EP2979101A1 - Anordnung zur batteriezustandsüberwachung - Google Patents

Anordnung zur batteriezustandsüberwachung

Info

Publication number
EP2979101A1
EP2979101A1 EP14708260.6A EP14708260A EP2979101A1 EP 2979101 A1 EP2979101 A1 EP 2979101A1 EP 14708260 A EP14708260 A EP 14708260A EP 2979101 A1 EP2979101 A1 EP 2979101A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery
manager
sensor
interface
stop
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14708260.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Juergen Motz
Eberhard Schoch
Martin Holger Koenigsmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2979101A1 publication Critical patent/EP2979101A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3647—Constructional arrangements for determining the ability of a battery to perform a critical function, e.g. cranking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • F02D41/28—Interface circuits
    • F02D2041/281—Interface circuits between sensors and control unit
    • F02D2041/285—Interface circuits between sensors and control unit the sensor having a signal processing unit external to the engine control unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
    • F02D41/26—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor
    • F02D41/266—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means using computer, e.g. microprocessor the computer being backed-up or assisted by another circuit, e.g. analogue
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0814—Circuits specially adapted for starting of engines comprising means for controlling automatic idle-start-stop
    • F02N11/0818—Conditions for starting or stopping the engine or for deactivating the idle-start-stop mode
    • F02N11/0825—Conditions for starting or stopping the engine or for deactivating the idle-start-stop mode related to prevention of engine restart failure, e.g. disabling automatic stop at low battery state
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2200/00—Parameters used for control of starting apparatus
    • F02N2200/06—Parameters used for control of starting apparatus said parameters being related to the power supply or driving circuits for the starter
    • F02N2200/061—Battery state of charge [SOC]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
    • G01R31/3842—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC combining voltage and current measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for monitoring a condition of a battery
  • Battery and a battery sensor in particular a smart battery sensor. With the arrangement and the battery sensor, it is possible to perform a method of monitoring a battery. State of the art
  • batteries are used to supply the electrical consumers and to provide the electrical energy for the starter of the internal combustion engine. It is known to use for monitoring the operation and operability battery sensors that detect operating variables of the associated battery during operation and pass on. These allow battery condition monitoring.
  • This energy management requires the most accurate information possible about the current state of the battery used.
  • this information is determined by means of a so-called battery condition detection, which can be calculated, for example, in a battery sensor.
  • This battery sensor then forwards the information to a master control unit, for example an engine control unit or a body computer in which the further energy management is carried out.
  • the document EP 1 271 170 A2 describes a method and a device for battery state detection.
  • statements about the battery state are obtained by means of a first battery state detection system.
  • statements about the battery status are obtained by means of a second battery status recognition system.
  • the battery condition detection in a battery sensor requires some basic information about the battery used to determine the battery condition with sufficient accuracy. Batteries of different capacities, technology or manufacturers can behave fundamentally differently. This problem is currently addressed by the coding of characteristic battery parameters in the battery sensor, which serve as a basis for the state detection.
  • the battery status is usually forwarded to the energy management system by certain key figures such as SOC or SOF (State of Function).
  • SOC Stable Oxidation Function
  • SOF Stable Oxidation Function
  • SOH Stable Oxidation Factor
  • the energy management system evaluates this data together with other vehicle data, for example engine temperature, clutch pedal used, and can thus automatically switch off the vehicle, for example when stopping in front of a red traffic light.
  • a disadvantage of this method is, on the one hand, that the battery parameters have to be determined only with great difficulty, for example by measurements on the test stand.
  • there is a need to recode the correct parameters of the new battery when changing the battery This is cumbersome and prone to error or even impossible if the end user himself changes the battery and has no technical facilities to encode the new parameters.
  • the presented method enables the realization of typical energy management functions, such as stop-start and recuperation, without the need for battery parameters.
  • the elaborate determination of these parameters is thereby eliminated.
  • the overall handling of different batteries and sensors in production and service is greatly simplified, and any potentially critical battery change scenarios in the field at the end user become completely unproblematic.
  • the availability of, for example, start-stop in typical standard cycles, for example NEDC (new European driving cycle) is comparable to the current systems with battery coding.
  • the overall system becomes more robust against various extreme battery replacement scenarios, which are usually defined as improper use, for example, installation of a smaller or aged battery.
  • FIG. 1 shows a topology of a prior art battery condition monitoring.
  • FIG. 2 shows a topology of a battery condition monitoring according to the presented method.
  • Figure 3 shows the current flow during a typical engine start.
  • FIG. 1 shows a topology of a battery state monitoring according to the prior art.
  • the illustration shows a battery sensor 10 and a master control unit 12.
  • the battery sensor 10 is used to perform a battery status detection 14.
  • the master control unit 12 carries out the energy management 16 with start-stop manager and battery management. From the battery sensor 10 12, the signals SOC 18, SOF 20 and SOH 22 are transmitted to the master control unit 12.
  • FIG. 2 shows a topology for battery state monitoring according to the presented method.
  • the figure shows a battery sensor 30 and a controller 32, in this case a master controller. Furthermore, a battery status detection 34, a battery manager 36 and an energy management system 38 with start-stop manager are reproduced.
  • the battery state detector 34 transmits the signals SOC 40, SOF 42 and SOH 44 to the battery manager 36. From the battery manager 36, the signals Stop enable 46, restart 48 and iGC, intelligent generator control signal 50, will be enabled transmitted to the energy management 38. Between the battery manager 36 and the power management 38, an interface 60 is thus provided. Another interface 62 is provided between the battery condition detector 34 and the battery manager 36.
  • the method presented here is thus characterized by the disconnection of the battery manager 36 from the energy management 38 or the start-stop manager. So far, both functions are present together in one control unit and are viewed holistically.
  • the battery manager 36 is part of the battery condition detection 34, and there is a new interface to the energy management or start-stop manager 38.
  • the battery manager 36 already evaluates the results of the battery condition detection 34 and passes only the signals to Allow automatic stop (stop enable, OK battery for stop) and auto-restart (restart, battery over-discharged).
  • another signal for intelligent generator control is passed (iGC, intelligent generator control).
  • the battery manager 36 thus evaluates received signals and passes on the existing interface 60 corresponding instructions.
  • the battery holder 36 may in this case be located in the battery sensor 30, so that the new signals (stop enable, restart, iGC) are transferred from the battery sensor 30 to the control unit 32. However, the battery holder 36 can also still be present in the control unit 32, so that the input variables for the battery manager 36, similar to the sensor from the master control unit, are transferred today.
  • the interface 60 battery manager for energy management lies in the control unit 32.
  • today's customary characteristics such as SOC, SOF, namely voltage prediction at virtual operating points, eg at low temperatures or after discharge scenarios, or SOH, namely maximum capacity of the battery used.
  • the aim is to ensure the vehicle's ability to start and to reduce fuel consumption and CO 2 emissions.
  • the present method not the usual signals today, such as a precise SOC, necessary.
  • the battery should not be over-discharged to ensure both starting capability and accelerated battery aging. If you want to recuperate in addition to stop-start the battery may not be fully charged, so that the battery can still absorb energy.
  • the battery manager will make its decisions (stop_enable, automatic restart), based in particular on the current internal resistance of the battery.
  • the internal resistance determines the startability of the battery in the current state and is completely independent of battery parameters.
  • this internal resistance is used to realize voltage prediction similar to the known prior art. For this purpose, the prediction of future fictitious situations is waived and the
  • This voltage prediction is next to the internal resistance of the peak current or peak current (Ipeak) of the engine start. This current can be determined and measured by methods known to those skilled in the art and used as an input for the prediction of the next engine start.
  • FIG. 3 shows in a graph the current profile during a typical motor start. At an abscissa 70, the time in seconds and at an ordinate 72 of the battery current in amps is plotted. An arrow 74 illustrates the peak current for voltage prediction.
  • the maximum voltage drop to be expected during the subsequent engine start can be calculated in advance.
  • the analog voltage drop measured during an engine start Upeak can also be used as an additional criterion for the battery manager. If the real voltage drop falls below a certain threshold during an engine start, an automatic stop is allowed only at a lower internal resistance of the battery, for example due to a charging of the battery or an increase in the temperature.
  • a state of charge of the battery based on a full charge detection can be estimated with sufficient accuracy. This ensures that the battery is never fully charged, but remains within 100% of the battery dependent SOC.
  • the aim of this regulation is to keep the battery in the range 50% ⁇ SOC ⁇ 95%, ie. H. parameter-dependent SOC for better comparison, in a particularly preferred embodiment in the range 70% ⁇ SOC ⁇ 90%.
  • SOC resting voltage characteristic can be realized.
  • the aim is not to obtain the absolute best possible accuracy of the SOC as in today's strategies, but generally to prevent low battery levels in order to make the system more robust and to increase the battery life.
  • the method described here can be supplemented by various measures already known to the person skilled in the art, such as the monitoring of the current integral during operation, for example, after a successful cold start and positive current integral.
  • Table 1 Overview of the thresholds to be used in the battery manager for activating stop-start.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)

Abstract

Es werden eine Anordnung zur Batteriezustandsüberwachung und ein Batteriesensor (30) vorgestellt. Der Batteriesensor (30) ist dazu ausgelegt, eine Batteriezustandserkennung (34) durchzuführen. Ein Steuergerät ist dazu ausgelegt, ein Energiemanagement auszuführen. Es ist zusätzlich ein Batteriemanager (36) getrennt von dem Energiemanagement implementiert.

Description

Beschreibung
Titel
Anordnung zur Batteriezustandsüberwachung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung eines Zustande einer
Batterie sowie einen Batteriesensor, insbesondere einen intelligenten Batteriesensor. Mit der Anordnung und dem Batteriesensor ist es möglich, ein Verfahren zum Überwachen einer Batterie durchzuführen. Stand der Technik
In Kraftfahrzeugen, die mit Verbrennungsmotoren angetrieben werden, werden Batterien zur Versorgung der elektrischen Verbraucher und zur Bereitstellung der elektrischen Energie für den Anlasser des Verbrennungsmotors eingesetzt. Es ist bekannt, zur Überwachung des Betriebs und der Funktionsfähigkeit Batteriesensoren einzusetzen, die Betriebsgrößen der zugeordneten Batterie im Betrieb erfassen und weitergeben. Diese ermöglichen eine Batteriezustandsüberwachung.
Um den Kraftstoffverbrauch und damit den C02-Ausstoß und die Fahrdynamik von Kraftfahrzeugen zu verbessern, stehen verschiedene Strategien zur Verfügung. Dies sind bspw. Start-Stopp-Strategien, intelligente Generatorregelungen und Rekuperation. Diesen unterschiedlichen Strategien bzw. Konzepten ist gemein, dass sie ein Energiemanagement zum sicheren Betrieb benötigen. So muss z. B. immer sichergestellt sein, dass das Fahrzeug noch startfähig ist, d. h. dass die verwendete Batterie noch ausreichend elektrische Energie liefern kann.
Dieses Energiemanagement benötigt möglichst genaue Informationen über den aktuellen Zustand der verwendeten Batterie. Derzeit werden diese Informationen mit Hilfe einer sogenannten Batteriezustandserkennung ermittelt, die bspw. in ei- nem Batteriesensor berechnet werden kann. Dieser Batteriesensor gibt die Informationen dann an ein Mastersteuergerät weiter, bspw. ein Motorsteuergerät oder einen Bodycomputer, in dem das weitere Energiemanagement durchgeführt wird.
Die Druckschrift EP 1 271 170 A2 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Batteriezustandserkennung. Bei dem Verfahren werden Aussagen über den Batteriezustand mittels eines ersten Batteriezustandserkennungssystems gewonnen. Bei fehlerhaftem Betrieb oder bei einem Ausfall des ersten Batteriezu- standserkennungssystems werden Aussagen über den Batteriezustand mittels eines zweiten Batteriezustandserkennungssystems gewonnen.
Die Batteriezustandserkennung in einem Batteriesensor benötigt gewisse grundsätzliche Informationen über die verwendete Batterie, um den Batteriezustand mit einer ausreichenden Genauigkeit bestimmen zu können. Batterien unterschiedlicher Kapazität, Technologie oder Hersteller können sich grundlegend unterschiedlich verhalten. Diesem Problem wird zur Zeit durch die Kodierung charakteristischer Batterieparameter im Batteriesensor begegnet, die der Zustands- erkennung als Grundlage dienen.
Im Bereich der Blei-Säure-Starterbatterien sind dies bspw. der Batterietyp (flooded, AGM, improved flooded und weitere dem Fachmann bekannte Ausführungen), die Kapazität z. B. in Ah (Entladung mit I20) und der genaue Verlauf der Ruhespannungskennlinie (Ruhespannung gegen SOC = State of Charge, bspw. durch Angabe der maximalen Ruhespannung und der Steigung oder der minimalen Ruhespannung). Mit diesen charakteristischen Kenndaten kann die Batteriezustandserkennung das Batterieverhalten mit hinreichender Genauigkeit für ein Energiemanagement bestimmen.
Der Batteriezustand wird üblicherweise durch bestimmte Kennzahlen wie SOC oder SOF (State of Function) an das Energiemanagement weitergegeben. Außerdem können Signale zur Batteriealterung, SOH (State of Health), bestimmt werden. Das Energiemanagement wertet diese Daten zusammen mit weiteren Fahrzeugdaten, bspw. Motortemperatur, Kupplungspedal verwendet, aus und kann so automatisch das Fahrzeug, bspw. beim Halt vor einer roten Ampel, ausschalten. Nachteilig bei diesem Verfahren ist zum einen, dass die Batterieparameter erst aufwendig, bspw. durch Messungen am Prüfstand, ermittelt werden müssen. Andererseits ergibt sich die Notwendigkeit bei einem Batteriewechsel die korrekten Parameter der neuen Batterie erneut zu kodieren. Dies ist aufwendig und fehler- anfällig oder sogar unmöglich, wenn der Endnutzer selbst die Batterie wechselt und keine technischen Möglichkeiten zur Kodierung der neuen Parameter hat. Als Folge kann die Verfügbarkeit von C02-sparenden Funktionen wie Stopp-Start stark eingeschränkt oder sogar nicht verfügbar sein. Dies kann den Kunden verärgern oder bestimmte behördliche Auflagen zum Kraftstoffverbrauch verletzen (z. B. CARB in den USA, Incentive in China). In einem besonders kritischen Szenario wird die Batterie in die Tiefentladung getrieben und das Fahrzeug verliert die Startfähigkeit.
Für den OEM besonders nachteilig ist das nachträgliche Einführen weiterer oder neuer Batterien, was je nach Konzept nur durch eine neue Software realisiert werden kann. Insbesondere bei weltweiten Plattformen wird aber nur eine identische Software angestrebt, um Kosten zu sparen und das Koordinieren verschiedener Teile/Software-Versionen über verschiedene Fahrzeugmodelle zu vermeiden.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden eine Anordnung zur Batteriezustandsüberwa- chung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Batteriesensor nach An- spruch 8 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Das vorgestellte Verfahren ermöglicht die Realisierung typischer Energiemanagement-Funktionen, wie etwa Stopp-Start und Rekuperation, ohne dass Batterie- parameter erforderlich sind. Die aufwendige Bestimmung dieser Parameter entfällt hierdurch. Die gesamte Handhabung von verschiedenen Batterien und Sensoren in der Produktion und im Service wird stark vereinfacht und sämtliche potentiell kritische Batteriewechselszenarien im Feld beim Endnutzer werden vollkommen unproblematisch. Gleichzeitig ist die Verfügbarkeit von bspw. Start- Stopp in typischen Normzyklen, bspw. NEFZ (neuer europäischer Fahrzyklus), vergleichbar zu den aktuellen Systemen mit Batteriekodierung. Zusätzlich wird das Gesamtsystem robuster gegen verschiedene extreme Batteriewechselszenarien, die normalerweise als fehlerhafte Verwendung definiert werden, bspw. Einbau einer kleineren oder gealterten Batterie.
Weiterhin ist kein Zusatzaufwand notwendig für den Fall, dass neue oder zusätzliche Batterien nachträglich eingeführt werden sollen. Ein Sensor kann für nahezu alle Fahrzeuge weltweit verwendet werden. Zudem wird die Einsparung an C02 durch Energiemanagementfunktionen wie Stopp-Start weniger aufwendig, kostengünstiger und robuster.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen 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. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine Topologie einer Batteriezustandsüberwachung nach dem Stand der Technik. Figur 2 zeigt eine Topologie einer Batteriezustandsüberwachung gemäß dem vorgestellten Verfahren.
Figur 3 zeigt den Stromverlauf während eines typischen Motorstarts. Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. In Figur 1 ist eine Topologie einer Batteriezustandsüberwachung gemäß dem Stand der Technik wiedergegeben. Die Darstellung zeigt einen Batteriesensor 10 und ein Mastersteuergerät 12. Mit dem Batteriesensor 10 erfolgt eine Batteriezu- standserkennung 14. In dem Mastersteuergerät 12 erfolgt das Energiemanage- ment 16 mit Start-Stopp-Manager und Batteriemanagement. Von dem Batteriesensor 10 12 werden die Signale SOC 18, SOF 20 und SOH 22 an das Mastersteuergerät 12 übermittelt.
In Figur 2 ist eine Topologie zur Batteriezustandsüberwachung gemäß dem vorgestellten Verfahren dargestellt. Die Figur zeigt einen Batteriesensor 30 und ein Steuergerät 32, in diesem Fall ein Mastersteuergerät. Weiterhin wird eine Batte- riezustandserkennung 34, ein Batteriemanager 36 und ein Energiemanagement 38 mit Start-Stopp-Manager wiedergegeben. Die Batteriezustandserkennung 34 übermittelt die Signale SOC 40, SOF 42 und SOH 44 an den Batteriemanager 36. Von dem Batteriemanager 36 werden die Signale Stopp ermöglichen (Stop enable) 46, erneuter Start (restart) 48 und iGC, Signal für eine intelligente Generatorregelung, 50 an das Energiemanagement 38 übermittelt. Zwischen dem Batteriemanager 36 und dem Energiemanagement 38 ist folglich eine Schnittstelle 60 bereitgestellt. Eine weitere Schnittstelle 62 ist zwischen der Batteriezustandserkennung 34 und dem Batteriemanager 36 gegeben.
Das hierin vorgestellte Verfahren zeichnet sich somit durch die Abtrennung des Batteriemanagers 36 von dem Energiemanagement 38 bzw. dem Start-Stopp- Manager aus. Bislang liegen beide Funktionen in einem Steuergerät zusammen vor und werden ganzheitlich betrachtet. Bei dem hier vorgestellten Verfahren ist jedoch der Batteriemanager 36 Teil der Batteriezustandserkennung 34, und es gibt eine neue Schnittstelle zum Energiemanagement bzw. Start-Stopp-Manager 38. Der Batteriemanager 36 wertet bereits die Ergebnisse der Batteriezustandserkennung 34 aus und übergibt nur noch die Signale zum Erlauben eines auto- matischen Stopps (Stop enable, Batterie OK für Stopp) und zum Auslösen eines automatischen Widerstarts (Restart, Batterie zu stark entladen). In einer Ausführungsform, die hier dargestellt ist, wird noch ein weiteres Signal für intelligente Generatorregelung übergeben (iGC, intelligent Generator Control). Der Batteriemanager 36 wertet somit erhaltene Signale aus und gibt über die vorhandene Schnittstelle 60 entsprechende Anweisungen weiter. Der Batteriemanger 36 kann hierbei im Batteriesensor 30 lokalisiert sein, so dass die neuen Signale (Stop enable, Restart, iGC) vom Batteriesensor 30 an das Steuergerät 32 übergeben werden. Der Batteriemanger 36 kann aber auch nach wie vor im Steuergerät 32 vorliegen, so dass die Eingangsgrößen für den Batteriemanager 36, ähnlich wie heute vom Sensor zum Mastersteuergerät, übergeben werden. Die Schnittstelle 60 Batteriemanager zum Energiemanagement liegt bei dieser Ausführung im Steuergerät 32. Um unabhängig von Batterieparametern zu werden, werden in Ausgestaltung nicht die heute üblichen Kennzahlen wie SOC, SOF, nämlich Spannungsprädiktion an virtuellen Arbeitspunkten, bspw. bei tiefen Temperaturen oder nach Entladeszenarien, oder SOH, nämlich maximale Kapazität der Batterie, verwendet. Diese hängen stark von den Parametern der Batterien ab und sorgen letzt- lieh dafür, dass Energiemanagement-Strategien nach heutigem Stand der Technik ohne Batteriekodierung nicht realisiert werden können.
Ziel ist es, die Startfähigkeit des Fahrzeugs sicherzustellen und Kraftstoffverbrauch und C02-Emissionen zu reduzieren. Hierfür sind nach dem vorliegenden Verfahren nicht die heute üblichen Signale, wie ein genauer SOC, notwendig.
Generell gilt, dass die Batterie nicht zu tief entladen werden sollte, um sowohl die Startfähigkeit sicherzustellen als auch eine beschleunigte Batteriealterung zu verhindern. Soll neben Stopp-Start außerdem rekuperiert werden darf die Batterie auch nicht vollgeladen sein, damit die Batterie noch Energie aufnehmen kann.
Diese Ziele können auch mit alternativen Signalen realisiert werden, die unabhängig von Batterieparametern sind. Der Batteriemanager wird seine Entscheidungen (stop_enable, automatic restart) insbesondere auf der Basis des aktuellen Innenwiderstandes der Batterie treffen. Der Innenwiderstand bestimmt die Startfähigkeit der Batterie im aktuellen Zustand und ist vollständig unabhängig von Batterieparametern.
In einer Ausführungsform wird dieser Innenwiderstand verwendet, um eine Spannungsprädiktion ähnlich dem bekannten Stand der Technik zu realisieren. Hierfür wird auf die Prädiktion zukünftiger fiktiver Situationen verzichtet und der
Spannungseinbruch in diesem Moment abgeschätzt. Wichtige Eingangsgröße dieser Spannungsprädiktion ist neben dem Innenwiderstand der Spitzen-Strom bzw. Peak-Strom (Ipeak) des Motorstarts. Dieser Strom kann nach dem Fachmann bekannten Methoden ermittelt und gemessen werden und als Eingangsgröße für die Prädiktion des nächsten Motorstarts dienen.
Figur 3 zeigt in einem Graphen den Stromverlauf während eines typischen Motorstarts. An einer Abszisse 70 ist dabei die Zeit in Sekunden und an einer Ordinate 72 der Batteriestrom in Ampere aufgetragen. Ein Pfeil 74 verdeutlicht den Spitzenstrom für die Spannungsprädiktion.
Mit Hilfe des beim aktuellen Motorstart gemessenen Spitzenstroms und des von der Batteriezustandserkennung ermittelten Batterieinnenwiderstands kann der beim nachfolgenden Motorstart zu erwartende maximale Spannungseinbruch vorausberechnet werden.
Zur Absicherung der Startfähigkeit kann neben diesem Peak-Strom Ipeak auch der analog gemessene Spannungseinbruch während eines Motorstarts Upeak als zusätzliches Kriterium für den Batteriemanager verwendet werden. Fällt der reale Spannungseinbruch während eines Motorstarts unter eine bestimmte Schwelle, wird ein automatische Stop erst bei einem niedrigeren Innenwiderstand der Batterie erlaubt, bspw. bedingt durch ein Laden der Batterie oder eine Erhöhung der Temperatur.
Als weitere wichtige Entscheidungsgröße kann ein Ladezustand der Batterie auf Basis einer Vollladungserkennung hinreichend genau abgeschätzt werden. So kann sichergestellt werden, dass die Batterie nie vollständig geladen ist, sondern in einem Bereich unterhalb des Batterieparameter abhängigen SOC 100 % bleibt. Ziel dieser Regelung ist, die Batterie in dem Bereich 50 % < SOC < 95 %, d. h. parameterabhängiger SOC zum besseren Vergleich, in einer besonders be- vorzugten Ausführungsform im Bereich 70 % < SOC < 90 %, zu halten.
Zusätzlich kann eine worst case Batterie, nämlich kleine Kapazität, signifikante Alterung durch Aktivmasse-Verlust, als Grundlage für die Auslegung herangezogen werden. Mit diesen Annahmen kann auch das heute dem Fachmann be- kannte Verfahren der SOC-Rekallibrierung durch Ruhespannungsmessung auf
Basis der charakteristischen SOC-Ruhespannungskennlinie realisiert werden. Hierbei ist nicht das Ziel, eine absolut bestmögliche Genauigkeit des SOC wie in heutigen Strategien zu erhalten, sondern generell tiefe Ladezustände der Batterie zu verhindern, um das System robuster auszulegen und die Batterielebensdauer zu erhöhen.
Weiterhin kann das hier beschriebene Verfahren durch verschiedene bereits heute dem Fachmann bekannte Maßnahmen, wie die Überwachung des Stromintegrals im Betrieb, es kann bspw. nach erfolgreichem Kaltstart und positivem Stromintegral immer ein Stop zugelassen werden, ergänzt werden.
Einige Schwellen zum Setzen von Stop enable und Restart, aufgeteilt in einen allgemeinen Bereich und eine besonders bevorzugte Ausführungsform sind in der nachstehenden Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1 : Übersicht über die im Batteriemanager zu verwendenden Schwellen zur Aktivierung von Stopp-Start.

Claims

Ansprüche
Anordnung zur Zustandsüberwachung einer Batterie mit einem Batteriesensor (30) und einem Steuergerät (32), wobei der Batteriesensor (30) dazu ausgelegt ist, eine Batteriezustandserkennung (34) durchzuführen und das Steuergerät (32) dazu ausgelegt ist, ein Energiemanagement (38) auszuführen, wobei zusätzlich ein Batteriemanager (36) getrennt von dem Energiemanagement implementiert ist, der über eine erste Schnittstelle (60) mit dem Energiemanagement (38) verbunden ist und diesem Anweisungen gibt und über eine weitere Schnittstelle (62) mit der Batteriezustandserkennung (34) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 1 , bei der der Batteriemanager (36) in dem Batteriesensor (30) implementiert ist.
Anordnung nach Anspruch 1 , bei der der Batteriemanager (36) in dem Steuergerät (32) implementiert ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der über die erste Schnittstelle (60) Signale Stopp ermöglichen, erneuter Start und/oder iGC zu übertragen sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der über die zweite Schnittstelle (62) Signale SOC, SOF und/oder SOH zu übertragen sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Batteriemanager (36) auf Grundlage von mindestens einem Batterieparameter Anweisungen ermittelt.
Anordnung nach Anspruch 6, bei der als ein Batterieparameter ein Innenwiderstand der Batterie dient. Batteriesensor, insbesondere für eine Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, in dem eine Batteriezustandserkennung (34) und ein Batteriemanager (36) implementiert sind, die über eine zweite Schnittstelle (62) verbunden sind.
Batteriesensor nach Anspruch 8, bei dem über die zweite Schnittstelle (62) Signale SOC, SOF und/oder SOH zu übertragen sind.
EP14708260.6A 2013-03-28 2014-03-06 Anordnung zur batteriezustandsüberwachung Withdrawn EP2979101A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013205692.3A DE102013205692A1 (de) 2013-03-28 2013-03-28 Anordnung zur Batteriezustandsüberwachung
PCT/EP2014/054339 WO2014154462A1 (de) 2013-03-28 2014-03-06 Anordnung zur batteriezustandsüberwachung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2979101A1 true EP2979101A1 (de) 2016-02-03

Family

ID=50236180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP14708260.6A Withdrawn EP2979101A1 (de) 2013-03-28 2014-03-06 Anordnung zur batteriezustandsüberwachung

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP2979101A1 (de)
CN (1) CN105103000A (de)
DE (1) DE102013205692A1 (de)
WO (1) WO2014154462A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10263447B2 (en) * 2016-01-29 2019-04-16 Robert Bosch Gmbh Secondary battery management system
DE102017206071A1 (de) 2017-04-10 2018-10-11 Robert Bosch Gmbh System und verfahren zum bestimmen eines zustands einer fahrzeugbatterie

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10106508A1 (de) * 2001-02-13 2002-08-29 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit einer Batterie
DE10131765A1 (de) 2001-06-30 2003-01-09 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtun gzur Batteriezustandserkennung
CN101174715A (zh) * 2007-09-28 2008-05-07 深圳先进技术研究院 一种集控制与保护功能的动力电池管理系统及方法
CN201194025Y (zh) * 2007-12-27 2009-02-11 奇瑞汽车股份有限公司 一种用于混合动力汽车电池性能检测装置
CN101692583B (zh) * 2009-09-21 2012-07-18 惠州市亿能电子有限公司 一种纯电动公交车用电池管理系统
DE102010038515A1 (de) * 2010-07-28 2012-02-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Aktivierung von mindestens einer Energiemanagementfunktion in einem Fahrzeug
CN101976867B (zh) * 2010-10-21 2013-08-28 中山大学 一种纯电动车用动力电池管理系统及其实现方法
DE102010062856A1 (de) * 2010-12-10 2012-06-21 Sb Limotive Company Ltd. Verfahren zur Ermittlung von Betriebsparametern einer Batterie, Batteriemanagementsystem und Batterie
CN202042914U (zh) * 2010-12-24 2011-11-16 浙江科技学院 一种蓄电池管理控制系统
FR2975190B1 (fr) * 2011-05-13 2013-05-17 Valeo Equip Electr Moteur Procede d'estimation de l'etat de fonctionnement d'une batterie pour un systeme d'arret/relance automatique du moteur thermique d'un vehicule, capteur et systeme de gestion de batterie adaptes
CN202121336U (zh) * 2011-05-31 2012-01-18 惠州市亿能电子有限公司 一种电动汽车电池管理系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2014154462A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014154462A1 (de) 2014-10-02
DE102013205692A1 (de) 2014-10-02
CN105103000A (zh) 2015-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102004063956B4 (de) Batteriesystem, Verfahren zum Überwachen der Batterie und Vorrichtung hierfür
DE102016108358B4 (de) Batterie-Aufladesteuerungsverfahren und Batterie-Aufladesteuerungsvorrichtung
DE102015100971B4 (de) Verfahren zum Bewerten eines Startermotors für eine Brennkraftmaschine
DE102008031670B4 (de) Gerät zum Schätzen des Ladezustandes einer wieder aufladbaren Batterie, die durch eine im Fahrzeug montierte Leistungs-Generatorvorrichtung geladen wird
DE102016112860B4 (de) System und ein Verfahren zum Überwachen der Temperaturen der Komponenten eines Ultrakondensatorsystems, das mit einem Auto-Start-Stopp-System verwendet wird
DE102010000679A1 (de) Verfahren zur Erkennung der Startfähigkeit
DE102015217692A1 (de) Verfahren zur Überwachung des Zustands einer Batterie in einem Kraftfahrzeug
DE112016003789T5 (de) Vorrichtung zum Schätzen der Restkapazität einer Lithiumionenbatterie
DE10256588B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Batteriezustandserkennung
DE102012200978A1 (de) Vollladungs-Steuervorrichtung für eine fahrzeugeigene Batterie
DE102016112856A1 (de) System und Verfahren zur Steuerung der Ultrakondensator-Ladung und -Entladung bei Fahrzeugen mit Autostart-/-Stoppsystemen
DE102018212545A1 (de) Verfahren zum Überwachen eines Zustands einer Batterie, Überwachungseinrichtung und Kraftfahrzeug
WO2021115689A1 (de) Verfahren zum überwachen eines energiespeichers in einem kraftfahrzeug
EP2979101A1 (de) Anordnung zur batteriezustandsüberwachung
DE102016112915B4 (de) Steuerungssystem für ein Fahrzeug zum Umwandeln von zwei Diagnosezuständen einer Steuerung zu drei Diagnosezuständen
DE102014005767A1 (de) Steuerungsvorrichtung für Verbrennungsmaschine
DE102008031671A1 (de) Gerät zum Einschätzen des Ladezustandes einer wiederaufladbaren Batterie, die durch eine im Fahrzeug montierte Leistungs-Generierungsvorrichtung geladen wird
DE102007050346B4 (de) Verfahren zur Plausibilisierung mindestens einer kapazitätsbezogenen Zustandsgröße eines elektrischen Energiespeichers
DE102019129902A1 (de) Verfahren und system zum vorhersagen einer motorstart-performance eines elektrischen energiespeichersystems
DE102013209389A1 (de) Verfahren zur Überwachung eines Zustands eines Akkumulators auf Basis eines den jeweiligen Zustand des Akkumulator kennzeichnenden Zustandswertes
DE102013208462A1 (de) Verfahren zum Steuern der Energieentnahme eines Energiespeichers
DE102008061955A1 (de) Verfahren und Anordnung zur Diagnose eines elektrischen Fahrzeugbordnetzes
DE102013219293A1 (de) Speicherzustand
DE102012209885A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers
WO2025061225A1 (de) Verfahren zum ladezielspannungsgeregelten laden einer energiespeichervorrichtung mit einer mehrzahl von zellen für ein elektrisch antreibbares kraftfahrzeug, computerprogramm und/oder computerlesbares medium, datenverarbeitungsvorrichtung, kraftfahrzeug

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20151028

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20190514

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20190925