DE102015206878B4 - Verfahren zum Betrieb einer Batterie - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Batterie eines Kraftfahrzeugs,beim dem durch ein System des Kraftfahrzeugs fortlaufend Parameter überwacht werden, welche direkt oder indirekt den Zustand der Batterie wiedergeben, und wenigstens eine Risikominimierungsstrategie mit Maßnahmen zur Veränderung der Batteriesituation durchgeführt wird, wenn eine Auswerteeinheit des Systems aufgrund eines überwachten Parameters ein Alarmsignal erzeugt,wobei als Maßnahme der Risikominimierungsstrategie eine Desulfatierung der Batterie durchgeführt wird, wenn ein Innenwiderstand der Batterie einen Grenzwert überschreitet, und wobei die Desulfatierung über einen definierten Zeitraum durchgeführt wird und die Auswerteeinheit ein Alarmsignal erzeugt, wenn der Innenwiderstand der Batterie nach Ablauf dieses Zeitraums oberhalb eines Grenzwerts liegt,dadurch gekennzeichnet, dassdie Maßnahmen der Risikominimierungsstrategie in Abhängigkeit von einer Historie des vergangenen Betriebs des Kraftfahrzeugs gewählt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Batterie eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein derartiges Verfahren zum Betrieb einer Batterie ist aus US 2009/0027 056 A1 bekannt.
  • Aus der US 2007/0080662 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Batterie eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem durch ein System des Kraftfahrzeugs fortlaufend Parameter überwacht werden, welche den Zustand der Batterie wiedergeben. Es werden Maßnahmen zur Risikominimierung durchgeführt, wenn eine Auswerteeinheit des Systems ein Alarmsignal erzeugt.
  • Die DE 698 06 872 T2 lehrt ein Verfahren zum Betrieb einer Batterie eines Elektrofahrzeugs mit einer Überwachungseinrichtung zur kontinuierlichen Zustandsermittlung der Batterie sowie zur Erzeugung eines Alarmsignals und Durchführung von Maßnahmen zur Risikominimierung.
  • Aus US 2009/0243547 A1 ist ein Batterieladegerät für Fahrzeugbatterien bekannt, das zur Desulfatierung und zum Laden einen Spannungspuls verwendet, dessen Dauer sich über eine Pulszeit erstreckt und dessen Spannungswert zwischen einer Basisspannung mit einem Spannungswert Vdc und einer Spitzenspannung Vpeak schwankt. Der Spannungspuls dauert nur wenige Millisekunden. Dadurch wird aber nur ein relativ kleiner Bereich der Batterie desulfatiert. Um größere Mengen an kristallinem Bleisulfat in die amorphe Form umzuwandeln, werden die Schritte des teilweise Ladens, ergänzenden Ladens und Entladens periodisch über eine längere Zeitdauer durchgeführt, dies kann sich über mehrere Stunden erstrecken.
  • Die DE 600 35 034 T2 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Wiederherstellen einer sulfatierten Blei-Säure-Batterie in Abhängigkeit von einem Innenwiderstand der Batterie. Dabei wird die Batterie je nach Innenwiderstand und Batteriespannung mit unterschiedlichen Ladeströmen geladen.
  • Die DE 10 2011 008 247 A1 offenbart einen Steueralgorithmus für eine Niederspannungsschaltung in Hybrid- und herkömmlichen Fahrzeugen zur Antisulfatierung der Niederspannungsbatterie. Zur Antisultierung wird eine überschüssige Generatorlast verwendet.
  • Bei der Batterie kann es sich beispielsweise um eine Starterbatterie eines Kraftfahrzeugs handeln. Hierbei handelt es sich um einen Akkumulator, der den elektrischen Strom für den Anlasser eines Verbrennungsmotors liefert. Die Batterie eines Elektrofahrzeugs, welche für den Antrieb des Fahrzeugs dient, wird dagegen als Traktionsbatterie bezeichnet. Ergänzend können Elektrofahrzeuge oder HybridFahrzeuge auch eine Starterbatterie aufweisen. Als Batterien können beispielsweise Bleiakkumulatoren oder Lithium-Ionen-Akkumulatoren eingesetzt werden, welche jedoch im Folgenden auch als Bleibatterien oder Lithium-Ionen-Batterien bezeichnet werden.
  • Wenn Bleibatterien bzw. Bleiakkumulatoren altern und beispielsweise aufgrund von internen Kurzschlüssen oder anderen Mechanismen anfangen zu gasen, erhöht sich üblicherweise ihre Temperatur. Dies kann bei stark erhöhten Temperaturen dazu führen, dass das Elektrolyt anfängt zu kochen und aus der Batterie entweicht. So entstehender säurehaltiger Dampf, Wasserdampf und/oder Rauch stellt ein potenzielles Sicherheitsrisiko für Personen dar, oder kann zumindest ein Grund für Kundenunzufriedenheit sein, da solche Batterien unangenehme Gerüche verbreiten. Dies ist insbesondere im Bereich der Steckdosen-Elektrofahrzeuge oder Steckdosen-Hybridfahrzeuge kritisch, die beim Ladevorgang der Batterie oftmals für eine längere Zeit unbeaufsichtigt sind.
  • Bei alternden Bleibatterien können als Begleiterscheinung ferner interne Korrosion und ein hoher Innenwiderstand auftreten. Aufgrund des hohen Innenwiderstands und Kapazitätsschwunds sind sie beispielsweise nicht mehr in der Lage, Energie mit einer ausreichenden Spannung zum Anlassen des Fahrzeugs bereitzustellen.
  • Zudem bewirken elektrische Lasten, die mehr Strom ziehen als die Lichtmaschine oder der DCDC-Wandler des Fahrzeugs zuzuführen ausgelegt ist, Spannungstransienten an den Batterieanschlüssen während der Entladung, was die elektrische Funktionalität dieser oder anderer Lasten verschlechtern kann. Beispielsweise können die Transienten bewirken, dass Steuerungen im Fahrzeug heruntergefahren und neugestartet werden, wenn ihre Niederspannungsbetriebsgrenzen verletzt werden.
  • Außerdem kann bei Batterien, die diese Symptome zeigen, davon ausgegangen werden, dass sie voraussichtlich in absehbarer Zeit ausfallen werden. Dieser Ausfall an Funktionalität einer Batterie und damit eines Fahrzeugs sollte unbedingt vermieden werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Fahrer oder Servicepersonal früh genug auf einen bevorstehenden Batterieausfall aufmerksam gemacht wird. Als Indikatoren für eine defekte Batterie können dabei verschiedene Parameter herangezogen werden.
  • Warnmeldungen an den Fahrer oder einen Kundendienst bedingen jedoch, dass diese Personen kurzfristig auf diese reagieren, um die kritische Batteriesituation zu verändern. Erfolgt dies nicht rechtzeitig, kann ein Schaden und/oder eine Beeinträchtigung der Fahrzeugfunktionalität bereits eingetreten sein. Fahrzeugausfälle aufgrund akuter Batterieprobleme lassen sich so nicht verlässlich verhindern und derartige Maßnahmen sind insbesondere bei unbeaufsichtigten Ladevorgängen beispielsweise von Steckdosen-Elektrofahrzeugen oder Steckdosen-Hybridfahrzeugen oftmals nicht dazu geeignet, Schaden von der Batterie oder dem Fahrzeug abzuwenden. Dies kann beispielsweise durch den Austausch der Batterie erfolgen, aber bis zu diesem Austausch kann es bereits zu einem Austritt von Dämpfen aus der Batterie oder sogar einem Batterieausfall gekommen sein.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, das Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern und ein Verfahren zum sicheren Betrieb einer Batterie bereitzustellen, welches die Probleme des Verfahrens der eingangs genannten Art und zudem die oben genannten Probleme löst.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2-6.
  • Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Batterie eines Kraftfahrzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass durch ein System des Kraftfahrzeugs fortlaufend der Innenwiderstand der Batterie überwacht wird, der direkt oder indirekt den Zustand der Batterie wiedergibt. Wenn eine Auswerteeinheit des Systems aufgrund dieses überwachten Parameters ein Alarmsignal erzeugt, wird als Risikominimierungsstrategie eine Desulfatierung durchgeführt. Es wird beispielsweise nicht nur ein Warnhinweis auf dem Armaturenbrett angezeigt oder ein Fehlercode in einem Diagnosesystem des Fahrzeugs hinterlegt. Vielmehr wird als Reaktion auf ein Alarmsignal der Auswerteeinheit vom System des Fahrzeugs automatisch eine Risikominimierungsstrategie eingeleitet, mit der die Batteriesituation verändert wird, um die Situation so zu entschärfen.
  • Die Erfindung sieht somit vor, über eine fahrzeuginterne Risikominimierungsstrategie aktiv in die Situation der Batterie einzugreifen, um den Schaden zu reduzieren. Es handelt sich vorrangig um reaktive Maßnahmen, da diese als Reaktion auf eine geschädigte Batterie eingeleitet werden. Es kann sich jedoch auch um präventive Maßnahmen handeln, wenn beispielsweise ein Ladevorgang abgebrochen oder gar nicht erst begonnen wird, wenn z.B. zusätzlich die Umgebungstemperatur der Batterie als zu hoch erkannt wird. Solche Situationen können ansonsten zu starkem Gasen der Batterie führen und den Ladevorgang riskant werden lassen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, kritische Situationen einer Batterie sofort zu entschärfen, indem vom Fahrzeug Maßnahmen eingeleitet werden, ohne dass ein Fahrer oder Servicepersonal hierfür aktiv werden muss. So können kritische Situationen insbesondere beim unbeaufsichtigten Ladevorgang oder während des Fahrbetriebs sofort entschärft und das Risiko eines Fahrzeugausfalls vermindert werden.
  • Falls ein hoher Innenwiderstand der Batterie identifiziert wird, was ein Indiz für Korrosion und Sulfatierung der Batterie ist, kann die Risikominimierungsstrategie vorsehen, den Sollwert für die Ladespannung für eine sehr lange Zeit sehr hoch einzustellen, um die Sulfatierung an den Platten zu lösen. Folglich sieht die Erfindung vor, dass bei erhöhtem Innenwiderstand der Batterie als Maßnahme der Risikominimierungsstrategie eine Desulfatierung der Batterie durchgeführt wird.
  • Falls dagegen zudem eine erhöhte interne Temperatur der Batterie festgestellt wird, was für eine geschwächte bzw. geschädigte Batterie spricht (degraded battery), kann vorgesehen sein, den Ladestrom zu reduzieren oder die Batterie sogar von der Stromquelle zu trennen. Somit können Maßnahmen einer Risikominimierungsstrategie insbesondere auch zusätzlich das Reduzieren des Ladestroms der Batterie und/oder das Trennen der Batterie von der Stromquelle beinhalten. Das Trennen der Batterie von der Stromquelle kann beispielsweise über ein Relais erfolgen, oder das gesamte Fahrzeug wird beim Plug-In-Ladevorgang an einer Steckdose heruntergefahren.
  • Ferner ist es in einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Maßnahmen der Risikominimierungsstrategie in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs gewählt werden. Beispielsweise wird während des Ladevorgangs eines Steckdosenfahrzeugs das Fahrzeug vollständig runtergefahren, um negative Folgen zu verhindern, während beim Fahren des Fahrzeugs lediglich der Ladestrom reduziert wird. Falls eine Desulfatierung der Batterie vorgenommen werden soll, kann dies beim Ladevorgang an einer Steckdose erfolgen, um negative Effekte wie eine Reichweitenverminderung und/oder einen erhöhten Kraftstoffverbrauch zu vermeiden. Soll eine Desulfatierung während des Fahrens des Fahrzeugs vermieden werden, kann eine Risikominimierungsstrategie somit auch vorsehen, Maßnahmen verzögert einzuleiten. Insbesondere kann dies beinhalten, dass Maßnahmen erst eingeleitet werden, wenn sich das Fahrzeug in einem bestimmten Betriebsmodus befindet. Beispielsweise kann die Strategie auch vorsehen, die Desulfatierung gerade nicht während des Ladevorgangs vorzunehmen, um das unbeaufsichtigte Laden einer geschädigten Batterie zu vermeiden.
  • Als Parameter der Batterie können zusätzlich zum Innenwiderstand der Batterie wenigstens ein oder mehrere Parameter aus der Gruppe
    • - Temperaturgradient der internen Temperatur der Batterie;
    • - Ladestrom der Batterie; und
    • - Wasserverlust der Batterie
    überwacht werden.
  • Dies kann ergänzt werden durch jegliche andere Parameter, die dazu geeignet sind, einen kritischen Zustand der Batterie zu kennzeichnen.
  • Gemäß der Erfindung ist als Maßnahme der Risikominimierungsstrategie eine Desulfatierung der Batterie vorgesehen, wenn der Innenwiderstand der Batterie einen Grenzwert überschreitet. Der erhöhte Innenwiderstand lässt auf eine interne Korrosion der Batterie schließen, die aber auch durch eine Sulfatierung der Batterie verursacht worden sein kann. Um dies auszuschließen, wird die Desulfatierung beispielsweise über einen definierten Zeitraum durchgeführt und die Auswerteeinheit erzeugt ein Alarmsignal, wenn der Innenwiderstand der Batterie nach Ablauf dieses Zeitraums immer noch oberhalb eines Grenzwerts liegt. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass der Innenwiderstand aufgrund einer internen Korrosion erhöht wurde und nicht aufgrund einer Sulfatierung der Batterie, denn dann wäre er aufgrund der Desulfatierung wieder unter den maßgeblichen Grenzwert abgefallen. So können fehlerhafte Alarmsignale aufgrund einer Sulfatierung vermieden werden. Die Desulfatierung erfolgt dabei vorzugsweise durch ein Laden der Batterie mit einem Spannungssollwert, der wenigstens dem für eine Ausgleichsladung der Batterie entspricht.
  • Beim Ausgleichsladen wird ein Spannungssollwert verwendet, der ein vollständiges Laden aller Zellen in einem Bleiakkumulator innerhalb einer vertretbaren Zeit (z.B. 12 bis 24 Stunden) ermöglicht. Er ist für gewöhnlich temperaturabhängig und häufig derart definiert, dass die Gasentwicklungsrate unter einem maximalen Konstruktionswert in der Mitte des definierten Temperaturbereichs liegt. Die z-Kurve, die das Ausgleichsladen definiert, kann vom Batteriehersteller erhalten oder durch den Fahrzeughersteller definiert werden, um in einem gegebenen Zielfahrzeug mit einem vorausgesagten Benutzungsprofil gut zu funktionieren.
  • Die z-Kurve definiert die Spannung an den Anschlussklemmen der Batterie. Zum Steuern der primären elektrischen Stromquelle, um eine definierte Spannung an den Batterieanschlussklemmen zu erzielen, ist entweder eine Rückkopplungsregelung der Batteriespannung erforderlich oder es kann eine Strategie mit einer Regelung mit Störgrößenaufschaltung ausgeführt werden, die den Spannungssollwert des Generators oder DCDC-Wandlers in Bezug zu einem gesamten Fahrzeugstrom oder dem Batteriestrom einstellt.
  • Ergänzend zu der erfindungsgemäßen Einleitung einer Risikominimierungsstrategie können dennoch Warnhinweise an den Fahrer und/oder Servicepersonal gegeben werden, um diese auf eine geschädigte Batterie hinzuweisen. Da Algorithmen zur Identifizierung von geschädigten Batterien oftmals Fehlermeldungen erzeugen, obwohl die Batterie intakt ist, kann dabei jedoch vorgesehen sein, dass ein Warnhinweis im Armaturenbrett und/oder ein Fehlercode in einem Diagnosesystem nur erzeugt werden, wenn die Auswerteeinheit eine definierte Anzahl von Alarmsignalen innerhalb mehrerer aufeinander folgender Phasen des Betriebs erzeugt hat. Beispielsweise wird ein irregulärer Ladevorgang nur identifiziert, wenn wenigstens drei Mal in den letzten fünf Betriebsphasen ein Alarmsignal erzeugt wurde, das auf eine geschädigte Batterie hinweist. Auch eine fahrzeuginterne Risikominimierungsstrategie kann erst eingeleitet werden, sofern die Auswerteeinheit eine definierte Anzahl von Alarmsignalen innerhalb mehrerer aufeinander folgender Phasen des Betriebs des Fahrzeugs erzeugt hat.
  • Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
  • Von den Abbildungen zeigt:
    • 1 einen Algorithmus zur Begrenzung des Ladestroms, dieses Ausführungsbeispiel entspricht nicht dem Wortlaut des Anspruchs 1;
    • 2 ein Ausführungsbeispiel der Kommunikation zwischen Algorithmen zur Identifizierung von irregulären Ladezuständen, der Risikominimierungsstrategie, der Lastenmanagementstrategie und hohen Lasten, dieses Ausführungsbeispiel entspricht nicht dem Wortlaut des Anspruchs 1;
    • 3 einen Ablauf der Schritte beim Abtrennen der Batterie und Hoch- und Herunterfahren des Generatorspannungssollwerts, dieses Ausführungsbeispiel entspricht nicht dem Wortlaut des Anspruchs 1;
    • 4 einen Algorithmus mit Übernahme eines irregulären Ladevorgangs und der Beendigung einer Risikominimierungsstrategie, dieses Ausführungsbeispiel entspricht nicht dem Wortlaut des Anspruchs 1;
    • 5 einen Algorithmus zur Feststellung eines hohen Innenwiderstands einer Batterie und zur Anforderung einer Desulfatierung; und
    • 6 einen Algorithmus zur Feststellung eines hohen Innenwiderstands einer Batterie und zur Durchführung einer Desulfatierung.
    • 7 einen Prozess, der ermittelt, ob der zuvor festgestellte erhöhte Innenwiderstand der Batterie durch die durchgeführte Desulfatierung wieder gesunken ist.
  • Die Erfindung wird anhand von Risikominimierungsstrategien bei einer Sulfatierung der Batterie erläutert. In Ergänzung zu dieser Risikominimierungsstrategie werden zwei mögliche, zusätzliche Risikominimierungsstrategien erläutert. Hierbei handelt es sich einerseits um Maßnahmen, die eingeleitet werden, wenn eine Gasentwicklung und/oder interne Kurzschlüsse der Batterie detektiert werden. Ferner werden präventive Maßnahmen eingeleitet, um Batterien abzutrennen, wenn sie sich außerhalb eines bestimmten Temperaturfensters für einen Ladevorgang befinden.
  • Hohe Gasbildungsraten oder interne Kurzschlüsse werden bei Batterien oftmals begleitet durch eine Erhöhung des Batterietemperaturgradienten und einen hohen Ladestrom über die Zeit. Um diese Situationen zu identifizieren, können diese Parameter überwacht und verschiedene Algorithmen angewendet werden. Der jeweilige Algorithmus erzeugt dann ein Alarmsignal (Hinweis/Flag), wenn eine Gasbildung oder interne Kurzschlüsse detektiert wurden. Die Risikominimierungsstrategien gemäß dieser Erfindung können einen solchen Alarmhinweis einer Auswerteeinheit verwenden und daraufhin entsprechende Maßnahmen einleiten. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Ermittlung eines Batterietemperaturgradienten und eines hohen Ladestroms beschränkt, sondern es können jegliche andere Parameter überwacht werden, mit denen sich auf eine starke Gasentwicklung und/oder einen internen Kurzschluss schließen lässt.
  • Risikominimierungsstrategien bei Gasentwicklung und internen Kurzschlüssen können unterschiedlich organisiert sein, wobei es sich beispielsweise um grundlegende Unterstrategien handeln kann, welche die Stromversorgung regeln, um so ein Laden der Batterie zu begrenzen oder zu verhindern. Diese Unterstrategien können aktiviert und deaktiviert werden in Abhängigkeit vom Betriebsmodus des Fahrzeugs oder einer Historie des vergangenen Betriebs des Fahrzeugs. Ferner kann eine Kommunikationsstrategie eingeleitet werden, welche Warnhinweise im Armaturenbrett erzeugt und Fehlercodes in einem Diagnosesystem des Fahrzeugs hinterlegt.
  • Als Unterstrategie zu Regelung der Stromversorgung kann beispielsweise der Ladestrom limitiert werden. Ferner kann die Batterie über ein Relais von der Stromversorgung abgetrennt oder das Fahrzeug während des Ladens an einer Steckdose herunter gefahren werden. Ein Algorithmus zur Limitierung des Ladestroms verringert den Spannungssollwert, der durch eine Standard-z-Kurve definiert sein kann, wenn der Batteriestrom einen definierten Grenzwert übersteigt.
  • Dieser Stromgrenzwert sollte den Strom zur Batterie hin ausreichend limitieren, um erhöhte Temperaturen und Gasentwicklung zu verhindern. Ein Grenzwert von 0A verhindert einen Ladestrom vollständig, erlaubt aber kein Wiederaufladen der Batterie, falls ein interner Kurzschluss vorhanden ist. Daher kann eine leichte positive Kalibrierung der beste Kompromiss sein, um Gasentwicklung und thermische Effekte zu stoppen, während gleichzeitig Ladung in der Batterie gehalten wird, bis sie ersetzt wird.
  • Um den Ladestrom zu limitieren, kann ein Offset von einem Spannungssollwert abgezogen werden, der aus der z-Kurve ermittelt wird, so dass sich der hierfür erforderliche Spannungssollwert für die Stromlimitierung ergibt. 1 zeigt einen Algorithmus zur Strombegrenzung, der adaptiv das Offset UOffset berechnet, wenn ein starker Stromfluss identifiziert wurde. Ist eine Stromlimitierung aktiviert, wird zunächst im Schritt 1.1 der Wert UOffset = 0 gesetzt. Ferner wird im Schritt 1.2 der Wert USetpoint = UNominal - UOffset gesetzt und so der Spannungssollwert USetpoint für die Stromlimitierung ermittelt. Wird im Schritt 1.3 festgestellt, dass der Batteriestrom IBatt größer ist als der kalibrierte Grenzwert CurrentLimitThresh, erhöht der Algorithmus im Schritt 1.4 jedes Mal den Wert UOffset um den kalibrierten Wert Offsetlnc (UOffset = UOffset + Offsetinc). In diesem Fall wird im Schritt 1.5 ein Zeitstempel gespeichert. Während weiterer Messungen wird der Offset weit erhöht, wenn der Batteriestrom den Grenzwert CurrentLimitThresh überschreitet und ein frischer Zeitstempel wird gespeichert. Ist dies nicht mehr länger der Fall, vergleicht der Algorithmus den zuletzt gespeicherten Zeitstempel mit der aktuellen Zeit. Ergibt die Prüfung im Schritt 1.6, dass diese Differenz einen kalibrierten Grenzwert DecrementTimeThresh übersteigt (t- Timestamp > CurrentTimeThresh), wird der Offset um den kalibrierten Wert OffsetDec vermindert (Schritt 1.7). Dies wird wiederholt, bis der gemessene Batteriestrom erneut den Grenzwert CurrentLimitThresh übersteigt, oder die Stromlimitierungsfunktion deaktiviert wird. Die Offsetspannung, welche durch diesen Algorithmus berechnet wird, wird zu einem nominalen Spannungssollwert der z-Kurve hinzuaddiert.
  • Eine zweite Risikominimierungsstrategie kann vorsehen, die Batterie vom Stromversorgungssystem abzutrennen, was über ein Relais erfolgen kann. Falls der Strom zum Laden der Batterie und die Leistung für ein Niederspannungsnetzwerk von einem DCDC-Wandler bereit gestellt werden, kann die Batterie einfach ohne Sollwertmanipulation vom Bus getrennt werden. Um das Fahrzeug einsetzbar zu halten, sollte die Batterie wieder verbunden werden, wenn das Fahrzeug abgestellt wurde und nach aufeinander folgenden Starts kann sie wieder abgetrennt werden.
  • Solange die Batterie abgetrennt ist, kann sie keine Hochstromtransienten von Lasten wie beispielsweise einer elektronischen Servolenkung unterstützen, was dazu führen kann, dass die Leistung solcher Lasten nachlässt. Darüber hinaus kann, wenn solche Hochstromtransienten auftreten, die Spannung im Stromverteilungsnetz soweit absinken, dass andere elektrische Einheiten des Fahrzeugs ihre Funktionalität verlieren. Im Falle eines verteilten Steuergerätesystems im Fahrzeug kann ein Transient zu deren Abschaltung und Neustart führen.
  • Um dieses Problem zu lösen, kann die Strategie ein Signal an Komponenten mit hohen Lasten und das Lastenmanagementsystem des Fahrzeugs senden, solange die Batterie abgetrennt ist. Dieses Signal kann von Hochstromlasten dazu genutzt werden, ihre Betriebsparameter so zu ändern, dass die Lasten in einen geschwächten Modus betrieben werden, in dem die Arbeitsleistung nach wie vor maximiert ist, Hochstromtransienten jedoch minimiert werden. Das Signal kann ferner von einem Lastenmanagementsystem dazu genutzt werden, nicht essentielle Lasten zu deaktivieren. Dies minimiert die Wahrscheinlichkeit, dass der DCDC-Wandler während der Lasttransienten mehr Leistung verlangt als der DCDC-Wandler liefern kann. In diesem Fall würde die Spannung im Stromverteilungsnetz sinken.
  • 2 zeigt die Kommunikation zwischen Algorithmen zur Identifizierung von irregulären Ladezuständen, der Risikominimierungsstrategie, der Lastenmanagementstrategie und hohen Lasten. Dabei identifiziert ein Algorithmus im Schritt 2.1 eine Gasentwicklung und/oder einen internen Kurzschluss an der Batterie. Die Risikominimierungsstrategie 2.2 sieht daraufhin eine Abtrennung der Batterie vor (2.3), was durch ein Relais durchgeführt wird (2.3'). Dabei fließt in die Risikominimierungsstrategie die Information über den Fahrzeugaktivierungszustand (aktiviert/deaktiviert) (2.2`) und die Information über den Fahrzeugstartzustand (Kurbel- oder Startaufforderung/gestartet) (2.2") ein.
  • Die Risikominimierungsstrategie sendet daraufhin ein Signal mit der Information aus, dass die Batterie getrennt wurde. Dieses Signal kann von einem Lastenmanagement 2.4, einer elektronischen Servolenkung 2.5 und/oder Einheiten mit hohen Lasten 2.6 verwendet werden, um Transienten zu minimieren, wenn dieses Signal aktiviert ist.
  • Falls die Batterie und die elektrischen Fahrzeuglasten während der Fahrt über einen konventionellen Generator versorgt werden, kann diese Risikominimierungsstrategie angewendet werden, sofern ein Relais vorhanden ist, um die Bleibatterie vom Rest des Systems abzutrennen. Bevor die Batterie abgetrennt wird, sollte der Generatorsollwert jedoch wenigstens auf die Leerlaufspannung der Batterie heruntergefahren werden, um Lastabfälle zu verhindern. Dies gilt insbesondere für Batterien, die eine starke Gasentwicklung oder Entladung zeigen und hohe Ströme ziehen. Nachdem die Batterie abgetrennt wurde, sollte der Sollwert wieder hochgefahren werden bis zu seinem nominalen Wert.
  • 3 zeigt den Ablauf dieser Schritte. Im Schritt 3.1 identifiziert ein Algorithmus eine starke Gasentwicklung und/oder einen internen Kurzschluss. Im Schritt 3.2 wird der Generatorsollwert wenigstens bis zur Leerlaufspannung der Batterie heruntergefahren und die Batterie im Schritt 3.3 abgetrennt. Anschließend wird der Generatorsollwert im Schritt 3.4 wieder auf seine nominale Spannung hochgefahren.
  • Der Batterieladestrom sinkt auf null ab, wenn der Generatorsollwert auf die Lehrlaufspannung abgesenkt wird. Daher kann der Steueralgorithmus den Batteriestrom überwachen und ein Abtrennen der Batterie über ein Relais bewirken, wenn der Batteriestrom von Beladung auf Entladung wechselt.
  • Wenn die Batterie eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs an einer Steckdose geladen wird, wird das Niederspannungssystem normalerweise durch einen DCDC-Wandler versorgt. Die Bleibatterie ist normalerweise mit dem Niederspannungssystem verbunden und wird ebenfalls geladen. Falls eine extreme Gasentwicklung oder interne Kurzschlüsse identifiziert werden, während das Fahrzeug an einer Steckdose geladen wird, kann die Risikominimierungsstrategie ferner vorsehen, die Schnellaufladung zu beenden und alle Fahrzeugsysteme herunterzufahren. In diesem Fall sollten Alarmhinweise im Armaturenbrett aktiviert und Fehlercodes im Diagnosesystem hinterlegt werden, um Servicepersonal über diesen Vorgang zu informieren.
  • Diese Unterstrategien, welche den Ladevorgang einer Batterie begrenzen, können in Abhängigkeit vom Betriebsmodus des Fahrzeugs und der Historie des vergangenen Betriebs des Fahrzeugs aktiviert und deaktiviert werden. Dabei wird insbesondere unterschieden zwischen Zuständen, in denen das Fahrzeug an einer Steckdose geladen wird oder fährt. Ferner kann einfließen, mit welchem Parameter ein irregulärer Ladevorgang detektiert wurde. Beispielsweise kann es sich um die Feststellung eines erhöhten Temperaturgradienten, eines erhöhten Ladestroms über die Zeit oder eines internen Kurzschlusses handeln.
  • Als Unterstrategien zur Stromversorgungsregelung können jegliche Strategien aus der Gruppe Ladestromlimitierung, Batterieabtrennung oder Herunterfahren des Fahrzeugs verwendet werden. Bei einem Elektrofahrzeug kann das Herunterfahren des Fahrzeugs beispielsweise für jede Art des irregulären Ladevorgangs vorgesehen werden, sofern das Fahrzeug gerade an einer Steckdose geladen wird. Wenn das Fahrzeug fährt, kann eine Ladestromlimitierung gewählt werden, falls ein interner Kurzschluss detektiert wird. Die Batterie kann dagegen abgetrennt werden, falls ein erhöhter Temperaturgradient festgestellt wird. Der Grund für diese Vorgehensweise ist, dass eine Batterie mit einem internen Kurzschluss über eine kurze Zeit in der Lage sein könnte, ohne kritische Situationen zu funktionieren, wenn der Ladestrom limitiert wird. Eine Batterie, welche dagegen stetig heißer wird, sollte von der Stromversorgung abgetrennt werden, auch wenn diese Maßnahme die Leistungsfähigkeit anderer Systeme vermindern könnte.
  • Die Stromversorgungsansteuerung kann automatisch beendet werden, wenn eine oder mehrere der folgenden Bedingungen eintreten:
    • - Die Batterie wird ersetzt.
    • - Beim nächsten Schlüsselzyklus oder Fahrzeugaktivierungszyklus oder nach den nächsten ein, zwei oder mehr Schlüssel- oder Fahrzeugaktivierungszyklen.
    • - Während der nächsten Fahrt, falls das Fahrzeug für einen Mindestzeitraum in Bewegung war.
  • Die erste Bedingung kann überprüft werden, wenn das Batterieüberwachungssystem eine Batteriezeit im Servicetimer umfasst. Ferner könnte ein Mechaniker, der eine Batterie ersetzt, über ein Wartungsinterface angeben, dass die Batterie ersetzt wurde. Die dritte Bedingung kann dadurch implementiert werden, dass ein Timer gestartet wird, wenn das Fahrzeug anfängt zu fahren und ein irregulärer Ladungszustand in der Vergangenheit aufgetreten ist. Der kalibrierte Zeitraum sollte ausreichend sein, damit Wasserstoffgas, das sich in und um die Batterie herum gesammelt hat, auflösen kann.
  • Falls eine Beendigung der Risikominimierungsstrategie nicht am Ende einer Aktivierungsphase des Fahrzeugs stattgefunden hat, innerhalb der ein irregulärer Ladevorgang detektiert wurde, wird die Art des irregulären Ladevorgangs (hoher Temperaturgradient, interner Kurzschluss, etc.) in einem nicht-flüchtigen Speicher hinterlegt. Er wird verwendet, um die Risikominimierungsstrategie bezüglich der Stromansteuerung zu bestimmen, wenn das Fahrzeug reaktiviert wird. Auf diese Weise wird ein irregulärer Ladevorgang von aufeinander folgenden Aktivierungsphasen des Fahrzeugs übernommen bis die Bedingungen für eine Beendigung der Risikominimierungsstrategie erfüllt sind.
  • 4 zeigt einen Algorithmus mit Übernahme eines irregulären Ladevorgangs und der Beendigung einer Risikominimierungsstrategie. Dabei stehen beispielhaft drei Maßnahmen A, B und C zur Steuerung der Stromversorgung zur Verfügung. Zunächst wird ein festgestellter irregulärer Ladevorgang vom Typ I im Schritt 4.1 übernommen und im Schritt 4.2 geprüft, ob das Fahrzeug gerade an einer Steckdose geladen wird. Ist dies nicht der Fall, wird im Schritt 4.3 geprüft, ob der Zusatzaggregatemodus (Accessory Mode) vorliegt oder bereits Drehmoment möglich ist (Torque Ready). Im ersten Fall 4.3' wird die Maßnahme B eingeleitet, während im zweiten Fall 4.3" die Maßnahme C der Risikominimierungsstrategie eingeleitet wird. Die Maßnahme A der Risikominimierungsstrategie wird eingeleitet, sofern die Überprüfung im Schritt 4.2 ergeben hat, dass das Fahrzeug gerade an einer Steckdose geladen wird.
  • Bei jeder Maßnahme A, B, C wird in den jeweiligen Schritten 4.4, 4.4` und 4.4" überprüft, ob die Bedingungen für die Beendigung der Risikominimierungsstrategie erfüllt sind. Ist dies der Fall, wird der irreguläre Ladevorgang des Typs I gelöscht (4.5) und zur normalen Stromansteuerung zurückgekehrt (4.6).
  • Eine Kommunikationsstrategie zur Risikominimierung bei Gasentwicklung oder internen Kurzschlüssen kann Regelungen beinhalten, unter welchen Bedingungen Warnungen über ein Armaturenbrett oder Fehlercodes aktiviert und deaktiviert werden. Warnungen auf einem Armaturenbrett können für jegliche Arten von irregulären Ladezuständen sofort erzeugt werden, nachdem deren Feststellung erfolgt ist oder ihre Erzeugung kann verschoben werden, bis das gleiche Ereignis oder ähnliche Ereignisse wiederholt stattgefunden haben. Auf diese Weise können Fehlalarme aufgrund von fehlerhaften Messungen herausgefiltert werden. Diese würden ansonsten zu hohen Garantiekosten und Kundenunzufriedenheit führen.
  • Da die Risikominimierungsstrategien dazu ausgerichtet sind, diejenigen Symptome der Batterie zu mindern, welche dazu verwendet werden, um einen irregulären Ladevorgang zu detektieren, muss der Ereigniszähler mit der Strategie koordiniert werden. Da Fehlercodes nur ausgelesen werden, wenn sich das Fahrzeug bei einem Händler oder Mechaniker befindet, können diese sofort erzeugt werden oder ebenfalls erst, nachdem das Ereignis wiederholt aufgetreten ist.
  • Batterien sollten ferner isoliert oder nicht verwendet werden, falls sich die Umgebungstemperatur außerhalb des Batteriebetriebsfensters befindet. Dies kann als präventive Risikominimierungsstrategie vorgesehen sein. Für Bleibatterien sollte die Batterie beispielsweise mittels einer Nullstromansteuerung isoliert werden, welche einen Ladestrom verhindert, wenn die Temperatur 60°C übersteigt. Hierdurch wird ein Gasen der Batterie vermieden. Im Falle einer Lithium-Ionen-Batterie ist eine Isolierung der Batterie für sehr heiße und sehr kalte Umgebungsbedingungen zweckmäßig. Die Batterien können über ein Relais von einem Stromversorgungsnetzwerk isoliert werden, oder der Spannungssollwert der Stromversorgung wird so angesteuert, dass kein Ladestrom vorliegt.
  • Wenn das Fahrzeug gerade an einer Steckdose geladen wird, kann eine weitere präventive Strategie vorsehen, alle Fahrzeugsysteme herunterzufahren, wenn die Umgebungstemperatur außerhalb der erlaubten Betriebstemperatur für die Batterie liegt. Zur Auswahl dieser Strategie muss zuvor festgestellt werden, ob das Fahrzeug gerade geladen wird und ob die Umgebungstemperatur innerhalb zulässiger Grenzen liegt.
  • Korrosion einer Bleibatterie kann insbesondere über Feststellung eines hohen Innenwiderstands der Batterie detektiert werden, da dieser ein Begleiteffekt der Korrosion ist. Hierzu ist in einer Ausführungsform der Erfindung ein Algorithmus vorgesehen, der mit einem Batterieüberwachungssensor den Batteriestrom und die Batteriespannung misst, wenn die Fahrzeuglasten nicht von einem Generator oder einem DCDC-Wandler unterstützt werden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Fahrzeug gerade zwischen An- und Ausschalten wechselt. Vorzugsweise wird die Ermittlung des Innenwiderstands während des Kurbelns eines Verbrennungsmotors beim Startvorgang durchgeführt. Im Fall eines elektrischen Fahrzeugs oder eines Fahrzeugs ohne herkömmlichen Startermotor kann die Ermittlung des Innenwiderstands der Batterie vorzugsweise beim Schließen eines Relais beim Start durchgeführt werden. In beiden Fällen werden die geeigneten Zeitpunkte durch die Kalibrierung einer Stromschwelle mit dem Parameternamen ICorrDischargeThresh ausgesondert. Wenn eine Änderung des Batteriestroms erfolgt, wird der Innenwiderstand der Batterie dadurch ermittelt, dass die daraus resultierende Änderung der Batteriespannung durch diese Änderung des Batteriestroms dividiert wird (Innenwiderstand der Batterie = USampleCharge - UBatt/ISampleCharge - IBatt).
  • Der ermittelte Innenwiderstand der Batterie kann bezüglich des aktuellen Ladezustands und der Temperatur genormt werden, um den Widerstand bei einem Norm-Ladezustand und einer Norm-Temperatur abzuschätzen. Beispielsweise können berechnete Innenwiderstände zu Widerständen bei 100% SOC und 25°C umgerechnet werden. Die Normierung kann dabei zum Beispiel mit einer Lookup-Tabelle durchgeführt werden. Der normierte Innenwiderstand wird dann mit einem kalibrierten Schwellwert verglichen, um Korrosion oder Sulfatierung zu detektieren.
  • Werden Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge über eine längere Zeit an einer Steckdose geladen, kann es sein, dass An- und Ausschaltübergänge nicht ausreichend oft stattfinden, um bei diesen Gelegenheiten den Innenwiderstand der Batterie zu ermitteln. Der Algorithmus kann daher auch vorsehen, gezielt eine Last zu aktivieren, während der Generator oder DCDC-Wandler deaktiviert ist, um fortlaufend Daten um ein definiertes Entladestrom level herum zu erhalten und daraus den Innenwiderstand der Batterie zu berechnen. Bei dieser Last kann es sich beispielsweise um eine vorhandene elektrische Komponente des Fahrzeugs handeln, wobei hierzu beispielsweise eine beheizbare Fensterscheibe eingesetzt werden kann. Es kann jedoch auch ein elektrischer Widerstand verwendet werden, der nur für diesen Zweck der Korrosionsfeststellung im Fahrzeug installiert ist. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Generator oder DCDC-Wandler periodisch deaktiviert und wieder aktiviert wird oder der Spannungssollwert herabgesetzt und wieder erhöht wird, um eine Änderung des Batteriestroms zu induzieren. So kann die daraus resultierende Änderung der Batteriespannung gemessen werden.
  • Übersteigt der ermittelte und vorzugsweise genormte Innenwiderstand der Batterie einen definierten Grenzwert, schließt der Algorithmus daraus auf eine interne Korrosion. Hierbei besteht jedoch das Problem, dass ein hoher Innenwiderstand der Batterie auch durch eine Sulfatierung der Batterie verursacht worden sein kann. Dieser Umstand kann zu fehlerhaften Meldungen bezüglich der Korrosion führen. Eine Sulfatierung der Batterie kann jedoch aufgelöst werden, indem über einen bestimmten Zeitraum eine Ausgleichsladung (equalization charging) stattfindet. Falls der hohe Innenwiderstand durch Sulfatierung der Batterie verursacht wurde, sollte sich der Widerstand nach Durchführung der Ausgleichsladung wieder senken. Ist dies nicht der Fall, sondern der Innenwiderstand verbleibt hoch, kann davon ausgegangen werden, dass er durch Korrosion verursacht wurde. In diesem Fall kann die Risikominimierungsstrategie für eine festgestellte Korrosion eingeleitet werden.
  • Algorithmen zur Feststellung eines hohen (genormten) Innenwiderstands einer Batterie und zur Durchführung einer Desulfatierung, um eine Sulfatierung der Batterie als Ursache für den hohen Innenwiderstand auszuschließen oder zu beheben, sind beispielhaft in den 5, 6 und 7 dargestellt. Der Algorithmus der 5 dient dabei zur Feststellung eines erhöhten Innenwiderstands der Batterie und zur Einleitung einer Desulfatierung. Der Prozess sieht im Schritt 5.1 eine Aktivierung der Stromversorgung vor. Im Schritt 5.2 wird überprüft, ob ein Hinweisflag für eine durchgeführte Desulfatierung deaktiviert ist. Trifft dies zu, wird im Schritt 5.3 überprüft, ob der Batteriestrom IBatt oberhalb eines Grenzwerts ICorrDetThresh liegt. Ist dies der Fall, werden im Schritt 5.4 die Batteriespannung und der Batteriestrom zu den Parametern USampleCharge = UBatt und ISampleCharge = IBatt gesetzt und ein Zeitstempel SampleTimeStamp gespeichert. Ist dies dagegen nicht der Fall, wird im Schritt 5.5 überprüft, ob der Batteriestrom unterhalb eines zweiten Grenzwerts ICorrDischargeThresh liegt und gleichzeitig die Differenz aus der aktuellen Zeit und dem gespeicherten Zeitstempel SampleTimeStamp unterhalb eines Grenzwertes CorrSampleTimeThresh liegt (t- SampleTimeStamp < CorrSampleTimeThresh). Ist dies der Fall, wird im Schritt 5.6 der Innenwiderstand der Batterie durch den Quotienten (USampleCharge - UBatt)/(ISampleCharge - IBatt) gebildet und in diesem Ausführungsbeispiel auch bezüglich des Ladezustands der Batterie und der Batterietemperatur genormt. Liegt dieser Wert RNorm oberhalb eines Grenzwertes MaxCorrThresh (Schritt 5.7), wird dies als erhöhter Innenwiderstand der Batterie gewertet. Ergibt die Überprüfung im Schritt 5.8, dass ein Hinweisflag für die Anforderung einer Desulfatierung noch nicht aktiviert ist, erfolgt dies im Schritt 5.9. Diese Überprüfung erfolgt ebenfalls im Schritt 5.8`, wenn der Innenwiderstand der Batterie den genannten Grenzwert MaxCorrThresh nicht überschreitet. Ergibt die Prüfung im Schritt 5.8`, dass ein Hinweisflag für die Anforderung einer Desulfatierung aktiviert ist, wird dieser Hinweis im Schritt 5.9` deaktiviert.
  • Ein Hinweisflag für die Anforderung einer Desulfatierung kann jedoch auch durch andersartige Algorithmen erzeugt werden. Insbesondere kann er periodisch erzeugt werden, wenn beispielsweise seit der letzten Desulfatierung eine bestimmte Zeit vergangen ist.
  • 6 zeigt einen Algorithmus, der eine Desulfatierung durchführt, sobald sie angefordert wird. Dieser Prozess wird durchgeführt, wenn beispielsweise vom Algorithmus in 5 ein entsprechender Hinweisflag für die Anforderung einer Desulfatierung aktiviert wurde oder ein solcher Hinweisflag periodisch gesetzt wurde. Der Algorithmus sieht im Schritt 6.1 eine Aktivierung der Stromversorgung vor. Dann wird im Schritt 6.2 überprüft, ob ein interner Hinweisflag zur Anforderung einer Desulfatierung bereits aktiviert ist. Ist dies nicht der Fall, wird im Schritt 6.3 die normale Stromversorgungsmanagementstrategie durchgeführt und im Schritt 6.5 weiterhin ermittelt, ob ein interner Hinweisflag zur Anforderung einer Desulfatierung aktiviert ist.
  • Die Variable DesulfTime gibt dabei die Zeitspanne wieder, die eine Desulfatierung bereits stattgefunden hat. Diese Variable wird in einem nicht-flüchtigen Speicher hinterlegt, so dass sie während jeder Abschaltung des Fahrzeugs gespeichert und bei der nächsten Aktivierung des Fahrzeugs wieder aktualisiert werden kann. Wird im Schritt 6.5 festgestellt, dass ein Hinweisflag zur Anforderung einer Desulfatierung aktiviert wurde, wird die Variable DesulfTime=0 gesetzt (Schritt 6.6). Wird dagegen im Schritt 6.2 festgestellt, dass bei Aktivierung der Stromversorgung bereits ein Hinweisflag zur Anforderung einer Desulfatierung aktiviert war, d.h. eine Desulfatierung bereits im Gange ist, wird im Schritt 6.4 die Zeit seit der letzten Abschaltung mit einem kalibrierten Grenzwert DesulfKeyOffTimeThresh verglichen. Dazu wurde bei der Abschaltung des Fahrzeugs ein Zeitstempel gesetzt und die Differenz aus der aktuellen Zeit und diesem Zeitstempel wird mit dem Grenzwert verglichen (RealTime - DesulfShutDownTimeStamp > DesulfKeyOffTimeThresh?). Falls die Zeit seit der letzten Abschaltung diesen Grenzwert überschreitet, wird davon ausgegangen, dass die Zeit der Abschaltung zu groß war, da eine signifikante Entladung stattgefunden haben könnte. Vorzugsweise wird die bereits angefangene Desulfatierung dann nicht fortgeführt, sondern von Neuem begonnen. Daher wird auch in diesem Fall die Variable DesulfTime=0 gesetzt (Schritt 6.6).
  • Eine Desulfatierung wird somit durchgeführt, wenn ein Hinweisflag zur Anforderung einer solchen gesetzt ist. Eine weitere Bedingung für die Aktivierung einer Desulfatierung kann sein, dass sich das Fahrzeug in einem bestimmten Betriebsmodus befindet. Dabei kann es sich bei Steckdosenfahrzeugen beispielsweise um den Zustand des Ladens an der Steckdose und das Fahren ohne Anschluss an eine Steckdose handeln. Eine solche Bedingung ist im Algorithmus der 6 nicht vorgesehen, kann jedoch optional beispielsweise in den Schritten 6.2 und 6.5 abgefragt werden. Es wird somit für diese Ausführungsform des Algorithmus nur zu den Schritten 6.4 bzw. 6.6 übergegangen, wenn ein Hinweisflag zur Anforderung einer Desulfatierung aktiviert ist und sich das Fahrzeug gleichzeitig in einem bestimmten Betriebsmodus befindet.
  • Vor Beginn der Desulfatierung wird für jede der genannten Varianten vorzugsweise ein Zeitstempel auf die aktuelle Zeit gesetzt (6.7), und im Schritt 6.8 dann der Spannungssollwert für die Desulfatierung angewendet. Die Zeit DesulfTime der Desulfatierung wird dabei überwacht. Sobald sie einen Grenzwert DesulfPeriod erreicht, wird ein Hinweisflag gesetzt, der anzeigt, dass die Desulfatierung abgeschlossen ist. Ergibt der Vergleich in Schritt 6.9 (DesulfTime + RealTime - DesulfStartTimeStamp > DesulfPeriod ?) somit, dass der Grenzwert erreicht ist, wird im Schritt 6.10 der Hinweisflag zur Anzeige einer erfolgten Desulfatierung aktiviert (DesulfatedFlag) und der Hinweisflag zur Anforderung einer Desulfatierung deaktiviert.
  • Ist der Grenzwert DesulfPeriod dagegen noch nicht erreicht, dauert die Desulfatierung an und es wird im Schritt 6.11 fortlaufend geprüft, ob eine Abschaltung der Stromversorgung stattgefunden hat. Sobald dies der Fall ist, wird der aktuelle Wert der Variablen DesulfTime in einem nicht-flüchtigen Speicher hinterlegt (DesulfTime = DesulfTime + RealTime - DesuIfStartTimeStamp). Ferner wird auch die aktuelle Zeit als Zeitstempel für die Abschaltung des Fahrzeugs (DesuIfShutDownTimeStamp) in einem nicht-flüchtigen Speicher hinterlegt. Dieser Zeitstempel kann beim nächsten Start des Fahrzeugs im Schritt 6.4 verwendet werden.
  • Wenn ein erhöhter (genormter) Innenwiderstand der Batterie festgestellt wird, wird somit eine Desulfatierung durchgeführt. Dieser Prozess beinhaltet vorzugsweise ein Laden der Batterie mit einem Spannungssollwert, der wenigstens dem für eine Ausgleichsladung entspricht. Die Desulfatierung erfolgt über eine definierte Zeitspanne und der Hinweisflag (DesulfatedFlag) aus Schritt 6.10 im Algorithmus der 6 gibt an, dass sie zu Ende durchgeführt wurde. Nach dem Desulfatierungsladen sollte sich der erhöhte Innenwiderstand verringert haben. Falls dies nicht der Fall ist, wurde der Zustand voraussichtlich durch Korrosion oder einen anderen Batteriefehler verursacht. Dann sollte die Batterie überprüft und gegebenenfalls ersetzt werden.
  • 7 zeigt einen Prozess, der ermittelt, ob der zuvor festgestellte erhöhte Innenwiderstand der Batterie durch die durchgeführte Desulfatierung wieder gesunken ist. Dann wäre er durch eine Sulfatierung der Batterie verursacht gewesen, die sich beheben ließ. Ist er es jedoch nicht, wird daraus auf eine Korrosion oder anderen Fehler der Batterie geschlossen. Der Prozess fängt erneut mit einer Aktivierung der Stromversorgung an (Schritt 7.1). Sobald im Schritt 7.3 festgestellt wird, dass der Hinweisflag zur Anzeige einer erfolgten Desulfatierung aktiviert ist (DesulfatedFlag), erfolgt im Schritt 7.4 eine Überprüfung, ob der Batteriestrom oberhalb der Schwelle ICorrDetThresh liegt. Solange dies der Fall ist, werden in Schritt 7.5 USampleCharge = UBatt und ISampleCharge = IBatt gesetzt und ein Zeitstempel SampleTimeStamp gesetzt.
  • Sobald die Überprüfung in Schritt 7.4 jedoch ergibt, dass der Batteriestrom unterhalb der Schwelle ICorrDetThresh liegt, erfolgt in Schritt 7.6 eine weitere Überprüfung, ob der Batteriestrom IBatt auch unterhalb einer Schwelle ICorrDischargeThresh liegt und gleichzeitig die Differenz aus der Zeit und dem Zeitstempel kleiner ist als ein Grenzwert CorrSampleTimeThresh. Wenn diese beiden Bedingungen erfüllt sind, wird in Schritt 7.7 der vorzugsweise genormte Innenwiderstand RNorm berechnet. Der Innenwiderstand wird dabei ermittelt als Quotient (USampleCharge - UBatt)/(ISampleCharge - IBatt), und er wird zu einem Nenn-Ladezustand und einer Nenn-Temperatur genormt. In Schritt 7.8 wird der (genormte) Innenwiderstand mit einem Grenzwert MaxCorrThresh verglichen. Falls der Innenwiderstand größer als der Grenzwert ausfällt, wird Korrosion identifiziert, was in Schritt 7.9 zur Aktivierung eines entsprechenden Hinweisflags führt (BattMaintenanceReqFlag). Dieser Hinweisflag gibt an, dass eine Wartung der Batterie stattfinden sollte. Der Hinweisflag kann beispielsweise eine Warnmeldung im Armaturenbrett des Fahrzeugs bewirken. Ferner können durch ihn Fehlercodes in einem Diagnosesystem des Fahrzeugs erzeugt werden, die von Fachpersonal ausgelesen werden können.
  • Falls der Innenwiderstand dagegen kleiner als der Grenzwert MaxCorrThresh ist, wird lediglich in Schritt 7.2 der Hinweisflag zur Anzeige einer erfolgten Desulfatierung deaktiviert (DesulfatedFlag). Da der erhöhte Innenwiderstand in diesem Fall offensichtlich durch eine Sulfatierung verursacht wurde, die sich durch die Desulfatierung beheben ließ, muss keine Wartung der Batterie erfolgen. So können unnötige Alarmmeldungen vermieden werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, beim dem durch ein System des Kraftfahrzeugs fortlaufend Parameter überwacht werden, welche direkt oder indirekt den Zustand der Batterie wiedergeben, und wenigstens eine Risikominimierungsstrategie mit Maßnahmen zur Veränderung der Batteriesituation durchgeführt wird, wenn eine Auswerteeinheit des Systems aufgrund eines überwachten Parameters ein Alarmsignal erzeugt, wobei als Maßnahme der Risikominimierungsstrategie eine Desulfatierung der Batterie durchgeführt wird, wenn ein Innenwiderstand der Batterie einen Grenzwert überschreitet, und wobei die Desulfatierung über einen definierten Zeitraum durchgeführt wird und die Auswerteeinheit ein Alarmsignal erzeugt, wenn der Innenwiderstand der Batterie nach Ablauf dieses Zeitraums oberhalb eines Grenzwerts liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen der Risikominimierungsstrategie in Abhängigkeit von einer Historie des vergangenen Betriebs des Kraftfahrzeugs gewählt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahmen der Risikominimierungsstrategie in Abhängigkeit von dem Parameter gewählt werden, aufgrund dessen Überwachung die Auswerteeinheit ein Alarmsignal erzeugt hat.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maßnahme der Risikominimierungsstrategie das Reduzieren des Ladestroms der Batterie ist.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maßnahme der Risikominimierungsstrategie das Trennen der Batterie von der Stromquelle ist.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein oder mehrere Parameter aus der Gruppe - Temperaturgradient der internen Temperatur der Batterie; - Ladestrom der Batterie; und - Wasserverlust der Batterie überwacht werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Desulfatierung durch ein Laden der Batterie mit einem Spannungssollwert erfolgt, der wenigstens dem für eine Ausgleichsladung der Batterie entspricht.
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