DE4403468A1 - Entnahmestromüberwachungssystem für Traktionsbatterien in Elektro- und Hybridfahrzeugen - Google Patents
Entnahmestromüberwachungssystem für Traktionsbatterien in Elektro- und HybridfahrzeugenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Entnahmestromüberwachungssystem für
Traktionsbatterien in Elektro- und Hybridfahrzeugen gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE-PS 33 17 834 ist ein Regelsystem für den Fahrmotor
eines Elektrofahrzeugs mit Traktionsbatterie bekannt, bei dem
ein mit Hilfe eines Fahrpedals vorgegebener Entnahmestrom-
Sollwert mit zwei Grenzwerten verglichen und gegebenenfalls zur
Vermeidung von Überlastung begrenzt wird. Der erste Grenzwert
hängt vom Tastverhältnis des Leistungsschalters und gegebenen
falls auch von weiteren Betriebsparametern, beispielsweise der
Temperatur des Leistungsschalters, ab, während der zweite Grenz
wert mit der Dauer der Strombegrenzung stetig von einem Maximal
auf einen Minimalwert abnimmt.
Der Nachteil bei diesem Regelsystem besteht darin, daß der Über
lastungsschutz in Abhängigkeit vom Entnahmestrom und nicht in
Abhängigkeit von der Temperatur aktiviert wird, obwohl Schäden
an der Batterie nicht durch einen zu hohen Entnahmestrom,
sondern nur durch die dabei entstehenden hohen Temperaturen
verursacht werden. Unter bestimmten Bedingungen wird dabei der
Entnahmestrom aber bereits dann abgeregelt, wenn noch keine
bedenklich hohen Temperaturen erreicht sind. Die Berücksichti
gung eines temperaturabhängigen Faktors bei der Berechnung des
Grenzwertes kann dies auch nicht verhindern.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Entnahmestrom
überwachungssystem derart weiterzubilden, daß die kurzzeitige
Bereitstellung von hohen Entnahmeströmen bei gleichzeitiger
Gewährleistung eines effektiven Überlastschutzes verbessert
wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Entnahmestromüberwachungssystem nützt die
Erkenntnis aus, daß eine Schädigung der Batterie nicht durch
einen hohen Entnahmestrom, sondern durch den damit verbundenen
Temperaturanstieg verursacht wird. Daher wird vorgeschlagen, die
Entnahmestromabregelung erst dann zu starten, wenn eine kriti
sche Batterietemperatur erreicht wird. Dadurch wird der Ent
nahmestrom erst dann abgeregelt, wenn tatsächlich eine Gefähr
dung für die Batterie besteht. Der Überwachungsvorgang selbst
wird weiterhin beim Erreichen eines kritischen Entnahmestroms
gestartet.
Da bei einer Batterie immer ein Gefälle zwischen der im Innern
der Batterie herrschenden und der an der Oberfläche meßbaren
Temperatur besteht, wird gemäß Anspruch 2 vorgeschlagen, als
Grenzwert nicht die mittlere gemessene Temperatur, sondern eine
auf dieser Basis theoretisch berechnete Batterietemperatur zu
verwenden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprü
chen und der Beschreibung hervor. Die Erfindung ist nachstehend
anhand einer Zeichnung näher beschrieben, wobei
Fig. 1 ein Schaubild, in dem der prinzipielle Verlauf der Werte
für den Entnahmestrom, den Stromgrenzwert, die mittlere
und die rechnerische Batterietemperatur während einer
Fahrt auf einer Steigungsstrecke dargestellt ist, und
Fig. 2 ein Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Entnahmestrom
überwachungssystems zeigt.
Das in Fig. 1 dargestellte Schaubild zeigt den prinzipiellen
Verlauf der wichtigsten Betriebsparameter einer Traktions
batterie während einer Fahrt eines mit Hilfe eines Elektromotors
angetriebenen Fahrzeugs auf einer Steigungsstrecke, wobei die
Kurve für den Entnahmestrom Ibat durchgezogen, für die mittlere
Batterietemperatur bat punktiert, für eine berechnete Batterie
temperatur ϑR strichpunktiert und für den kritischen Entnahme
strom Ikrit gestrichelt dargestellt ist.
Bis zum Punkt D auf der Zeitachse fährt das Fahrzeug mit kon
stanter Geschwindigkeit auf ebener Strecke, so daß der Entnahme
strom Ibat einen konstanten Wert I1 annimmt. Am Punkt D, an dem
die Steigungsstrecke beginnt, drückt der Fahrer zur Aufrechter
haltung der Fahrzeuggeschwindigkeit das Fahrpedal weiter nieder
und fordert dadurch von der Traktionsbatterie einen höheren Ent
nahmestrom an. Unter der Annahme einer konstanten Steigungs
strecke erhöht sich der Entnahmestrom Ibat daher relativ schnell
vom Wert I₁ auf einen höheren, aber ebenfalls konstanten Wert I₂.
Am Punkt E erreicht dabei der Entnahmestrom Ibat einen vorge
gebenen Grenzwert Ikrit. Dadurch wird das erfindungsgemäße Ent
nahmestromüberwachungssystem aktiviert. Ausgehend von einer
mittleren Batterietemperatur bat, die mit Hilfe eines Sensors
gemessen wird, wird nun eine rechnerische Batterietemperatur ϑR
ermittelt. Die Berechnung dieser rechnerischen Temperatur ϑR
wird weiter unten erläutert.
Diese rechnerische Batterietemperatur ϑR wird nun laufend mit
einem vorgegebenen Grenzwert Tkrit verglichen. Durch den konstan
ten, aber hohen Entnahmestrom 12 erwärmt sich die Batterie, bis
im Punkt W die Temperatur Twarn, ab der ein optisches und/oder
akustisches Warnsignal für den Fahrer ausgegeben wird, erreicht
wird. Das Warnsignal soll den Fahrer unter anderem darauf
hinweisen, daß er bald mit einer Leistungsabregelung rechnen muß
Anschließend wird dann in Punkt F der vorgegebene Grenzwert Tkrit
erreicht. Um zu verhindern, daß die Batterie durch eine weiter
steigende Temperatur ϑR beschädigt wird, wird ab diesem
Zeitpunkt der Entnahmestrom Ibat von dem momentan anliegenden
hohen Entnahmestrom T₂ weich auf einen Wert ID, welcher einem
auch für den Dauerbetrieb unschädlichen Entnahmestrom
entspricht, abgeregelt. Der Wert ID wird im Punkt G erreicht und
solange aufrechterhalten, bis die Anforderung für den Entnahme
strom einen Wert Ibat < ID annimmt. Im gezeigten Beispiel wird
angenommen, daß das Fahrzeug im Punkt H das Ende der Steigung
erreicht hat und daher der Fahrer über das Fahrpedal wieder
einen geringeren Entnahmestrom I₁ anfordert. Das Entnahmestrom
überwachungssystem wird aber erst dann wieder deaktiviert, wenn
sowohl die gemessene mittlere Batterietemperatur bat, als auch
die rechnerische Batterietemperatur ϑR einen unkritischen Wert
Tunkrit annehmen. Dieser Zeitpunkt ist im gezeigten Schaubild im
Punkt I erreicht. Im Schaubild ist weiterhin noch der Verlauf
für den kritischen Entnahmestrom Ikrit, der umgekehrt proportional
zur gemessenen mittleren Batterietemperatur bat festgelegt wird,
eingetragen. Dadurch wird berücksichtigt, daß die Batterie bei
erhöhter Betriebstemperatur stärker durch Überhitzung gefährdet
ist und daher die Überwachung des Entnahmestroms Ibat entsprechend
früher einsetzen muß. Das Entnahmestromüberwachungssystem wird
aktiviert, wenn der Entnahmestrom Ibat den kritischen Wert Ikrit
erreicht, das heißt am Punkt E, wo sich die Kurven für den
Entnahmestrom Ibat und den kritischen Entnahmestrom Ikrit schneiden.
Die rechnerische Batterietemperatur ϑR wird ausgehend von der
sehr träge reagierenden mittleren Batterietemperatur bat, die mit
Hilfe eines Temperatursensors laufend gemessen wird, aus dem
Entnahmestrom Ibat, dem Innenwiderstand Ri und aus der charakteris
tischen Wärmekapazität c der Batterie berechnet. Der Innenwider
stand kann hierzu entweder direkt ermittelt oder aus einem Kenn
feld entnommen werden. Die charakteristische Wärmekapazität c
bezieht sich auf die relativ kleinen Massen der chemischen
Reaktionszonen, die bei Überhitzung geschädigt werden. Die rech
nerische Batterietemperatur ϑR wird laufend durch Wärmebilanzen
berechnet, in welchen sowohl der Wärmeabfluß an die Umgebung als
auch das Driften der mittleren Batterietemperatur bat berücksich
tigt werden kann. Da in die Berechnung anstelle der großen
Gesamtmasse der Batterie nur die relativ kleine Masse einer
chemischen Reaktionszone eingeht, steigt bei einer Stromentnahme
die rechnerische Batterietemperatur ϑR schneller, als die
mittlere Batterietemperatur bat. Der theoretische Wert der
Berechnung von ϑR simuliert also die im Innern der Batterie
herrschenden erhöhten Temperaturen.
Im folgenden wird nun anhand des in Fig. 2 dargestellten Bei
spiels eines Ablaufplans das erfindungsgemäße Entnahmestrom
überwachungssystem näher erläutert. Nach dem Start des Elektro
fahrzeugs wird in Block 2 der Wert für den Entnahmestrom Ibat
eingelesen. Wird der Elektromotor mit Hilfe eines Leistungs
reglers betrieben, so wird beim Einlesen des Entnahmestroms Ibat
jeweils der momentan vom Fahrer über die Stellung des Fahrpedals
angeforderte Entnahmestrom Ibat als neue Eingangsgröße für die
Entnahmestromüberwachung bereitgestellt. Zuvor wird jedoch der
im vorherigen Einleseschritt eingelesene und zwischenzeitlich
aktualisierte Wert für den Entnahmestrom Ibat als aktueller Wert
an die Motorsteuerung übergeben.
In Block 3 wird anschließend überprüft, ob der Entnahmestrom Ibat
einen vorgegebenen Grenzwert Ikrit übersteigt. Um zu berücksich
tigen, daß bei einer erhöhten Betriebstemperatur bat der Batterie
durch das Anfordern eines hohen Entnahmestroms Ibat eine kritische
Batterietemperatur Tkrit schneller erreicht wird, als bei einer
geringeren Betriebstemperatur bat , kann der Entnahmestromgrenz
wert Ikrit mit zunehmender mittlerer Batterietemperatur bat redu
ziert werden. Solange der Entnahmestrom Ibat unterhalb des Grenz
wertes Ikrit bleibt, wird an den Beginn des Blockes 2 zurückver
zweigt und ein neuer Wert für den Entnahmestrom Ibat eingelesen.
Erst wenn der Entnahmestrom Ibat den Grenzwert Ikrit übersteigt wird
zum Block 4 gesprungen, wo der Variablen CALC der Wert 1 zuge
wiesen und dadurch das Entnahmestromüberwachungssystem aktiviert
wird. Hierzu gehört auch, daß der Berechnungsvorgang für die
rechnerische Batterietemperatur ϑR gestartet wird.
Die Blöcke 5 und 6 umfassen ein Warnsystem, durch welches der
Fahrer daraufhingewiesen werden soll, daß eine Abregelung des
Entnahmestroms Ibat und damit eine Einschränkung der Motorleistung
bevorsteht. Dadurch soll verhindert werden, daß der Fahrer in
kritischen Situationen, beispielsweise während eines Überhol
vorgangs, durch die Entnahmestromabregelung überrascht wird.
Hierzu wird im Block 5 die berechnete Batterietemperatur ϑR mit
einem Wert Twarn, welcher knapp unterhalb der kritischen Tempera
tur Tkrit liegt, verglichen. Liegt die berechnete Temperatur ϑR
unterhalb der Temperatur Twarn, so wird zum Block 8 gesprungen, wo
ein neuer Wert für den Entnahmestrom Ibat eingelesen wird. Über
steigt dagegen in Block 5 die berechnete Temperatur ϑR die vor
gegebene Temperatur Twarn, so wird in Block 6 der Variablen ALARM
der Wert 1 zugewiesen und dadurch ein optisches und/oder
akustisches Warnsignal für den Fahrer aktiviert.
Anschließend wird in Block 7 überprüft, ob die berechnete Tem
peratur ϑR eine vorgegebene kritische Temperatur Tkrit übersteigt.
Die kritische Temperatur Tkrit wird auf einen Wert eingestellt, bei
dem eine Beschädigung der Batterie noch ausgeschlossen werden
kann. Ist die kritische Temperatur Tkrit noch nicht erreicht, so
wird zum Block 8 gesprungen, wo ein neuer Wert für den Entnahme
strom Ibat eingelesen wird. Übersteigt dagegen in Block 7 die
berechnete Temperatur ϑR die kritische Temperatur Tkrit, so wird
zur insgesamt mit 20 bezeichneten und weiter unten näher
beschriebenen Entnahmestromabregelung verzweigt.
Nach dem Einlesen eines neuen Wertes für den Entnahmestrom Ibat in
Block 8 werden anschließend in den Blöcken 9 bis 11 die Bedin
gungen für eine Beendigung des Entnahmestromüberwachungssystems
überprüft. Diese Überprüfung erfolgt unabhängig davon, ob zuvor
der Entnahmestrom Ibat ab geregelt wurde oder nicht. Als erstes
wird in Block 9 der neue Wert für Ibat mit dem Dauerentnahmestrom
ID verglichen. Wird hierbei erkannt, daß der Wert für Ibat den
Wert ID übersteigt, so wird zum insgesamt mit 40 bezeichneten
Abschnitt verzweigt, in welchem geprüft wird, ob bisher bereits
eine Entnahmestromabregelung erfolgt ist beziehungsweise ob sich
die rechnerische Batterietemperatur ϑR seit der letzten
Spitzenbelastung erholt hat. Andernfalls, das heißt wenn der
Entnahmestrom Ibat kleiner als der Wert ID ist, wird im Block 10
beziehungsweise 11 geprüft, ob die mittlere Batterietemperatur
bat, beziehungsweise die berechnete Temperatur ϑR unter einen
unkritischen Wert Tunkrit gefallen ist. Ist einer der beiden Werte
bat, ϑR größer als Tunkrit, so wird an den Beginn von Block 5 zurück
verzweigt. Nur wenn sowohl der Wert für den Entnahmestrom Ibat
unterhalb des Wertes ID als auch die Werte für die mittlere
Batterietemperatur bat und für die berechnete Temperatur ϑR
unterhalb der unkritischen Temperatur Tunkrit liegen, wird die
Entnahmestromüberwachung nach dem Zurücksetzen der Variablen
ALARM, GALC, CONT und REL auf den Startwert Null in den Blöcken
12 bis 15 beendet. Anschließend erfolgt der Rücksprung zum Block
2, wo ein neuer Wert für den Entnahmestrom Ibat eingelesen und
anschließend mit dem Grenzwert Ikrit verglichen wird.
Der eigentliche Entnahmestromabregelungsvorgang ist im Abschnitt
20 enthalten. Die Entnahmestromabregelung wird aufgerufen, falls
in Block 7 die berechnete Temperatur ϑR den kritischen Wert Tkrit
übersteigt. Ist dies der Fall, so wird in Block 21 dem maximal
zulässigen Entnahmestrom Imax der aktuelle Wert für den Entnahme
strom Ibat zugewiesen. Anschließend wird in Abhängigkeit vom Wert
der Variablen CONT der maximal zulässige Entnahmestrom Imax um
einen bestimmten Wert ΔI reduziert. Die Variable CONT gibt dabei
an, ob vorher schon eine Entnahmestromabregelung durchgeführt
wurde. Ist in Block 22 CONT ungleich 1, so wird zum Block 23
verzweigt, wo der Wert für den maximal zulässigen Entnahmestrom
Imax um einen ersten vorgegebenen Wert ΔI₁ reduziert wird. Ist
dagegen in Block 22 die Variable CONT=1, das heißt eine Ent
nahmestromregelung hat bereits stattgefunden, so wird in Block
24 der Wert für den maximal zulässigen Entnahmestrom Imax um einen
zweiten Wert ΔI₂ reduziert. Da in diesem Fall bereits vorher
schon ein hoher Entnahmestrom Ibat angefordert wurde, ist die
Gefahr für eine Schädigung der Batterie durch Überhitzung
größer. Daher wird das Dekrement ΔI₂ größer als der Wert für ΔI₁
gewählt, so daß der Entnahmestrom Ibat schneller abgeregelt wird.
In Block 25 wird dann anschließend überprüft, ob der Entnahme
strom Ibat den maximal zulässigen Entnahmestrom Imax übersteigt. Im
ersten Durchlauf ist dies sicher der Fall, so daß zum Block 26
verzweigt wird, wo der dem aktuellen Wert für den Entnahmestrom
Ibat der maximal zulässige Wert Imax zugewiesen wird, bevor
anschließend im Block 27 der aktuelle Entnahmestrom Ibat mit einem
vorgegebenen Wert ID verglichen wird. Ist in Block 25 der Ent
nahmestrom Ibat kleiner als der maximal zulässige Wert Imax so wird
direkt zum Block 27 gesprungen. Der vorgegebene Wert ID ent
spricht einem Entnahmestrom, der im Dauerbetrieb entnommen
werden kann, ohne die Batterie zu beschädigen. Solange in Block
27 der Entnahmestrom Ibat den Dauerentnahmestrom ID übersteigt,
wird zum Block 28 gesprungen, wo ein neuer Wert für den Ent
nahmestrom Ibat eingelesen wird. Anschließend wird an den Beginn
von Block 22 gesprungen und im nächsten Durchgang der maximal
zulässige Entnahmestrom Imax weiter reduziert. Die Entnahmestrom
abregelung 20 wird erst dann wieder verlassen, wenn der Ent
nahmestrom Ibat entweder durch die Entnahmestromabregelung oder
vom Fahrer selbst auf einen Wert, der kleiner als der Dauerent
nahmestrom ID ist, reduziert wurde.
In diesem Fall wird dann vom Block 27 zu den Blöcken 29 und 30
verzweigt, wo die Variablen REL und CONT der Wert 1 zugewiesen
wird. Die Variable CONT gibt, wie bereits weiter oben beschrie
ben, an, ob vorher schon eine Entnahmestromabregelung durchge
führt wurde. Die Variable REL gibt an, ob seit der letzten Ent
nahmestromabregelung eine gewisse Relaxationszeit vergangen ist.
Dies ist wichtig, da sich die Batterie zwischen zwei Spitzenbe
lastungen, sogenannten Overboost-Phasen, abkühlen muß, um Schä
digungen durch Überhitzung sicher verhindern zu können. Die
Überprüfung der Relaxation der Batterie erfolgt im insgesamt mit
40 bezeichneten Abschnitt. Hierzu wird in Block 41 der Wert der
Variablen REL überprüft. Wird hierbei festgestellt, daß REL=0,
also einen Wert ungleich 1 aufweist, so wird zum Beginn von
Block 5 gesprungen. Dies ist der Fall, wenn seit dem Start der
Entnahmestromüberwachung noch keine Entnahmestromabregelung
durchgeführt wurde oder wenn sich die Batterie seit der letzten
Entnahmestromabregelung bereits ausreichend abgekühlt hat. Wurde
dagegen beim Durchlaufen der Entnahmestromabregelung in Block 30
der Variable REL der Wert 1 zugewiesen, so wird in Block 41 zum
Block 42 verzweigt, wo die berechnete Temperatur ϑR mit einer
vorgegebenen Temperatur T₂ verglichen wird. Die Temperatur T₂
wird so gewählt, daß bei einer erneuten Spitzenbelastung eine
Überhitzung der Batterie ausgeschlossen werden kann.
Ist in Block 42 die berechnete Temperatur ϑR noch nicht unter
die Temperatur T₂ gefallen, so wird zum Block 43 verzweigt, wo
der Entnahmestrom Ibat auf den Wert ID begrenzt wird. Ein neuer
Overboost-Betrieb wird somit zu diesem Zeitpunkt nicht zugelas
sen. Anschließend wird zum Beginn von Block 8 gesprungen, wo ein
neuer Wert für den Entnahmestrom Ibat eingelesen wird. Ist dagegen
die berechnete Temperatur ϑR in Block 42 bereits unter die
Temperatur T₂ gefallen, so wird zum Block 44 verzweigt, wo der
Variablen REL der Wert 0 zugewiesen wird. Anschließend wird zum
Beginn von Block 5 gesprungen, wo gegebenenfalls eine erneute
Entnahmestromabregelung eingeleitet werden kann.
Für den in Fig. 1 gezeigten Verlauf ergibt sich folgender Ablauf
des erfindungsgemäßen Verfahrens: Nach dem Start des Fahrzeugs
ist die Berechnung der Batterietemperatur ϑR nicht aktiviert, da
alle Variablen den Wert Null aufweisen. Da anfangs der Entnahme
strom Ibat den kritischen Wert Ikrit nicht übersteigt, wird laufend
von Block 3 an den Beginn von Block 2 zurückgesprungen und dort
ein neuer Wert für den Entnahmestrom Ibat eingelesen. Erst am
Punkt E erreicht der Entnahmestrom Ibat den kritischen Wert Ikrit, so
daß im nächsten Durchgang von Block 3 zu Block 4 verzweigt wird,
wo der Variablen CALC der Wert 1 zugewiesen und dadurch die
Ermittlung der rechnerischen Temperatur ϑR gestartet wird. In
Block 5 wird dann die berechnete Temperatur ϑR mit dem Wert Twarn
verglichen. Bis zum Punkt W wird dieser Wert Twarn nicht erreicht,
so daß jeweils vom Block 5 zum Block 8 gesprungen und dort ein
neuer Wert für den Entnahmestrom Ibat eingelesen wird. Da in Block
9 der Entnahmestrom Ibat weiterhin den Wert ID übersteigt, wird
von dort zum Block 41 verzweigt. Da hier die Variable REL den
Wert 0 aufweist, wird von hier zurück zum Beginn von Block 5
gesprungen und von dort die Schleife erneut durchlaufen.
Zwischen dem Punkten W und F wird die oben beschriebene Schleife
weiterhin durchlaufen mit dem Unterschied, daß jetzt vom Block 5
zum Block 6 und 7 verzweigt und erst von dort zum Block 8 ge
sprungen wird. Da in Block 6 die Variable ALARM den Wert 1 zu
gewiesen bekommt, wird dem Fahrer ab dem Punkt W ein Warnsignal
ausgegeben. Ab den Punkt F erreicht nun die berechnete Tempera
tur ϑR den kritischen Wert Tkrit so daß in Block 7 zum Block 21
verzweigt wird, wo dem maximal zulässigen Entnahmestrom Imax der
aktuelle Wert des Entnahmestroms Ibat zugewiesen wird. Da die
Variable CONT den Wert 0 aufweist, wird anschließend vom Block
22 zum Block 23 verzweigt und dort der maximal zulässige Ent
nahmestrom Imax um einen Wert ΔI₁ dekrementiert. Da anschließend
in Block 25 der aktuelle Entnahmestrom Ibat größer als der nun
dekrementierte Maximalwert Imax ist, wird zum Block 26 verzweigt,
wo der Entnahmestrom Ibat auf den maximal zulässigen Entnahmestrom
Imax vermindert wird. In Block 27 wird dann geprüft, ob der Ent
nahmestrom Ibat den vorgegebenen Dauerentnahmestrom noch über
steigt. Da dies bis zum Punkt G der Fall ist, wird an dieser
Stelle bis zum Zeitpunkt G zum Block 28 verzweigt und von dort
nach dem Einlesen eines neuen Wertes für den Entnahmestrom Ibat an
den Beginn von Block 22 zurückgesprungen. Für den Fall, daß der
Fahrer bereits vor dem Erreichen des Dauerentnahmestroms ID im
Punkt G den angeforderten Entnahmestrom Ibat auf einen Wert unter
halb von ID reduziert, würde von Block 25 direkt zu Block 27 ge
sprungen, ohne den aktuellen Entnahmestrom Ibat auf den Wert von
Imax zu setzen. Hier wird dann die Schleife verlassen und vor der
Beendigung der Entnahmestromabregelung die Variablen REL und
CONT auf den Wert 1 gesetzt.
In Block 8 wird dann anschließend wiederum ein neuer Wert für
den Entnahmestrom Ibat eingelesen. Zwischen den Punkten G und H,
wo der Fahrer weiterhin einen Entnahmestrom Ibat, welcher größer
als der Dauerentnahmestrom ID ist, anfordert, wird in Block 9 zum
Block 41 verzweigt. Da die Entnahmestromregelung 40 bereits
durchlaufen wurde, weisen die Variablen REL und CONT den Wert 1
auf , so daß in Block 41 zum Block 42 verzweigt wird. Da hier
die berechnete Temperatur ϑR weiterhin größer ist, als der Wert
T₂, wird zum Block 43 verzweigt, wo der Entnahmestrom Ibat auf den
Wert ID begrenzt und anschließend an den Beginn von Block 8
gesprungen wird. Am Punkt H sinkt der vom Fahrer angeforderte
Entnahmestrom Ibat auf einen Wert unterhalb von ID, so daß in
Block 9 nicht zum Block 41, sondern zum Block 10 verzweigt wird.
Von hier aus wird solange zum Beginn von Block 5 zurückge
sprungen, bis die mittlere Batterietemperatur bat den unkriti
schen Wert Tunkrit erreicht. Ab diesem Zeitpunkt wird von Block 10
aus zum Block 11 verzweigt. Hier wird dann solange ebenfalls an
den Beginn von Block 5 zurückverzweigt, bis auch die berechnete
Temperatur ϑR am Punkt I unter den unkritischen Wert Tunkrit ab
fällt. Erst dann werden die Variablen ALARM, GALC, CONT und REL
in den Blöcken 12 bis 15 zurückgesetzt und die Entnahmestrom
überwachung anschießend beendet.
Sollte ab dem Zeitpunkt, an dem die berechnete Temperatur ϑR
unter den Wert T₂ abfällt, erneut ein Entnahmestrom Ibat größer als
der Dauerentnahmestrom ID angefordert werden, so wird vom Block
42 zum Block 44 gesprungen, wo die Variable REL auf den Wert
eins gesetzt wird. Dies bedeutet, das sich die Batterie erholt
hat und daß daher wieder höhere Entnahmeströme Ibat zugelassen
werden, bis dann im Block 7 nach einer erneuten Erhöhung der
Batterietemperatur auf einen Wert größer als Tkrit die Entnahme
stromabregelung erneut gestartet wird.
Zusätzlich zur oben beschriebenen Entnahmestromabregelung kann
für den Entnahmestrom Ibat noch ein fester Maximalwert, beispiels
weise 30% über Dauerentnahmestrom ID, vorgegeben werden, der
unter keinen Umständen überschritten werden darf. Es ist aber
auch möglich, einen höheren Maximalstrom, beispielsweise 100%
über dem Dauerentnahmestrom ID zuzulassen. Hierbei wird dann aber
die kritische Temperatur Tkrit relativ niedrig gewählt, so daß die
Abregelung des Entnahmestrom Ibat bereits bei einem geringen
Ansteigen der Temperatur ϑR beginnt.
Claims (6)
1. Entnahmestromüberwachungssystem für Traktionsbatterien in
Elektro- und Hybridfahrzeugen, welches bei überschreiten eines
temperaturabhängig vorgegebenen Grenzwertes für den Entnahme
strom aktiviert wird und welches den maximal zulässigen Ent
nahmestrom in Abhängigkeit von Betriebsparametern auf einen für
den Dauerbetrieb zulässigen Normalwert abregelt,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Batterietemperatur (krit) mit einem vorgegebenen Grenzwert
(Tkrit) verglichen wird und daß dann, wenn die Batterietemperatur
(Tbat) den vorgegebenen Grenzwert (Tkrit) übersteigt, der Entnahme
strom (Ibat) auf den Normalwert (ID) abgeregelt wird.
2. Entnahmestromüberwachungssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß ausgehend von einer gemessenen mittleren Batterietemperatur
(bat) die innere Erwärmung für eine kleine chemische Reaktions
zone aus Entnahmestrom (Ibat), Innenwiderstand (Ri) und
charakteristischer Wärmekapazität (c) und daraus laufend eine
rechnerische Temperatur (ϑR) der Batterie mittels Wärmebilanzen
berechnet wird, wobei diese rechnerische Temperatur (ϑR) als
Batterietemperatur (bat) zur Regelung des Entnahmestroms (Ibat)
verwendet wird.
3. Entnahmestromüberwachungssystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Berechnung der Batterietemperatur (bat) unabhängig vom
Entnahmestrom (Ibat) solange durchgeführt wird, bis sowohl die
mittlere Batterietemperatur (bat) als auch die berechnete
Temperatur (ϑR) unkritische Werte (Tunkrit) angenommen haben.
4. Entnahmestromüberwachungssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei Erreichen einer zweiten Batterietemperatur (Twarn), welche
unterhalb des Grenzwertes (Tkrit) liegt, der Fahrer mit Hilfe eines
optischen oder akustischen Warnsignals auf die bevorstehende
Abregelung des Entnahmestroms (Ibat) hingewiesen wird.
5. Entnahmestromüberwachungssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß dann, wenn zu einem Zeitpunkt, an dem zumindest eine der
Temperaturwerte (ϑR, bat) noch keinen unkritischen Wert (Tunkrit)
angenommen hat, erneut ein den Grenzwert (Ikrit) übersteigender
Entnahmestrom (Ibat) angefordert wird, ein den Grenzwert (Ikrit)
übersteigenden Entnahmestrom (Ibat) zugelassen wird, falls die
berechnete Batterietemperatur (ϑR) einen zweiten, unterhalb der
kritischen Temperatur (Tkrit) liegenden Grenzwert (T₂) bereits
wieder unterschritten hat.
6. Entnahmestromüberwachungssystem nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Entnahmestrom (Ibat) beim erneuten Erreichen der
kritischen Batterietemperatur (Tkrit) schneller auf den zulässigen
Dauerentnahmestrom (ID) abgeregelt wird, als beim erstmaligen
übersteigen der kritischen Temperatur (Tkrit).
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