DE102021005769A1 - Verfahren zum Identifizieren einer Fehlfunktion eines Temperatursensors von einer Vielzahl von Temperatursensoren sowie Managementsystem - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Identifizieren einer Fehlfunktion eines Temperatursensors (16, 18, 20) von einer Vielzahl von Temperatursensoren (16, 18, 20) eines elektrischen Energiespeichers (12) für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (10) mittels eines Managementsystems (22), mit den Schritten:- Sortieren der erfassten Temperaturen der Vielzahl von Temperatursensoren (16, 18, 20) nach dem Temperaturwert in einer aufsteigende Tabelle (26) mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (24) des Managementsystems (22);- Entfernen von einer vorgegebenen Anzahl an Temperaturwerten an den jeweiligen Enden der aufsteigenden Tabelle (26);- Bestimmen einer Varianz der verbleibenden Temperaturwerte oder Bestimmen einer Differenz von einem Maximum und einem Minimum der verbleibenden Temperaturwerte;- Festlegen eines Schwellwerts in Abhängigkeit von der bestimmten Varianz oder der bestimmten Differenz; und- Identifizieren der Fehlfunktion durch Vergleichen eines Medianwerts der verbliebenen Temperaturwerte mit dem Schwellwert. Ferner betrifft die Erfindung ein Managementsystem (22).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren einer Fehlfunktion eines Temperatursensors von einer Vielzahl von Temperatursensoren eines elektrischen Energiespeichers für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Managementsystem.
• Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass bei elektrischen Energiespeichern ein Temperatursensor nur dann als fehlerhaft identifiziert wird, wenn er außerhalb des gültigen Wertebereichs liegt, oder zum Beispiel 16 Kelvin vom Median der Sensoren innerhalb einer Plausibilisierungsgruppe entfernt liegt. Dadurch können Sensoren mit einer Abweichung von 10 Kelvin nicht als ungültig markiert werden und begrenzen die Leistungsfähigkeit des elektrischen Energiespeichers beim Fahren aber insbesondere auch beim Laden. Da der zulässige Ladestrom auf die kälteste Zelle begrenzt ist, um Plating zu vermeiden, steigt gerade bei niedrigen Temperaturen die Ladedauer bereits ab tatsächlich 10 Grad Celsius an und es können beispielsweise fälschlicherweise 0 Grad Celsius ermittelt werden.
• Die US 2020/326 245 A1 offenbart ein Temperatursensor-Fehlfunktionsdiagnosegerät in einem Fahrzeug, das eine Vorrichtung, einen Kühlmittelkreislauf, eine elektrische Pumpe, eine Batterie und einen Temperatursensor enthält und so konfiguriert ist, dass es eine Fehlfunktion des Temperatursensors diagnostiziert. Die Temperatursensor-Fehlfunktionsdiagnosevorrichtung umfasst einen Pumpentreiber und eine Fehlfunktionsdiagnoseeinheit. Der Pumpentreiber ist so konfiguriert, dass er die Elektropumpe nach dem Anhalten des Fahrzeugs auf der Grundlage der Batterie als Energiequelle antreibt. Die Störungsdiagnoseeinheit ist so konfiguriert, dass sie eine Störungsdiagnose des Temperatursensors unter der Bedingung durchführt, dass eine Ladezeit eine Temperaturkonvergenzzeit des Temperatursensors erreicht, während die elektrische Pumpe angetrieben wird. Die Ladezeit ist eine Zeit, während der das Laden der Batterie am Beginn des Ladens der Batterie durchgeführt wird.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein Managementsystem bereitzustellen, mittels welchem ein zuverlässiges Identifizieren einer Fehlfunktion eines Temperatursensors realisiert werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch ein Managementsystem gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren einer Fehlfunktion eines Temperatursensors von einer Vielzahl von Temperatursensoren eines elektrischen Energiespeichers für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mittels eines Managementsystems. Es erfolgt das Sortieren der erfassten Temperaturen der Vielzahl von Temperatursensoren nach dem Temperaturwert in einer aufsteigenden Tabelle mittels einer elektronischen Recheneinrichtung des Managementsystems. Es wird eine vorgegebene Anzahl an Temperaturwerten an den jeweiligen Enden der aufsteigenden Tabelle entfernt. Es erfolgt das Bestimmen einer Varianz der verbleibenden Temperaturwerte oder das Bestimmen einer Differenz von einem Maximum und einem Minimum der verbleibenden Temperaturwerte. Es wird ein Schwellwert in Abhängigkeit von der bestimmten Varianz oder der bestimmten Differenz festgelegt. Die Fehlfunktion des zumindest einen Temperatursensors wird durch Vergleichen eines Medianwerts der verbliebenen Temperaturwerte mit dem Schwellwert identifiziert.
• Insbesondere können somit fehlerhafte Temperatursensoren bereits bei geringer Abweichung identifiziert und als ungültig markiert werden. Diese beschneiden damit nicht weiter fälschlicherweise das Betriebsfenster der Batterie. Das Verfahren läuft insbesondere kontinuierlich ab und die Schwellwerte werden dynamisch angepasst, wodurch der Schwellwert sowohl im Betrieb, das heißt unter Last, als auch in Ruhephasen auf ein Minimum reduziert werden kann. Eine einfache Parametrierung über drei Parameter erlaubt es weiterhin die Diagnose bezüglich false-positiv und false-negativ einfach zu applizieren.
• Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird die vorgegebene Anzahl von zu entfernenden Temperatursensoren in Abhängigkeit von einer Vielzahl an zu detektierenden Fehlfunktionen bestimmt.
• Weiterhin vorteilhaft ist, wenn ein jeweiliger Temperatursensor an einer jeweiligen Batteriezelle des elektrischen Energiespeichers bereitgestellt wird.
• Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Schwellwert dynamisch angepasst wird.
• Bei dem vorgestellten Verfahren handelt es sich um ein computerimplementiertes Verfahren. Daher betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche eine elektronische Recheneinrichtung dazu veranlassen, wenn die Programmcodemittel von der elektronischen Recheneinrichtung abgearbeitet werden, ein Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt durchzuführen.
• Ferner betrifft die Erfindung auch ein Managementsystem zum Identifizieren einer Fehlfunktion eines Temperatursensors von einer Vielzahl von Temperatursensoren eines elektrischen Energiespeichers für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, mit zumindest einer elektronischen Recheneinrichtung, wobei das Managementsystem zum Durchführen eines Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt ausgebildet ist. Insbesondere wird das Verfahren mittels des Managementsystems durchgeführt.
• Die elektronische Recheneinrichtung weist insbesondere Prozessoren, Schaltkreise, insbesondere integrierte Schaltkreise auf, sowie weitere elektronische Bauteile, um ein Verfahren durchführen zu können.
• Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem Managementsystem. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere zumindest teilweise elektrisch betrieben oder vollelektrisch betrieben.
• Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Managementsystems sowie des Kraftfahrzeugs anzusehen. Das Managementsystem sowie das Kraftfahrzeug weisen dazu gegenständliche Merkmale auf, eine Durchführung des Verfahrens oder eine vorteilhafte Ausgestaltungsform davon zu ermöglichen.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
• Dabei zeigen:
• 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform eines Managementsystems; und
• 2 ein schematisches Ablaufdiagramm gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens.
• In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 10. Das Kraftfahrzeug 10 ist zumindest teilweise elektrisch betrieben, insbesondere vollelektrisch betrieben. Hierzu weist das Kraftfahrzeug 10 insbesondere einen elektrischen Energiespeicher 12 auf, wobei der elektrische Energiespeicher 12 eine Vielzahl von Batteriezellen 14 aufweisen kann. Die Batteriezellen 14 werden wiederum über eine Vielzahl von Temperatursensoren 16, 18, 20 überwacht. Insbesondere wird ein jeweiliger Temperaturwert der Batteriezellen 14 über die jeweilig zugeordneten Temperatursensoren 16, 18, 20 überwacht. Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug 10 ein Managementsystem 22 aufweist, wobei das Managementsystem 22 zumindest eine elektronische Recheneinrichtung 24 aufweist. Das Managementsystem 22 ist zum Identifizieren einer Fehlfunktion eines Temperatursensors 16, 18, 20 von der Vielzahl von Temperatursensoren 16, 18, 20 des elektrischen Energiespeichers 12 ausgebildet.
• 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens. Das Verfahren dient insbesondere zum Identifizieren einer Fehlfunktion eines Temperatursensors 16, 18, 20. In einem ersten Schritt S1 erfolgt das Sortieren der erfassten Temperaturen der Vielzahl von Temperatursensoren 16, 18, 20 nach dem Temperaturwert in einer aufsteigenden Tabelle 26 mittels der elektronischen Recheneinrichtung 24. Es erfolgt das Entfernen von einer vorgegebenen Anzahl an Temperaturwerten an den jeweiligen Enden der aufsteigenden Tabelle 26 in einem zweiten Schritt S2. In einem dritten Schritt S3 erfolgt das Bestimmen einer Varianz der verbleibenden Temperaturwerte oder in einem parallelen vierten Schritt S4 erfolgt das Bestimmen einer Differenz von einem Maximum und einem Minimum der verbleibenden Temperaturwerte. In einem sechsten Schritt S6 wird der Schwellwert in Abhängigkeit von der bestimmten Varianz oder der bestimmten Differenz festgelegt. In einem siebten Schritt S7 erfolgt dann das Identifizieren der Fehlfunktion durch Vergleichen eines Medianwertes der verbleibenden Temperaturwerte mit dem Schwellwert.
• Als Beispiel kann vorgesehen sein, dass fünf Temperatursensoren 16, 18, 20 vorgegeben sind. Ein erster Temperatursensor misst 5 Grad Celsius, ein zweiter Temperatursensor misst 8 Grad Celsius, ein dritter Temperatursensor misst 9 Grad Celsius, ein vierter Temperatursensor misst 4 Grad Celsius und ein fünfter Temperatursensor misst 15 Grad Celsius. Es werden dann im ersten Schritt S1 diese Temperaturwerte entsprechend sortiert, so dass an beiden Enden die Temperaturen 15 Grad Celsius und 4 Grad Celsius in der Tabelle 26 zu verzeichnen sind. Beispielsweise werden dann die niedrigsten und die höchsten Temperetaturwerte, gestrichen, so dass insbesondere die Temperaturwerte 15 Grad Celsius und 4 Grad Celsius gestrichen werden. Mit den verbleibenden Temperaturwerten 9 Grad Celsius, 8 Grad Celsius und 5 Grad Celsius kann insbesondere der Medianwert ermittelt werden, welcher im folgenden Ausführungsbeispiel 8 Grad Celsius entspricht. Es kann dann wiederum innerhalb der verbliebenen Werte die Differenz von Maximum und Minimum der verbleibenden Sensoren ermittelt werden, wobei dies dann wiederum der Differenz aus 9 Grad Celsius und 5 Grad Celsius entspricht, so dass eine Differenz von 4 Grad Celsius beziehungsweise 4 Kelvin zu verzeichnen ist. Über entsprechende Sensitivität und Robustheit für das System können weitere Faktoren bestimmt werden, beispielsweise kann dann folgende Formel bestimmt werden: $$\Delta \text{Tlim},\text{max}=\text{a}*\Delta \text{Tmax},\text{min}+\text{b}=\mathrm{1,2}*4\text{K}+\mathrm{0,5}\text{K}=\mathrm{5,3}\text{K}$$

  

  Beispielsweise für den Parameter a kann ein Wert von 1,2 festgelegt und für den Parameter b ein Wert von 8. Insgesamt ergibt sich dadurch ein Δ T_lim,max von 5,3 Kelvin.
  Es wird nun mehr im nächsten Schritt dieser Wert mit dem Medianwert verglichen. Beispielsweise kann dann bestimmt werden, dass dieser Wert bei 13,3 Grad Celsius liegt: $$\Delta {\text{T}}_{\text{lim},\text{max}}=\Delta {\text{T}}_{\text{lim},\text{max}}+{\text{T}}_{\text{median}}=\mathrm{5,3}\text{K}+8°\text{C}=\mathrm{13,3}°\text{C}$$

  
• Somit kann bestimmt werden, dass der Temperatursensor, welcher die 15 Grad Celsius gemessen hat, außerhalb dieses Werts liegt, und somit als Fehlfunktion deklariert werden kann.
• Insbesondere ist somit keine zeitliche Komponente enthalten, wodurch das erfindungsgemäße Verfahren in einem ASIL C umgesetzt werden kann. Verfahren gemäß dem Stand der Technik nehmen eine niedrige Plausibilisierungsschwelle nach einer gewissen Standzeit an, da diese Standzeit dann ebenfalls in ASIL C ermitteln müssen. Da während dieser Standzeit das Batteriemanagementsystem, also insbesondere die elektronische Recheneinrichtung 24, schläft, muss eine Real-Time-Clock des Batteriemanagementsystems ebenfalls ASIL C fähig sein. Die Parametrierung der zu streichenden beziehungsweise zu entfernenden Sensoren, die Faktoren a und b können entsprechend einer gewünschten Sensitivität und Robustheit vorgegeben werden.
• Insbesondere kann im Vergleich zu einer statistischen Plausibilisierungsschwelle, von beispielsweise 16 Kelvin, die dynamischen Schwellen schneller zugezogen werden, wodurch es zu einer geringeren Rate von False-Negative kommen kann. Ferner kann der Schwellwert sehr eng geführt werden, so dass bereits Abweichungen von < 1 Kelvin erkannt werden können.
• Insbesondere müssen so viele Temperatursensoren 16, 18, 20 aus dem sortierten Temperaturfeld entnommen werden, wie Fehler erkannt werden sollen. Durch geeignete Wahl der Parameter kann ein breiter Bereich entstehen, in welchem keine False-Positiv und keine False-Negative auftreten. Werden die Faktoren a und b beispielsweise kritischer gewählt, so verschiebt sich die Grenze für False-positiv nach links.
• Durch das erfindungsgemäße Verfahren entstehen insbesondere weniger False-positiv Fälle sowie eine sehr gute Konvergenz im Ruhezustand. Dies ermöglicht eine deutliche Verbesserung zum statischen Schwellwert.
• Bezugszeichenliste

10

Kraftfahrzeug

12

Elektrischer Energiespeicher

14

Batteriezellen

16

Temperatursensor

18

Temperatursensor

20

Temperatursensor

22

Managementsystem

24

Elektronische Recheneinrichtung

26

Tabelle

• 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
• US 2020326245 A1 [0003]

Claims (5)

1. Verfahren zum Identifizieren einer Fehlfunktion eines Temperatursensors (16, 18, 20) von einer Vielzahl von Temperatursensoren (16, 18, 20) eines elektrischen Energiespeichers (12) für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (10) mittels eines Managementsystems (22), mit den Schritten: - Sortieren der erfassten Temperaturen der Vielzahl von Temperatursensoren (16, 18, 20) nach einem Temperaturwert in einer aufsteigenden Tabelle (26) mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (24) des Managementsystems (22); - Entfernen von einer vorgegebenen Anzahl an Temperaturwerten an den jeweiligen Enden der aufsteigenden Tabelle (26); - Bestimmen einer Varianz der verbleibenden Temperaturwerte oder Bestimmen einer Differenz von einem Maximum und einem Minimum der verbleibenden Temperaturwerte; - Festlegen eines Schwellwerts in Abhängigkeit von der bestimmten Varianz oder der bestimmten Differenz; und - Identifizieren der Fehlfunktion durch Vergleichen eines Medianwerts der verbliebenen Temperaturwerte mit dem Schwellwert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Anzahl von zu entfernenden Temperatursensoren (16, 18, 20) in Abhängigkeit von einer Anzahl an zu detektierenden Fehlfunktionen bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Temperatursensor (16, 18, 20) an einer jeweiligen Batteriezelle (14) des elektrischen Energiespeichers (12) bereitgestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellwert dynamisch angepasst wird.
5. Managementsystem (22) zum Identifizieren einer Fehlfunktion eines Temperatursensors (16, 18, 20) von einer Vielzahl von Temperatursensoren (16, 18, 20) eines elektrischen Energiespeichers (12) für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (10), mit zumindest einer elektronischen Recheneinrichtung (24), wobei das Managementsystem (22) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist.

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