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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines Modells zur Temperaturüberwachung eines Batteriemoduls, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, wobei das Batteriemodul wenigstens eine Batteriezelle und wenigstens einen externen Temperatursensor aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Temperaturüberwachung eines solchen Batteriemoduls, eine Steuerung für ein Fahrzeug zur Durchführung des Verfahrens zur Temperaturüberwachung sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Steuerung.
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Batteriemodule für Fahrzeuge wie Lithium-Ionen-Batterien sind bekannt. Die Leistungsfähigkeit eines Batteriemoduls ist stark temperaturabhängig. Daher ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Temperatur des Batteriemoduls mittels Temperatursensoren zu überwachen, um die Temperatur bei der Nutzung des Batteriemoduls berücksichtigen zu können und diese Nutzung effizienter zu gestalten. Für die Temperaturüberwachung des Batteriemoduls werden die Messdaten mit einem Modell verglichen, das in einer Steuerung des Fahrzeugs hinterlegt ist.
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Das Batteriemodul sollte stets in einem bestimmten Temperatursegment gehalten werden, damit eine optimale Leistung erzielt werden kann, ein sicherer Betrieb gewährleistet ist und Alterungsprozesse minimiert werden. Entscheidend ist hier die aktuelle interne Temperatur der einzelnen Batteriezellen des Batteriemoduls.
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Zur Verringerung des technischen Aufwands und damit der Kosten werden jedoch normalerweise die Temperaturen nur an wenigen Stellen im Batteriemodul erfasst und zudem meist nicht im Inneren der einzelnen Zellpakete oder gar der einzelnen Batteriezellen, sondern durch externe Temperatursensoren, die im Bereich des Außengehäuses angeordnet sind, welches das Batteriemodul gegenüber der Umgebung abschließt. Diese so gemessene externe Temperatur kann um einen relativ großen Betrag von der tatsächlichen internen Temperatur in den Batteriezellen abweichen sowie eine beträchtliche Zeitverzögerung gegenüber dieser aufweisen.
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Die im Zellinneren entstehenden Temperaturen werden ferner von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst, zum Beispiel Lastzyklen, Lebensdauer und Ladezustand. Neben den zellgetriebenen Faktoren können auch die Position der Temperatursensoren, die Bauraum- und Außentemperatur sowie die thermische Trägheit des Systems die Messungen beeinflussen. Für alle diese Faktoren müssen Vorhalte im Modell der Temperaturüberwachung eingebracht werden. Welcher der oben genannten Einflüsse zu einer Temperaturänderung führt, kann hierbei nicht eindeutig identifiziert werden.
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Vorhalte sind Grenzwerte, die eine bestimmte Reaktion auslösen, wenn sie erreicht oder überschritten werden. Bisher wurden die Grenzwerte mit maximaler Sicherheit gewählt, um für alle Bedingungen, beispielsweise das Alter der Batterie, eine größtmögliche Sicherheit zu gewährleisten. Dies führt jedoch zu einer ineffizienten Nutzung des tatsächlichen Potentials der Batterie.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitstellen, mittels dem ein verbessertes Modell zur Temperaturüberwachung eines Batteriemoduls erstellt werden kann. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zur Temperaturüberwachung eines Batteriemoduls zu schaffen, das dieses verbesserte Modell zur Temperaturüberwachung verwendet. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Steuerung sowie ein Fahrzeug bereitzustellen, die dieses Verfahren zur Temperaturüberwachung verwenden.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zum Erstellen eines Modells zur Temperaturüberwachung eines Batteriemoduls vorgesehen, wobei das Batteriemodul insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug vorgesehen ist. Das Batteriemodul umfasst wenigstens eine Batteriezelle und wenigstens einen externen Temperatursensor. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- a) Durchführen eines Messzyklus unter Laborbedingungen für einen Fahrzeugzustand, bei dem die Systemantwort des Fahrzeugs zu diesem Messzyklus aufgenommen wird, wobei die Systemantwort die Messwerte des wenigstens einen externen Temperatursensors sowie korrespondierende Messwerte eines wenigstens einen internen Temperatursensors umfasst, und
- b) Hinterlegen der Systemantwort im Modell.
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Im Sinne der Erfindung ist ein interner Temperatursensor, ein Sensor, der zum Ermitteln der Temperatur im Inneren einer Batteriezelle vorgesehen und insbesondere dazu im Inneren der Batteriezelle angeordnet ist. Dagegen ist ein externer Temperatursensor ein Sensor zum Ermitteln der Temperatur außerhalb der Batteriezelle im Batteriemodul, wobei der externe Temperatursensor außerhalb der Batteriezelle jedoch innerhalb des Batteriemoduls oder zumindest in direktem Kontakt mit dem Batteriemodul angeordnet ist. Insbesondere ist der externe Temperatursensor an einem Zellverbinder vorgesehen, der mehrere Batteriezellen elektrisch miteinander koppelt, um die Temperatur des Zellverbinders zu bestimmen. Einen Messzyklus unter Laborbedingungen durchzuführen bedeutet, dass der Messzyklus unter bekannten und insbesondere kontrollierten Randbedingungen durchgeführt wird, die entsprechend berücksichtigt werden können. Die im Modell hinterlegte Systemantwort umfasst alle Messwerte bzw. Daten, die von den für die Temperaturüberwachung relevanten Sensoren im Fahrzeug zu einem Zeitpunkt bzw. einem Zeitverlauf für den entsprechenden Fahrzeugzustand ermittelt werden. Insbesondere umfasst die Systemantwort damit auch die Korrelation der Messwerte bzw. Daten.
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Ein Fahrzeugzustand ist beispielsweise: das Fahrzeug während eines Ladevorgangs, das Fahrzeug im Leerlauf, das Fahrzeug während der Fahrt, insbesondere separiert nach Autobahn, Stadtverkehr, Überlandfahrt, Bergfahrt, etc.. Vorzugsweise umfasst der Fahrzeugzustand ferner das Alter des Fahrzeugs, der Sensoren und/oder des Batteriemoduls. Indem die Systemantwort zusätzlich zu den Messwerten des zumindest einen externen Temperatursensors die entsprechenden Messwerte des zumindest einen internen Temperatursensors enthält, kann ein verbessertes Modell zur Temperaturüberwachung des Batteriemoduls bereitgestellt werden. Mittels des Modells können hierbei zusätzliche Informationen bereitgestellt werden, die aktuell im Fahrzeug nicht gemessen werden, aber in der Systemantwort enthalten sind bzw. aus dieser abgeleitet werden können. Insbesondere kann auf die Temperatur im Inneren der wenigstens einen Batteriezelle geschlossen werden, wenn lediglich Messwerte von zumindest einem externen Temperatursensor vorliegen, da in der im Modell hinterlegten Systemantwort zu jedem Messwert des externen Temperatursensors ein entsprechender Messwert des internen Temperatursensors enthalten ist. Je besser der aktuelle Fahrzeugzustand dem Fahrzeugzustand der im Modell hinterlegten Systemantwort entspricht, desto genauer spiegelt der in der Systemantwort enthaltene Messwert den tatsächlichen Messwert bzw. Zustand wider.
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Die Schritte a) und b) können für unterschiedliche Fahrzeugzustände durchgeführt werden, wodurch im Modell für jeden Fahrzeugzustand eine entsprechende Systemantwort hinterlegt wird. Insbesondere wird hierbei für alle Fahrzeugzustände eine Systemantwort im Modell hinterlegt, die für die Temperaturüberwachung des Batteriemoduls relevant ist. Relevant sind dabei beispielsweise alle Fahrzeugzustände, bei denen eine signifikante Temperaturveränderung, insbesondere ein Temperaturanstieg, oder eine signifikante dauerhafte Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit des Batteriemoduls zu erwarten ist. Auf diese Weise enthält das Modell alle für die Temperaturüberwachung des Batteriemoduls relevanten Systemantworten, sodass der tatsächliche Zustand des Batteriemoduls aus den zur Verfügung stehenden Informationen genauer bestimmt werden kann.
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In einer Ausführungsform kann in einer Systemantwort zumindest ein weiterer Sensor berücksichtigt werden, d.h. ein anderer Sensor als der wenigstens eine interne Temperatursensor und der wenigstens eine externe Temperatursensor. Der zumindest eine zusätzliche Sensor kann insbesondere Teil des elektrischen Fahrzeugs sein. Indem die Systemantworten Messwerte von weiteren Sensoren enthalten, können diese zusätzlichen Messwerte genutzt werden, um den tatsächlichen Zustand des Batteriemoduls besser zu bestimmen. Der bzw. die zusätzlichen Sensoren können dabei zumindest teilweise ausschließlich in der Entwicklung des Fahrzeugs vorgesehen sein, d.h. nicht im Serienfahrzeug. Es ist jedoch von Vorteil, wenn zumindest ein Teil der zusätzlichen Sensoren auch im Serienfahrzeug verbaut ist, um nach Abschluss der Entwicklung im Betrieb des Serienfahrzeugs mehr Messwerte bereitstellen zu können, die zur Temperaturüberwachung bzw. der Plausibilisierung des Zustands des Batteriemoduls verwendet werden können. Diese zusätzlichen Sensoren können insbesondere Sensoren sein, die ohnehin im Serienfahrzeug vorhanden sind, d.h., auch für andere Zwecke vorgesehen sind. Ein solcher zusätzlicher Sensor ist beispielsweise ein Sensor zur Bestimmung der Umgebungstemperatur des Fahrzeugs oder der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit.
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Da die Umgebungstemperatur einen großen Einfluss auf die Temperatur des Batteriemoduls hat, kann eine kontrollierte Randbedingung in Schritt a) die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs sein. Hierdurch können die Messzyklen bei bestimmten, insbesondere festen Umgebungstemperaturen durchgeführt werden, um die entsprechenden Systemantworten unter diesen Bedingungen aufzunehmen. Ferner können dieselben Messzyklen bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen durchgeführt werden, wodurch zu einem Messzyklus mehrere Systemantworten bei verschiedenen Umgebungstemperaturen zu Verfügung stehen. Auf diese Weise kann ein großer Einflussfaktor, nämlich die Außentemperatur, im Modell berücksichtigt und somit das Modell zur Temperaturüberwachung verbessert werden.
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Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch ein Verfahren zur Temperaturüberwachung eines Batteriemoduls vorgesehen. Das Batteriemodul hat wenigstens eine Batteriezelle und wenigstens einen externen Temperatursensor und ist insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug vorgesehen. Bei dem Verfahren zur Temperaturüberwachung des Batteriemoduls wird ein Modell verwendet, das mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erstellen eines Modells zur Temperaturüberwachung eines Batteriemoduls erstellt wurde. Ferner umfasst das Verfahren den folgenden Schritt:
- c) Vergleich einer aktuellen Systemantwort mit einer im Modell hinterlegten Systemantwort für einen entsprechenden Fahrzeugzustand, insbesondere unter Berücksichtigung der Messwerte des wenigstens einen externen Temperatursensors.
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Die aktuelle Systemantwort wird hierbei durch die aktuellen Daten gebildet, die für die Temperaturüberwachung des Batteriemoduls relevant sind und insbesondere die aktuellen Messwerte der entsprechenden Sensoren umfasst. Durch den Vergleich der aktuellen Systemantwort mit einer im Modell hinterlegten Systemantwort für einen Fahrzeugzustand, der dem aktuellen Fahrzeugzustand entspricht, können weitere Informationen, die insbesondere nicht der aktuellen, sondern nur in der hinterlegten Systemantwort enthalten sind, für die Temperaturüberwachung bzw. die Plausibilisierung des Zustands des Batteriemoduls verwendet werden. Insbesondere kann dem aktuellen Messwert des externen Temperatursensors die entsprechende interne Temperatur der Batteriezelle zugeordnet werden, die beim Erstellen des Modells mit dem internen Temperatursensor gemessen wurde und in der entsprechenden hinterlegten Systemantwort enthalten ist. Somit kann eine verbesserte Temperaturüberwachung eines Batteriemoduls bereitgestellt werden. Ferner können Abweichungen der aktuellen Systemantwort von der entsprechenden im Modell hinterlegten Systemantwort zur Schadensprävention und/oder zur Kalibrierung des Modells verwendet werden.
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In Schritt c) kann vorgesehen sein, die Messwerte zumindest eines weiteren Sensors zu berücksichtigen. Insbesondere weist hierbei das elektrische Fahrzeug den oder die weiteren Sensoren auf. Somit stehen zusätzliche aktuelle Messwerte zur Plausibilisierung des Zustands des Batteriemoduls zur Verfügung, wodurch eine bessere Temperaturüberwachung gewährleistet werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren zur Temperaturüberwachung eines Batteriemoduls vorgesehen sein, das keine internen Temperatursensoren aufweist. Da in dem Modell die Messwerte des zumindest einen internen Temperatursensors abgelegt sind und diese mittels der entsprechenden hinterlegten Systemantwort der zugehörigen aktuellen Systemantwort zugeordnet werden können, kann in guter Näherung auf die aktuelle interne Temperatur der zumindest einen Batteriezelle geschlossen werden, selbst wenn kein interner Temperatursensor vorhanden ist. Hierdurch ist das Verfahren insbesondere für ein Batteriemodul ohne internen Temperatursensor geeignet, das dadurch kostengünstiger gestaltet sein kann.
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Das Verfahren zur Temperaturüberwachung kann ferner die folgenden optionalen Schritte umfassen:
- d) Durchführen eines Messzyklus zu einem entsprechenden aktuellen Fahrzeugzustand, und
- e) Aktualisieren der im Modell hinterlegten Systemantwort unter Berücksichtigung der Systemantwort des Messzyklus.
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Im Sinne der Erfindung wird unter „Aktualisieren“ das Anpassen oder unverändert Belassen verstanden. Mit den Schritten d) und e) kann sich das Modell selbst überprüfen und bei Bedarf selbst optimieren. Hierbei wird die aktuelle Systemantwort zu einem aktuellen Fahrzeugzustand ermittelt, indem ein bestimmter Messzyklus durchgeführt wird, der zur Ermittlung der Systemantwort dieses Fahrzeugzustands vorgesehen ist. Diese aktuelle Systemantwort wird anschließend mit der im Modell hinterlegten Systemantwort verglichen, die die entsprechenden Daten enthält, die erwartet werden. Weichen die Messwerte der aktuellen Systemantwort zumindest in einem Bereich signifikant von den erwarteten Daten der hinterlegten Systemantwort ab, so kann die hinterlegte Systemantwort entsprechend angepasst werden, um beispielsweise den aktuellen Zustand des Batteriemoduls besser abzubilden. Auf diese Weise kann das Modell kalibriert bzw. optimiert werden.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Steuerung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Die Steuerung ist dabei ausgebildet, das erfindungsgemäße Verfahren zur Temperaturüberwachung eines Batteriemoduls durchzuführen.
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Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch ein Fahrzeug, insbesondere elektrisch angetriebenes Fahrzeug, vorgesehen. Das Fahrzeug umfasst dabei eine erfindungsgemäße Steuerung und ein Batteriemodul, das wenigstens eine Batteriezelle und wenigstens einen externen Temperatursensor aufweist. Insbesondere weist das Batteriemodul hierbei keine internen Temperatursensoren auf und kann somit besonders kostengünstig hergestellt werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Steuerung und einem Batteriemodu l,
- - 2 in einer schematischen Schnittansicht das Batteriemodul aus 1 in der Entwicklungsversion,
- - 3 in einer schematischen Schnittansicht das Batteriemodul aus 1 in der Serienversion,
- - 4 in einer schematischen Draufsicht das Batteriemodul aus 3, und
- - 5 in einer schematischen Draufsicht das Batteriemodul aus 1 in einer zweiten Ausführungsform.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 mit einer erfindungsgemäßen Steuerung 12 und einem Batteriemodul 14 gezeigt.
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Das Fahrzeug 10 ist ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Alternativ kann das Fahrzeug 10 ein Hybridfahrzeug (Elektro- und Verbrennungsmotor) sein.
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Die Steuerung 12 ist Teil der Bordelektronik in der Front des Fahrzeugs 10 und ist mittels elektrischer Leitungen (nicht dargestellt) mit dem Batteriemodul 14 verbunden. Alternativ kann die Steuerung 12 ein eigenes Modul bilden und insbesondere an jeder geeigneten Stelle im Fahrzeug 10 oder in oder am Batteriemodul 14 vorgesehen sein.
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In der Steuerung 12 ist ein Modell hinterlegt, das zur Temperaturüberwachung des Batteriemoduls 14 vorgesehen ist und in einer Entwicklungsphase mit einer Entwicklungsversion des Batteriemoduls 14 bzw. des Fahrzeugs 10 für die Serienversion des Batteriemoduls 14 bzw. des Fahrzeugs 10 erstellt wurde.
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Das Batteriemodul 14 umfasst zwei Zellpakete 16 mit jeweils sechs Batteriezellen 18, die in einem Außengehäuse 20 des Batteriemoduls 14 aufgenommen sind (siehe 4). Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Batteriemodul 14 eine beliebige Anzahl an Batteriezellen 18 umfassen (jedoch zumindest eine), die in einer beliebigen Anzahl an Zellpaketen 16 angeordnet sind. Ein Zellpaket 16 stellt hierbei lediglich eine Gruppierung der Batteriezellen 18 dar, kann alternativ aber auch ein eigenes Zellpaketgehäuse umfassen, das die entsprechende Gruppe an Batteriezellen 18 zumindest abschnittsweise umgibt.
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Jede Batteriezelle 18 hat ein Zellgehäuse 22, in dem ein Elektrodenpaket 24 enthalten ist (siehe 3). Das Elektrodenpaket 24 ist über einen elektrischen Anschluss 26, der sich von dem Elektrodenpaket 24 durch das Zellgehäuse 22 erstreckt, von außerhalb des Zellgehäuses 22 elektrisch kontaktierbar.
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Das Elektrodenpaket 24 ist beispielsweise ein Elektrodenwickel oder ein Elektrodenstapel.
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Die elektrischen Anschlüsse 26 der Batteriezellen 18 eines Zellpakets 16 sind über einen Zellverbinder 28 miteinander elektrisch gekoppelt. Der Zellverbinder 28 ist dabei außerhalb der Zellgehäuse 22 und innerhalb des Außengehäuses 20 angeordnet.
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Die Zellpakete 16 sind ferner über eine elektrische Verbindung (nicht dargestellt) miteinander sowie über einen elektrischen Anschluss (nicht gezeigt) des Batteriemoduls 14 mit dem Fahrzeug 10 elektrisch gekoppelt.
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An jedem Zellverbinder 28 ist ein externer Temperatursensor 30 angebracht, der zur Temperaturmessung an dieser Stelle im Batteriemodul 14 und insbesondere im Zellverbinder 28 vorgesehen ist.
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In einer alternative Ausführungsform kann ein beliebiger Anteil der externen Temperatursensoren 30 auch an anderer Stelle im oder am Batteriemodul 14, jedoch außerhalb der Batteriezellen 18 angeordnet sein, beispielsweise an der Innenseite des Außengehäuses 20, an der Außenseite der Zellpakete 16 oder der elektrischen Verbindung, die die Zellpakete 16 miteinander elektrisch koppelt.
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In der Entwicklungsversion (siehe 2) umfasst das Batteriemodul 14 in jedem Zellpaket 16 einen internen Temperatursensor 32, der zumindest abschnittsweise im Inneren der Batteriezelle 18 angeordnet ist und dort direkt die Temperatur im Inneren der Batteriezelle 18 bestimmt. Das bedeutet, dass der interne Temperatursensor 32 im Gegensatz zum externen Temperatursensor 30 die Temperatur im Inneren der Batteriezelle 18 in situ misst, beispielsweise am Elektrodenpaket 24 oder in der ionischen Flüssigkeit (nicht dargestellt), die das Elektrodenpaket 24 umgibt.
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In der Serienversion (siehe 3) sind keine internen Temperatursensoren 32 vorgesehen, d.h., diese fehlen, beispielsweise um die Kosten zu reduzieren.
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Alle Temperatursensoren 30, 32 sind derart mit der Steuerung 12 gekoppelt, dass sie Messdaten an die Steuerung 12 übermitteln können.
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In der zuvor beschriebenen Ausführungsform weist jedes Zellpaket 16 in der Entwicklungsphase einen externen Temperatursensor 30 sowie einen internen Temperatursensor 32 und in der Serienphase einen externen Temperatursensor 30 auf. Erfindungsgemäß können in der Entwicklungsphase eine beliebige Anzahl an externen Temperatursensoren 30 sowie eine beliebige Anzahl an internen Temperatursensor 32 und in der Serienphase eine beliebige Anzahl an externen Temperatursensor 30 im Batteriemodul 14 vorgesehen sein. Hierbei ist jedoch immer zumindest ein externer Temperatursensor 30 vorgesehen. Ferner ist in der Entwicklungsphase immer zumindest ein interner Temperatursensor 32 vorgesehen, während in der Serienphase keinerlei interne Temperatursensoren 32 vorgesehen sind.
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Insbesondere sind in der Serienversion des Batteriemoduls 14 bzw. des Fahrzeugs 10 weniger Sensoren für die Temperaturüberwachung vorhanden als in der Entwicklungsversion des Batteriemoduls 14 bzw. des Fahrzeugs 10.
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Das Modell zur Temperaturüberwachung des Batteriemoduls 14, das in der Serienversion des Batteriemoduls 14 bzw. des Fahrzeugs 10 in der Steuerung 12 enthalten ist, wird in der Entwicklungsphase mit der Entwicklungsversion des Batteriemoduls 14 bzw. des Fahrzeugs 10 in folgender Weise erstellt.
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Unter bekannten sowie vorzugsweise kontrollierten Bedingungen, d.h. unter Laborbedingungen, werden für verschiedene Fahrzeugzustände Messzyklen durchgeführt und die Systemantwort des Fahrzeugs 10 zu diesen Messzyklen aufgenommen.
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Die Fahrzeugzustände umfassen das Fahrzeug 10 während eines Ladevorgangs, das Fahrzeug 10 im Leerlauf, das Fahrzeug 10 während der Fahrt, wobei zwischen Autobahn, Stadtverkehr, Überlandfahrt, Bergfahrt, Langstrecke und Kurzstrecke unterschieden wird, sowie das Alter des Batteriemoduls 14 und das Alter des Fahrzeugs 10.
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Die kontrollierten Bedingungen umfassen die Umgebungstemperatur, die Fahrbahneigenschaften, wie Rollwiderstand und Untergrundbeschaffenheit, Witterungsverhältnisse, wie Niederschlag und Windgeschwindigkeiten bzw. Windrichtung, Reifendruck und Reifenprofil sowie die Fahrzeugmasse.
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Die Messzyklen umfassen die Aufnahme aller für die Temperaturüberwachung relevanten Messwerte und Fahrzeugdaten über die Dauer des gemessenen Fahrzeugzustands.
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Zu den relevanten Messwerten zählen die Messwerte der externen Temperatursensoren 30, die Messwerte der internen Temperatursensoren 32 sowie die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs 10, die von einem Umgebungstemperatursensor 34 ermittelt wird, der am Dach des Fahrzeugs 10 vorgesehen ist (siehe 1).
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Zu den relevanten Fahrzeugdaten zählen die aktuelle Geschwindigkeit und Beschleunigung des Fahrzeugs 10, die Leistungsaufnahme sowie der Ladezustand des Batteriemoduls 14.
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Indem die oben genannten Parameter, nämlich die Fahrzeugzustände, kontrollierten Bedingungen, relevanten Messwerte und Fahrzeugdaten, unterschiedlich kombiniert werden, erhält man eine Vielzahl an Systemantworten, zu speziellen Bedingungen bzw. Zuständen, in denen sich das Fahrzeug 10 bzw. das Batteriemodul 14 befindet.
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Die oben genannten Parameter stellen lediglich eine Auswahl der möglichen Parameter zur Bestimmung der Systemantworten dar und sind insbesondere, mit Ausnahme der Messwerte der externen und internen Temperatursensoren 30, 32 nicht zwingend erforderlich oder abschließend. Das bedeutet, dass zur Bestimmung der Systemantworten auch nur ein Teil der oben genannten Parameter und/oder weitere Parameter verwendet werden kann. Ferner können zur Bestimmung verschiedener Systemantworten unterschiedliche Parameter verwendet werden.
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Die auf diese Weise ermittelten Systemantworten spiegeln das Verhalten des Batteriemoduls 14 unter idealen bzw. bekannten Bedingungen wieder und werden im Modell als Referenz hinterlegt.
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Zusätzlich werden im Modell verschiedene Funktionen bzw. Entscheidungsbäume hinterlegt, die festlegen, wie die Steuerung auf abweichende Messwerte reagiert, die in Systemantworten enthalten sind, welche mit der hinterlegten Systemantwort zur Temperaturüberwachung verglichen werden.
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Mit diesem zuvor genannten Verfahren erhält man ein Modell zur Temperaturüberwachung des Batteriemoduls 14, in dem eine Vielzahl von Systemantworten für verschiedene Zustände und Bedingungen enthalten ist und das in folgender Weise zur Temperaturüberwachung der Serienversion des Batteriemoduls 14 verwendet wird.
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Eine aktuelle Systemantwort, d.h., ein Satz von aktuell ermittelten Messwerten und Daten, wird mit einer im Modell hinterlegten Systemantwort für einen entsprechenden Fahrzeugzustand unter vergleichbaren Bedingungen verglichen.
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Die Messwerte und Daten, die für die aktuelle Systemantwort ermittelt werden, umfassen vorzugsweise ausschließlich Messwerte und Daten von Parametern, zu denen auch in den hinterlegten Systemantworten Messwerte und Daten enthalten sind. Insbesondere werden die Messwerte der externen Temperatursensoren 30 ermittelt. Ferner können die Messwerte von im Fahrzeug 10 verbauten Sensoren ermittelt werden, wie beispielsweise dem Umgebungstemperatursensor 34.
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Indem die aktuelle Systemantwort einer entsprechenden im System hinterlegten Systemantwort zugeordnet wird, können zusätzliche Informationen, die insbesondere nur in der hinterlegten Systemantwort enthalten sind, zur Temperaturüberwachung von der Steuerung berücksichtigt werden. Zu diesen zusätzlichen Informationen zählt insbesondere die Temperatur im Inneren der Batteriezellen 18, die in der Entwicklungsphase von den internen Temperatursensoren 32 gemessen wurden. Bei einem Batteriemodul 14, das keine internen Temperatursensoren 32 aufweist, wie es hier in der Serienversion des Batteriemoduls 14 der Fall ist, können nun bestimmten Batteriezellen 18 interne Temperaturen aus der hinterlegten Systemantwort zugeordnet werden.
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Mittels der Information der aktuellen Systemantwort, der zusätzlichen Informationen aus der entsprechenden hinterlegten Systemantwort sowie den Abweichungen aus der aktuellen Systemantwort von der entsprechenden hinterlegten Systemantwort kann die Steuerung 12 eine sehr genaue Temperaturüberwachung des Batteriemoduls 14 bereitstellen sowie entsprechende Reaktionen einleiten, die im Modell für bestimmte Situationen vorgesehen sind. Hierzu zählt beispielsweise das Reduzieren der maximalen Leistung des Batteriemoduls 14, wenn eine entsprechend signifikante Schädigung des Batteriemoduls 14 erkannt oder ein Temperaturgrenzwert überschritten wurde.
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Unterschiedliche Parameter und Faktoren können hierbei unterschiedlich stark gewichtet werden. Eine besondere Bedeutung bei der Temperaturüberwachung haben die Messwerte der externen Temperatursensoren 30, die, insbesondere bei einem Batteriemodul 14 ohne interne Temperatursensoren 32, wichtige Informationen über die aktuelle Temperatur bestimmter Bereiche des Batteriemoduls 14 bereitstellen und daher bei der Temperaturüberwachung besonders berücksichtigt werden.
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Auf diese Weise wird eine verbesserte Temperaturüberwachung bereitgestellt, die mit mehr Informationen eine genauere Zustandsbeschreibung des Batteriemoduls 14 ermöglicht. Somit können Grenzwerte und Sicherheitsvorhalte weniger eng festgesetzt werden, wodurch Leistungs- und Lebensdauervorteile für das Batteriemodul 14 erzielt werden können.
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Ferner kann die Steuerung 12 einen speziellen Messzyklus zu einem bestimmten Fahrzeugzustand durchführen, um eine aktuelle Systemantwort zu diesem Fahrzeugzustand aufzunehmen. Dieser spezielle Messzyklus kann insbesondere Messungen von Zuständen umfassen, die im normalen Betrieb des Batteriemoduls 14 bzw. des Fahrzeugs 10 nicht auftreten. Ferner kann die Steuerung 12 programmiert sein, in festgelegten Abständen oder unter bestimmten Bedingungen diese speziellen Messzyklen durchzuführen.
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Beispielsweise kann bei einem Ladevorgang des Batteriemoduls 14 die Ladeleistung variiert werden. Die Variation der Ladeleistung erfolgt vorzugsweise gemäß einer Rechteckfunktion, die von den thermischen Auswirkungen auf das Batteriemodul 14 besonders gut zu bewerten ist.
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Aus den auf diese Weise gewonnenen Informationen bzw. dem Vergleich der aufgenommenen Systemantwort mit einer entsprechenden im Modell hinterlegten Systemantwort, können Rückschlüsse auf den aktuellen Zustand des Batteriemoduls 14 gezogen werden.
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In einem nachfolgenden Schritt kann nun das Modell bzw. die im Modell hinterlegte(n) Systemantwort(en) angepasst werden, um den ermittelten aktuellen Zustand des Batteriemoduls 14 zu berücksichtigen. Beispielsweise kann auf diese Weise die Alterung des Batteriemoduls 14 im Modell berücksichtigt werden.
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Somit kann das Verfahren zur Optimierung bzw. Kalibrierung des Modells genutzt werden, wodurch sich die Qualität der Temperaturüberwachung des Batteriemoduls 14 weiter erhöht.
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In 5 ist eine zweite Ausführungsform des Batteriemoduls 14 gezeigt. Für gleiche Strukturen mit gleichen Funktionen sind im Folgenden entsprechende Bezugszeichen vergeben.
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Das Batteriemodul 14 weist einen zentralen Temperatursensor 36 sowie vier periphere Temperatursensoren 38 auf. In einer alternativen Ausführungsform kann das Batteriemodul 14 mindestens einen zentralen Temperatursensor 36 und/oder mindestens einen peripheren Temperatursensor 38 haben.
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Der zentrale Temperatursensor 36 ist im Zentrum des Batteriemoduls 14 angeordnet, d.h. möglichst weit von dem Außengehäuse 20 entfernt.
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Die peripheren Temperatursensoren 38 sind nahe dem Außengehäuse 20 angeordnet, insbesondere in den Ecken 40 des Außengehäuses 20.
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Diese Anordnung des zentralen Temperatursensors 36 und der peripheren Temperatursensoren 38 führt dazu, dass die Umgebungstemperatur einen größeren Einfluss auf die peripheren Temperatursensoren 38 als auf den zentralen Temperatursensor 36 hat bzw. dass die Umgebungstemperatur den zentralen Temperatursensor 36 mit einer Verzögerung gegenüber den peripheren Temperatursensoren 38 betrifft. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Umgebungstemperatur besonders hoch oder niedrig ist, also im Sommer bzw. im Winter.
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Mittels des zentralen Temperatursensors 36 und der peripheren Temperatursensoren 38 kann somit der Temperaturgradient bestimmt werden, der sich aufgrund der Umgebungstemperatur im Batteriemodul 14 zwischen dem Außengehäuse 20 und dem Zentrum ausbildet.
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Hierdurch können der Einfluss der Umgebungstemperatur in der Temperaturüberwachung des Batteriemoduls 14 genauer berücksichtigt und damit die Temperaturüberwachung verbessert werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale einer Ausführungsform unabhängig von den anderen Merkmalen der entsprechenden Ausführungsform in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform enthalten sein, d.h. die beschriebenen Merkmale sind beliebig kombinierbar.
