3 eine Ruhepause mit Nullstrom durchgeführt wird, um die Präzision der Messungen zu erhöhen. Eine Ruhepause zwischen einer und fünf Stunden ist dabei vorteilhaft, da dies ein Auskühlen der Fahrzeugbatterie ermöglicht.
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In einem fünften Verfahrensschritt S5 erfolgt ein Bestimmen des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 mittels einer gewichteten Interpolation des ersten erfassten Spannungsverlaufs 1 und des zweiten erfassten Spannungsverlaufs 2. Dazu wird aus jedem im zweiten Verfahrensschritt S2 erfassten Spannungswert und dem im vierten Verfahrensschritt für denselben Ladungszustand erfassten Spannungswert ein Mittelwert gebildet. Diese Mittelwertbildung kann gewichtet werden, wenn die Impedanz der Batterie in Lade- und Entladerichtung unterschiedlich ist. Eine Gewichtung bedeutet, dass entweder die im zweiten Verfahrensschritt S2 erfassten Spannungswerte oder die im vierten Verfahrensschritt erfassten Spannungswerte bei der Mittelwertbildung mit einem Faktor gewichtet werden. Ebenfalls kann vorteilhaft eine Kompensation der Ladungszustandsabhängigkeit von Lade- und Entladeimpedanz erfolgen, insbesondere, wenn diese Abhängigkeit unterschiedlich in Lade- und Entladerichtung ist. Des Weiteren ist eine Gewichtung vorteilhaft, wenn nicht dieselbe Stromamplitude für Ladung und Entladung realisierbar sind. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft eine Gewichtung im Verhältnis der Stromamplituden des Ladestroms und des Entladestroms zu wählen. Gegebenenfalls kann diese Gewichtung entsprechend einer unterschiedlichen Impedanz in Lade- und Entladerichtung korrigiert werden. Der ladungszustandsabhängige Leerlaufspannungsverlauf 3 ergibt sich aus den gebildeten Mittelwerten. Ein durch Mittelwertbildung bestimmter ladungszustandsabhängiger Leerlaufspannungsverlauf 3 ist in 3 gezeigt.
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Abhängig von dem Ladungszustand den die Fahrzeugbatterie zu einem Zeitpunkt aufweist, zu dem der erste Verfahrensschritt S1 ausgeführt und die Fahrzeugbatterie somit entladen wird, kann nicht für jeden möglichen Ladungszustand ein Spannungswert erfasst werden. Somit deckt der erste erfasste ladungszustandsabhängige Spannungsverlauf 1 nicht immer alle möglichen Ladungszustände der Fahrzeugbatterie ab. Es ist daher vorteilhaft, den ersten und den zweiten Verfahrensschritt S1, S2 dann auszuführen, wenn die Fahrzeugbatterie einen hohen Ladungszustand aufweist. Für den Fall, dass der erste erfasste ladungszustandsabhängige Spannungsverlauf 1 nicht alle möglichen Ladungszustände der Fahrzeugbatterie abdeckt, kann eine Abschätzung bzw. eine Extrapolation der nicht verfügbaren Spannungswerte erfolgen. Dadurch wird die Präzision des Ergebnisses der Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 verringert. Der benötigte Zeitaufwand wird jedoch verkürzt.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung erfolgt vor dem vollständigen Entladen der Fahrzeugbatterie in dem ersten Verfahrensschritt S1 eine Vorladung der Fahrzeugbatterie. Dabei wird die Fahrzeugbatterie zunächst vollständig aufgeladen. Dieser Verfahrensschritt ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Fahrzeugbatterie vor dem Beginn des ersten Verfahrensschrittes S1 einen geringen Ladungszustand aufweist. Die Vorladung wird entweder immer vor der dem ersten Verfahrensschritt S1 des vollständigen Entladens der Fahrzeugbatterie ausgeführt, oder wird nur dann ausgeführt, wenn der Ladungszustand der Fahrzeugbatterie unter einem gegebenen Wert liegt. In einer solchen Ausführungsform wird eine hohe Präzision bei der Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 erreicht, da Spannungswerte des ersten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs 1 für jeden Ladungszustand der Batterie erfasst sind.
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In einer solchen alternativen Ausführungsform ist es zudem vorteilhaft, wenn ein Erfassen eines dritten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs während des Vorladens der Fahrzeugbatterie erfolgt. Somit stehen weitere gemessene Spannungswerte für eine noch präzisere Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 bereit. Das Bestimmen des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 erfolgt in diesem Fall mittels einer gewichteten Interpolation des ersten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs 1, des zweiten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs 2 und des dritten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs.
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Die 2 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform. Das Verfahren wird durch ein Batteriemanagementsystem eines Fahrzeuges ausgeführt. Zur Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 einer Fahrzeugbatterie werden die in der ersten Ausführungsform beschriebenen ersten bis fünften Verfahrensschritte angewendet. Das bedeutet, es erfolgt das vollständige Entladen der Fahrzeugbatterie, das Erfassen des ersten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs, das vollständige Laden der Fahrzeugbatterie, das Erfassen des zweiten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs und das Bestimmen des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs. Gegebenenfalls kann vor dem ersten Verfahrensschritt ferner das Vorladen der Fahrzeugbatterie und insbesondere das Bestimmen des dritten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs erfolgen. Das Verfahren wird durch eine Inbetriebnahme des Fahrzeuges durch einen Anwender angestoßen.
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In dieser zweiten Ausführungsform wird jedoch in einem einleitenden Verfahrensschritt S6 ein erster Entscheidungsparameter p1 abgefragt. Der erste Entscheidungsparameter p1 kann dabei durch andere in dem Fahrzeug befindliche Systeme oder durch das Batteriemanagementsystem selbst bereitgestellt werden. Beispiele für den ersten Entscheidungsparameter p1 sind ein aktuelles Datum, eine km-Leistung des Fahrzeuges, ein Ladungsdurchsatz der Fahrzeugbatterie oder ein Energiedurchsatz der Fahrzeugbatterie. Der abgefragte erste Entscheidungsparameter p1 wird Verfahrensschritt S6‘ mit einem vorgegebenen Schwellenwert x verglichen. Dieser Schwellenwert x kann in dem Batteriemanagementsystem im Laufe einer Hersteller- oder Anwenderkonfiguration vorgegeben werden. Ist der bezogene Entscheidungsparameter p1 größer als der Schwellenwert x, so wird das Verfahren weitergeführt. Ist der bezogene Entscheidungsparameter p1 kleiner als der Schwellenwert x, so verzweigt das Verfahren zurück auf den einleitenden Verfahrensschritt S6, womit dieser erneut ausgeführt wird.
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In der hier beschriebenen zweiten Ausführungsform sei der erste Entscheidungsparameter p1 die km-Leistung des Fahrzeuges. Der Schwellenwert x wird durch den Hersteller des Batteriemanagementsystems mit einem Wert von 5.000 km vorgegeben. Zu Beginn des Verfahrens wird also die km-Leistung des Fahrzeuges von einem Kilometerzähler des Fahrzeuges abgefragt. Der so bezogene Entscheidungsparameter p1 wird in einem folgenden vergleichenden Verfahrensschritt S6‘ mit dem Schwellenwert x = 5.000 km verglichen. Ist der bezogene Entscheidungsparameter p1 größer als der Schwellenwert x, d.h. p1 > x (= 5.000 km), so wird das Verfahren weitergeführt. Ist der bezogene Entscheidungsparameter p1 kleiner als der Schwellenwert x, d.h. p1 ≤ x (= 5.000 km), so verzweigt das Verfahren zurück auf den einleitenden Verfahrensschritt S6, womit dieser erneut ausgeführt wird. Eine Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs erfolgt in diesem Beispiel also nach einer km-Leistung des Fahrzeuges von 5.000 km.
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Es ist ebenso möglich, mehrere Schwellenwerte vorzugeben und somit Intervalle zu definieren. In der in 2 gezeigten Ausführungsform wird dazu in einem abschließenden Verfahrensschritt S11, der nach dem Bestimmen des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs in dem fünften Verfahrensschritt S5 erfolgt, der Schwellenwert x neu festgelegt. Dazu kann zum Beispiel ein gegebener Wert auf den bisherigen Schwellenwert addiert werden.
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Da die Alterung der Fahrzeugbatterie ein relativ langsamer Prozess ist, ist eine Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 in größeren Abständen notwendig. Die Notwendigkeit der Bestimmung kann zum Beispiel nach einer gewissen Zeit (z.B. alle 3 Monate), nach einer gewissen Kilometerleistung (z.B. alle 5000 km), nach einem gewissen Ladungsdurchsatz (z.B. alle 2 MAh) oder nach einem gewissen Energiedurchsatz (z.B. alle 1 MWh) erfolgen.
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Wie zuvor beschrieben, wird das Verfahren weitergeführt, wenn der bezogene Entscheidungsparameter p1 größer als der Schwellenwert x ist. In diesem Falle erfolgt nach dem vergleichenden Verfahrensschritt S6‘ in einem abfragenden Verfahrensschritt S7 eine Abfrage eines Verbindungsstatus v. Der Verbindungsstatus v beschreibt die Verfügbarkeit einer Ladespannung zum Laden der Fahrzeugbatterie. Ist eine Ladespannung verfügbar, so ist der Verbindungsstatus v positiv. Ist keine Ladespannung verfügbar, so ist der Verbindungsstatus v negativ. Der Verbindungsstatus v könnte beispielsweise durch eine Sensorik erfasst werden, die eine Spannung an Kontakten detektiert, die zum Anschluss eines Ladekabels an das Fahrzeug dienen. Überschreitet die an den Kontakten detektierte Ladespannung einen gegebenen Schwellenwert, so ist der Verbindungsstatus v positiv. Eine solche Sensorik kann z.B. von einer Ladeelektronik bereitgestellten werden. In einem weiteren vergleichenden Verfahrensschritt S7‘ erfolgt eine Auswertung, ob der Verbindungsstatus v positiv oder negativ ist. Ist der abgefragte Verbindungsstatus v positiv, so wird das Verfahren weitergeführt. Ist der abgefragte Verbindungsstatus negativ, so verzweigt das Verfahren zurück auf den abfragenden Verfahrensschritt S7, durch den die Abfrage des Verbindungsstatus erneut ausgeführt wird.
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Da das Entladen und Laden der Fahrzeugbatterie in dem ersten und dem dritten Verfahrensschritt S1, S3 mehrere Stunden dauern kann, sollte ein Anwender die Möglichkeit haben, das Entladen in dem ersten Verfahrensschritt S1 und Laden der Fahrzeugbatterie in dem dritten Verfahrensschritt S3 aufzuschieben, wenn das Fahrzeug zeitnah benötigt wird. Daher erfolgt in einem folgenden Verfahrensschritt S8, der nach dem weiteren vergleichenden Verfahrensschritt S7‘ ausgeführt wird, falls der in dem abfragenden Verfahrensschritt S7 abgefragte Verbindungsstatus positiv ist, eine Abfrage eines zweiten Entscheidungsparameters p2. Der Entscheidungsparameter p2 wird bevorzugt durch eine Eingabe eines Anwenders definiert. So könnte zum Beispiel auf einem Display im Inneren des Fahrzeuges eine Nachricht erzeugt werden, die eine Zustimmung des Anwenders zu einer weiteren Durchführung des Verfahrens abfragt. Der zweite Entscheidungsparameter p2 wird abhängig von einer Eingabe des Anwenders gesetzt. So wird der zweite Entscheidungsparameter p2 auf „1“ gesetzt, wenn der Anwender eine Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs wünscht und der zweite Entscheidungsparameter p2 wird auf „0“ gesetzt, wenn der Anwender dies zu diesem Zeitpunkt nicht wünscht, da das Fahrzeug beispielsweise in kurzer Zeit wieder benötigt wird. Das Verfahren wird abhängig von dem zweiten Entscheidungsparameter p2 beendet oder weitergeführt. Da eine vollständige Durchführung des Verfahrens, insbesondere das Entladen und das Laden der Fahrzeugbatterie in dem ersten und dem dritten Verfahrensschritt S1, S3 einen für den Anwender erheblichen Zeitraum benötigt, wird dem Anwender somit die Möglichkeit gegeben, das Verfahren abzubrechen. Damit wird gewährleistet, dass das Fahrzeug sich in einem betriebsbereiten Zustand befindet, wenn dies durch den Anwender gewünscht ist. In einem ersten prüfenden Verfahrensschritt S8‘ wird geprüft, ob der abgefragte zweite Entscheidungsparameter p2 gleich „1“ ist. Ist dies nicht der Fall (wenn der zweite Entscheidungsparameter p2 auf „0“ gesetzt wurde), so wird das Verfahren beendet. Die Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs kann in diesem Falle erst nach einem erneuten Anstoß des Verfahrens erreicht werden. Ist der abgefragte zweite Entscheidungsparameter p2 gleich „1“, so wird das Verfahren weitergeführt.
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In einem weiteren folgenden Verfahrensschritt S9, der in dieser Ausführungsform mit dem folgenden Verfahrensschritt S8, in dem die Abfrage des zweiten Entscheidungsparameters p2 erfolgt, kombiniert ist, erfolgt eine Abfrage einer Verzögerungszeit t. Die Verzögerungszeit t wird durch eine Eingabe durch den Anwender definiert. So könnte zum Beispiel auf dem Display im Inneren des Fahrzeuges eine Nachricht erzeugt werden, die den Anwender auffordert einen Zeitraum zu definieren, nach dessen Ablauf der erste Verfahrensschritt S1 frühestens ausgeführt wird, falls eine sofortige Ausführung nicht gewünscht ist. In einem zweiten prüfenden Verfahrensschritt S9‘ wird geprüft, ob die Verzögerungszeit t gleich „0“ gewählt wurde. Wird eine Verzögerungszeit t ungleich „0“ durch den Anwender gewählt, so wird das Verfahren in einem Verzögerungsschritt S10 für die Dauer dieser Verzögerungszeit t verzögert. In Anschluss an diese Verzögerung wird das Verfahren an dem Punkt des abfragenden Verfahrensschrittes S7 wieder aufgenommen. Dies ist vorteilhaft, da das Fahrzeug zum Ablauf der Verzögerungszeit t möglicherweise nicht mehr mit einer Ladespannung versorgt wird. Wird eine Verzögerungszeit t gleich „0“, also keine Verzögerung, gewählt, so wird der erste Verfahrensschritt, also das Entladen der Fahrzeugbatterie, unmittelbar ausgeführt. Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird das Verfahren in diesem Falle mit allen Schritten gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt. Vor dem Abschluss des Verfahrens wird der zuvor beschriebene abschließende Verfahrensschritt S11 ausgeführt.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform, die mit den bereits beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar ist, erfolgt vor dem vollständigen Entladen der Fahrzeugbatterie in dem ersten Verfahrensschritt S1 eine Abfrage einer Ausführungsdauer. Die Ausführungsdauer wird bevorzugt durch eine Eingabe eines Anwenders definiert. So könnte zum Beispiel auf einem Display im Inneren des Fahrzeuges eine Nachricht erzeugt werden, die dem Anwender mehrere Ausführungsdauern zur Auswahl anbietet. So könnte eine Auswahl zwischen einer Schnellmessung (z.B. 8 Stunden Ausführungsdauer), einer Standard-Messung (z.B. 24 Stunden Ausführungsdauer) und einer Präzisions-Messung (z.B. 48 Stunden Ausführungsdauer) vorgegeben werden. Dabei können die Ausführungsdauern frei gewählt sein, oder den physikalischen Eigenschaften der Fahrzeugbatterie angepasst werden. Zudem spielt der Ladungszustand der Fahrzeugbatterie zu einem Zeitpunkt der Auswahl eine Rolle. Die Ausführungsdauern können daher variabel sein und entsprechend einem aktuellen Ladungszustand der Fahrzeugbatterie angepasst zur Auswahl angeboten werden.
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Im Folgenden werden der Entladestrom und der Ladestrom derart angepasst, dass das Verfahren innerhalb der bevorzugt durch den Anwender gewählten Ausführungsdauer abgeschlossen wird. Dabei wird bei einer langen Ausführungsdauer (z.B. 48 Stunden) ein niedrigerer Entladestrom und/oder Ladestrom gewählt als bei einer kurzen Ausführungsdauer (z.B. 8 Stunden). Da im Falle einer langen Ausführungsdauer ein geringerer Lade- und/oder Entladestrom fließt, wird die Batterie weniger erwärmt, und der erste erfasste ladungszustandsabhängigen Spannungsverlauf 1 und der zweite erfasste ladungszustandsabhängige Spannungsverlauf 2 werden weniger durch thermische Einflüsse verzerrt. Die Präzision bei der Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 steigt.
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Da die Ergebnisse bei einer sehr niedrigen Ausführungsdauer (z.B. 8h bei der zuvor beschriebenen Schnellmessung) vergleichsweise unpräzise sind, kann das Ergebnis in diesem Falle nicht in jedem Fall direkt verwendet werden. Eine Gewichtung mit dem zu diesem Zeitpunkt aktuellen ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlauf ist daher vorteilhaft.
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Daher kann das erfindungsgemäße Verfahren einen Berechnungsschritt umfassen, in dem ein resultierender ladungszustandsabhängiger Leerlaufspannungsverlauf mittels einer gewichteten Interpolation des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 mit einem zu einem früheren Zeitpunkt bestimmten ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlauf erfolgt. Dazu wird für jeden Spannungswert eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 ein Mittelwert mit einem Spannungswert eines früher ermittelten ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs gebildet, der für einen entsprechenden Ladungszustand ermittelt wurde. Eine gewichtete Interpolation bedeutet, dass der Spannungswert des zu einem früheren Zeitpunkt bestimmten ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs mehrfach in die Bildung des Mittelwertes einfließt. So könnte der zu einem früheren Zeitpunkt bestimmte ladungszustandsabhängige Leerlaufspannungsverlauf z.B. doppelt gegenüber dem aktuellen ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlauf 3 gewichtet werden. Der resultierende ladungszustandsabhängige Leerlaufspannungsverlauf ist durch die auf diese Weise ermittelten Mittelwerte beschrieben. Durch eine solche Interpolation können zudem eventuell auftretende Messfehler (insofern sie nicht systematisch sind) verringert werden. Eine solche Interpolation kann jedoch eine häufigere Ausführung der Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs notwendig machen.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft einen Abstand bis zu einem erneuten Bestimmen des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 im Falle einer niedrigen Ausführungsdauer zu verkürzen.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform, die mit den bereits beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar ist, wird eine Temperatur der Fahrzeugbatterie während des Ladens und des Entladens der Fahrzeugbatterie über einem Temperaturschwellenwert gehalten. Dies kann durch eine geregelte Kühl- und/oder Heizvorrichtung geschehen. Ebenso vorteilhaft kann die Temperatur der Fahrzeugbatterie durch das Thermomanagement der Fahrzeugbatterie eingestellt werden. Das Erfassen der erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverläufe 1, 2 erfolgt in dieser Ausführungsform bei Raumtemperatur oder höher, da dadurch der Einfluss bzw. der Fehler durch die Impedanz der Batterie sinkt. Die Temperatur der Fahrzeugbatterie wird durch die gegebenen Mittel möglichst konstant gehalten.
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In allen Ausführungsformen kann ein aktuell bestimmter ladungszustandsabhängiger Leerlaufspannungsverlauf 3 einen früher bestimmten ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlauf ersetzen. Selbiges gilt für einen resultierenden ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlauf.
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Neben der obigen schriftlichen Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der 1 bis 3 verwiesen.
