DE102022212231A1

DE102022212231A1 - Spannungsmessverfahren und Betriebsverfahren für ein Bordnetz eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102022212231A1
Application number: DE102022212231.3A
Authority: DE
Inventors: Mathis Wolf; Johannes Swoboda; Thomas Barabas; Chrysanthos Tzivanopoulos; Isaias Miguel Alejandro Santucho
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2024-05-23
Also published as: CN118050553A; US20240174129A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannungsmessverfahren für ein Bordnetz (100) eines Fahrzeugs, wobei das Bordnetz (100) ein Batteriepack (10) mit mehreren Batteriezellen (2) und mindestens ein Teilnetz (20, 30), das über Schützen (SH+, SH-, SL+, SL-) mit dem Batteriepack (10) koppelbar ist, umfasst. Erfindungsgemäß umfasst das Spannungsmessverfahren nachfolgende Verfahrensschritte:
In einem ersten Kalibrierbetrieb bei offenen Schützen (SH+, SH-, SL+, SL-):
- Messen von Zellspannungen (UZ) der einzelnen Batteriezellen (2);
- Berechnen einer Packspannung (UP) des Batteriepacks (10) mittels der gemessenen Zellspannungen (UZ);
- Messen einer Packspannung (UP) des Batteriepacks (10);
- Berechnen eines ersten Korrekturfaktors für die Packspannung (UP) mittels der berechneten Packspannung (UP) und der gemessenen Packspannung (UP).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Spannungsmessverfahren für ein Bordnetz eines Fahrzeugs, wobei das Bordnetz ein Batteriepack mit mehreren Batteriezellen und mindestens ein Teilnetz, das über Schützen mit dem Batteriepack koppelbar ist, umfasst.
Die Erfindung betrifft auch ein Betriebsverfahren für das Bordnetz sowie eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Spannungsmessverfahren und/oder Betriebsverfahren durchzuführen.
Stand der Technik
Beim Starten eines Fahrzeugs sind die Hauptschütze geöffnet. Dabei liegt die Batteriespannung auf der Batterieseite an, während eine Bordnetzspannung gleich 0 V ist. Das Bordnetz wird vorgeladen bis auf die Batteriespannung, damit der Hauptschütz die Batterie stromlos zuschalten kann.
Die Messung der Batterie- und Bordnetzspannung weist jedoch Ungenauigkeiten auf, wodurch die Spannung über dem Schütz faktisch größer als 0 V ist. Dadurch kommt es zu hohen Einschaltströmen von der Batterie in den DC-Link-Kondensator im Bordnetz. Dies führt zu beschleunigter Alterung der Schütze.
Die Spannungen können mit hochpräzisen Spannungsteilern gemessen werden. Allerdings führt dies zu sehr hohen Kosten, da ein Bordnetz mehrere Teilnetze umfasst, deren Spannungen gemessen werden müssen.
Das Dokument WO 2019/076662 A1 offenbart ein Spannungsmessverfahren für ein Bordnetz eines Fahrzeugs. Das Bordnetz umfasst ein Hochspannungsnetz und mindestens ein weiteres Netz. Dabei werden hochpräzise Spannungsmessungen durchgeführt.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Spannungsmessverfahren für ein Bordnetz eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Dabei umfasst das Bordnetz ein Batteriepack mit mehreren Batteriezellen und mindestens ein Teilnetz, das über Schützen mit dem Batteriepack koppelbar ist. Die Batteriezellen können dabei innerhalb des Batteriepacks seriell und/oder parallel verschaltet sein.
Erfindungsgemäß werden in einem ersten Kalibrierbetrieb bei offenen Schützen Zellspannungen der einzelnen Batteriezellen gemessen. Danach wird eine Packspannung des Batteriepacks mittels der gemessenen Zellspannungen berechnet. Dabei wird die Packspannung je nach der Verschaltung der Batteriezellen berechnet. Beispielsweise ist die berechnete Packspannung bei einer Reihenschaltung der Batteriezellen gleich der Summe der einzelnen Zellspannungen. Vorteilhaft ist die berechnete Packspannung genauer als eine gemessene Packspannung. Anschließend wird eine Packspannung des Batteriepacks gemessen. Danach wird ein erster Korrekturfaktor für die Packspannung mittels der berechneten Packspannung und der gemessenen Packspannung berechnet.
Hierfür gilt: $k_{1} = \frac{U_{P, c a l}}{U_{P, m e a s}}$
Dabei ist k1 der erste Korrekturfaktor, der eine absolute Genauigkeit der Packspannung darstellt, U_P,cal die berechnete Packspannung und U_P,meas die gemessene Packspannung.
Vorzugsweise wird ferner in einem zweiten Kalibrierbetrieb bei geschlossenen Schützen die Packspannung des Batteriepacks gemessen. Anschließend wird eine Teilnetzspannung des mindestens einen Teilnetzes gemessen. Danach wird ein zweiter Korrekturfaktor für die Teilnetzspannung mittels der gemessenen und korrigierten Packspannung und der gemessenen Teilnetzspannung berechnet.
Dabei kann der erste Korrekturfaktor bei der Berechnung des zweiten Korrekturfaktors eingesetzt werden.
Hierfür gilt: $k_{2} = \frac{U_{P, m e a s}}{U_{N, m e a s}}$
Dabei ist k2 der zweite Korrekturfaktor, der eine relative Genauigkeit der Packspannung zur Teilnetzspannung darstellt, U_P,meas die gemessene Packspannung und U_N,meas die gemessene Teilnetzspannung.
Umfasst das Bordnetz mehrere Teilnetze, können auch weitere Korrekturfaktoren, die eine relative Genauigkeit der Teilnetzspannungen der Teilnetze untereinander darstellen, mit gleichem Prinzip berechnet werden.
Ferner werden in einem Messbetrieb der erste und zweite Korrekturfaktor beziehungsweise die weiteren Korrekturfaktoren bei Messungen der Packspannung und der Teilnetzspannung im Bordnetz verwendet. Die Messwerte der Packspannung sowie der Teilnetzspannung können gemäß nachfolgenden Gleichungen korrigiert werden: $U_{P, r e a l} = k_{1} \cdot U_{P, m e a s}$
und $U_{N, r e a l} = k_{2} \cdot U_{N, m e a s}$
Dabei ist U_P,real die echte Packspannung und U_N,real die echte Teilnetzspannung.
Vorzugsweise wird der erste Kalibrierbetrieb mindestens einmal pro Fahrzyklus des Fahrzeugs, wie beispielsweise vor und/oder nach der Fahrt, durchgeführt. Für eine höhere Genauigkeit wird aber vorgeschlagen, dass der erste Kalibrierbetrieb durchgeführt wird, wenn kein Strom fließt; vorzugsweise, wenn die Schalter beziehungsweise die Schützen offen sind.
Vorzugsweise wird der zweite Kalibrierbetrieb zyklisch während eines Fahrzyklus oder mindestens einmal pro Fahrzyklus des Fahrzeugs durchgeführt.
Vorzugsweise werden der erste und/oder der zweite Kalibrierbetrieb bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt. Dadurch können verschiedene temperaturabhängige Korrekturkoeffizienten erhalten werden.
Besonders bevorzugt werden der erste und/oder der zweite Kalibrierbetrieb bei unterschiedlichen Temperaturen wiederholt durchgeführt.
Vorzugsweise werden Korrekturparameter gespeichert. Dabei werden alte Parameter mit neu ermittelten Parametern plausibilisiert. Durch Alterung und Temperatur sollte sich die Abweichung in einem gewissen Rahmen bewegen.
Vorzugsweise wird das mindestens eine Teilnetz von einem Ladenetz zum Laden des Batteriepacks oder von einem Traktionsnetz zur Traktion des Fahrzeugs gebildet wird. Das Ladenetz umfasst dabei beispielsweise eine Ladebuchse, die zur Verbindung des Ladenetzes mit einer Ladesäule dient. Das Traktionsnetz kann mindestens einen Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs umfassen.
Es wird auch ein Betriebsverfahren für ein Bordnetz eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Dabei umfasst das Bordnetz ein Batteriepack mit mehreren Batteriezellen und mindestens ein Teilnetz, das über Schütze mit dem Batteriepack koppelbar ist.
Dabei wird der Betrieb des Batteriepacks und/oder des mindestens einen Teilnetzes über ein Erfassen von Spannungswerten überwacht und/oder gesteuert. Zum Erfassen der Spannungswerte wird das erfindungsgemäße Spannungsmessverfahren verwendet.
Ferner wird eine Steuereinheit für ein Bordnetz eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Spannungsmessverfahren und/oder das erfindungsgemäße Betriebsverfahren auszuführen oder bei einem derartigen Verfahren verwendet zu werden.
Ferner wird ein Bordnetz für ein Fahrzeug vorgeschlagen. Das Bordnetz umfasst dabei ein Batteriepack mit mehreren Batteriezellen, mindestens ein Teilnetz, das über Schützen mit dem Batteriepack koppelbar ist, und eine erfindungsgemäße Steuereinheit.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, das ein erfindungsgemäßes Bordnetz umfasst.
Vorteile der Erfindung
Mithilfe des erfindungsgemäßen Spannungsmessverfahrens kann die absolute Genauigkeit der Spannung verbessert werden. Wenn die Schütze offen sind, fließt kein Strom, der einen Spannungsabfall an der Busbar verursachen würde. Daher entspricht die Summe der Zellspannungen der Packspannung. Die Summe der Zellspannungen wird sehr genau und redundant gemessen. Fehler würden hier auffallen. Die Summe der Zellspannungen kann daher der Packspannung gleichgesetzt werden und damit eine rechnerische Messwertkorrektur durchgeführt werden. Damit können auch ungenaue Widerstände beziehungsweise Komponenten in der Messkette verwendet werden, da Fehler herauskalibriert werden können, was eine nicht unerhebliche Kostenreduktion nach sich zieht.
Ferner wird die relative Genauigkeit der Spannung mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens verbessert. Sobald die Schütze geschlossen sind, liegt an beiden Messpfaden, nämlich für die Packspannung und die Teilnetzspannung, dieselbe Spannung an. Somit stellen die möglicherweise leicht verschiedenen Messwerte physikalisch denselben Wert dar und können gleichgesetzt werden. Die Spannungen sind damit nicht absolut genauer, aber relativ zueinander. Damit kann im nächsten Fahrzyklus, wenn die Schützen nach dem Vorladen geschlossen werden müssen, über die Messwertkorrektur die Spannung über dem Schütz maximal reduziert werden. Auch hier können die genauen Widerstände eingespart werden, die eine bessere absolute und damit auch relative Genauigkeit zur Folge hätten. Dieses Konzept funktioniert an jeder Stelle, wo Netze über Schalter zugeschaltet werden sollen.
Der erste und der zweite Kalibrierbetrieb lassen sich gut miteinander kombinieren. Die absolute Genauigkeit der Packspannung lässt sich durch den ersten Kalibrierbetrieb erreichen. Wird diese mit der relativen Genauigkeit der Packspannung zu den Teilnetzspannungen der anderen Teilnetze, wie beispielsweise der Spannung eines Ladenetzes und der Spannung eines Traktionsnetzes beziehungsweise der relativen Genauigkeit der Teilnetzspannungen der anderen Teilnetze untereinander verrechnet, lässt sich eine gute absolute Genauigkeit der Teilnetzspannungen aller Teilnetze erreichen. Dadurch kann eine gute absolute und relative Genauigkeit der Teilnetzspannungen aller Teilnetze erreicht werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Bordnetzes eines Fahrzeugs, das dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Spannungsmess- und Betriebsverfahren durchzuführen.

Ausführungsformen der Erfindung
1 ist eine schematische Darstellung eines Bordnetzes 100 eines Fahrzeugs zu entnehmen, welches dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Spannungsmess- und Betriebsverfahren durchzuführen.
Aus 1 geht hervor, dass das Bordnetz 100 ein Batteriepack 10, ein erstes Teilnetz 20 und ein zweites Teilnetz 30 umfasst.
Das Batteriepack 10 umfasst dabei mehrere Batteriezellen 2, die in Reihe geschaltet sind und jeweils eine Zellspannung UZ aufweisen. Die Batteriezellen 2 können parallel oder seriell zueinander geschaltet sein. Jeder der Batteriezellen 2 ist ein Zellspannungsmessgerät 12, wie beispielsweise ein Sensor einer Zellenüberwachungsschaltung (CSC, Cell Supervisor Circuit), zugeordnet. Mittels der Zellspannungsmessgeräte 12 können die einzelnen Zellspannungen UZ sehr genau erfasst werden.
Dem Batteriepack 10 ist ferner eine Packspannungsmesseinrichtung 14 zugeordnet, die als ein Spannungsteiler ausgebildet sein kann. Die Packspannungsmesseinrichtung 14 kann dabei in den Batteriepack 10 integriert werden.
Das erste Teilnetz 20, das vorliegend als ein Traktionsnetz zur Traktion des Fahrzeugs ausgebildet ist, umfasst einen DC-Link-Kondensator CL, welcher auch als Zwischenkreiskondensator bezeichnet wird, und einen elektrischen Verbraucher RL, der beispielsweise einen Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs darstellt. Aus 1 geht hervor, dass das erste Teilnetz 20 über Schützen, und zwar einen ersten Hauptschütz SH+ und einen zweiten Hauptschütz SH- mit dem Batteriepack 10 koppelbar ist. Zur Messung einer ersten Teilnetzspannung UB ist dem ersten Teilnetz eine erste Teilnetzspannungsmesseinrichtung 22, die als ein Spannungsteiler ausgebildet sein kann, zugeordnet.
Das zweite Teilnetz 30, das vorliegend als ein Ladenetz zum Laden des Batteriepacks 10 ausgebildet ist, umfasst eine Ladebuchse 34 zur Verbindung mit z. B. einer DC-Ladesäule. 1 ist zu entnehmen, dass das zweite Teilnetz 30 dem ersten Teilnetz 20 über Schützen, und zwar einem ersten Ladeschütz SL+ und einem zweiten Ladeschütz SL-, zugeschaltet und somit mit dem Batteriepack 10 elektrisch verbunden werden können. Zur Messung einer zweiten Teilnetzspannung UL ist dem zweiten Teilnetz eine zweite Teilnetzspannungsmesseinrichtung 32, die als ein Spannungsteiler ausgebildet sein kann, zugeordnet. Denkbar ist auch, dass das zweite Teilnetz 30 mittels des ersten und zweiten Ladeschützes SL+, SL- direkt mit dem Batteriepack 10 verbunden ist.
Die von den Zellspannungsmessgeräten 12 gemessenen einzelnen Zellspannungen UZ, die von der Packspannungsmesseinrichtung 14 gemessene Packspannung UP, die von der ersten Teilnetzspannungsmesseinrichtung 22 gemessene erste Teilnetzspannung UB und die von der zweiten Teilnetzspannungsmesseinrichtung 32 gemessene zweite Teilnetzspannung UL werden an eine Steuereinheit 40 des Bordnetzes 100 übermittelt, die dazu eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Spannungsmess- und Betriebsverfahren durchzuführen. Anhand der übermittelten gemessenen Spannungen werden der erste Korrekturfaktor und der zweite Korrekturfaktor beziehungsweise weitere Korrekturfaktoren, wie beispielsweise ein weiterer Korrekturfaktor, der die relative Genauigkeit der ersten Teilnetzspannung UB des ersten Teilnetzes 20 zu der zweiten Teilnetzspannung UL des zweiten Teilnetzes 30 darstellt, berechnet werden. Diese Korrekturfaktoren werden dann bei der Spannungsmessung verwendet.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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

WO 2019076662 A1 [0006]

Claims

Spannungsmessverfahren für ein Bordnetz (100) eines Fahrzeugs, wobei das Bordnetz (100) ein Batteriepack (10) mit mehreren Batteriezellen (2) und mindestens ein Teilnetz (20, 30), das über Schützen (SH+, SH-, SL+, SL-) mit dem Batteriepack (10) koppelbar ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsmessverfahren nachfolgende Verfahrensschritte umfasst: In einem ersten Kalibrierbetrieb bei offenen Schützen (SH+, SH-, SL+, SL-): - Messen von Zellspannungen (UZ) der einzelnen Batteriezellen (2); - Berechnen einer Packspannung (UP) des Batteriepacks (10) mittels der gemessenen Zellspannungen (UZ); - Messen einer Packspannung (UP) des Batteriepacks (10); - Berechnen eines ersten Korrekturfaktors für die Packspannung (UP) mittels der berechneten Packspannung (UP) und der gemessenen Packspannung (UP).
Spannungsmessverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsmessverfahren ferner nachfolgende Verfahrensschritte umfasst: In einem zweiten Kalibrierbetrieb bei geschlossenen Schützen (SH+, SH-, SL+, SL-): - Messen der Packspannung (UP) des Batteriepacks (10); - Messen einer Teilnetzspannung (UB, UL) des mindestens einen Teilnetzes (20, 30); - Berechnen eines zweiten Korrekturfaktors für die Teilnetzspannung (UB, UL) mittels der gemessenen und korrigierten Packspannung (UP) und der gemessenen Teilnetzspannung (UB, UL); und - in einem Messbetrieb: - Verwenden des ersten und zweiten Korrekturfaktors bei Messungen der Packspannung (UP) und der Teilnetzspannung (UB, UL) im Bordnetz (100).
Spannungsmessverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kalibrierbetrieb mindestens einmal pro Fahrzyklus des Fahrzeugs durchgeführt wird.
Spannungsmessverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kalibrierbetrieb zyklisch während eines Fahrzyklus oder mindestens einmal pro Fahrzyklus des Fahrzeugs durchgeführt wird
Spannungsmessverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Kalibrierbetrieb bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt werden.
Spannungsmessverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Kalibrierbetrieb bei unterschiedlichen Temperaturen wiederholt durchgeführt werden.
Spannungsmessverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Korrekturparameter gespeichert werden, wobei alte Parameter mit neu ermittelten Parametern plausibilisiert werden.
Spannungsmessverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Teilnetz (20, 30) von einem Ladenetz zum Laden des Batteriepacks (10) oder von einem Traktionsnetz zur Traktion des Fahrzeugs gebildet wird.
Betriebsverfahren für ein Bordnetz (100) eines Fahrzeugs, wobei das Bordnetz (100) ein Batteriepack (10) mit mehreren Batteriezellen (2) und mindestens ein Teilnetz (20, 30), das über Schütze (SH+, SH-, SL+, SL-) mit dem Batteriepack (10) koppelbar ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass - der Betrieb des Batteriepacks (10) und/oder des mindestens einen Teilnetzes (20, 30) über ein Erfassen von Spannungswerten überwacht und/oder gesteuert wird und - zum Erfassen der Spannungswerte ein Spannungsmessverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 verwendet wird.
Steuereinheit für ein Bordnetz (100) eines Fahrzeugs, die dazu eingerichtet ist, ein Spannungsmessverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder ein Betriebsverfahren nach Anspruch 9 auszuführen oder bei einem derartigen Verfahren verwendet zu werden.
Bordnetz (100) für ein Fahrzeug, umfassend ein Batteriepack (10) mit mehreren Batteriezellen (2), mindestens ein Teilnetz (20, 30), das über Schützen (SH+, SH-, SL+, SL-) mit dem Batteriepack (10) koppelbar ist, und eine Steuereinheit nach Anspruch 10.
Fahrzeug, umfassend ein Bordnetz (100) nach Anspruch 11.