DE102020108895B4 - Verfahren zur Ladezustandsbestimmung zumindest einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ladezustandsbestimmung zumindest einer Traktionsbatterie (6) eines Kraftfahrzeugs (2), mit den Schritten:
(S100) Erfassen einer Inbetriebnahme (IB) des Kraftfahrzeugs (2),
(S600) auf das Erfassen der Inbetriebnahme (IB) des Kraftfahrzeugs (2) hin Erzeugen eines hochspannungsseitigen Messsignals (hMS) für eine elektrochemische Impedanzspektroskopie mit einem bidirektionalen Gleichspannungswandler (10) des Kraftfahrzeugs (2), und
(S600) Auswerten der von dem bidirektionalen Gleichspannungswandler (10) bereitgestellten elektrischen Ausgangsspannung und der elektrischen Klemmenspannung der Traktionsbatterie (6) um den Traktionsbatterie-Ladezustand (T-LZ) der Traktionsbatterie (6) zu bestimmen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ladezustandsbestimmung zumindest einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs.
  • Eine Traktionsbatterie (auch als Hochvoltspeicher bezeichnet) ist ein Energiespeicher, der zum Antrieb von Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen dient und aus mehreren zusammengeschalteten Elementen (daher „Batterie“) besteht. Sie besteht aus wenigen bis Tausenden parallel und seriell zusammengeschalteten Akkumulator-Zellen oder Zellenblöcke. Die Traktionsbatterie kann z.B. ein Lithium-Ionen-Akkumulator sein und weist dann als Zellen Lithium-Ionen-Akkumulatoren auf.
  • In Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen sind Nennspannungen von mehreren Hundert Volt Gleichspannung (daher auch die Bezeichnung Hochvoltspeicher), die in einer gewissen Relation zu den üblichen Spannungen in Dreiphasenwechselstromnetzen stehen können, üblich. Höhere Batterie-Nennspannungen (oberhalb von 400 Volt, hineingehend bis in den Bereich von 1000 Volt Gleichspannung) sind in batterieelektrisch angetriebenen High-Performance-Autos ebenso wie in Batteriebussen keine Seltenheit.
  • Verbraucher wie Licht, Scheibenwischer, Radio, Fernbedienung usw. werden bei Elektrofahrzeugen üblicherweise nicht aus der Hochvolt-Antriebsbatterie versorgt, sondern durch ein übliches 12- oder 48-Volt-Bordnetz mit kleinem elektrischem Energiespeicher ähnlich eine Niederspannungsbatterie in herkömmlichen Kraftfahrzeugen. Während Starterbatterien mit der Karosserie verbunden sind, werden Antriebsbatterien mit höherer Spannung in Kraftfahrzeugen isoliert zur Karosserie verbaut.
  • Die Niederspannungsbatterie (auch Starterbatterie, Autobatterie oder Fahrzeugbatterie), ist also ein Akkumulator, der unter anderem elektrische Energie für einen Anlasser einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs liefert oder Ruheströme versorgt. Die Niederspannungsbatterie kann als Pufferspeicher für ein Bordnetz, z.B. ein 12-Volt-Bordnetz, des Kraftfahrzeugs dienen. Die Niederspannungsbatterie kann auch für Spannungslagen bis 60 Volt ausgelegt sein, z.B. mit 24 Volt oder 48 Volt Nennspannung.
  • Eine Niederspannungsbatterie ist ein Energiespeicher, der auch aus mehreren zusammengeschalteten Elementen besteht. Sie besteht aus parallel und seriell zusammengeschalteten Akkumulator-Zellen oder Zellblöcken.
  • Die Niederspannungsbatterie kann eine Lithium-Ionen-Batterie sein, d.h. eine Batterie auf der Basis von Lithium-Verbindungen in allen drei Phasen einer elektrochemischen Zelle. Die Batterie kann aber auch eine Bleibatterie, NiMH-Batterie oder eine Feststoffbatterie sein.
  • Insbesondere bei einer Anwendung in hochautomatisierten Kraftfahrzeugen, sogenannten Roboterautos, ist eine genaue Bestimmung des Ladezustands u.a. der Traktionsbatterie aus Sicherheitsgründen und zur Sicherstellung eines zuverlässigen Betriebs erforderlich.
  • Batteriemanagementsysteme (BMS) werten zur Bestimmung des Ladezustands unter anderem die Leerlaufspannung der Batterie, die in die Batterie hineinfließenden und herausfließenden elektrischen Ströme sowie die Spannung unter Last aus. Bei einigen Batterietypen ist die Steigung der Leerlaufspannung gegenüber dem Ladezustand sehr flach, was eine genaue Ladezustandsbestimmung der Niederspannungsbatterie erschwert.
  • Systeme zur Bestimmung eines Ladezustands sind z.B. aus der US 2018 / 0203073 A1 , der US 2016 / 0003917 A1 , der US 9,428,071 B2 , der US 2018 / 0364311 A1 , der US 9,368,841 B2 , der US 2011 / 0270559 A1 und der US 2017 / 0219660 A1 bekannt.
  • Aus der DE 10 2018 22 564 A1 ist ein elektrisches Energiespeichersystem bekannt, aufweisend• eine erste wiederaufladbare Batterie mit einer ersten Nennspannung; einen bidirektionalen Gleichspannungswandler mit einer Niederspannungsseite und einer Hochspannungsseite; einen Stromverteiler, an den elektrische Verbraucher gekoppelt werden können; eine Diagnoseeinrichtung für eine SOH-Bestimmung der ersten Batterie; wobei die erste Batterie an den Stromverteiler gekoppelt ist; der Gleichspannungswandler mit seiner Hochspannungsseite an den Stromverteiler gekoppelt ist, die Diagnoseeinrichtung an die erste Batterie und mittelbar oder unmittelbar an den Gleichspannungswandler gekoppelt ist; wobei Diagnoseeinrichtung derart ausgebildet ist, dass einen Stromanteil derart steuert, so dass dieser Stromanteil eine Wechselspannung an der Hochspannungsseite des Gleichspannungswandlers erzeugt, und an der ersten Batterie die Stromstärke und die Phase ermittelt. Der Gleichspannungswandler ist mit seiner Hochspannungsseite an den Stromverteiler derart gekoppelt ist, dass die Hochspannungsseite parallel zu der ersten Batterie geschaltet ist.
  • Aus der US 2014 / 0117938 A1 ist ein Batterieausgleichswandler zum Ladungsausgleich der Ladung von Zellen einer Batterie mit Diagnosemitteln bekannt.
  • Es besteht also Bedarf daran, Wege aufzuzeigen, wie die Ladezustandserfassung von einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs verbessert werden kann.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Erfindung eines Verfahrens zur Ladezustandsbestimmung zumindest einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs mit den Schritten:
    • Erfassen einer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs,
    • Durchführen eines Selbsttests mit einer Ladezustandsbestimmung bei angehaltenem Kraftfahrzeug auf das Erfassen der Inbetriebnahme des
    • Kraftfahrzeugs hin durch Erzeugen eines hochspannungsseitigen Messsignals für eine elektrochemische Impedanzspektroskopie mit einem bidirektionalen Gleichspannungswandler des Kraftfahrzeugs, und
    • Auswerten der von dem bidirektionalen Gleichspannungswandler bereitgestellten elektrischen Ausgangsspannung und der elektrischen Klemmenspannung der Traktionsbatterie um den Traktionsbatterie-Ladezustand der Traktionsbatterie zu bestimmen, wobei eine Leerlaufspannung der Traktionsbatterie erfasst und ausgewertet wird, um den Traktionsbatterie-Ladezustand der Traktionsbatterie zu bestimmen.
  • Das Verfahren startet also mit der Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs, die einen Selbsttest diverser Komponenten des Kraftfahrzeugs auf ihre Funktionsfähigkeit umfasst. Derartige Selbst- oder Funktionstests können zusätzlich oder alternativ auch während kurzer Stopps, wie z.B. an einer Ampel, durchgeführt werden. Zu diesem Selbsttest gehört auch die Ladezustandsbestimmung der Batterie, z.B. der Traktionsbatterie und/oder Niederspannungsbatterie des Kraftfahrzeugs mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie.
  • Es wird also ein bidirektionaler Gleichspannungswandler, der im Normalbetrieb, d.h. nach der Inbetriebnahme, die elektrische Gleichspannung, z.B. der Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (BEV) oder Hybridfahrzeugs (HEV), auf einen anderen, niedrigeren Wert wandelt, verwendet, um das hochspannungsseitige Messsignal für die elektrochemische Impedanzspektroskopie bereitzustellen. Hierzu kann ausgenutzt werden, dass der bidirektionale Gleichspannungswandler die elektrische Gleichspannung, z.B. der Niederspannungsbatterie, in einem Zwischenkreis in Wechselspannung wandelt, diese dabei hochtransformiert und anschließend wieder gleichrichtet. Auf die Gleichspannung wird dann eine elektrische Wechselspannung aufmoduliert, die zur Impedanzspektroskopie verwendet wird. So kann auf einen zusätzlichen Wechselrichter zur Messsignalerzeugung verzichtet und zugleich die Ladezustandserfassung der Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs verbessert werden.
  • Zusätzlich wird eine Leerlaufspannung der Niederspannungsbatterie erfasst und ausgewertet um den Niederspannungsbatterie-Ladezustand der Niederspannungsbatterie zu bestimmen. Hierzu kann analog eine elektrische Ruhespannungskennlinie vorab aufgenommen und z.B. in Form einer Look-up Tabelle im Batteriemanagementsystem hinterlegt werden. Dabei wird wiederum analog der Umstand ausgenutzt, dass ein injektiver bzw. streng monotoner Zusammenhang zwischen der elektrischen Ruhespannung und dem Niederspannungsbatterie-Ladezustand der Niederspannungsbatterie besteht. Nach Ablauf dieser Wartezeit befindet sich das elektrochemische System der Niederspannungsbatterie in einem dynamischen Gleichgewicht bzw. in einem relaxierten Zustand, bei dem in diesem stromlosen Zustand alle auf vorhergehende Ladungen bzw. Entladungen beruhenden Überspannungen abgebaut sind. So kann die Genauigkeit der Bestimmung des Niederspannungsbatterie-Ladezustands der Niederspannungsbatterie nochmals gesteigert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform werden zusätzlich elektrische Eingangs- und Ausgangsströme des bidirektionalen Gleichspannungswandlers und der Traktionsbatterie erfasst und ausgewertet, um den Traktionsbatterie-Ladezustand der Traktionsbatterie zu bestimmen. Mit anderen Worten, es erfolgt eine Ladezustandsbestimmung durch eine Amperestundenbilanzierung. Es wird also vorzeichenbehaftet die in der Traktionsbatterie gespeicherte und entnommene elektrische Ladungsmenge erfasst. So kann die Genauigkeit der Bestimmung des Traktionsbatterie-Ladezustands der Traktionsbatterie gesteigert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zusätzlich eine Leerlaufspannung der Traktionsbatterie erfasst und ausgewertet, um den Traktionsbatterie-Ladezustand der Traktionsbatterie zu bestimmen. Hierzu kann eine elektrische Ruhespannungskennlinie vorab aufgenommen und z.B. in Form einer Look-up Tabelle im Batteriemanagementsystem hinterlegt werden. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, dass ein injektiver bzw. streng monotoner Zusammenhang zwischen der elektrischen Ruhespannung und dem Traktionsbatterie-Ladezustand der Traktionsbatterie besteht. Unter der elektrischen Ruhespannung wird der Spannungswert verstanden, der sich nach einer vorbestimmten Wartezeit einstellt. Nach Ablauf dieser Wartezeit befindet sich das elektrochemische System der Traktionsbatterie in einem dynamischen Gleichgewicht bzw. in einem relaxierten Zustand, bei dem in diesem stromlosen Zustand alle auf vorhergehende Ladungen bzw. Entladungen beruhenden Überspannungen abgebaut sind. So kann die Genauigkeit der Bestimmung des Traktionsbatterie-Ladezustands der Traktionsbatterie nochmals gesteigert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in einem weiteren Schritt zur Bestimmung des Traktionsbatterie-Ladezustands der Traktionsbatterie der bidirektionale Gleichspannungswandler und die Traktionsbatterie galvanisch von elektrischen Komponenten des Kraftfahrzeugs getrennt. Hierzu kann ein ansteuerbarer Trennschalter geöffnet werden. So wird sichergestellt, dass elektrische Komponenten des Kraftfahrzeugs nicht die Bestimmung des Ladezustands der Niederspannungsbatterie verfälschen oder beeinflussen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in einem weiteren Schritt ein niederspannungsseitiges Messsignal für eine elektrochemische Impedanzspektroskopie mit dem bidirektionalen Gleichspannungswandler des Kraftfahrzeugs erzeugt und die von dem bidirektionalen Gleichspannungswandler bereitgestellte elektrische Ausgangsspannung und die elektrische Klemmenspannung der Niederspannungsbatterie wird ausgewertet um den Niederspannungsbatterie-Ladezustand der Niederspannungsbatterie zu bestimmen.
  • Es wird also nun der bidirektionale Gleichspannungswandler verwendet, um zusätzlich nun das niederspannungsseitige Messsignal für die elektrochemische Impedanzspektroskopie bereitzustellen. Hierzu kann ausgenutzt werden, dass der Gleichspannungswandler die elektrische Gleichspannung, z.B. der Traktionsbatterie, in einem Zwischenkreis in Wechselspannung wandelt, diese dabei runter transformiert und anschließend wieder gleichrichtet. Auf die Gleichspannung wird dann wieder eine elektrische Wechselspannung aufmoduliert, die zur Impedanzspektroskopie verwendet wird. Somit weist der bidirektionale Gleichspannungswandler soweit eine Doppelfunktion auf und zugleich kann die Ladezustandserfassung der Niederspannungsbatterie des Kraftfahrzeugs verbessert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zusätzlich elektrische Eingangs- und Ausgangsströme des bidirektionalen Gleichspannungswandlers und der Niederspannungsbatterie erfasst und ausgewertet um den Niederspannungsbatterie-Ladezustand der Niederspannungsbatterie zu bestimmen. Mit anderen Worten, es erfolgt auch hier analog eine Ladezustandsbestimmung durch eine Amperestundenbilanzierung. Es wird also vorzeichenbehaftet die in der Niederspannungsbatterie gespeicherte und entnommene elektrische Ladungsmenge erfasst. So kann die Genauigkeit der Bestimmung des Niederspannungsbatterie-Ladezustands der Niederspannungsbatterie gesteigert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zur Bestimmung des Niederspannungsbatterie-Ladezustands der Niederspannungsbatterie der Gleichspannungswandler und die Niederspannungsbatterie galvanisch von einer elektrischen Last des Kraftfahrzeugs getrennt. Hierzu kann der ansteuerbare Trennschalter geöffnet werden. So wird sichergestellt, dass die Last nicht die Bestimmung des Niederspannungsbatterie-Ladezustands der Niederspannungsbatterie verfälscht oder beeinflusst.
  • Ferner gehören zur Erfindung ein Computerprogrammprodukt, ein Batteriemanagementsystem und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriemanagementsystem und einem Gleichspannungswandler.
  • Es wird nun die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:
    • 1 in schematischer Darstellung Komponenten eines Kraftfahrzeugs mit einer Niederspannungsbatterie, einem bidirektionalen Gleichspannungswandler und einer Traktionsbatterie.
    • 2 in schematischer Darstellung einen Verfahrensablauf zum Betrieb der in 1 gezeigten Komponenten.
  • Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen.
  • Dargestellt sind Komponenten eines Kraftfahrzeugs 2.
  • Das Kraftfahrzeug 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als PKW ausgebildet. Ferner ist das Kraftfahrzeug 2 im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug mit einer Traktionsbatterie 6 zur Speicherung elektrischer Betriebsenergie als einer der dargestellten Komponenten ausgebildet. Die Traktionsbatterie 6 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Lithium-Ionen-Akkumulator bzw. weist als Zellen Lithium-Ionen-Akkumulatoren auf.
  • Weitere, dargestellte Komponenten sind ein Batteriemanagementsystem 4, eine Last 8, ein bidirektionaler Gleichspannungswandler 10 und ein Trennschalter 12 sowie eine Niederspannungsbatterie 14, die unter anderem zur Pufferung eines 12-Volt-Bordnetzes des Kraftfahrzeugs 2 dient.
  • Das Batteriemanagementsystem 4 ist zur Überwachung, Regelung und zum Schutz der Traktionsbatterie 6 und der Niederspannungsbatterie 14 ausgebildet und stellt Funktionen wie eine Ladezustandsbestimmung, Tiefentladeschutz oder Überladeschutz bereit.
  • Um eine Ladezustandsbestimmung jeweils der Traktionsbatterie 6 und der Niederspannungsbatterie 14 durchzuführen ist das Batteriemanagementsystem 4 dazu ausgebildet, jeweils eine elektrochemische Impedanzspektroskopie durchzuführen.
  • Dabei wird unter einer elektrochemischen Impedanzspektroskopie (oft mit EIS abgekürzt) die Bestimmung einer Impedanz, d.h. eines Wechselstromwiderstands, elektrochemischer Systeme als Funktion der Frequenz einer Wechselspannung bzw. des Wechselstroms verstanden. Das elektrochemische System sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel die jeweiligen Zellen der Traktionsbatterie 6 und der Niederspannungsbatterie 14.
  • Das Batteriemanagementsystem 4 beginnt im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einer Ladezustandsbestimmung der Niederspannungsbatterie 14, wenn es eine Inbetriebnahme IB des Kraftfahrzeugs 2 erfasst, gefolgt von einer Ladezustandsbestimmung der Traktionsbatterie 6. Mit anderen Worten, das Batteriemanagementsystem 4 führt die jeweiligen Ladezustandsbestimmungen im Rahmen eines Selbst- oder Funktionstests durch, wie er bei Inbetriebnahmen von Kraftfahrzeugen 2 durchgeführt wird. Derartige Selbst- oder Funktionstests können zusätzlich oder alternativ auch während kurzer Stopps, wie z.B. an einer Ampel, durchgeführt werden.
  • Der bidirektionale Gleichspannungswandler 10 (auch DC-DC-Wandler genannt, englisch DC-DC Converter) ist dazu ausgebildet, eine am Eingang zugeführte elektrische Gleichspannung in eine elektrische Gleichspannung mit höherem, niedrigerem oder invertiertem Spannungsniveau umzuwandeln und umgekehrt.
  • Die grundlegende Funktionsweise von dem Gleichspannungswandler 10 besteht darin, dass die am Eingang anliegende elektrische Gleichspannung durch Öffnen und Schließen eines Schaltelements, zum Beispiel eines Leistungstransistors, in eine rechteckige elektrische Wechselspannung zu transformieren. Durch eine anschließende Filterung, in der Regel mithilfe einer Kombination aus Schaltelementen (Dioden, Transistoren,...), Induktivitäten und Kapazitäten, wird diese elektrische Wechselspannung wieder in eine Gleichspannung mit zum Eingang abweichendem Spannungsniveau zurückgewandelt.
  • Der bidirektionale Gleichspannungswandler 10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispieldazu ausgebildet ein niederspannungsseitiges Messsignal nMS für eine erste elektrochemische Impedanzspektroskopie bereitzustellen. Der bidirektionale Gleichspannungswandler 10 wandelt eine elektrische Gleichspannung der Traktionsbatterie 6 in einem Zwischenkreis in elektrische Wechselspannung, die runtertransformiert und wieder gleichgerichtet wird. Auf die Gleichspannung wird dann eine Wechselspannung aufmoduliert, die zur ersten Impedanzspektroskopie verwendet wird. Mit anderen Worten, bei dem niederspannungsseitigen Messsignal nMS handelt es sich um eine elektrische Gleichspannung mit einer aufmodulierten elektrischen Wechselspannung.
  • Hierzu erfolgt ein Abgriff einer elektrischen Wechselspannung hinter einem ausgangsseitigen Gleichrichter des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 10. Mit anderen Worten, der bidirektionale Gleichspannungswandler 10 wird doppelt genutzt. Im Normalbetrieb wandelt der Gleichspannungswandler 10 eine elektrische Spannung um und während der Ladezustandsbestimmung der Niederspannungsbatterie 14 stellt der bidirektionale Gleichspannungswandler 10 das niederspannungsseitige Messsignal nMS für die erste elektrochemische Impedanzspektroskopie bereit.
  • Ferner ist das Batteriemanagementsystem 4 im vorliegenden Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet zusätzlich elektrische Eingangs- und Ausgangsströme des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 10 und der Niederspannungsbatterie 14 zu erfassen und auszuwerten um durch eine Amperestundenbilanzierung die Bestimmung des Niederspannungsbatterie-Ladezustands der Niederspannungsbatterie 14 zu verbessern.
  • Des Weiteren ist das Batteriemanagementsystem 4 im vorliegenden Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet zusätzlich eine elektrische Ruhespannung der Niederspannungsbatterie 14 zu erfassen und auszuwerten, um die Bestimmung des Niederspannungsbatterie-Ladezustands der Niederspannungsbatterie 14 zu verbessern.
  • Die Last 8 ist ein elektrischer Verbraucher des Kraftfahrzeugs 2, der mit der elektrischen Spannung betrieben werden kann, die von der Niederspannungsbatterie 14 bereitgestellt werden kann, wie z.B. ein Verbraucher eines 12-Volt-Bordnetzes des Kraftfahrzeugs 2.
  • Der Trennschalter 12 kann von dem bidirektionalen Gleichspannungswandler 10 angesteuert werden, um diesen zu schließen oder zu öffnen. Bei geöffnetem Trennschalter 12 ist die Last 8, die ausgangsseitig an dem bidirektionalen Gleichspannungswandler 10 angeschlossen ist, von dem bidirektionalen Gleichspannungswandler 10 galvanisch getrennt und beeinflusst so die Ladezustandsbestimmung der Niederspannungsbatterie 14 nicht.
  • Der Gleichspannungswandler 10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner dazu ausgebildet ein hochspannungsseitiges Messsignal hMS für eine zweite elektrochemische Impedanzspektroskopie bereitzustellen. Der bidirektionale Gleichspannungswandler 10 wandelt eine elektrische Gleichspannung der Niederspannungsbatterie 14 in einem Zwischenkreis in elektrische Wechselspannung, die hochtransformiert und wieder gleichrichtet wird. Auf die Gleichspannung wird dann eine Wechselspannung aufmoduliert, die zur Impedanzspektroskopie verwendet wird. Mit anderen Worten, bei dem hochspannungsseitigen Messsignal hMS handelt es sich um eine elektrische Gleichspannung mit einer aufmodulierten elektrischen Wechselspannung.
  • Hierzu erfolgt ein Abgriff einer elektrischen Wechselspannung vor einem ausgangsseitigen Gleichrichter des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 10. Mit anderen Worten, der Gleichspannungswandler 10 wird dreifach genutzt. Im Normalbetrieb wandelt der Gleichspannungswandler 10 eine elektrische Spannung um und er stell sowohl das niederspannungsseitige Messsignal nMS als auch das hochspannungsseitige Messsignal hMS für die beiden elektrochemischen Impedanzspektroskopieen bereit.
  • Ferner ist das Batteriemanagementsystem 4 im vorliegenden Ausführungsbeispiel analog dazu ausgebildet zusätzlich elektrische Eingangs- und Ausgangsströme des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 10 und der Traktionsbatterie 14 zu erfassen und auszuwerten um durch eine Amperestundenbilanzierung die Bestimmung des Traktionsbatterie-Ladezustands der Traktionsbatterie 6 zu verbessern.
  • Des Weiteren ist das Batteriemanagementsystem 4 im vorliegenden Ausführungsbeispiel analog dazu ausgebildet zusätzlich eine elektrische Ruhespannung der Traktionsbatterie 6 zu erfassen und auszuwerten, um die Bestimmung des Traktions-Ladezustands der Traktionsbatterie 6 zu verbessern.
  • Es kann vorgesehen sein, den Trennschalter 12 anzusteuern, um diesen zu schließen oder zu öffnen. Bei geöffnetem Trennschalter 12 ist die Last 8 und/oder sind andere elektrische Komponenten des Kraftfahrzeugs 2 galvanisch abgetrennt.
  • Es wird nun unter zusätzlicher Bezugnahme auf 2 ein Verfahrensablauf zum Betrieb der in 1 gezeigten Komponenten erläutert.
  • In einem ersten Schritt S100 erfasst das Batteriemanagementsystem 4 eine Inbetriebnahme IB des Kraftfahrzeugs 2. Hierzu kann eine logische Variable eingelesen und ausgewertet werden, der für eine Inbetriebnahme IB der Wert logisch Eins und andernfalls der Wert logisch Null zugeordnet wird.
  • Wenn eine Inbetriebnahme IB vorliegt erzeugt in einem weiteren Schritt S200 das Batteriemanagementsystem 4 ein Ansteuersignal AS, das bewirkt, dass der Trennschalter 12 öffnet und so die Last 8 sowie weitere Komponenten galvanisch von der Niederspannungsbatterie 14 und dem Batteriemanagementsystem 4 trennt.
  • In einem weiteren Schritt S300 erzeugt das Batteriemanagementsystem 4 dann das niederspannungsseitige Messsignal nMS für die erste elektrochemische Impedanzspektroskopie.
  • In einem weiteren Schritt S400 wertet das Batteriemanagementsystem 4 die elektrische Ausgangsspannung des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 10 und die elektrische Klemmenspannung der Niederspannungsbatterie 14 aus um den Niederspannungsbatterie-Ladezustand N-LZ der Niederspannungsbatterie 14 zu bestimmen.
  • Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Batteriemanagementsystem 4 elektrische Eingangs- und Ausgangsströme des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 10 und der Niederspannungsbatterie 14 für eine Amperestundenbilanzierung und/oder eine elektrische Ruhespannung der Niederspannungsbatterie 14 erfasst und auswertet um die Genauigkeit der Bestimmung des Niederspannungsbatterie-Ladezustands N-LZ der Niederspannungsbatterie 14 zu erhöhen.
  • In einem weiteren Schritt S500 erzeugt das Batteriemanagementsystem 4 dann das hochspannungsseitige Messsignal hMS für die zweite elektrochemische Impedanzspektroskopie.
  • In einem weiteren Schritt S600 wertet das Batteriemanagementsystem 4 die elektrische Ausgangsspannung des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 10 und die elektrische Klemmenspannung der Traktionsbatterie84 aus um den Traktionsbatterie-Ladezustand T-LZ der Traktionsbatterie 6 zu bestimmen.
  • Analog kann zusätzlich vorgesehen sein, dass das Batteriemanagementsystem 4 elektrische Eingangs- und Ausgangsströme des bidirektionalen Gleichspannungswandlers 10 und der Traktionsbatterie 8 für eine Amperestundenbilanzierung und/oder eine elektrische Ruhespannung der Traktionsbatterie 6 erfasst und auswertet um die Genauigkeit der Bestimmung des Traktionsbatterie-Ladezustands T-LZ der Traktionsbatterie 6 zu erhöhen.
  • Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Reihenfolge der Schritte auch eine andere sein. Ferner können mehrere Schritte auch zeitgleich bzw. simultan ausgeführt werden. Des Weiteren können auch einzelne Schritte ausgelassen bzw. übersprungen werden.
  • So wird der bidirektionale Gleichspannungswandler 10 dreifach genutzt. Im Normalbetrieb wandelt der bidirektionale Gleichspannungswandler 10 eine elektrische Spannung um, während der Ladezustandsbestimmung der Niederspannungsbatterie 14 stellt der bidirektionale Gleichspannungswandler 10 das niederspannungsseitige Messsignal nMS für die erste elektrochemische Impedanzspektroskopie bereit, und während der Ladezustandsbestimmung der Traktionsbatterie 6 stellt der bidirektionale Gleichspannungswandler 10 das hochspannungsseitige Messsignal hMS für die zweite elektrochemische Impedanzspektroskopie bereit.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Kraftfahrzeug
    4
    Batteriemanagementsystem
    6
    Traktionsbatterie
    8
    Last
    10
    bidirektionaler Gleichspannungswandler
    12
    Trennschalter
    14
    Niederspannungsbatterie
    AS
    Ansteuersignal
    IB
    Inbetriebnahme
    N-LZ
    Niederspannungsbatterie-Ladezustand
    T-LZ
    Traktionsbatterie-Ladezustand
    nMS
    niederspannungsseitiges Messsignal
    hMS
    hochspannungsseitiges Messsignal
    S100
    Schritt
    S200
    Schritt
    S300
    Schritt
    S400
    Schritt
    S500
    Schritt
    S600
    Schritt

Claims (16)

  1. Verfahren zur Ladezustandsbestimmung zumindest einer Traktionsbatterie (6) eines Kraftfahrzeugs (2), mit den Schritten: (S100) Erfassen einer Inbetriebnahme (IB) des Kraftfahrzeugs (2), (S500) Durchführen eines Selbsttests mit einer Ladezustandsbestimmung bei angehaltenem Kraftfahrzeug (2) auf das Erfassen der Inbetriebnahme (IB) des Kraftfahrzeugs (2) hin durch Erzeugen eines hochspannungsseitigen Messsignals (hMS) für eine elektrochemische Impedanzspektroskopie mit einem bidirektionalen Gleichspannungswandler (10) des Kraftfahrzeugs (2), und (S600) Auswerten der von dem bidirektionalen Gleichspannungswandler (10) bereitgestellten elektrischen Ausgangsspannung und der elektrischen Klemmenspannung der Traktionsbatterie (6) um den Traktionsbatterie-Ladezustand (T-LZ) der Traktionsbatterie (6) zu bestimmen, wobei eine Leerlaufspannung der Traktionsbatterie (6) erfasst und ausgewertet wird, um den Traktionsbatterie-Ladezustand (T-LZ) der Traktionsbatterie (6) zu bestimmen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zusätzlich elektrische Eingangs- und Ausgangsströme des bidirektionalen Gleichspannungswandlers (10) und der Traktionsbatterie (6) erfasst und ausgewertet werden, um den Traktionsbatterie-Ladezustand (T-LZ) der Traktionsbatterie (6) zu bestimmen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einem weiteren Schritt (S200) zur Bestimmung des Traktionsbatterie-Ladezustands (T-LZ) der Traktionsbatterie (6) der bidirektionale Gleichspannungswandler (10) und die Traktionsbatterie (6) galvanisch von elektrischen Komponenten des Kraftfahrzeugs (2) getrennt werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in einem weiteren Schritt (S300) ein niederspannungsseitiges Messsignal (nMS) für eine elektrochemische Impedanzspektroskopie mit dem bidirektionalen Gleichspannungswandler (10) des Kraftfahrzeugs (2) erzeugt wird und in einem weiteren Schritt (S400) die von dem bidirektionalen Gleichspannungswandler (10) bereitgestellte elektrische Ausgangsspannung und die elektrische Klemmenspannung der Niederspannungsbatterie (14) ausgewertet wird um den Niederspannungsbatterie-Ladezustand (N-LZ) der Niederspannungsbatterie (14) zu bestimmen.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei zusätzlich elektrische Eingangs- und Ausgangsströme des bidirektionalen Gleichspannungswandlers (10) und der Niederspannungsbatterie (14) erfasst und ausgewertet werden, um den Niederspannungsbatterie-Ladezustand (N-LZ) der Niederspannungsbatterie (14) zu bestimmen.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei zusätzlich eine Leerlaufspannung der Niederspannungsbatterie (14) erfasst und ausgewertet wird, um den Niederspannungsbatterie-Ladezustand (N-LZ) der Niederspannungsbatterie (14) zu bestimmen.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, wobei in einem weiteren Schritt zur Bestimmung des Niederspannungsbatterie-Ladezustands (N-LZ) der Niederspannungsbatterie (14) der bidirektionale Gleichspannungswandler (10) und die Niederspannungsbatterie (14) galvanisch von einer elektrischen Last (8) des Kraftfahrzeugs (2) getrennt werden.
  8. Computerprogrammprodukt, ausgebildet zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
  9. Batteriemanagementsystem (4), wobei das Batteriemanagementsystem (4) dazu ausgebildet ist, eine Inbetriebnahme (IB) des Kraftfahrzeugs (2) zu erfassen, auf das Erfassen der Inbetriebnahme (IB) des Kraftfahrzeugs (2) hin einen Selbsttest mit einer Ladezustandsbestimmung bei angehaltenem Kraftfahrzeug (2) durchzuführen durch Erzeugen eines hochspannungsseitigen Messsignals (hMS) für eine elektrochemische Impedanzspektroskopie mit einem bidirektionalen Gleichspannungswandler (10) des Kraftfahrzeugs (2), und die von dem bidirektionalen Gleichspannungswandler (10) bereitgestellte elektrische Ausgangsspannung und die elektrische Klemmenspannung der Traktionsbatterie (6) auszuwerten, um den Traktionsbatterie-Ladezustand (T-LZ) der Traktionsbatterie (6) zu bestimmen, wobei das Batteriemanagementsystem (4) dazu ausgebildet ist, eine Leerlaufspannung der Traktionsbatterie (6) zu erfassen und auszuwerten, um den Traktionsbatterie-Ladezustand (T-LZ) der Traktionsbatterie (6) zu bestimmen.
  10. Batteriemanagementsystem (4) nach Anspruch 9, wobei das Batteriemanagementsystem (4) dazu ausgebildet ist, zusätzlich elektrische Eingangs- und Ausgangsströme des bidirektionalen Gleichspannungswandlers (10) und der Traktionsbatterie (6) zu erfassen und auszuwerten, um den Traktionsbatterie-Ladezustand (T-LZ) der Traktionsbatterie (6) zu bestimmen.
  11. Batteriemanagementsystem (4) nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Batteriemanagementsystem (4) dazu ausgebildet ist, zur Bestimmung des Traktionsbatterie-Ladezustands (T-LZ) der Traktionsbatterie (6) den bidirektionalen Gleichspannungswandler (10) und die Traktionsbatterie (6) galvanisch von einer elektrischen Komponente des Kraftfahrzeugs (2) zu trennen.
  12. Batteriemanagementsystem (4) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Batteriemanagementsystem (4) dazu ausgebildet ist, ein niederspannungsseitiges Messsignal (nMS) für eine elektrochemische Impedanzspektroskopie mit dem bidirektionalen Gleichspannungswandler (10) des Kraftfahrzeugs (2) zu erzeugen, und die von dem bidirektionalen Gleichspannungswandler (10) bereitgestellte elektrische Ausgangsspannung und die elektrische Klemmenspannung der Niederspannungsbatterie (14) auszuwerten, um den Niederspannungsbatterie-Ladezustand (N-LZ) der Niederspannungsbatterie (14) zu bestimmen.
  13. Batteriemanagementsystem (4) nach Anspruch 12, wobei das Batteriemanagementsystem (4) dazu ausgebildet ist, zusätzlich elektrische Eingangs- und Ausgangsströme des bidirektionalen Gleichspannungswandlers (10) und der Niederspannungsbatterie (14) zu erfassen und auszuwerten, um den Niederspannungsbatterie-Ladezustand (N-LZ) der Niederspannungsbatterie (14) zu bestimmen.
  14. Batteriemanagementsystem (4) nach Anspruch 12 oder 13, wobei das Batteriemanagementsystem (4) dazu ausgebildet ist, zusätzlich eine Leerlaufspannung der Niederspannungsbatterie (14) zu erfassen und auszuwerten, um den Niederspannungsbatterie-Ladezustand (N-LZ) der Niederspannungsbatterie (14) zu bestimmen.
  15. Batteriemanagementsystem (4) nach Anspruch 12, 13 oder 14, wobei das Batteriemanagementsystem (4) dazu ausgebildet ist, zur Bestimmung des Niederspannungsbatterie-Ladezustands (N-LZ) der Niederspannungsbatterie (14) den bidirektionalen Gleichspannungswandler (10) und die Niederspannungsbatterie (14) galvanisch von einer elektrischen Last (8) des Kraftfahrzeugs (2) zu trennen.
  16. Kraftfahrzeug (2) mit einem Batteriemanagementsystem (4) nach einem der Ansprüche 9 bis 15 und einem Gleichspannungswandler (10), wobei der bidirektionale Gleichspannungswandler (10) dazu ausgebildet ist, ein hochspannungsseitiges Messsignal (hMS) für eine elektrochemische Impedanzspektroskopie zur Ladezustandsbestimmung einer Traktionsbatterie (6) eines Kraftfahrzeugs (2) bereitzustellen und/oder ein niederspannungsseitiges Messsignal (nMS) für eine elektrochemische Impedanzspektroskopie zur Ladezustandsbestimmung einer Niederspannungsbatterie (14) des Kraftfahrzeugs (2) bereitzustellen.
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