DE102019126951A1 - Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie, Steuereinrichtung, Bordnetz sowie Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie, Steuereinrichtung, Bordnetz sowie Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie (2) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, bei welchem- eine eine Temperatur der Traktionsbatterie (2) beschreibende Kenngröße bestimmt wird, und- falls anhand der bestimmten Kenngröße ein Temperierbedarf für die Traktionsbatterie (2) erkannt wird, eine Temperiereinrichtung (7) des Kraftfahrzeugs zum Temperieren der Traktionsbatterie (2) angesteuert wird, wobei als die die Temperatur der Traktionsbatterie (2) beschreibende Kenngröße ein Innenwiderstand der Traktionsbatterie (2) bestimmt wird.Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuereinrichtung (4), ein Bordnetz (1) sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs. Dabei wird eine beschreibende Kenngröße für die Temperatur der Traktionsbatterie bestimmt. Falls anhand der bestimmten Kenngröße ein Temperierbedarf für die Traktionsbatterie erkannt wird, wird eine Temperiereinrichtung des Kraftfahrzeugs zum Temperieren der Traktionsbatterie angesteuert. Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuereinrichtung, ein Bordnetz sowie ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug.
  • Vorliegend richtet sich das Interesse auf Traktionsbatterien für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Hybridfahrzeuge oder Elektrofahrzeuge, welche elektrische Antriebsenergie für eine elektrische Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Für einen optimalen Betrieb des Kraftfahrzeugs ist die Temperierung der Traktionsbatterie, also das Heizen und Kühlen der Traktionsbatterie, von besonderer Bedeutung, da eine Ladeleistung und eine Entladeleistung der Traktionsbatterie von einer Temperatur der Traktionsbatterie abhängen. Um einen Temperierbedarf der Traktionsbatterie zu ermitteln, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Temperatursensordaten von Temperatursensoren der Traktionsbatterie zu überwachen. Je nach Ausgestaltung der Batteriezellen der Traktionsbatterie müssen dabei eine Vielzahl von Temperatursensoren vorgesehen sein, um die Temperatur der Traktionsbatterie und basierend darauf den Temperierbedarf der Traktionsbatterie genau bestimmen zu können.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Temperierbedarf einer Traktionsbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs auf einfache und kostengünstige Weise erkennen zu können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, eine Steuereinrichtung, ein Bordnetz sowie ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Temperieren einer Traktionsbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs. Zunächst wird eine beschreibende Kenngröße für die Temperatur der Traktionsbatterie bestimmt. Falls anhand der bestimmten Kenngröße ein Temperierbedarf für die Traktionsbatterie erkannt wird, wird eine Temperiereinrichtung des Kraftfahrzeugs zum Temperieren der Traktionsbatterie angesteuert. Dabei wird als die, die Temperatur der Traktionsbatterie beschreibende Kenngröße ein Innenwiderstand der Traktionsbatterie bestimmt.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Die Steuereinrichtung kann auch durch mehrere Steuergeräte des Kraftfahrzeugs gebildet sein, welche unterschiedliche Verfahrensschritte des Verfahrens durchführen. Ein erfindungsgemäßes Bordnetz weist eine Traktionsbatterie zum Bereitstellen von Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug, eine Temperiereinrichtung zum Temperieren der Traktionsbatterie und eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung auf. Die Traktionsbatterie ist insbesondere eine wiederaufladbare Hochvoltbatterie bzw. ein Hochvoltakkumulator mit einer Spannungslage von zumindest 100 V. Die Traktionsbatterie weist eine Vielzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen auf, welche beispielsweise als prismatische Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein können und in einem Batteriegehäuse der Traktionsbatterie angeordnet sein können.
  • Um die Traktionsbatterie in einem vorbestimmten Temperaturbereich zu halten, wird die, die Temperatur der Traktionsbatterie beschreibende Kenngröße überwacht und anhand dieser Kenngröße erkannt, ob die Traktionsbatterie einer Temperierung bedarf, also ob die Traktionsbatterie geheizt oder gekühlt werden muss. Insbesondere wird die Kenngröße der Traktionsbatterie, welche die Temperatur der Traktionsbatterie beschreibt, mit zumindest einem vorbestimmten Schwellwert verglichen und, falls anhand des Vergleichs zwischen der bestimmten Kenngröße und dem zumindest einem vorbestimmten Schwellwert der Temperierbedarf für die Traktionsbatterie erkannt wird, die Temperiereinrichtung angesteuert. Beispielsweise können ein erster Schwellwert, welcher eine untere Grenze des vorbestimmten Temperaturbereiches markiert, und ein zweiter Schwellwert, welcher eine obere Grenze des vorbestimmten Temperaturbereiches markiert, vorgegeben werden. Wenn die bestimmte Kenngröße den ersten Schwellwert unterschreitet, so weist die Traktionsbatterie einen Temperierbedarf in Form von einem Heizbedarf auf. Dann wird eine als Heizeinrichtung fungierende Temperiereinrichtung des Kraftfahrzeugs zur Bereitstellung von Heizleistung für die Traktionsbatterie angesteuert. Wenn die bestimmte Kenngröße den zweiten Schwellwert überschreitet, so weist die Traktionsbatterie einen Temperierbedarf in Form von einem Kühlbedarf auf. Dann wird eine als Kühleinrichtung fungierende Temperiereinrichtung des Kraftfahrzeugs zur Bereitstellung von Kühlleistung für die Traktionsbatterie angesteuert.
  • Als die temperaturbeschreibende Kenngröße wird jedoch nicht die Temperatur der Traktionsbatterie direkt, sondern der Innenwiderstand bzw. die Impedanz der Traktionsbatterie überwacht. Vorzugsweise wird der Innenwiderstand der Traktionsbatterie anhand von Stromsensordaten einer Stromsensoreinrichtung der Traktionsbatterie und anhand von Spannungssensordaten einer Spannungssensoreinrichtung der Traktionsbatterie bestimmt. Beispielsweise können an mehreren oder allen Batteriezellen der Traktionsbatterie Stromsensoren und Spannungssensoren angeordnet sein, welche während des Betriebs der Traktionsbatterie einen aktuellen Strom der Batteriezellen sowie eine aktuelle Zellspannung der Batteriezellen erfassen. Dann werden für die Batteriezellen zellspezifische Impedanzen bzw. Innenwiderstände bestimmt, anhand derer dann der Innenwiderstand der Traktionsbatterie bestimmt wird. Auch kann sein, dass der Innenwiderstand während des Betriebs der Traktionsbatterie anhand einer von einem Spannungssensor erfassten Gesamtspannung und eines von einem Stromsensor erfassten Gesamtstroms der Traktionsbatterie bestimmt wird. Darüber hinaus kann die Traktionsbatterie mit einem vorbestimmten Zusatzstrom belastet werden und der Innenwiderstand aus dem Zusatzstrom und einer aus dem Zusatzstrom resultierenden Spannungsänderung bestimmt werden. Die Traktionsbatterie wird also zusätzlich zu ihrem aktuellen Belastungsstrom mit einem vorbestimmten Zusatzstrom belastet, um die Spannungsänderung hervorzurufen bzw. zu provozieren. Der Innenwiderstand wird dann beispielsweise mit dem zumindest einen vorbestimmten Schwellwert verglichen und anhand des Vergleiches wird erkannt, ob die Temperatur der Traktionsbatterie innerhalb oder außerhalb des vorbestimmten Temperaturbereiches liegt.
  • Die Verwendung des Innenwiderstands zur Ermittlung des Temperierbedarfs der Traktionsbatterie weist den Vorteil auf, dass der Innenwiderstand bei großen Batteriezellen eine hohe Güte aufweist. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen dominiert die Widerstandsänderung andere Effekte, beispielsweise eine Alterung, einen Ladezustand oder eine Stromentnahme. So kann auf die Bereitstellung teurer Temperatursensoren für die Traktionsbatterie sowie auf die Bereitstellung aufwändiger Schätzalgorithmen verzichtet werden.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der Innenwiderstand der Traktionsbatterie zusätzlich anhand von Temperatursensordaten einer Temperatursensoreinrichtung der Traktionsbatterie und/oder anhand von einem Ladezustand der Traktionsbatterie und/oder anhand von einem Alterungszustand der Traktionsbatterie und/oder anhand von einer Leerlaufspannung der Traktionsbatterie bestimmt wird. Beispielsweise können diese Daten zur Erhöhung der Genauigkeit der Innenwiderstandsbestimmung oder auch zur Kalibrierung, beispielsweise zur alterungsbedingten Anpassung bzw. Nachführung der Schwellwerte, verwendet werden.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung wird, falls ein Temperierbedarf in Form von einem Heizbedarf der Traktionsbatterie erkannt wird, eine als Temperiereinrichtung fungierende Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs in einem verlustwärmeerhöhenden Modus zum Abgeben von Wärme für die Traktionsbatterie betrieben. Ein solcher Betriebsmodus der Antriebsmaschine wird auch als Vertrimmungsmodus bezeichnet. In diesem Betriebsmodus kann die Antriebsmaschine einerseits das zum Antreiben des Kraftfahrzeugs erforderliche Drehmoment bereitstellen und andererseits Verlustwärme abgeben, welche der Traktionsbatterie zum Heizen zugeführt werden kann. Beispielsweise können die Traktionsbatterie und die Antriebsmaschine in einem gemeinsamen Temperierkreis angeordnet sein, welcher ein Temperiermittel führt. Die Antriebsmaschine gibt die Verlustwärme an das Temperiermittel ab, welche die Verlustwärme der Traktionsbatterie zuführt.
  • Zur Erfindung gehört außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Bordnetz. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Personenkraftwagen.
  • Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung, für das erfindungsgemäße Bordnetz sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigt die einzige Figur 1 eine schematische Darstellung eines Bordnetzes 1 eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs. Das Bordnetz 1 weist eine Traktionsbatterie 2 auf, welche zum Bereitstellen von Antriebsenergie für eine elektrische Antriebsmaschine 3 des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Außerdem weist das Bordnetz 1 eine Steuereinrichtung 4 auf, welche hier durch ein batterieinternes Batteriesteuergerät 5 sowie ein batterieexternes Antriebssteuergerät 6 ausgebildet ist. Die Steuereinrichtung 4 ist dazu ausgebildet, eine Temperiereinrichtung 7 anzusteuern, falls sie für die Traktionsbatterie 2 einen Temperierbedarf erkannt hat. Hier fungiert die Antriebsmaschine 3 als Temperiereinrichtung 7 in Form von einer Heizeinrichtung, welche von dem Antriebssteuergerät 6 angesteuert wird, falls das Batteriesteuergerät 5 für die Traktionsbatterie 2 einen Heizbedarf erkannt hat.
  • Dafür ist das Batteriesteuergerät 5 der Steuereinrichtung 4 dazu ausgelegt, eine Kenngröße der Traktionsbatterie 2 zu bestimmen und zu überwachen, welche eine aktuelle Temperatur der Traktionsbatterie 2 charakterisiert. Diese Kenngröße ist hier ein aktueller Innenwiderstand bzw. eine aktuelle Impedanz der Traktionsbatterie 2. Diese bestimmte Kenngröße wird hier durch das Batteriesteuergerät 5 mit zumindest einem vorbestimmten Schwellwert verglichen. Falls die bestimmte Kenngröße den Schwellwert unterschreitet, so ist die Traktionsbatterie 2 zu kalt und soll geheizt werden. In diesem Fall übermittelt das Batteriesteuergerät 5 ein Heizbedarfsignal an das Antriebssteuergerät 6, welches daraufhin die Antriebsmaschine 3 zum Abgeben von Verlustwärme ansteuert. Diese Verlustwärme wird dann der Traktionsbatterie 2 zum Heizen zugeführt. Im Falle, dass die Traktionsbatterie 2 gekühlt werden soll, wird beispielsweise eine als Temperiereinrichtung 7 fungierende Kältemaschine des Kraftfahrzeugs zum Kühlen der Traktionsbatterie 2 angesteuert.
  • Um den aktuellen Innenwiderstand der Traktionsbatterie 2 zu bestimmen, weist die Traktionsbatterie 2 eine Stromsensoreinrichtung 8 und eine Spannungssensoreinrichtung 9 auf. Die Stromsensoreinrichtung 8 weist zumindest einen Stromsensor und die Spannungssensoreinrichtung 9 weist zumindest einen Spannungssensor auf. Die Stromsensoreinrichtung 8 kann beispielsweise für jede Batteriezelle oder jedes Batteriemodul der Traktionsbatterie 2 einen Stromsensor zur Erfassung des Stromes aufweisen. Auch kann die Spannungssensoreinrichtung 9 für jede Batteriezelle oder jedes Batteriemodul der Traktionsbatterie 2 einen Spannungssensor zur Erfassung der Spannung aufweisen. Aus den Stromsensordaten der Stromsensoreinrichtung 8 und den Spannungssensordaten der Spannungssensoreinrichtung 9 wird dann der Innenwiderstand der Traktionsbatterie als die, die Temperatur der Traktionsbatterie 2 beschreibende Kenngröße bestimmt. Zusätzlich kann eine Temperatursensoreinrichtung zur Erfassung von Temperatursensordaten vorgesehen sein, welche dazu ausgelegt ist, die Genauigkeit der Innenwiderstandsbestimmung zu erhöhen.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Temperieren einer Traktionsbatterie (2) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, wobei - eine beschreibende Kenngröße für die Temperatur der Traktionsbatterie (2) bestimmt wird, und - falls anhand der bestimmten Kenngröße ein Temperierbedarf für die Traktionsbatterie (2) erkannt wird, eine Temperiereinrichtung (7) des Kraftfahrzeugs zum Temperieren der Traktionsbatterie (2) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass als die die Temperatur der Traktionsbatterie (2) beschreibende Kenngröße ein Innenwiderstand der Traktionsbatterie (2) bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwiderstand mit zumindest einem vorbestimmten Schwellwert verglichen wird und, falls anhand des Vergleichs zwischen dem Innenwiderstand und dem zumindest einem vorbestimmten Schwellwert der Temperierbedarf für die Traktionsbatterie erkannt wird, die Temperiereinrichtung angesteuert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwiderstand der Traktionsbatterie (2) anhand von Stromsensordaten einer Stromsensoreinrichtung (8) der Traktionsbatterie (2) und anhand von Spannungssensordaten einer Spannungssensoreinrichtung (9) der Traktionsbatterie (2) bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenwiderstand der Traktionsbatterie (2) zusätzlich anhand von Temperatursensordaten einer Temperatursensoreinrichtung der Traktionsbatterie (2) und/oder anhand von einem Ladezustand der Traktionsbatterie (2) und/oder anhand von einem Alterungszustand der Traktionsbatterie (2) und/oder anhand von einer Leerlaufspannung der Traktionsbatterie (2) bestimmt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsbatterie (2) mit einem vorbestimmten Zusatzstrom belastet wird und der Innenwiderstand aus dem Zusatzstrom und einer aus dem Zusatzstrom resultierenden Spannungsänderung bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass falls ein Temperierbedarf in Form von einem Heizbedarf der Traktionsbatterie (2) erkannt wird, eine als Temperiereinrichtung (7) fungierende Antriebsmaschine (3) des Kraftfahrzeugs in einem verlustwärmeerhöhenden Betriebsmodus zum Abgeben von Wärme für die Traktionsbatterie (2) betrieben wird.
  7. Steuereinrichtung (4) für ein Bordnetz (1) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, welche dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
  8. Bordnetz (1) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie (2) zum Bereitstellen von elektrischer Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug, einer Temperiereinrichtung (7) zum Temperieren der Traktionsbatterie (7) und einer Steuereinrichtung (4) nach Anspruch 7.
  9. Kraftfahrzeug mit einem Bordnetz (1) nach Anspruch 8.
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