-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen einer Batterie, insbesondere einer Batterie in einem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.
-
Stand der Technik
-
Eine Batterie ist ein Speicher für elektrische Energie, der auf elektrochemischer Basis arbeitet. In Kraftfahrzeugen werden Batterien als Energiespeicher, typischerweise als wieder aufladbare Energiespeicher, zur Versorgung der Verbraucher im Bordnetz eingesetzt. Um einen sicheren Betrieb des Bordnetzes und damit des gesamten Kraftfahrzeugs gewährleisten zu können, ist es erforderlich, den Zustand der Batterie zu überwachen.
-
Die Druckschrift
DE 10 2012 221 936 A1 beschreibt ein Diagnoseverfahren für eine elektrische Energiequelle, die mit einem elektrischen Energiespeicher verbunden ist. Dabei wird elektrische Energie durch die elektrische Energiequelle bereitgestellt und ein elektrischer Energiespeicher durch die bereitgestellte elektrische Energie geladen. Dann wird ein Spannungsverlauf und/oder Stromverlauf zwischen der elektrischen Energiequelle und dem elektrischen Energiespeicher überwacht, um eine Fehlfunktion der elektrischen Energiequelle zu erkennen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Anordnung gemäß Anspruch 6 vorgestellt.
-
Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
-
Das vorgestellte Verfahren dient zum Überwachen einer Batterie, wobei ein Stromverlauf eines durch die Batterie fließenden Stroms mit einem Referenz-Stromverlauf verglichen wird, auf Grundlage des Vergleichs eine Größe ermittelt wird und diese Größe ausgewertet wird, um den Zustand der Batterie zu bestimmen.
-
Um den (Gesundheits-) Zustand der Batterie zu erfassen, können verschiedene Stromansteigsraten und Stromamplituden untersucht werden.
-
Es wird somit gemäß dem vorgestellten Verfahren ein Referenzstrom bereitgestellt, dessen zeitlicher Verlauf eine definierte Kurvenform aufweist. Es wird dann ein zeitlicher Verlauf eines durch die Batterie fließenden Stroms mit dem Verlauf des Referenzstroms verglichen. Durch Auswertung dieses Vergleichs wird ein Zustand der Batterie bestimmt.
-
In einer Ausführungsform wird die auf Grundlage des Vergleichs ermittelte Größe zunächst mit einer Stromregelung behandelt, so dass eine Ausgangsgröße ermittelt wird. Diese wird dann zum Bestimmen des Zustands der Batterie ausgewertet.
-
Weiterhin kann die Ausgangsgröße der Stromregelung einer Spannungsregelung zugeführt werden, deren Ausgang ausgewertet wird, um den Zustand der Batterie zu bestimmen.
-
Außerdem kann über einen Schalter eine Referenzspannung zugeschaltet werden.
-
In einer Ausführungsform wird eine Sammlung von Referenzstromverläufen verwendet. Aus dieser wird der Referenzstromverlauf für den Vergleich ausgewählt.
-
Die beschriebene Anordnung ist zum Durchführen des vorgestellten Verfahrens eingerichtet und ist bspw. in einer Hardware und/oder Software implementiert. Die Anordnung kann in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs integriert oder als solches ausgebildet sein.
-
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
-
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt in einem Blockschaltbild eine Ausführungsform des Bordnetzes mit einer Batterie.
- 2 zeigt in einem Blockdiagramm eine mögliche Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens.
- 3 zeigt in vier Graphen Verläufe von Größen zur Verdeutlichung der Auswirkungen des beschriebenen Verfahrens.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
-
1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Bordnetz 10 für ein Elektrofahrzeug, wobei dieses Bordnetz 10 eine Niedervoltseite 12 mit 12 V und eine Hochvoltseite 14 umfasst, wobei die beiden Seiten 12, 14 über einen Gleichspannungswandler 16 miteinander verbunden sind. Dieser Gleichspannungswandler 16 kommuniziert mit einem Energiemanagementsystem EEM 18.
-
Auf der Niedervoltseite 12 sind ein erster Verbraucher 20 und eine erste Batterie 22, in diesem Fall eine 12V-Batterie, vorgesehen. Auf der Hochvoltseite 14 sind ein zweiter Widerstand RB 30, ein Schalter 32, eine zweite Batterie 34 und ein dritter Widerstand RSR1 36 vorgesehen.
-
Um den neuen Sicherheitsanforderungen an Fahrzeuge zu genügen und um den sicheren und dauerhaften Betrieb von elektrischen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen sicherzustellen, ist eine leistungsfähige und zuverlässige Überwachung des Zustands der Batterie, in diesem Fall der beiden Batterien 20, 34, mit geeigneten Managementsystemen, in diesem Fall dem Energiemanagmentsystem 18, erforderlich. Um den Zustand der Batterie zu erfassen, sind verschiedene Stromverläufe, Anstiegsraten und Amplituden durch die Batterie auszuwerten.
-
Im Allgemeinen erzeugt das Einschalten und Ausschalten von Lasten die unterschiedlichen Ströme durch die Batterie, um einen Zustand der Batterie zu erfassen. Ebenfalls kann eine Änderung der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers vorgenommen werden, um den erforderlichen Strom durch die Batterie zu erzeugen. Es ist jedoch schwierig, einen Strom zu erzeugen, der die Anforderungen an den Stromverlauf, die Anstiegsrate und die Amplitude erfüllt. Dies bedingt die verschiedenen Ladezustände, verschiedenen Temperaturen und verschiedenen Lasten und kann in manchen Fällen zu einem Fehler beim Erfassen führen.
-
Es stellt sich nun das Problem, dass der Zustand der Batterie über den Strom nicht bestimmt werden kann, da kein Strom erfasst werden kann, der die Anforderungen hinsichtlich der Anstiegsrate, der Form bzw. des Verlaufs und der Amplitude erfüllt.
-
Um den Strom zu erzeugen, der diese Anforderungen erfüllt, wird das neue Überwachungs- bzw. Kontrollverfahren vorgeschlagen. Mit diesem kann der Zustand der Batterie exakt erfasst bzw. bestimmt werden.
-
2 zeigt in einem Blockdiagramm das Vorgehen gemäß dem vorgestellten Verfahren. Die Darstellung zeigt eine Sammlung 50 von Stromreferenzverläufen, eine Stromregelung 52 und eine Gleichspannungsregelung 54. Ein Vergleicher 56 vergleicht einen ausgewählten Referenzstromverlauf aus den Referenzstromverläufen 60, 62, 64 und 66 mit einem Batteriestrom bzw. mit einem durch die Batterie fließenden Strom 68. Hieraus ergibt sich eine Größe 58, die der Stromregelung 52 zugeführt wird. Ein Multiplexer 70 wechselt zwischen einer Ausgangsgröße 72 der Stromregelung 52 und einer Referenzspannung Vref_eem 74 des EEM. Am Eingang der Gleichspannungsregelung 54 liegt eine Referenzspannung Vref 76 an. Die Gleichspannungsregelung 54 gibt einen Spannungswert zwischen 11 und 16 V aus.
-
Der Eingang der Referenzspannung Vref 76 wird lediglich für den Batterietestmodus mit dem Ausgang der Stromregelung 72 verbunden. Für die anderen Modi wird die Referenzspannung Vref_eem 74 des Gleichspannungswandlers des EEM mit dem Eingang der Referenzspannung Vref 76 verbunden.
-
In der Stromreferenz-Sammlung 50 sind somit einige unterschiedliche Stromreferenzen gespeichert. Eine erforderliche Stromform bzw. ein erforderlicher Stromverlauf kann als Stromreferenz ausgewählt werden. Dann wird diese Stromreferenz mit dem Strom durch die Batterie verglichen. Mit dem Stromregelung wird die erforderliche Stromform bzw. der erforderliche Stromverlauf mit der erforderlichen Anstiegsrate und Amplitude erzeugt. Somit kann der Zustand der Batterie abgeschätzt bzw. bestimmt werden.
-
Mit dem vorgestellten Verfahren kann somit mit hoher Zuverlässigkeit der Zustand der Batterie erfasst und damit die Batterie überwacht werden, ohne dass zusätzliche Kosten entstehen.
-
3 zeigt in vier Graphen Simulationsergebnisse. Die Darstellung zeigt in einem ersten Graphen den Verlauf eines Batteriestroms 102, in einem zweiten Graphen 110 den Verlauf einer Referenzspannung 112, in einem dritten Graphen 120 den Verlauf eines Batterieinnenwiderstands 122 und in einem vierten Graphen 130 den Verlauf des abgeschätzten Batteriewiderstands 132, der gültig ist.
-
Die Frequenz liegt bei 100 Hz. Der Gleichstrom-Offset beträgt -50 A. Die Stromschwankung bzw. der Strom-Ripple liegt bei +/- 5 A. Wie gezeigt ist, ist der Batteriewiderstand exakt bestimmt. Der Batteriewiderstand ist lediglich mit einem überlagerten Spannungspuls von 100 Hz an dem Gleichspannungsausgang anstelle der vorgeschlagenen Stromregelung bzw. -kontrolle nicht exakt bestimmt.
-
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 102012221936 A1 [0003]
