-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer verfügbaren Energiemenge einer Fahrzeugbatterie für einen Notfallpuls, eine Batterieüberwachungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, das Verfahren durchzuführen, und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Überwachungsvorrichtung.
-
Für eine Energieversorgung in Fahrzeugen ist typischerweise ein Generator, in neueren Fahrzeugtypen ein DC/DC-Wandler, verfügbar, der ein Bordnetz des Fahrzeugs mit Energie versorgt. Für einen Fehlerfall, beispielsweise der Generator oder DC/DC-Wandler fällt während der Fahrt aus, muss eine Fahrzeugbatterie die Versorgung der sicherheitsrelevanten Systeme, wie beispielsweise der Bremse und/oder der Lenkung, bis zum Abstellen des Fahrzeugs sicherstellen. Diese Energie- beziehungsweise Leistungsanforderung wird typischerweise als Notfallpuls bezeichnet. Der Notfallpuls kann dazu ausgelegt sein, eine elektrische Energie für mehrere Lenkbewegungen einer stromunterstützten Lenkung und/oder eine Bremsunterstützung bereitzustellen, was wenige Sekunden bis zu einigen Minuten dauern kann.
-
Bisher wurden klassische Fahrzeuge von einem Ritzelstarter gestartet, der durch einen hohen Anlassstrom aus der Fahrzeugbatterie indirekt eine Diagnose der Fahrzeugbatterie vor Fahrtbeginn durchgeführt hat. Eine defekte Fahrzeugbatterie konnte so schon vor Fahrtbeginn durch schlecht oder nicht Starten festgestellt werden. In modernen Fahrzeugen wird jedoch der Startvorgang nicht oder nicht immer durch einen Ritzelstart und auch nicht zwingend von der zu diagnostizierenden Fahrzeugbatterie gestützt. Demnach entfällt diese einfache Methode der Diagnose und man erhält keine Rückmeldung über eine defekte Fahrzeugbatterie.
-
Aus der
DE 10 2009 058 893 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung eines Ladezustands einer aufladbaren Batterie bekannt, bei dem ein mit einem Ladezustand korrelierter Ladezustandswert mittels Stromintegration ermittelt wird und bei dem mittels Batterieparametern ein Maximalwert zur Begrenzung des ermittelten Ladezustandswerts nach oben und/oder ein Mittelwert zur Begrenzung des emittierten Ladezustandswerts nach unten und/oder ein Referenzwert zum Rücksetzen des Ladezustandswerts ermittelt wird.
-
Aus der
DE 10 2017 221 248 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung eines aktuellen Ladezustandswerts einer Batterie bekannt, wobei ein Kennlinienfeld bereitgestellt wird, welches für jeweilige verschiedene vorbestimmte Temperaturbereiche einen Innenwiderstand für den bestimmten Batterietyp in Abhängigkeit von dem Ladezustand für den bestimmten Batterietyp angibt.
-
Aus der
DE 103 37 064 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Vorhersage einer Hochstrombelastbarkeit einer Batterie, insbesondere einer Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug bekannt. Hierbei werden Parameter eines Modells einer Batterieimpedanz durch eine Auswertung von Wechselanteilen eines Batteriestroms und einer Batteriespannung durchgeführt.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Energie- und Leistungsdiagnose einer Fahrzeugbatterie zur Bestimmung einer verfügbaren Energiemenge für einen Notfallpuls durchzuführen.
-
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, der folgenden Beschreibung sowie den Figuren offenbart.
-
Durch die Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung einer verfügbaren Energiemenge einer Fahrzeugbatterie für einen Notfallpuls bereitgestellt. Das Verfahren kann beispielsweise durch eine Batterieüberwachungsvorrichtung durchgeführt werden, die als Steuergerät ausgebildet sein kann, insbesondere als Mikrocontroller. Das Verfahren umfasst als Schritt a) ein Bestimmen eines Innenwiderstandswerts der Fahrzeugbatterie aus einem gemessenen Rippelstrom. Mit Rippelstrom ist ein überlagerter Wechselstrom beziehungsweise sind mittelwertfreie Wechselanteile eines Batteriestroms und/oder einer Batteriespannung gemeint. Der Rippelstrom kann beispielsweise an der Fahrzeugbatterie oder einem Fahrzeugbordnetz gemessen werden. Der Schritt a) zur Bestimmung des Innenwiderstandswerts aus dem gemessenen Rippelstrom ist aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere aus der oben genannten
DE 103 37 064 A1 . Anschließend umfasst das Verfahren als Schritt b) ein Bestimmen eines aktuellen Energieinhalts der Fahrzeugbatterie mittels des Innenwiderstandswerts und einer vorbestimmten Batteriekennlinie, als Schritt c) ein Messen eines Temperaturwerts der Fahrzeugbatterie und als Schritt d) ein Bestimmen der verfügbaren Energiemenge der Fahrzeugbatterie für den Notfallpuls mittels des aktuellen Energieinhalts, eines aktuellen Entladestroms der Fahrzeugbatterie und dem gemessenen Temperaturwert.
-
Mit anderen Worten wird zunächst mittels bekannter Methoden der Innenwiderstandswert der Fahrzeugbatterie aus dem gemessenen Rippelstrom bestimmt. Über diese Bestimmungsmethode lässt sich unter anderem der ohmsche Anteil der Fahrzeugbatterie ableiten, wobei der Innenwiderstand für eine Prädiktion eines Spannungseinbruchs bei hoher Stromlast verwendet werden kann, also für eine Prädiktion einer Leistungsfähigkeit der Fahrzeugbatterie. Insbesondere kann zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit eine beim Notfallpuls auftretende Spannungsänderung aus dem ermittelten Innenwiderstandswert und einem bekannten Stromunterschied ermittelt werden. Des Weiteren kann aus dem Innenwiderstandswert neben der Leistungsfähigkeit der Fahrzeugbatterie auch der aktuelle Energieinhalt beziehungsweise ein aktueller Ladungsinhalt der Fahrzeugbatterie mittels einer vorbestimmten Batteriekennlinie bestimmt werden. Die Batteriekennlinie kann hierbei aus Anforderungen und/oder Spezifikationen der Fahrzeugbatterie, insbesondere aus einer Konstruktion der Fahrzeugbatterie, vorbestimmt werden. Vorzugsweise kann die Batteriekennlinie mittels Messungen bestimmt werden. Anschließend kann der Temperaturwert der Fahrzeugbatterie, der eine aktuelle Temperatur der Fahrzeugbatterie aufweisen kann, gemessen werden und zusammen mit dem zuvor bestimmten aktuellen Energieinhalt und dem aktuellen Entladestroms der Fahrzeugbatterie verwendet werden, um die verfügbare Energiemenge zu bestimmen, die in der Fahrzeugbatterie für den Notfallpuls vorhanden ist. Aufgrund der Elektrochemie der Fahrzeugbatterie ist die verfügbare Energiemenge, zum Beispiel die entnehmbare Strommenge, nicht konstant, sondern abhängig von der Temperatur und dem aktuell fließenden Entladestrom. Demzufolge ist die verfügbare Energiemenge keine konstante Größe sondern ändert sich nicht nur durch Ladung und Entladung, sondern auch durch den aktuellen Entladestrom, wobei mit Entladestrom die aktuelle Entladestromstärke gemeint ist. Vorzugsweise kann also die verfügbare Energiemenge mittels der oben angegebenen Kenngrößen in Abhängigkeit der Arrhenius-Gleichung und/oder der Peukert-Gleichung bestimmt werden.
-
Der Temperaturwert kann beispielsweise über einen Temperatursensor ermittelt werden und der aktuelle Entladestrom über einen Stromsensor. Unter einem Energieinhalt beziehungsweise einem Ladungsinhalt ist eine Energie, insbesondere eine elektrische Ladungsmenge zu verstehen, die in der Fahrzeugbatterie vorhanden sein kann. Der Energieinhalt beziehungsweise Ladungsinhalt kann vorzugsweise ein numerischer Wert mit der physikalischen Einheit „Amperestunden“ sein. Entsprechend ist auch unter dem Innenwiderstandswert ein numerischer Wert des Innenwiderstands der Fahrzeugbatterie zu verstehen, der beispielsweise mit der physikalischen Einheit „Ohm“ angegeben werden kann. Mit verfügbarer Energiemenge sind der Strom und/oder die Spannung der Fahrzeugbatterie gemeint, die tatsächlich aus der Fahrzeugbatterie für die Durchführung des Notfallpulses frei zur Verfügung steht und entnommen werden kann.
-
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass durch die dauerhaft anliegenden Rippels im Rippelstrom die Fahrzeugbatterie kontinuierlich überwacht werden kann und der Innenwiderstandswert der Fahrzeugbatterie bestimmt werden kann. Über einen Rückschluss von dem Innenwiderstandswert zu dem aktuellen Energieinhalt ist zu jedem Zeitpunkt des Fahrzeugbetriebs eine Diagnose und Prädiktion der Fahrzeugbatterie möglich, insbesondere zur Bereitstellung eines Notfallpulses. Insgesamt erhält man eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, eine Energie- und Leistungsdiagnose an der Fahrzeugbatterie durchzuführen.
-
Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
-
Eine Ausführungsform sieht vor, dass nach Schritt d) ferner als Schritt e) ein Prüfen durchgeführt wird, ob die verfügbare Energiemenge unter einen vorgegebenen Notfallenergieschwellenwert fällt und als Schritt f), falls Schritt e) bejaht wird, ein Erzeugen eines Warnsignals. Mit anderen Worten wird ein Notfallenergieschwellenwert bereitgestellt, der beispielsweise in Abhängigkeit einer für den Notfallpuls benötigten Energie vorgegeben sein kann, wobei die verfügbare Energiemenge daraufhin überprüft werden kann, ob sie über oder unter den Notfallenergieschwellenwert liegt. Falls bestimmt wird, dass die verfügbare Energiemenge unter den vorgegebenen Notfallenergieschwellenwert fällt, kann ein Warnsignal erzeugt werden. Vorzugsweise kann in dem Notfallenergieschwellenwert ein Sicherheitspuffer eingeplant werden, so dass bei Erreichen des Notfallenergieschwellenwertes der Notfallpuls noch durchgeführt werden kann. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass das Warnsignal rechtzeitig erzeugt werden kann, bevor die verfügbare Energiemenge zu gering zur Durchführung des Notfallpulses ist.
-
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass mittels des Warnsignals eine Anzeigevorrichtung eines Fahrzeugs und/oder ein Fahrzeugsteuergerät des Fahrzeugs angesteuert werden, wobei das Fahrzeug durch das Fahrzeugsteuergerät bei Empfangen des Warnsignals in einen Notbetriebsmodus versetzt wird. Mit anderen Worten kann durch das Warnsignal eine Warnung auf einer Anzeigevorrichtung des Fahrzeugs angezeigt werden, insbesondere des Fahrzeugs, indem das Verfahren zur Bestimmung der verfügbaren Energiemenge durchgeführt wird, und/oder ein Fahrzeugsteuergerät kann angesteuert werden, das bei Empfangen des Warnsignals das Fahrzeug in einen Notbetriebsmodus versetzt. Mit Notbetriebsmodus ist hierbei beispielsweise ein Energiesparmodus gemeint, in dem stromintensive Funktionen des Fahrzeugs, die nicht sicherheitsrelevant sind, deaktiviert werden können und/oder eine Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt wird, so dass das Fahrzeug noch sicher zum Anhalten gebracht werden kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Sicherheit für das Fahrzeug, insbesondere einen Fahrer des Fahrzeugs, erhöht werden kann.
-
Des Weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Notfallschwellenwert von einer vorgegebenen Notfallpulsenergie und einer vorgegebenen Entladeschlussenergie der Fahrzeugbatterie vorgegeben wird. Mit anderen Worten wird durch den Notfallenergieschwellenwert geprüft, ob die verfügbare Energiemenge ausreicht, um eine Versorgung der Systeme für ein Notfallmanöver noch sicherstellen können. Dabei ist neben der physikalischen Leistung des Notfallpulses, das heißt der Notfallpulsenergie, auch eine Mindestspannung beziehungsweise Entladeschlussenergie berücksichtigt, die die Fahrzeugbatterie vor Entladeschluss noch aufweisen muss. Das heißt, dass nicht nur eine Mindestenergie beziehungsweise Mindestspannung für den Notfallpuls durch den Notfallenergieschwellenwert berücksichtigt wird, sondern auch eine Entladeschlussenergie für die Fahrzeugbatterie. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass genug Energie berücksichtigt werden kann, um den Notfallpuls durchzuführen, was eine Sicherheit erhöht.
-
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass durch die Batteriekennlinie eine Funktion des aktuellen Energieinhalts der Fahrzeugbatterie, insbesondere eines aktuellen Ladeinhalts der Fahrzeugbatterie, in Abhängigkeit eines aktuellen Innenwiderstands der Fahrzeugbatterie bereitgestellt wird, wobei die Batteriekennlinie aus zumindest einer vorhergehenden Messung bestimmt wird. Mit anderen Worten wird durch die Batteriekennlinie eine Verknüpfung von dem aktuellen Innenwiderstandswert zu dem aktuellen Energieinhalt bereitgestellt. Die Batteriekennlinie kann vorzugsweise mittels einer oder mehrerer Messungen für die Fahrzeugbatterie vorbestimmt werden und somit eine gute Abschätzung über den aktuellen Energieinhalt liefern. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass über den kontinuierlich bestimmbaren Innenwiderstandswert der Energieinhalt der Batterie bestimmt werden kann, worüber eine Energiediagnose der Fahrzeugbatterie ermöglicht wird. Die Batteriekennlinie kann vorzugsweise in einem Datenspeicher vorliegen und beispielsweise als eine Nachschlagetabelle oder eine Funktion des Energieinhalts in Abhängigkeit des Innenwiderstandswerts bereitgestellt sein.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Batteriekennlinie in Abhängigkeit eines Herstellers, einer Nennkapazität, einer Batterietechnologie und/oder einer Einsatzdauer der Fahrzeugbatterie vorgegeben wird. Mit anderen Worten kann die Batteriekennlinie von mehreren Batterievariablen abhängig sein, die je nach verwendeter Fahrzeugbatterie in der Batteriekennlinie berücksichtigt sind. Diese Batterievariablen können insbesondere über vorhergehende Messungen bestimmt werden. Mit der Batterietechnologie ist beispielsweise gemeint, ob es sich um eine Nassbatterie, Gelbatterie oder eine Absorbent-Glass-Material-Batterie (AGM) handelt. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass die Batterievariablen für die Batteriekennlinie berücksichtigt werden können, wodurch eine Genauigkeit bei der Bestimmung des aktuellen Energieinhalt und damit der verfügbaren Energiemenge verbessert wird.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der aktuelle Energieinhalt der Fahrzeugbatterie in einem vorgegebenen kritischen Batteriekennlinienbereich der Batteriekennlinie ermittelt wird. Mit kritischen Batteriekennlinienbereich ist ein Bereich der Batteriekennlinie gemeint, für den ein niedriger Energieinhalt ermittelt wird, das heißt, wenn die Fahrzeugbatterie fast leer ist. Der kritische Batteriekennlinienbereich kann beispielsweise durch einen Innenwiderstandsschwellenwert in der Batteriekennlinie vorgegeben sein, ab dem ein niedriger Energieinhalt erwartet wird, der noch für den Notfallpuls ausreichend ist. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass in dem Batteriekennlinienbereich der Innenwiderstandswert eine relativ schnelle Änderung bei dynamischer Last, das heißt bei Entladung, aufweist und somit ein Fehler bei der Bestimmung des Energieinhalts gering ist. Folglich kann eine Genauigkeit bei der Bestimmung des Energieinhalts verbessert werden.
-
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der aktuelle Entladestrom gemessen und/oder mittels eines vorgegebenen Entladestromwerts vorgegeben wird. Mit anderen Worten wird für die Bestimmung der verfügbaren Energiemenge gemessen, mit welchem Entladestrom die Fahrzeugbatterie entladen wird und/oder der Entladestrom kann durch einen Entladestromwert vorgegeben werden, der insbesondere so hoch gewählt sein kann, dass eine Sicherheitsgrenze zur Bestimmung der verfügbaren Energiemenge eingehalten werden kann. Der Entladestromwert kann vorzugsweise über typischerweise auftretende Entladeströme, die bei der Fahrzeugbatterie in einem Normalbetrieb erwartet werden, vorgegeben werden. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass die verfügbare Energiemenge für den Notfallpuls genauer bestimmt werden kann.
-
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass vor einem Start einer Fahrzeugfunktion geprüft wird, ob die in Schritt d) bestimmte verfügbare Energiemenge für eine Ausführung der Fahrzeugfunktion ausreicht, wobei der Start der Fahrzeugfunktion verhindert wird, falls die verfügbare Energiemenge für die Ausführung der Fahrzeugfunktion nicht ausreicht. Das heißt, dass eine Fahrzeugfunktion, die eine erhöhte Anforderung an die Energieversorgung stellt und für die die verfügbare Energiemenge nicht genügt, vor Funktionsbeginn gesperrt werden kann. Falls festgestellt wird, dass die verfügbare Energiemenge ausreichend ist, kann die Fahrzeugfunktion freigegeben werden. Mit einer Fahrzeugfunktion ist eine Funktion zur Unterstützung, Unterhaltung und/oder Komfort eines Fahrers gemeint, wie beispielsweise ein „Remote Park Assist“. Alternativ oder zusätzlich kann die Fahrzeugfunktion auch eine Steuerung des Fahrzeugs umfassen beziehungsweise unterstützen, wobei die Fahrzeugfunktion vorzugsweise nicht sicherheitsrelevant ist. Insbesondere kann für die Bestimmung, ob die Energiemenge für die Fahrzeugfunktion ausreicht, ein Vergleich einer vorbestimmten Funktionsenergiemenge, die für die Fahrzeugfunktion benötigt wird, mit der verfügbaren Energiemenge durchgeführt werden. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass eine zusätzliche Energie eingespart werden kann, die dem Notfallpuls bereitgestellt werden kann.
-
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass mittels des in Schritt a) bestimmten Innenwiderstandswerts und dem Ohm'schen Gesetz eine Leistungsfähigkeit der Fahrzeugbatterie bestimmt wird, wobei zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit eine Spannungsänderung durch den Notfallpuls in Abhängigkeit des Innenwiderstandswerts und einer für den Notfallpuls bekannten Stromänderung bestimmt wird. Mit anderen Worten kann die Spannungsänderung beziehungsweise ein Spannungseinbruch der Fahrzeugbatterie bestimmt werden, indem dieser durch den Innenwiderstandswert und einem bekannten Stromverbrauch des Notfallpulses mittels des Ohm'schen Gesetzes berechnet wird. Durch diese Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass die Leistungsfähigkeit der Batterie einfach und schnell abgeschätzt werden kann.
-
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterieüberwachungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ausführungsformen durchzuführen. Die Batterieüberwachungsvorrichtung kann vorzugsweise als Steuergerät, insbesondere als Mikrocontroller, bereitgestellt werden. Hierdurch ergeben sich gleiche Vorteile und Variationsmöglichkeiten wie bei dem Verfahren.
-
Erfindungsgemäß ist auch ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie und einer Batterieüberwachungsvorrichtung bereitgestellt. Die Fahrzeugbatterie kann beispielsweise eine Starterbatterie und/oder eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs sein und insbesondere einen Bleiakkumulator oder einen Lithium-Ionen-Akkumulator umfassen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
-
Zu der Erfindung gehört auch die Steuervorrichtung für das Kraftfahrzeug. Die Steuervorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
-
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterieüberwachungsvorrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterieüberwachungsvorrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.
-
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
-
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 ein schematisch dargestelltes Kraftfahrzeug mit einer Batterieüberwachungsvorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform;
- 2 ein schematisches Verfahrensdiagramm gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
-
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
-
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
-
In 1 ist ein schematisiertes Kraftfahrzeug 10 mit einer Fahrzeugbatterie 12 und einer Batterieüberwachungsvorrichtung 14 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. Die Fahrzeugbatterie 12 kann ein Bleiakkumulator sein, der für eine Energieversorgung eines Fahrzeugbordnetzes elektrische Energie bereitstellt. Die Batterieüberwachungsvorrichtung 14 kann an oder in der Fahrzeugbatterie 12 angeordnet sein, wobei die Batterieüberwachungsvorrichtung 14 zur Bestimmung einer verfügbaren Energiemenge für einen Notfallpuls ausgebildet sein kann. Mit Notfallpuls ist hierbei die Stromversorgung der sicherheitsrelevanten Fahrzeugsysteme mit elektrischer Energie durch die Fahrzeugbatterie 12 gemeint.
-
Um zu bestimmen, ob eine verfügbare Energiemenge in der Fahrzeugbatterie 12 für den Notfallpuls noch ausreichend ist, kann die Batterieüberwachungsvorrichtung 14 einen Stromsensor 16 aufweisen, der dazu ausgebildet sein kann, einen Strom der Fahrzeugbatterie 12 zu messen. Insbesondere kann ein überlagerter Wechselstrom der Fahrzeugbatterie 12, einen sogenannten Rippelstrom, gemessen werden. Aus dem gemessenen Rippelstrom kann die Batterieüberwachungsvorrichtung 14 mittels bekannter Verfahren einen aktuellen Innenwiderstandswert der Fahrzeugbatterie 12 bestimmen. Hierzu kann die Batterieüberwachungsvorrichtung 14 beispielsweise eine zentrale Recheneinheit 18 aufweisen, die beispielsweise als Computerprozessor ausgebildet sein kann.
-
Mit dem so bestimmten Innenwiderstandswert kann dann die Batterieüberwachungsvorrichtung 14 einen aktuellen Energieinhalt der Fahrzeugbatterie 12 bestimmen, indem der aktuelle Energieinhalt aus einer vorbestimmten Batteriekennlinie 20 ermittelt wird. Hierzu kann beispielsweise die zentrale Recheneinheit 18 der Batterieüberwachungsvorrichtung 14 auf einen elektronischen Datenspeicher 22 der Batterieüberwachungsvorrichtung 14 zugreifen, auf dem die Batteriekennlinie 20 beispielsweise als Nachschlagetabelle hinterlegt sein kann.
-
Die Batteriekennlinie 20 kann insbesondere eine Funktion des aktuellen Energieinhalts der Fahrzeugbatterie 12, insbesondere eines Ladeinhalts der Fahrzeugbatterie 12, in Abhängigkeit des ermittelten Innenwiderstands bereitstellen und aus einer vorhergehenden Messung stammen, die in Abhängigkeit des Herstellers der Fahrzeugbatterie, einer Nennkapazität der Fahrzeugbatterie, einer Batterietechnologie, zum Beispiel AGM, und/oder einer Einsatzdauer der Fahrzeugbatterie, die beispielsweise aus einem Fahrzeugdiagnosesystem bekannt sein kann, bestimmt wird.
-
Insbesondere kann die Bestimmung des aktuellen Energieinhalts in einem Batteriekennlinienbereich der Batteriekennlinie 20 ermittelt werden, der einen kritischen Arbeitspunkt darstellt. In diesem kritischen Batteriekennlinienbereich, das heißt bei schlechter Fahrzeugbatterie, kann der Energieinhalt schnell und ohne zusätzliche Dynamik ermittelt werden. Des Weiteren kann in dem kritischen Batteriekennlinienbereich ein angenommener, konstanter relativer Fehler bei der Bestimmung des Energieinhalts im Gegensatz zu hohen angenommenen Energieinhalten klein sein, wodurch insgesamt der Fehler bei der Bestimmung des Energieinhalts minimiert werden kann.
-
Zusätzlich kann die Batterieüberwachungsvorrichtung 14 einen Temperatursensor 24 umfassen, der dazu ausgebildet sein kann, einen Temperaturwert der Fahrzeugbatterie 12 zu messen. Das heißt, dass der Temperatursensor 24 die aktuelle Temperatur der Fahrzeugbatterie 12 bestimmen kann und der Batterieüberwachungsvorrichtung 14, insbesondere der zentralen Recheneinheit 18, zur weiteren Verarbeitung bereitstellen kann. Mittels des zuvor bestimmten aktuellen Energieinhalts, dem gemessenen Temperaturwert und einem aktuellen Entladestrom der Fahrzeugbatterie 12, der beispielsweise auch mittels des Stromsensors 16 bestimmt werden kann, kann durch die Batterieüberwachungsvorrichtung 14 eine verfügbare Energiemenge der Fahrzeugbatterie 12 bestimmt werden, die für den Notfallpuls bereitgestellt werden kann. Aufgrund einer Elektrochemie der Fahrzeugbatterie 12 kann die verfügbare Energiemenge, das heißt die entnehmbare Strommenge, nicht konstant, sondern abhängig von der aktuellen Temperatur der Fahrzeugbatterie 12 und der aktuell fließenden Entladestromstärke sein. Mit anderen Worten kann die verfügbare Energiemenge beispielsweise wieder ansteigen, obwohl keine Aufladung der Fahrzeugbatterie 12 stattgefunden hat, sondern nur der Entladestrom zurückgegangen ist oder die Temperatur der Fahrzeugbatterie 12 sich geändert hat.
-
Durch die Batterieüberwachungsvorrichtung 14 kann im Anschluss geprüft werden, ob die verfügbare Energiemenge unter einen vorgegebenen Notfallenergieschwellenwert fällt oder nicht. Der Notfallenergieschwellenwert kann beispielsweise von einer vorgegebenen Notfallpulsenergie, die für den Notfallpuls benötigt wird, und einer vorgegebenen Entladeschlussenergie, die als Mindestenergie für die Fahrzeugbatterie 12 beibehalten werden muss, vorgegeben sein. Falls festgestellt wird, dass die verfügbare Energiemenge unter den vorgegebenen Notfallenergieschwellenwert fällt, kann durch die Batterieüberwachungsvorrichtung 14 ein Warnsignal erzeugt werden, mittels dem eine Anzeigevorrichtung 26 des Fahrzeugs 10 und/oder ein Fahrzeugsteuergerät 28 des Fahrzeugs 10 angesteuert werden kann. Vorzugsweise kann die Anzeigevorrichtung 26 einen Fahrer des Fahrzeugs eine Warnung anzeigen, dass die verfügbare Energiemenge in der Fahrzeugbatterie 12 kritisch ist und der Fahrer das Fahrzeug 10 aus Sicherheitsgründen anhalten soll. Alternativ oder zusätzlich kann das Fahrzeugsteuergerät 28 durch Empfangen des Warnsignals das Fahrzeug 10 in einen Notbetriebsmodus versetzen, wodurch das Fahrzeug 10 beispielsweise abgebremst werden kann, was zusätzlich eine Sicherheit für das Fahrzeug 10 erhöhen kann.
-
In 2 ist ein schematisches Verfahrensdiagramm zur Bestimmung einer verfügbaren Energiemenge der Fahrzeugbatterie 12 für einen Notfallpuls dargestellt. In einem Schritt S10 kann ein Innenwiderstandswert der Fahrzeugbatterie 12 aus einem gemessenen Rippelstrom bestimmt werden. Anschließend kann in einem Schritt S12 ein aktueller Energieinhalt, das bedeutet eine aktuelle Batteriekapazität, der Fahrzeugbatterie 12 mittels des Innenwiderstandswerts und der vorbestimmten Batteriekennlinie 20 bestimmt werden.
-
Des Weiteren kann in einem Schritt S14 ein Temperaturwert der Fahrzeugbatterie 12 gemessen werden, und in einem Schritt S16 kann die verfügbare Energiemenge der Fahrzeugbatterie 12 bestimmt werden, die für den Notfallpuls bereitgestellt werden kann, wobei hierzu der aktuelle Energieinhalt, der aktuelle Entladestrom der Fahrzeugbatterie und der gemessene Temperaturwert verwendet werden können.
-
Zusätzlich kann in einem Schritt S18 geprüft werden, ob die verfügbare Energiemenge, die in Schritt S16 bestimmt wurde, unter einen vorgegebenen Notfallenergieschwellenwert fällt, wobei in Schritt S20 ein Warnsignal erzeugt werden kann, falls in Schritt S18 festgestellt wurde, dass die verfügbare Energiemenge unter dem vorgegebenen Notfallenergieschwellenwert liegt.
-
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Energie und Leistungsdiagnose einer Fahrzeugbatterie 12 in einem Fahrzeugbordnetz für eine Prädiktion eines Notfallpulses bereitgestellt werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009058893 A1 [0004]
- DE 102017221248 A1 [0005]
- DE 10337064 A1 [0006, 0009]
