DE102013221502A1

DE102013221502A1 - Erzeugung von Prüfpulsen

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Publication number: DE102013221502A1
Application number: DE201310221502
Authority: DE
Inventors: Uwe Dierker; Marco Baumgarth
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2013-10-23
Publication date: 2015-04-23

Abstract

Ein Verfahren zur Erzeugung eines Prüfpulses für eine Batterie in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz mit elektrischen Verbrauchern (V1, V2, ... Vx) umfasst ein Auswählen einer Gruppe von elektrischen Verbrauchern (V1, V2, ... Vx), die zur Erzeugung des Prüfpulses beitragen sollen, und ein Aktivieren der ausgewählten elektrischen Verbraucher (V1, V2, ... Vx) zu einem oder mehreren vorgegebenen Zeitpunkten.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Prüfpulsen in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz, insbesondere zur Erkennung des Zustands einer Batterie, und ein entsprechend eingerichtetes Kraftfahrzeug-Bordnetz.
Eine Batteriezustandserkennung ermittelt wichtige Ausgangsgrößen für die Betriebsfähigkeit einer Batterie, wie Ladezustand, Kapazität und entnehmbare Ladung. Mittels solcher Batteriezustandsgrößen lässt sich beispielsweise die Startfähigkeit eines Fahrzeuges prüfen, oder ermitteln, wie lange ein Fahrzeug im Start/Stopp-Betrieb höchstens ohne laufenden Motor stehen darf.
Bei herkömmlichen Verfahren zur Erkennung des Zustandes einer Fahrzeugbatterie wird üblicherweise die Spannung gemessen und der der Batterie zugeführte bzw. entnommene Strom ermittelt. Auch ist es bekannt, die Temperatur einer Batterie zu ermitteln. Aus den zur Verfügung stehenden Zustandsgrößen wird auf den Batteriezustand rückgeschlossen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 000 679 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung der Startfähigkeit einer Starterbatterie im Zusammenhang mit einer Start-Stopp-Steuerung für eine Verbrennungsmotor offenbart. In einem Batteriezustandserkennungsalgorithmus wird der Batteriezustand ermittelt, wenn eine definierte elektrische Last an die Batterie geschaltet wird. Die Batteriespannung bricht abhängig vom Batteriezustand und vom elektrischen Widerstand ein. Unter einer definierten Last ist die Batterieklemmenspannung dabei proportional zum Batteriezustand. Damit kann der Batterieladezustand für eine bekannte Temperatur ermittelt werden, indem der Batteriespannungseinbruch bei Zuschaltung einer definierten Last gemessen wird. Als definierte Last wird die elektrische Last des Startermotors verwendet.
Eine derartige Impulsbelastung einer Batterie, wie sie durch beispielsweise einen Motorstart mit einem 12V-Startermotor entsteht, kann aussagefähige Daten zum Batteriezustand eines Fahrzeuges mit Verbrennungsmotor liefern. In einem Elektrofahrzeug (BEV) oder einem Plug-in-Hybrid-Fahrzeug (PHEV) ist ein konventioneller Startermotor jedoch nicht vorgesehen und steht damit für eine Impulsbelastung nicht zur Verfügung.
Gemäß der Offenlegungsschrift DE 10 2010 000 679 A1 könnte als Alternative zum Startermotor auch die Zuschaltung eines anderen zu einem signifikanten Spannungseinbruch führenden elektrischen Verbrauchers ausgewertet werden, beispielsweise einer Scheibenheizung, Glühkerzen, eines Kraftstoffheizers, eines Lüfters, Fahrlichter oder dergleichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, gegenüber dieser bekannten Zuschaltung eines elektrischen Verbrauchers ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von Prüfpulsen und ein entsprechendes Kraftfahrzeug-Bordnetz zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Prüfpulses nach Anspruch 1 bzw. das entsprechend eingerichtete Kraftfahrzeug-Bordnetz nach Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Erzeugung eines Prüfpulses für eine Batterie in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz. Bei dem Kraftfahrzeug-Bordnetz kann es sich um das Bordnetz eines beliebigen Kraftfahrzeuges handeln, z.B. eines Personenkraftwagens, oder Lastkraftwagens, oder eines anderen durch Motorkraft angetriebenen Fahrzeugs. Bei der Batterie kann es sich um eine Batterie beliebigen Typs handeln, beispielsweise eine Bleisäurebatterie, eine Lithium-Ion-Batterie, oder dergleichen. Die Batterie dient zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern im Kraftfahrzeugbordnetz, beispielsweise Beleuchtung, elektrische Steuergeräte und zur Stabilisierung bei Lastspitzen. Ein Prüfpuls kann durch eine definierte elektrische Belastung der Batterie erzeugt werden, unter der sich Batteriezustandsgrößen verändern. Unter Kenntnis der Belastung kann durch Erfassung der durch die Belastung verursachten Änderung von Batteriezustandsgrößen wie beispielsweise Batteriespannung und Batteriestrom auf den Zustand der Batterie rückgeschlossen werden und so der Batteriezustand geprüft werden. Ein Prüfpuls kann beispielsweise auf einer kurzfristigen Erhöhung der Belastung beruhen, oder aber auch ein komplexeres Belastungsprofil aufweisen, das durch mehrere definierte kontinuierliche oder diskontinuierliche Änderungen der elektrischen Belastung entstehen könnte. Mittels eines Prüfpulses kann eine Batteriesensorik in die Lage versetzt werden, den Batteriezustand unter dynamischer Last zu einem definierten Zeitpunkt oder unter einem vorgegeben Belastungsprofil zu ermitteln, zum Beispiel vor Fahrtantritt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Prüfpulses umfasst ein Auswählen einer Gruppe von elektrischen Verbrauchern, die zur Erzeugung eines Prüfpulses beitragen sollen. Aus der Menge sämtlicher zur Verfügung stehenden Verbraucher kann eine Untermenge so ausgewählt werden, dass bei nachfolgender Aktivierung der ausgewählten Verbraucher eine elektrische Last bewirkt wird, die im Wesentlichem einem gewünschten Profil des Prüfpulses entspricht. Die Auswahl kann beispielsweise auf vorbekannten elektrischen Eigenschaften der Verbraucher basieren. So kann beispielsweise hinsichtlich der Fahrlichter auf vorbekannte elektrische Kenngrößen wie den Leistungsverbrauch der Fahrlichter zurückgegriffen werden. Bei Verbrauchern mit variablen elektrischen Eigenschaften kann bei der Auswahl auf vorbekannte Kennkurven zurückgegriffen werden. So könnte beispielsweise bei einer Sitzheizung ein möglicher Einfluss der Umgebungstemperatur auf die zu erwartende elektrische Last Berücksichtigung finden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Prüfpulses umfasst ferner ein Aktivieren der ausgewählten elektrischen Verbraucher zu einem oder mehreren vorgegebenen Zeitpunkten. Dadurch, dass die ausgewählten elektrischen Verbraucher zu vorgegebenen Zeitpunkten aktiviert werden, summiert sich die dadurch erzeugte gesamte elektrische Belastung der Batterie zu einem definierten Belastungsprofil. Werden beispielsweise sämtliche Verbraucher zu einem gemeinsamen Zeitpunkt aktiviert, so bewirkt dies eine Lastspitze, die durch Summierung der im Wesentlichen bekannten Lasten der einzelnen ausgewählten Verbraucher definiert ist. Werden Verbraucher dagegen zeitlich versetzt aktiviert, so bewirkt dies einen Prüfpuls, der einem treppenförmig ansteigendem Belastungsprofil entspricht.
Durch dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung eines Prüfpulses kann ein definierter Prüfpuls vorteilhafter Weise auch dann erzeugt werden, wenn ein Startermotor zur Erzeugung eines Prüfpulses nicht zur Verfügung steht.
Zur selektiven Aktivierung von Verbrauchern umfasst ein Kraftfahrzeug-Bordnetz mehrere Komponentenschalter. Vorzugsweise wird für jeden Verbraucher ein individuell zugehöriger Komponentenschalter eingesetzt, der es erlaubt, den Verbraucher selektiv zu aktivieren bzw. zu deaktivieren. Für das erfindungsgemäße Verfahren können aber auch Komponentenschalter verwendet werden, die mehrere Verbraucher gemeinsam aktivieren bzw. deaktivieren. In diesem Fall werden die gemeinsam geschalteten Verbraucher wie ein einziger Verbraucher behandelt. Ein Komponentenschalter kann ein elektrischer Schalter, beispielsweise ein Relais oder ein Halbleiterschalter sein, der direkt im elektrischen Verbraucher integriert ist, oder auch alternativ im Komponentenpfad des Kraftfahrzeug-Bordnetzes verbaut ist, das den zugehörigen Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt.
Für die Zwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf bereits im Kraftfahrzeug-Bordnetz oder in den einzelnen Verbrauchern integrierte Komponentenschalter zurückgegriffen werden.
Für die verschiedenen Typen von elektrischen Verbrauchern in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz kann auf vielfältige Schaltertypen mit jeweils eigenen Schaltcharekteristiken zurückgegriffen werden. In solch einem Fall werden Schaltcharekteristiken wie beispielsweise individuelle Schaltverzögerungen bei der Erzeugung eines definierten Prüfpulses mit berücksichtigt. Derartige Schaltcharakteristiken können beispielsweise vorbekannt sein, oder durch entsprechende Messungen ermittelt werden.
Zur Erzeugung eines definierten Prüfpulses kann neben den Komponentenschaltern insbesondere auch ein Prüfpulsschaltelement vorgesehen werden, welches es ermöglicht, ausgewählte Verbraucher selbst dann gleichzeitig zu aktivieren, wenn die zur Erzeugung eines Prüfpulses ausgewählten Verbraucher über Komponentenschalter mit unterschiedlichen Schaltcharakteristiken geschaltet werden. Das Prüfpulsschaltelement kann ein konventioneller elektrischer Schalter oder ein Halbleiterschalter sein, beispielsweise ein als sogenannte „Quasi-Diode“ (oder „Q-Diode“) betriebener Feldeffekttransistor (FET), der im Hauptleistungspfad des Kraftfahrzeug-Bordnetzes platziert wird. Ein beispielhaftes Prüfpulsschaltelement weist einen ersten Zustand auf, in dem alle ausgewählten Verbraucher unabhängig vom Schaltzustand der Komponentenschalter von der Batterie getrennt sind. Das kann beispielsweise ein offener Zustand eines Halbleiterschalters sein. Ein beispielhaftes Prüfpulsschaltelement weist ferner einen zweiten Zustand auf, in dem die ausgewählten Verbraucher abhängig vom Schaltzustand der jeweiligen Komponentenschalter mit der Batterie verbindbar sind. Das kann beispielsweise ein geschlossener Zustand eines Halbleiterschalters sein, bei dem ein Verbraucher dann mit der Batterie verbunden ist, wenn der entsprechende Komponentenschalter ebenfalls geschlossen ist.
Unter Verwendung solch eines Prüfpulsschaltelements kann das Aktivieren der ausgewählten elektrischen Verbraucher in einem Ausführungsbeispiel wie folgt ausgeführt werden: Das Prüfpulsschaltelement wird in einen ersten Zustand versetzt, in dem alle ausgewählten Verbraucher unabhängig vom Schaltzustand der Komponentenschalter von der Batterie getrennt sind. Das kann dem oben genannten offenen Zustand beispielsweise eines Halbleiterschalters entsprechen. Dann werden Komponentenschalter derart geschlossen, dass die ausgewählten elektrischen Verbraucher abhängig vom Schaltzustand des Prüfpulsschaltelements mit der Batterie verbindbar sind. Dabei werden jene Komponentenschalter geschlossen, welche den ausgewählten Verbrauchern zugehörig sind. Da das Prüfpulsschaltelement offen ist, werden die Verbraucher trotz der geschlossenen Komponentenschalter noch nicht mit der Batterie verbunden und dementsprechend auch noch nicht aktiviert. Schließlich wird das Prüfpulsschaltelement zu einem vorgegebenen Zeitpunkt in einen zweiten Zustand versetzt, so dass die ausgewählten Verbraucher zu diesem Zeitpunkt mit der Batterie verbunden werden. Der Einsatz des Prüfpulsschaltelements hat in diesem Ausführungsbeispiel den Vorteil, dass die Verbraucher trotz etwaiger unterschiedlicher Schaltcharakteristiken der zugehörigen Komponentenschalter gleichzeitig aktiviert werden können und somit zu einem definierten Prüfpuls beitragen können. Durch Verwendung des Prüfpulsschaltelementes können Probleme der Synchronisation beim gewünschten gleichzeitigen Einschalten vermieden werden. Zur Beendigung des Prüfpulses kann das Prüfpulsschaltelement wieder zurück in den ersten Zustand versetzt werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Aktivieren der ausgewählten elektrischen Verbraucher wie folgt ausgeführt werden: Das Prüfpulsschaltelement wird in einen zweiten Zustand versetzt, so dass die ausgewählten Verbraucher abhängig vom Schaltzustand der Komponentenschalter mit der Batterie verbindbar sind. Dies kann beispielsweise der offene Zustand eines Halbleiterschalters sein. Dann werden die Komponentenschalter zu vordefinierten Zeitpunkten geschlossen, so dass die ausgewählten elektrischen Verbraucher zu den vordefinierten Zeitpunkten mit der Batterie verbunden werden. Das Verfahren nach diesem Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass das Profil des Prüfpulses durch die Vorgabe der Zeitpunkte, zu denen einzelne Verbraucher oder Verbrauchergruppen zugeschaltet werden, gestaltet werden kann. So kann beispielsweise durch zeitversetztes Aktivieren der Komponentenschalter ein gestufter Prüfpuls erzeugt werden.
In einer alternativen Form dieses Ausführungsbeispiels kann auf den Prüfpulsschalter auch verzichtet werden. Das Aktivieren der ausgewählten elektrischen Verbraucher umfasst in diesem Fall das Schließen von Komponentenschaltern zu vordefinierten Zeitpunkten, so dass die ausgewählten elektrischen Verbraucher zu den vordefinierten Zeitpunkten mit der Batterie verbunden werden. Auch in dieser Variante können die vordefinierten Zeitpunkte für das Schließen der Komponentenschalter so gewählt werden, dass die Verbraucher zeitlich versetzt aktiviert werden.
Ein beispielhaftes Verfahren zur Batteriezustandserkennung umfasst das Erzeugen eines Prüfpulses mittels eines der oben beschriebenen Verfahren. Mittels des Prüfpulses, der durch das Aktivieren der ausgewählten elektrischen Verbraucher bedingt ist, wird der Zustand der Batterie geprüft. Durch den Prüfpuls verändern sich Batteriezustandsgrößen. Unter Kenntnis der durch den Prüfpuls erzeugten Belastung der zu prüfenden Batterie kann durch Erfassung der durch die Belastung verursachten Änderung von Batteriezustandsgrößen wie beispielsweise Batteriespannung und Batteriestrom auf den Zustand der Batterie rückgeschlossen werden und so der Batteriezustand geprüft werden. Im Hinblick auf die Verlässlichkeit der Batterieprüfung anhand eines Prüfpulses sind höhere und längere Prüfpulse bevorzugt.
Entsprechend obiger Ausführungen zu Verfahren zur Erzeugung eines Prüfpulses umfasst ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Bordnetz eine Batterie, elektrische Verbraucher, Komponentenschalter zum Aktivieren und Deaktivieren der elektrischen Verbraucher, ein Prüfpulsschaltelement mit einem ersten und einem zweiten Schaltzustand, wobei im ersten Schaltzustand des Prüfpulsschaltelements die elektrischen Verbraucher abhängig vom Schaltzustand von Komponentenschaltern mit der Batterie verbindbar sind und im zweiten Schaltzustand des Prüfpulsschaltelements die elektrischen Verbraucher unabhängig vom Schaltzustand der Komponentenschaltern von der Batterie getrennt sind.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug-Bordnetz kann ferner eine Batterieenergiemanagementeinheit (kurz BEM für „Battery Energy Management“) und/oder eine elektronische Steuereinheit (kurz ECU für „Electronic Control Unit“) umfassen, die dazu eingerichtet sind, die erfindungsgemäßen Verfahren auszuführen. In einem Fahrzeug können eine oder mehrere elektronische Steuereinheiten (ECUs) zum Schalten von Verbrauchern vorgesehen sein. Die Batterieenergiemanagementeinheit kann als zentrale Einheit auf Grundlage von Kenngrößen der Verbraucher die Auswahl der an der Erzeugung eines Prüfpulses beteiligten Komponenten treffen und elektronische Steuereinheiten dazu veranlassen, die Verbraucher entsprechend zu schalten. Die Batterieenergiemanagementeinheit (BEM) bzw. die elektronische Steuereinheiten (ECU) können über ein Fahrzeugbussystem miteinander kommunizieren. Bei dem Fahrzeugbussystem kann es sich beispielsweise um ein CAN-Bussystem oder einen LIN-Bussystem handeln.
Ferner kann ein Kraftfahrzeug-Bordnetz auch eine Batteriesensorik umfassen, die dazu eingerichtet ist, den Zustand der Batterie unter der Last eines erzeugten Prüfpulses zu erkennen und zur Auswertung an die Batterieenergiemanagementeinheit (BEM) zu übermitteln.
Die Batteriesensorik kann beispielsweise Teil eines Batteriedatenmoduls (BDM) sein und dazu eingerichtet sein, Batteriezustandsgrößen wie beispielsweise Batteriespannung, Batteriestrom und ggf. auch die Batterietemperatur zu ermitteln. Ein beispielhaftes Batteriedatenmodul kann ermittelte Batteriezustandgrößen über einen Fahrzeugbus zur Auswertung an die Batterieenergiemanagementeinheit (BEM) senden.
In einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, in dem ein Startermotor nicht vorgesehen ist, kann zudem zur Erzeugung eines Batterieprüfpulses auch ein Startermotor speziell nur zum Zwecke verbaut werden, einen Prüfpuls zum Prüfen der Fahrzeugbatterie zu erzeugen. Dieser Startermotor kann zur Erzeugung eines definierten und ausreichend starken Prüfpulses verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, von denen:
1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
2a schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Prüfpulsschaltelements in einem ersten, geöffneten Zustand zeigt;
2b schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Prüfpulsschaltelements in einem zweiten, geschlossenen Zustand zeigt;
3 schematisch ein Flussdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Prüfpulses zeigt;
4 schematisch ein Flussdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Prüfpulses zeigt;
5 schematisch ein Flussdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Prüfpulses zeigt;
6 eine Ausführungsvariante für die Auswahl einer Gruppe von elektrischen Verbrauchern zeigt, die zur Erzeugung eines Prüfpulses beitragen sollen;
7a schematisch einen Prüfpuls zeigt, der mittels des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels erzeugt wurde;
7b schematisch einen Prüfpuls zeigt, der mittels des oben beschriebenen zweiten oder dritten Ausführungsbeispiel erzeugt wurde; und
7c schematisch eine weitere Ausführungsvariante eines Prüfpulses zeigt.
Ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt.
Das Kraftfahrzeug-Bordnetz umfasst eine 12V-Batterie 1 mit einem Minuspol 2 und einem Pluspol 3. Der Pluspol 3 der Batterie 1 speist einen Hauptleistungspfad 4 des Kraftfahrzeug-Bordnetzes. Von diesem Hauptleistungspfad 4 zweigen mehrere Komponentenpfade K1, K2, ... Kx ab. Jeder der Komponentenpfade K1, K2, ... Kx versorgt einen elektrischen Verbraucher V1, V2, ..., Vx mit elektrischem Strom. In jedem Komponentenpfad findet sich jeweils ein Komponentenschalter S1, S2, ..., Sx, mit dem ein Strompfad zwischen Batterie B und Verbraucher V1, V2, ..., Vx unterbrochen oder geschlossen werden kann. Im Hauptleistungspfad 4 findet sich ferner ein Prüfpulsschaltelement 5, das hier beispielhaft als Q-Diode ausgeführt ist. Das Prüfpulsschaltelement 5 weist einen ersten und einen zweiten Schaltzustand auf, wobei im ersten Schaltzustand die elektrischen Verbraucher V1, V2, ..., Vx unabhängig vom Schaltzustand der Komponentenschalter S1, S2, ..., Sx von der Batterie 1 getrennt sind und im zweiten Schaltzustand die elektrischen Verbraucher V1, V2, ..., Vx abhängig vom Schaltzustand der Komponentenschalter S1, S2, ..., Sx mit der Batterie verbindbar sind. Mittels des beispielhaften Prüfpulsschaltelementes 5 lassen sich die Lastkreise elektrischer Lastverbraucher vom restlichen Bordnetz und der 12V-Batterie 1 trennten.
Eine elektronische Steuereinheit 6, kurz ECU, dient zur Ansteuerung der Komponentenschalter S1, S2, ..., Sx. Diese Ansteuerung erfolgt beispielsweise über ein Fahrzeugbussystem, das in 1 selbst nicht gezeigt ist. Die Ansteuerung der jeweiligen Schalter über das Fahrzeugbussystem wird in 1 durch entsprechenden Pfeile lediglich symbolisiert. Das Kraftfahrzeug-Bordnetz umfasst ferner eine Batterieenergiemanagementeinheit 7, kurz BEM, die dazu eingerichtet ist, eine Auswahl der Verbraucher zu treffen, die zu einem Prüfpuls beitragen sollen. Die Batterieenergiemanagementeinheit 7 speichert Kenndaten und Kennlinien der Verbraucher, die als Vorgaben für die Auswahl der Verbraucher V1, V2, ... Vx liefern und umfasst einen programmierbaren Prozessor, der so programmiert ist, dass er auf Grundlage der Informationen über die Verbraucher und Vorgaben über einen zu erzielenden Prüfpuls eine Auswahl der zu aktivierenden Verbraucher V1, V2, ... Vx bewirken kann. Das Kraftfahrzeug-Bordnetz umfasst ferner ein Batteriedatenmodul 8, kurz BDM, mit einer Batteriesensorik. Das Batteriedatenmodul 8 mit der Batteriesensorik ist dazu eingerichtet Batteriezustandsgrößen wie Batteriespannung und Batteriestrom zu ermitteln. Pfeile zwischen der Batterieenergiemanagementeinheit 7 und der elektronischen Steuereinheit 6, der Prüfpulsschalteinheit 5 und dem Batteriedatenmodul 8 symbolisieren, dass die Batterieenergiemanagementeinheit 7 mit der elektronischen Steuereinheit 6, der Prüfpulsschalteinheit 5 bzw. dem Batteriedatenmodul 8 über den Fahrzeugdatenbus in Kommunikation steht. Die Batterieenergiemanagementeinheit 7 ist ferner dazu eingerichtet, je nach Auswahl der Verbraucher Steuerbefehle an die Steuereinheit 6 und die Prüfpulsschalteinheit 5 zu übermitteln. Auf Grundlage der von der Batterieenergiemanagementeinheit 7 empfangenen Befehle steuert die elektronische Steuereinheit 6 die Komponentenschalter S1, S2, ..., Sx an, um diese nach Vorgabe der Batterieenergiemanagementeinheit 7 zu öffnen oder zu schließen. Ebenso wird die Prüfpulsschalteinheit 5 durch Befehle der Batterieenergiemanagementeinheit 7 in einen gewünschten Zustand versetzt. Ferner ist die Batterieenergiemanagementeinheit 7 dazu eingerichtet, von dem Batteriedatenmodul 8 Batteriezustandsgrößen zu empfangen. Aus den Informationen über Prüfpuls und Batteriezustandsdaten erhält die Batterieenergiemanagementeinheit 7 Erkenntnisse über den Zustand der Batterie 1.
Die 2a und 2b zeigen ein Ausführungsbeispiel für das Prüfpulsschaltelement 5. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Prüfpulsschaltelement 5 als Halbleiterdiode, insbesondere als Q-Diode, ausgebildet. Die Q-Diode umfasst eine Diode 10 und einen Halbleiterschalter 11, die parallel geschaltet sind. 2a zeigt die Q-Diode in einem geöffneten Zustand. 2b zeigt die Q-Diode in einem geschlossenen Zustand. Bei dem Halbleiterschalter 11, der in den 2a und 2b lediglich schematisch als Schalter gezeichnet ist, kann es sich um einen Feldeffekttransistor (FET) handeln, der in der einen Richtung schaltbar ist (die Soll-Flussrichtung) und in der anderen Richtung eine (parasitäre) Diode enthält. Die Ansteuerung des Halbleiterschalters kann beispielsweise auf die dem Fachmann bekannte Weise durch Steuerung einer Gate-Spannung eines Feldeffekttransistors erfolgen.
3 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Prüfpulses für eine Batterie in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz mit elektrischen Verbrauchern V1, V2, ... Vx. Bei S31 wählt die Batterieenergiemanagementeinheit 7 eine Gruppe von elektrischen Verbrauchern V1, V2, ... Vx aus, die zur Erzeugung eines Prüfpulses beitragen sollen. Bei S32 versetzt die Batterieenergiemanagementeinheit 7 das Prüfpulsschaltelement 5 in einen ersten Zustand, in dem alle ausgewählten Verbraucher V1, V2, ... Vx unabhängig vom Schaltzustand der Komponentenschalter S1, S2, ... Sx von der Batterie 1 getrennt sind. Bei S33 veranlasst die Batterieenergiemanagementeinheit 7 die elektronische Steuereinheit 6 dazu, Komponentenschalter S1, S2, ... Sx zu schließen, so dass die ausgewählten elektrischen Verbraucher V1, V2, ... Vx abhängig vom Schaltzustand des Prüfpulsschaltelements 5 mit der Batterie 1 verbindbar sind. Komponentenschalter von nicht ausgewählten Verbrauchern bleiben geöffnet oder werden geöffnet, damit diese nicht am Prüfpuls teilnehmen werden. Bei S34 versetzt die Batterieenergiemanagementeinheit 7 das Prüfpulsschaltelement 5 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt in einen zweiten Zustand, so dass die ausgewählten Verbraucher V1, V2, ... Vx zu diesem Zeitpunkt mit der Batterie 1 verbunden werden;
4 zeigt schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Prüfpulses für eine Batterie in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz mit elektrischen Verbrauchern. Das Verfahren beginnt mit geöffneten Komponentenschaltern S1, S2, ..., Sx und geöffnetem Prüfpulsschalter 5, so dass die Verbraucher V1, V2, ... Vx von der Batterie getrennt sind. Bei S41 wählt die Batterieenergiemanagementeinheit 7 eine Gruppe von elektrischen Verbrauchern V1, V2, ... Vx aus, die zur Erzeugung eines Prüfpulses beitragen sollen. Bei S42 versetzt die Batterieenergiemanagementeinheit 7 das Prüfpulsschaltelement 5 in einen zweiten Zustand, so dass die ausgewählten Verbraucher V1, V2, ... Vx abhängig vom Schaltzustand der Komponentenschalter S1, S2, ... Sx mit der Batterie 1 verbindbar sind. Bei S43 veranlasst die Batterieenergiemanagementeinheit 7 die elektronische Steuereinheit 6 dazu, Komponentenschalter S1, S2, ... Sx zu vordefinierten Zeitpunkten zu schließen, so dass die ausgewählten elektrischen Verbraucher V1, V2, ... Vx zu den vordefinierten Zeitpunkten mit der Batterie 1 verbunden werden.
5 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines Prüfpulses für eine Batterie in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz mit elektrischen Verbrauchern. Dieses Ausführungsbeispiel kommt ohne Prüfpulsschaltelement 5 aus. Das Verfahren beginnt mit geöffneten Komponentenschaltern S1, S2, ..., Sx, so dass die Verbraucher V1, V2, ... Vx von der Batterie getrennt sind. Bei S51 wählt die Batterieenergiemanagementeinheit 7 eine Gruppe von elektrischen Verbrauchern V1, V2, ... Vx aus, die zur Erzeugung eines Prüfpulses beitragen sollen. Bei S52 veranlasst die Batterieenergiemanagementeinheit 7 die elektronische Steuereinheit 6 dazu, Komponentenschalter S1, S2, ... Sx zu vordefinierten Zeitpunkten zu schließen, so dass die ausgewählten elektrischen Verbraucher V1, V2, ... Vx zu den vordefinierten Zeitpunkten mit der Batterie 1 verbunden werden.
6 zeigt eine Ausführungsvariante für die Auswahl einer Gruppe von elektrischen Verbrauchern V1, V2, ... Vx, die zur Erzeugung eines Prüfpulses beitragen sollen. Die Batterieenergiemanagementeinheit 7 speichert im Voraus bekannte Kennzahlen zum Leistungsbedarf elektrischer Verbraucher im Kraftfahrzeug-Bordnetz. Für dieses Ausführungsbeispiel gelten beispielhaft folgende Werte: Bremslicht und Nebelschlussleuchte haben einen Leistungsaufnahme von jeweils 40 W. Scheibenwischer, Scheibenenteiser und Sitzheizung haben einen Leistungsverbrauch von 80 W, 150 W, bzw. 60 W. Innenraumgebläse, Heckscheibenwischer, heizbare Heckscheibe, heizbarer Außenspiegel und Kraftstoffeinspritzung weisen einen Leistungsverbrauch von 80 W, 50 W, 200 W, 20 W, bzw. 60 W auf. Die Batterieenergiemanagementeinheit 7 bestimmt als Vorgabe für die Charakteristiken des Prüfpulses einen Prüfpuls mit 450 W Leistungsspitze.
Die Batterieenergiemanagementeinheit 7 ist beispielhaft so eingerichtet, dass sie jeweils den größtmöglichen zur Verfügung stehenden Verbraucher zur Erzeugung des Prüfpulses auswählt und diese Auswahl wiederholt, bis die Leistung des gewünschten Prüfpulses bestmöglich erreicht ist. Aus den elektrischen Verbrauchern wählt die Batterieenergiemanagementeinheit 7 in dem gezeigten Beispiel den Verbraucher mit dem höchsten Leistungsbedarf aus, was hier die heizbare Heckscheibe mit 200 W ist. Damit fehlen noch 250 W zur Erreichung des gewünschten Prüfpulses. Aus den verbleibenden Verbrauchern wählt die Batterieenergiemanagementeinheit 7 nun wiederum denjenigen mit höchstem Leistungsbedarf, also den Scheibenenteiser mit 150 W, zur Erzeugung des Prüfpulses aus. Damit fehlen nur noch 100 W zur Erreichung des gewünschten Prüfpulses. Aus den wiederum verbleibenden Verbrauchern wählt die Batterieenergiemanagementeinheit 7 als nächstes entweder den Scheibenwischer oder das Innenraumgebläse aus, die mit 80 W den nächsthöchsten Verbrauch aufweist. Zwischen diesen beiden Verbrauchern mit gleichem Leistungsbedarf wählt die Batterieenergiemanagementeinheit 7 zufällig aus, hier den Scheibenwischer. Damit fehlen noch 20 W zur Erreichung des gewünschten Prüfpulses. Ein Auswählen des nächstgrößten Verbrauchers, nämlich des Innengebläses mit 80 W verbietet sich nun, da der gewünschte Prüfpuls damit zu groß werden würde. Die Batterieenergiemanagementeinheit 7 geht die verbleibenden Verbraucher der Größe nach durch und wählt schließlich den heizbaren Außenspiegel mit 20 W aus, mit dem der gewünschte Prüfpuls von 450 W erreicht wird. Diese Ausführungsvariante ist lediglich beispielhaft gegeben. Der Fachmann kann auch in abgewandelter Weise ein Auswahlverfahren gestalten, z.B. indem sämtliche mögliche kombinatorischen Kombinationen von Verbrauchern durchgegangen werden und jeweils der Leistungsbedarf der Kombination ermittelt wird und aus allen möglichen Kombinationen diejenige ausgewählt wird, bei der der erwartete Prüfpuls den gewünschten Charakteristiken am nächsten liegt.
7a zeigt schematisch einen Prüfpuls, der mittels des oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels erzeugt wurde. Zur Zeit t₁ versetzt die Batterieenergiemanagementeinheit 7 das Prüfpulsschaltelement 5 in einen ersten Zustand, in dem alle ausgewählten Verbraucher V1, V2, ... Vx unabhängig vom Schaltzustand der Komponentenschalter S1, S2, ... Sx von der Batterie 1 getrennt sind. Zur Zeit t₂ veranlasst die Batterieenergiemanagementeinheit 7 die elektronische Steuereinheit 6 dazu, Komponentenschalter S1, S2, ... Sx zu schließen, so dass die ausgewählten elektrischen Verbraucher V1, V2, ... Vx abhängig vom Schaltzustand des Prüfpulsschaltelements 5 mit der Batterie 1 verbindbar sind. Um zu gewährleisten, dass die Komponentenschaltern S1, S2, ... Sx mit ihren charakteristischen Verzögerungen auch alle geschaltet haben, wartet die Batterieenergiemanagementeinheit 7 eine vorgegebene Zeitspanne t₃–t₂ ab, und versetzt dann das Prüfpulsschaltelement 5 zum Zeitpunkt t₃ in den zweiten Zustand, so dass die ausgewählten Verbraucher V1, V2, ... Vx zu diesem Zeitpunkt mit der Batterie 1 verbunden werden. Die Belastung der Batterie steigt dabei um den vorbestimmten Betrag (im vorigen Beispiel der Belastung von insgesamt 450 W durch Abblendlicht, Scheibenenteiser, heizbare Heckscheibe und heizbare Außenspiegel) an. Zum Zeitpunkt t₄ versetzt die Batterieenergiemanagementeinheit 7 das Prüfpulsschaltelement 5 in den ersten Zustand zurück, so dass die ausgewählten Verbraucher V1, V2, ... Vx wieder deaktiviert werden und die Last wieder auf ihr vorhergehendes Niveau zurückkehrt. Die Lastkurve ist in 7a nur schematisch dargestellt, so dass die Last instantan ansteigt. In realen Ausführungen könnten hier durch kapazitive bzw. induktive Effekte Lastprofile mit steigender oder fallender Flanke auftreten, die der Fachmann mit berücksichtigen kann.
7b zeigt schematisch einen Prüfpuls, der mittels des oben beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiels erzeugt wurde. Bei deaktivierten ausgewählten Verbrauchern versetzt die Batterieenergiemanagementeinheit 7 das Prüfpulsschaltelement 5 zur Zeit t₁ in einen Zustand, so dass die ausgewählten Verbraucher V1, V2, ... Vx zu diesem Zeitpunkt mit der Batterie 1 verbindbar sind. Zu den Zeiten t₂, t₃, t₄ und t₅ veranlasst die Batterieenergiemanagementeinheit 7 die Steuereinheit 6 dazu, Komponentenschaltern S1, S2, ... Sx zeitversetzt zu schließen, so dass vier ausgewählte elektrische Verbraucher nacheinander zeitversetzt mit der Batterie verbunden und aktiviert werden. Zum Zeitpunkt t₆ versetzt die Batterieenergiemanagementeinheit 7 das Prüfpulsschaltelement 5 in den ersten, geöffneten Zustand zurück, so dass die ausgewählten Verbraucher V1, V2, ... Vx wieder deaktiviert werden und die Last wieder auf ihr vorhergehendes Niveau zurückkehrt.
Alternativ dazu könnte die Batterieenergiemanagementeinheit 7 aber auch durch entsprechendes Ansteuern der Komponentenschalter die ausgewählten Verbraucher zeitversetzt zu den Zeiten t₆, t₇, t₈ und t₉ deaktivieren, wie dies in der Variante aus 7c gezeigt ist.
Ein dem Prüfpulsen aus 7b oder 7c ähnlicher Prüfpuls könnte auch durch das oben beschriebene dritte Ausführungsbeispiel ohne Verwendung des Prüfpulsschaltelementes 5 erzeugt werden, indem die zuvor deaktivierten ausgewählten Verbraucher zeitversetzt mittels entsprechender Komponentenschalter zu den vorgegebenen Zeiten t₂, t₃, t₄ und t₅ aktiviert werden und zum Zeitpunkt t₆ gemeinsam, oder zu den Zeitpunkten t₆, t₇, t₈ und t₉ zeitversetzt wieder deaktiviert werden.
Bezugszeichenliste

1: Batterie
2: Minuspol der Batterie
3: Pluspol der Batterie
4: Hauptleistungspfad
5: Prüfpulsschaltelement
6: elektronische Steuereinheit (ECU)
7: Batterieenergiemanagementeinheit (BEM)
8: Batteriedatenmodul (BDM)
10: Diode
11: Schalter
K1, K2, ... Kx: Komponentenpfade
V1, V2, ... Vx: elektrische Verbraucher
S1, S2, ..., Sx: Komponentenschalter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010000679 A1 [0004, 0006]

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines Prüfpulses für eine Batterie (1) in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz mit elektrischen Verbrauchern (V1, V2, ... Vx), wobei das Verfahren umfasst: Auswählen einer Gruppe von elektrischen Verbrauchern (V1, V2, ... Vx), die zur Erzeugung eines Prüfpulses beitragen sollen; und Aktivieren der ausgewählten elektrischen Verbraucher (V1, V2, ... Vx) zu einem oder mehreren vorgegebenen Zeitpunkten.
Verfahren zur Erzeugung eines Prüfpulses nach Anspruch 1, wobei das Kraftfahrzeug-Bordnetz mehrere Komponentenschalter (S1, S2, ... Sx) und ein Prüfpulsschaltelement (5) umfasst und das Aktivieren der ausgewählten elektrischen Verbraucher (V1, V2, ... Vx) umfasst: Versetzen des Prüfpulsschaltelements (5) in einen ersten Zustand, in dem alle ausgewählten Verbraucher (V1, V2, ... Vx) unabhängig vom Schaltzustand der Komponentenschalter (S1, S2, ... Sx) von der Batterie (1) getrennt sind; Schließen von Komponentenschaltern (S1, S2, ... Sx), so dass die ausgewählten elektrischen Verbraucher (V1, V2, ... Vx) abhängig vom Schaltzustand des Prüfpulsschaltelements (5) mit der Batterie (1) verbindbar sind; Versetzen des Prüfpulsschaltelements (5) zu einem vorgegebenen Zeitpunkt in einen zweiten Zustand, so dass die ausgewählten Verbraucher (V1, V2, ... Vx) zu diesem Zeitpunkt mit der Batterie (1) verbunden werden;
Verfahren zur Erzeugung eines Prüfpulses nach Anspruch 1, wobei das Kraftfahrzeug-Bordnetz mehrere Komponentenschalter (S1, S2, ... Sx) und ein Prüfpulsschaltelement (5) umfasst und das Aktivieren der ausgewählten elektrischen Verbraucher (V1, V2, ... Vx) umfasst: Versetzen des Prüfpulsschaltelements (5) in einen zweiten Zustand, so dass die ausgewählten Verbraucher (V1, V2, ... Vx) abhängig vom Schaltzustand der Komponentenschalter (S1, S2, ... Sx) mit der Batterie (1) verbindbar sind; Schließen von Komponentenschaltern (S1, S2, ... Sx) zu vordefinierten Zeitpunkten, so dass die ausgewählten elektrischen Verbraucher (V1, V2, ... Vx) zu den vordefinierten Zeitpunkten mit der Batterie (1) verbunden werden.
Verfahren zur Erzeugung eines Prüfpulses nach Anspruch 1, wobei das Kraftfahrzeug-Bordnetz mehrere Komponentenschalter (S1, S2, ... Sx) umfasst und das Aktivieren der ausgewählten elektrischen Verbraucher (V1, V2, ... Vx) umfasst: Schließen von Komponentenschaltern (S1, S2, ... Sx) zu vordefinierten Zeitpunkten, so dass die ausgewählten elektrischen Verbraucher (V1, V2, ... Vx) zu den vordefinierten Zeitpunkten mit der Batterie (1) verbunden werden.
Verfahren zur Erzeugung eines Prüfpulses nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die vordefinierten Zeitpunkte für das Schließen der Komponentenschalter (S1, S2, ... Sx) so gewählt sind, dass die Verbraucher (V1, V2, ... Vx) zeitlich versetzt aktiviert werden.
Verfahren zur Batteriezustandserkennung, umfassend: Erzeugen eines Prüfpulses mittels des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche; und Prüfen des Zustandes der Batterie (1) mittels des Prüfpulses, der durch das Aktivieren der ausgewählten elektrischen Verbraucher (V1, V2, ... Vx) bedingt ist.
Kraftfahrzeug-Bordnetz für ein Fahrzeug, umfassend: eine Batterie (1); elektrische Verbraucher (V1, V2, ... Vx); Komponentenschalter (S1, S2, ... Sx) zum Aktivieren und Deaktivieren der elektrischen Verbraucher (V1, V2, ... Vx); ein Prüfpulsschaltelement (5) mit einem ersten und einem zweiten Schaltzustand, wobei im ersten Schaltzustand des Prüfpulsschaltelements (5) die elektrischen Verbraucher (V1, V2, ... Vx) unabhängig vom Schaltzustand der Komponentenschaltern (S1, S2, ... Sx) von der Batterie (1) getrennt sind und im zweiten Schaltzustand des Prüfpulsschaltelements (5) die elektrischen Verbraucher (V1, V2, ... Vx) abhängig vom Schaltzustand von Komponentenschaltern (S1, S2, ... Sx) mit der Batterie (1) verbindbar sind.
Kraftfahrzeug-Bordnetz nach Anspruch 7, ferner umfassend: eine Batterieenergiemanagementeinheit (7) und/oder eine Steuereinheit (6) die dazu eingerichtet sind, das Verfahren zur Erzeugung eines Prüfpulses nach einem der Ansprüche 1–5 auszuführen.
Kraftfahrzeug-Bordnetz nach Anspruch 8, ferner umfassend: eine Batteriesensorik (8), die dazu eingerichtet ist, den Zustand der Batterie (1) unter der Last eines erzeugten Prüfpulses zu erkennen und zur Auswertung an die Batterieenergiemanagementeinheit (7) zu übermitteln.
Kraftfahrzeug-Bordnetz nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem das Prüfpulsschaltelement (5) als Halbleiterschalter ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug-Bordnetz nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem das Prüfpulsschaltelement (5) als Q-Diode ausgebildet ist.