JPWO2020109108A5 - - Google Patents

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本発明は、自動車の搭載電源網内のエネルギ蓄積器を監視する方法、及び、当該方法を実行する装置に関する。 The present invention relates to a method for monitoring an energy store in the on-board electrical network of a motor vehicle and to a device for carrying out the method.

従来技術
搭載電源網とは、自動車の用途においては、自動車内の全ての電気部品の総体であると理解される。即ち、これには、電気消費装置及び給電源、例えばバッテリの双方が含まれる。この場合、搭載エネルギ網と搭載通信網とが区別されるが、本明細書においては、特に、自動車の各部品へのエネルギの供給を担当する搭載エネルギ網について述べる。搭載電源網を制御するために、通常、制御機能に加えて監視機能をも実行するマイクロコントローラが設けられている。
PRIOR ART In automotive applications, the on-board electrical network is understood to be the sum of all electrical components in the vehicle. This includes both electrical consumers and power sources, such as batteries. In this case, a distinction is made between an on-board energy network and an on-board communication network, but in the present specification, in particular, the on-board energy network responsible for supplying energy to the components of the motor vehicle will be mentioned. For controlling the vehicle electrical system, a microcontroller is usually provided which, in addition to the control functions, also carries out monitoring functions.

自動車内においては、電気エネルギは、自動車がいつでも始動可能となり、かつ、運転中充分な給電が与えられるように供給され得ることに注意されたい。ただし、停止状態においても、次の始動を損なわずに、電気消費装置が適当な時間範囲にわたってさらに駆動可能でなければならない。 Note that in a motor vehicle, electrical energy can be supplied in such a way that the motor vehicle can be started at any time and is sufficiently powered during operation. However, even in the stopped state, the consumer must still be able to be driven for a suitable time range without impairing the next start.

搭載電源網は、電気消費装置にエネルギを供給するタスクを有する。今日の車両において、エネルギ供給が搭載電源網内又は搭載電源網部品内におけるエラー又は劣化のために故障すると、重要な機能、例えばパワーステアリングが欠落する。車両の操舵能力が損なわれるわけではなく、鈍重になるだけなので、運転者をフォールバックレベルとみなし得ることから、搭載電源網の故障は、今日生産されている車両においては一般に受容されている。 The onboard electrical network has the task of supplying the electrical consumers with energy. In today's vehicles, when the energy supply fails due to errors or deterioration in the on-board electrical network or in the on-board electrical network components, important functions such as power steering are lost. On-board power grid failures are generally accepted in vehicles produced today, as the driver can be considered a fallback level since the vehicle's steering ability is not compromised, it is only sluggish.

益々進む装置群の電気化及び新たな運転機能の導入によって、自動車内における電気エネルギ供給の安全性及び信頼性への高い要求が生じている。 The increasing electrification of equipment groups and the introduction of new driving functions are creating high demands on the safety and reliability of the electrical energy supply in motor vehicles.

将来の高度自動運転機能、例えば高速走行パイロットでは、制限された範囲において、運転者が運転に関与しない動作が許容される。このため、高度自動運転機能の終了まで、人間の運転者は、センサ的、制御技術的、機械的及びエネルギ的なフォールバックレベルとして、機能を、制限された範囲においてしか知覚することができず、又は、全く知覚することができない。従って、高度自動運転の際の給電部は、センサ的、制御技術的かつアクチュエータ的なフォールバックレベルを保証するため、自動車においてはこれまで知られてこなかった安全重要度を有する。従って、搭載電源網内のエラー又は劣化は、確実に、かつ、製品安全の意味において可能な限り完全に、識別されなければならない。 Future highly automated driving functions, such as highway pilots, will allow a limited range of driver-involved actions. For this reason, until the end of the highly automated driving function, the human driver can only perceive the function to a limited extent as sensory, control-technical, mechanical and energetic fallback levels. or cannot be perceived at all. The power supply in highly automated driving therefore has a hitherto unknown safety importance in motor vehicles in order to ensure sensor-, control-technical and actuator fallback levels. Errors or degradations in the onboard electrical network must therefore be identified reliably and as completely as possible in the sense of product safety.

部品の故障を予測可能とするために、車両部品監視の信頼性技術上のアプローチへの取り組みがなされている。このために、搭載電源網部品は運転中監視され、その損傷が算出される。 Reliability engineering approaches to vehicle component monitoring have been addressed to make component failures predictable. For this purpose, the on-board electrical network components are monitored during operation and their damage is calculated.

刊行物である独国特許出願公開第102013203661号明細書には、運転中に負荷を掛けられる少なくとも1つの半導体スイッチを含む搭載電源網を備えた自動車を動作させる方法が説明されている。当該方法においては、半導体スイッチの実際負荷状態が、先行の負荷イベントに基づいて算出される。 The publication DE 10 2013 203 661 A1 describes a method for operating a motor vehicle with an on-board electrical network comprising at least one semiconductor switch which is loaded during operation. In the method, the actual load state of the semiconductor switch is calculated based on previous load events.

従来技術によるバッテリセンサの使用につき、図1に即して説明する。バッテリの状態検出方法が、刊行物である独国特許出願公開第102016211898号明細書に説明されている。ここでは、バッテリのSOH(Gesundheitszustand)を記述するための方法が、信頼性判定部によって使用される。ここでは、部品の故障確率についての記述を提供する、いわゆる負荷-容量モデルが使用されている。 The use of prior art battery sensors will now be described with reference to FIG. A battery state detection method is described in the publication DE 10 2016 211 898 A1. Here, a method for describing the SOH (Gesundheitszustand) of a battery is used by the reliability determination unit. A so-called load-capacity model is used here, which provides a description of the failure probability of a component.

刊行物である独国特許出願公開第19959019号明細書からは、エネルギ蓄積器の状態を識別する方法が公知である。エネルギ蓄積器の実際量は、推定ルーチンと、これから分離されたモデルに基づくパラメータ推定器及びフィルタとに供給可能である。受け取られたパラメータ化量は、エネルギ蓄積器の挙動を補外する予測器に供給される。 The document DE 199 59 019 A1 discloses a method for identifying the state of an energy accumulator. The actual amount of the energy accumulator can be supplied to the estimation routine and the model-based parameter estimator and filter separated therefrom. The received parameterized quantities are supplied to a predictor that extrapolates the behavior of the energy store.

刊行物である欧州特許出願公開第1231476号明細書には、バッテリの劣化状態を算定する方法が説明されている。当該方法においては、静止電圧、内部抵抗及び内部電圧降下が推定され、モデルの入力量として使用される。当該モデルは、初期化され、続いてシミュレートされる。モデルを用いて劣化状態が推定される。 The publication EP 1 231 476 A1 describes a method for determining the state of health of a battery. In the method, quiescent voltage, internal resistance and internal voltage drop are estimated and used as input quantities for the model. The model is initialized and then simulated. A model is used to estimate the state of deterioration.

独国特許出願公開第102013203661号明細書DE 102013203661 A1 独国特許出願公開第102016211898号明細書DE 102016211898 A1 独国特許出願公開第19959019号明細書DE 19959019 A1 欧州特許出願公開第1231476号明細書EP-A-1231476

発明の開示
こうした背景から、請求項1に記載の、自動車の搭載電源網内のエネルギ蓄積器、例えばバッテリを監視する方法と、請求項15の特徴を有する、当該方法を実行する装置とが提案される。各実施形態は、従属請求項及び明細書から得られる。
DISCLOSURE OF THE INVENTION Against this background, a method for monitoring an energy accumulator, e.g. be done. Embodiments derive from the dependent claims and the description.

提案の方法は、自動車の搭載電源網内のエネルギ蓄積器を監視するために用いられる。以下においては、特に、搭載電源網内のエネルギ蓄積器としてのバッテリの監視について述べる。ただし、提案の方法は、バッテリの監視のみに限定されるものではなく、他のエネルギ蓄積器、例えばコンデンサ、特に高出力コンデンサにも適用可能である。 The proposed method is used for monitoring energy stores in the on-board electrical network of motor vehicles. In the following, in particular the monitoring of the battery as an energy store in the vehicle's electrical network will be discussed. However, the proposed method is not limited to battery monitoring only, but can also be applied to other energy stores, such as capacitors, especially high-power capacitors.

上記の方法の構成においては、バッテリ少なくとも1つの動作量、例えば、バッテリの内部抵抗、キャパシタンス及び/又は分極が算定され、当該少なくとも1つの動作量が予測モデルへ転送され、当該予測モデルにより、動作量の現在値が計算され、負荷-容量モデルにより、少なくとも1つの動作量の未来値が算定される。少なくとも1つの動作量の未来値は電圧予測器へ供給され、当該電圧予測器は、選択された機能のための、バッテリの期待される最小電圧を計算する。 In a configuration of the above method , at least one operating quantity of the battery, such as the internal resistance, capacitance and/or polarization of the battery, is determined, and the at least one operating quantity is transferred to a predictive model, which predictive model: A current value of the working quantity is calculated and a future value of at least one working quantity is determined by a load-capacity model. The future value of at least one operating quantity is supplied to a voltage estimator, which calculates the expected minimum voltage of the battery for the selected function.

安全に関連する消費装置の機能のためには、それぞれのチャネルにおいて、消費装置におけるクランプ電圧が決定的であることが判明している。こうしたクランプ電圧は、電圧源、例えばバッテリ又は直流電圧変換器を含む伝送チェーン、対応する部分分岐内のケーブルツリー抵抗、及び、個々の部品の負荷電流の組合せから得られる。 For the safety-relevant functioning of the consumer, it has been found that in each channel the clamping voltage at the consumer is decisive. Such clamping voltages are obtained from a combination of a voltage source, eg a battery or a transmission chain including a DC voltage converter, the cable tree resistance in the corresponding sub-branches and the load current of the individual components.

また、それぞれの動作ケースに必要な最小給電電圧の不足が対応する部品の故障を発生させることが認識されている。このことは、安全性に関連するシナリオにおいては、安全目標の障害をもたらしかねず、又は、自動運転機能の利用可能性を制限しかねない。 It is also recognized that the lack of the minimum supply voltage required for each operating case causes failure of the corresponding components. In safety-related scenarios, this could lead to failure of safety goals or limit the availability of automated driving functions.

最小給電電圧のこのような不足は、エネルギ蓄積器、例えばバッテリの劣化によって発生し得る。対抗措置及び可能な限り高い機能利用可能性を達成するには、バッテリのための予測診断機能部が必要であり、当該予測診断機能部に基づいて、予測的メンテナンス(英語:Predictive Maintenance)又は搭載電源網エネルギ管理における措置(英語:Predictive Health Management)のいずれかが行われる。 Such shortfalls in the minimum supply voltage can occur due to deterioration of the energy store, eg the battery. In order to achieve countermeasures and the highest possible functional availability, a predictive diagnostic function is required for the battery, based on which predictive maintenance (English: Predictive Maintenance) or installation One of the measures in power grid energy management (English: Predictive Health Management) is taken.

機能及び境界条件に基づく事前の故障予測は、公知の機能に比較して、予測の品質が著しく高い。なぜなら、どのような条件のもとでバッテリが搭載電源網をもはや充分にサポートできなくなったために故障が発生するかを予測することができるからである。 Ex-ante failure prediction based on function and boundary conditions has a significantly higher quality of prediction compared to known functions. This is because it is possible to predict under what conditions the battery will no longer be able to adequately support the on-board electrical network and thus a failure will occur.

説明している方法は、エネルギ蓄積器、例えばバッテリの故障を、適時に対抗措置を導入するために、先行の利用状態及び関連するシステム機能に基づいて予測するものであり、これにより、機能利用可能性が向上する。 The method described predicts energy storage, e.g., battery, failures based on prior usage conditions and associated system functions in order to introduce countermeasures in a timely manner, thereby reducing the function utilization Increased chances.

提案の方法は、少なくともいくつかの実施形態において、次の一連の利点、即ち、
・機能利用可能性の向上、例えば、スタート-ストップ機能及び/又は自動運転機能の向上、
・付加的な故障を発生させることのないメンテナンス支援及びここから得られるメンテナンス間隔の最大化、これによる車両群運営者にとっての車両利用可能性の最大化、
・移動不能状態の回避によるコスト低減、例えば救助費用などの低減、
・不測の事態における移動不能状態の回避による安全性の向上、
を有する。
The proposed method, at least in some embodiments, offers the following set of advantages:
- improved functionality availability, e.g. improved start-stop functionality and/or automated driving functionality;
maintenance assistance without additional breakdowns and the resulting maintenance interval maximization, thereby maximizing vehicle availability for fleet operators;
・Cost reduction by avoiding immobility, for example, reduction of rescue costs, etc.
・Improve safety by avoiding immobility in unforeseen circumstances,
have

提案の装置は、上記の方法を実行するために用いられ、例えばバッテリセンサに関連して使用することができる。 The proposed device is used to carry out the above method and can be used, for example, in connection with battery sensors.

本発明のさらなる利点及び構成は、明細書及び添付の図面から得られる。 Further advantages and configurations of the invention can be obtained from the description and the accompanying drawings.

前述した特徴及び後述する特徴が、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれ提示した組合せにおいてのみならず、他の組合せにおいても又は個別にも使用可能であることを理解されたい。 It is to be understood that the features mentioned above and those to be mentioned below can be used not only in the combinations presented respectively, but also in other combinations or individually, without departing from the scope of the invention.

従来技術によるバッテリセンサを示すブロック図である。1 is a block diagram showing a prior art battery sensor; FIG. バッテリを示す等価回路図である。2 is an equivalent circuit diagram showing a battery; FIG. SOF(State of Function)を算定する際の手法を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a technique for calculating SOF (State of Function); 提案の方法の実行を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing the execution of the proposed method;

発明の実施の形態
本発明を、実施形態に即して図面に概略的に示し、以下に図面を参照しながら詳細に説明する。
MODES FOR CARRYING OUT THE INVENTION The invention is schematically illustrated in the drawings by means of embodiments and will be explained in greater detail below with reference to the drawings.

以下の各実施形態は、バッテリに関連した提案の方法の用途を説明している。提案の方法は、当該用途に限定されるものではなく、適当なあらゆるエネルギ蓄積器に関連して、例えばコンデンサ、特に高出力コンデンサ、例えば、スーパーキャパシタ(英語:supercaps)又はウルトラキャパシタに関連して実行可能である。 The following embodiments describe applications of the proposed method in relation to batteries. The proposed method is not limited to this application, but in connection with any suitable energy store, for example in connection with capacitors, in particular high power capacitors, such as supercaps or ultracapacitors. It is viable.

図1には、全体として参照番号10が付された、従来技術によるバッテリセンサが示されている。ユニット12、特に測定ユニットへの入力量は、温度T14及び電流I16であり、出力量は、電圧U18である。 A prior art battery sensor, generally designated 10, is shown in FIG. The input quantities to the unit 12, in particular the measuring unit, are the temperature T14 and the current I16, and the output quantity is the voltage U18.

ブロック20においては、パラメータ及び状態の推定が行われる。本明細書においては、フィードバックユニット22、バッテリモデル24及びパラメータの適応化部26が設けられている。ここで、変数

Figure 2020109108000001
28、状態変数
Figure 2020109108000002
30、及び、モデルパラメータ
Figure 2020109108000003
32が出力される。 At block 20, parameter and state estimation is performed. Here, a feedback unit 22, a battery model 24 and a parameter adaptation 26 are provided. where the variable
Figure 2020109108000001
28, state variables
Figure 2020109108000002
30 and model parameters
Figure 2020109108000003
32 is output.

ノード29は、バッテリモデル24をバッテリに適応化するために用いられる。電流I16は直接的に、温度T14は間接的に、バッテリモデル24に入力される。当該バッテリモデル24は、

Figure 2020109108000004
28を計算し、これを実際の電圧U18によって補償する。偏差がある場合、バッテリモデル24は、フィードバックユニット22により補正される。 Node 29 is used to adapt battery model 24 to the battery. The current I16 is directly input to the battery model 24 and the temperature T14 is indirectly input to the battery model 24 . The battery model 24 is
Figure 2020109108000004
28 and compensate it by the actual voltage U18. If there are deviations, the battery model 24 is corrected by the feedback unit 22 .

さらに、サブアルゴリズムのためのブロック40が準備されている。当該ブロック40は、バッテリ温度モデル42、静止電圧算定部44、ピーク電流測定部46、アダプティブ始動電流予測部48及びバッテリ量検出部50を含む。 Furthermore, a block 40 is provided for sub-algorithms. The block 40 includes a battery temperature model 42 , a static voltage calculator 44 , a peak current measurer 46 , an adaptive starting current predictor 48 and a battery charge detector 50 .

その他、ブロック62へ予測量を入力する充電特性60も準備されている。当該充電特性は、充電予測量64、電圧予測量66及び劣化予測量68である。ブロック62からの出力は、SOC70、電流72及び電圧74の波形、並びに、SOH76である。 In addition, a charge characteristic 60 for inputting the predicted amount to block 62 is also provided. The charge characteristics are a charge prediction amount 64 , a voltage prediction amount 66 and a deterioration prediction amount 68 . Outputs from block 62 are SOC 70 , current 72 and voltage 74 waveforms, and SOH 76 .

従って、バッテリセンサ10は、バッテリの現在のSOC(State of Charge)70及び現在のSOH76(State of Health,初期状態に対するキャパシタンス損失の比率)を算出する。予測量64,66,68により、バッテリセンサ10は、SOC70及びSOH76を、予め規定された複数の負荷シナリオに従って予測することができる。当該負荷シナリオは、ここで、自動運転又はそれぞれの適用事例に対しても適応化可能である。 Accordingly, the battery sensor 10 calculates a current SOC (State of Charge) 70 and a current SOH 76 (State of Health, ratio of capacitance loss to initial state) of the battery. The predictive quantities 64, 66, 68 allow the battery sensor 10 to predict SOC 70 and SOH 76 according to multiple predefined load scenarios. The load scenario can here also be adapted for automated driving or the respective application case.

予測量64,66,68は、さらに、現在のバッテリ状態における機関始動過程をシミュレートして、SOC70、SOH76及びSOF(State of Function)に対するその効果を算出することができる。シミュレーションにおける機関始動によって所定の限界値の下方超過が発生した場合、スタート-ストップ動作が阻止される。 The predictive quantities 64, 66, 68 can also simulate the engine starting process under current battery conditions to calculate its effect on SOC 70, SOH 76 and State of Function (SOF). If an engine start in the simulation results in a lower excursion of a pregiven limit value, the start-stop operation is inhibited.

図2には、全体として参照番号100が付された、バッテリの等価回路図が示されている。当該等価回路図は、内部抵抗R102、第1のキャパシタンスC104、第2のキャパシタンスC106、当該第2のキャパシタンスC106に対して並列に接続された抵抗R108、第3のキャパシタンスCDp110、当該第3のキャパシタンスCDp110に対して並列に接続された抵抗RDp112、及び、さらなる抵抗RDn114を含む。 FIG. 2 shows the equivalent circuit diagram of the battery, generally referenced 100 . The equivalent circuit diagram includes an internal resistance R i 102, a first capacitance C D 104, a second capacitance C k 106, a resistance R k 108 connected in parallel to the second capacitance C k 106, a 3 capacitance C Dp 110 , a resistor R Dp 112 connected in parallel to the third capacitance C Dp 110 and a further resistor R Dn 114 .

図3には、SOF(State of Function)算定の動作方式が示されている。横軸152に時間t、縦軸154に電圧u(t)を記した第1のグラフ150には、過去時間160に対する電圧156の波形が記されている。横軸172に時間t、縦軸174に電流i(t)を記した第2のグラフ170には、過去時間160に対する電流176の波形が記されている。未来時間162につき、所定の運転マヌーバに対して特徴的な電流波形182と、予測器によって期待又は予測される電圧波形180とが示されている。さらに、SOFの計算の出力点を表す電圧U190が示されている。U190は、典型的には、現在の測定可能な動作電圧であるが、これは、ワーストケース予測に利用可能な、理論的に期待され得る最小電圧と見ることもできる。特徴的な電流波形182は、プラットフォーム又は顧客仕様に従った仮想の電流特性i(t)を表し、例えば、ストップ/スタート用途のための機関ウォームスタート中のバッテリ電圧下落を予測するための、機関始動中に生じるバッテリ電流特性である。 FIG. 3 shows the operating method of SOF (State of Function) calculation. A first graph 150 plotting time t on the horizontal axis 152 and voltage u(t) on the vertical axis 154 plots the waveform of voltage 156 against past time 160 . A second graph 170 plotting time t on the horizontal axis 172 and current i(t) on the vertical axis 174 plots the current 176 waveform against past time 160 . For a future time 162, the characteristic current waveform 182 for a given driving maneuver and the voltage waveform 180 expected or predicted by the predictor are shown. Additionally, a voltage U190 is shown which represents the output point of the SOF calculation. U190 is typically the current measurable operating voltage, but it can also be viewed as the theoretically expected minimum voltage available for worst case prediction. Characteristic current waveform 182 represents a hypothetical current characteristic i(t) according to platform or customer specifications, e.g., for predicting battery voltage droop during engine warm start for stop/start applications. Battery current characteristics occurring during starting.

所定の電流特性i(t)に対する予測最小電圧は、SOF(State of Function;所定の車両機能、例えば、機関のウォームスタートを充足するためのバッテリの出力能力の尺度)として利用され、以下においては、所定の機能の利用可能性についての判定に用いられるものとする。 The predicted minimum voltage for a given current characteristic i(t) is used as the SOF (State of Function; a measure of the battery's output capability to satisfy a given vehicle function, e.g. engine warm start), and in the following: , shall be used to determine the availability of a given feature.

図4には、提案の方法の例示的な使用のフローチャートが示されている。第1のステップにおいては、バッテリ状態識別ソフトウェア200において、バッテリの現在キャパシタンス及び内部抵抗が算定又は測定される。当該現在キャパシタンス及び内部抵抗は、予測モデル202に転送される。予測モデル202は、代表負荷集合(RLK;バッテリで期待される未来の負荷特性)を補助的に使用して、負荷-容量モデルにより、キャパシタンスの未来値(C_pred(t))及び内部抵抗の未来値(Ri_pred(t))を計算する。 FIG. 4 shows a flowchart of an exemplary use of the proposed method. In a first step, the battery status identification software 200 calculates or measures the current capacitance and internal resistance of the battery. The current capacitance and internal resistance are forwarded to predictive model 202 . The predictive model 202 uses a representative load set (RLK; expected future load characteristics of the battery) as an aid to predict the future value of capacitance (C_pred(t)) and the future value of internal resistance through a load-capacity model. Calculate the value (Ri_pred(t)).

予測モデルは、負荷-容量モデル、物理モデル、機械学習に基づくモデル、回帰、又は、スプライン補外を基礎とするものであってよい。 Predictive models may be based on load-capacity models, physical models, machine learning-based models, regression, or spline extrapolation.

上記の各値は、電圧予測器204に転送される。電圧予測器204は、例として図2に示したような電気的等価回路図により、SOFの動作方式と同様に、所与の機能に対するバッテリの期待される最小電圧を計算する。このために、電流I、始動電圧U及び温度Tについての負荷特性206が使用される。設定された電流特性は、この場合、任意の機能、例えば、自動運転のためのスタート-ストップマヌーバ又はセーフ‐ストップマヌーバに由来し得るものである。 Each of the above values is forwarded to voltage predictor 204 . Voltage estimator 204 calculates the minimum expected voltage of the battery for a given function, similar to the SOF operating scheme, by way of an electrical equivalent circuit diagram such as that shown in FIG. 2 by way of example. A load characteristic 206 for current I, starting voltage U and temperature T is used for this purpose. The set current characteristic can in this case originate from any function, for example a start-stop maneuver or a safe-stop maneuver for automated driving.

次のステップ208においては、予測された最小電圧(U_pred(t))が、下方超過によって搭載電源網が故障することになる限界値と比較される。当該限界値に到達している又はこれが下方超過されている場合、時点tは、バッテリの残寿命に相当する。それ以外の場合、時間ステップtがΔtだけ高められ、未来の負荷モデル210により、新たな代表負荷集合(RLK)が計算される。当該代表負荷集合は、例えば、充電状態、電流、電圧、温度、平均アンペア時間などの変化の形態の、過去のバッテリ負荷に基づいており、期待される未来のバッテリ負荷をシミュレートしている。この場合、例えば、種々の境界条件、例えば日時、運転区間なども区別される。当該代表負荷集合は、次いで予測モデルへ供給され、C_pred(t)及びRi_pred(t)の新たな値が算定される。こうした反復は、予測された最小電圧が限界値に到達することにより残寿命(RUL)が算定されるまで行われる。当該情報は、次のステップにおいて制御ユニット212へ転送され、制御ユニット212が、これらから、例えば、予測的部品交換(Predictive Maintenance)又は寿命を延長するための制御措置(Predictive Health Management)のような措置を導出する。 In the next step 208, the predicted minimum voltage (U_pred(t)) is compared with a limit value below which the onboard electrical network will fail. Time t corresponds to the remaining life of the battery if the limit value is reached or is exceeded. Otherwise, the time step t is increased by Δt and the future load model 210 calculates a new representative load set (RLK). The representative load set is based on past battery loads , eg, in the form of changes in state of charge, current, voltage, temperature, average ampere hours, etc., and simulates expected future battery loads . In this case, for example, various boundary conditions, such as time of day, driving segments, etc., are also distinguished. The representative load set is then fed to the forecast model to calculate new values for C_pred(t) and Ri_pred(t). These iterations are performed until the remaining life (RUL) is calculated by reaching the minimum predicted voltage limit. This information is transferred in a next step to the control unit 212, from which the control unit 212 derives, for example, predictive parts replacement (Predictive Maintenance) or control measures to extend the service life (Predictive Health Management). Derive measures.

このように、方法は、バッテリの予測モデルの構築を行う。ここでの構成においては、センサにより、少なくとも1つのバッテリ量、例えば、電圧、電流、温度が測定される。当該バッテリ量はバッテリ状態識別ソフトウェア(BSD)200へ送信され、当該BSD200が、バッテリ状態を記述する量を算定する。BSD200は、この場合、物理モデル、統計モデル、又は、AIモデル(AI:artificial intelligence:人工知能)を基礎とするものであってよい。状態を記述する量、例えば、バッテリの内部抵抗、キャパシタンスなどが、予測モデル202へ転送される。 Thus, the method provides for building a predictive model of the battery. In the present configuration, sensors measure at least one battery quantity, eg voltage, current, temperature. The battery quantity is sent to battery state identification software (BSD) 200, which calculates a quantity that describes the battery state. The BSD 200 may in this case be based on physical, statistical or AI models (AI: artificial intelligence). Quantities that describe the state, such as the battery's internal resistance, capacitance, etc., are transferred to the predictive model 202 .

他のモデルにおいては、例えば、バッテリの負荷の代表負荷集合を形成するために、バッテリ量が時間に関してクラス分類される。付加的に、代表負荷集合の形成のために、バッテリの他の信号又はシステムからの他の信号を使用することもできる。当該RLKも、予測モデル202へ送信される。 In other models, for example, the battery charge is classified with respect to time to form a representative load set of battery loads . Additionally, other signals from the battery or other signals from the system can be used to form the representative load set. The RLK is also sent to predictive model 202 .

予測モデル202は、RLKと、現在の算定されたバッテリの状態を記述する量とに基づいて、バッテリの状態を記述する量の未来波形を予測する。予測モデルは、この場合にも、物理モデル、統計モデル、又は、AIモデルを基礎とするものであってよい。 The predictive model 202 predicts the future waveform of the battery state describing quantity based on the RLK and the current calculated battery state describing quantity. The predictive model may again be based on physical, statistical or AI models.

補外された、バッテリの状態を記述する量は、重み付けモデルにおいて、バッテリの故障時点を算定するために使用される。これは、主として、2つの異なる方式により行うことができる。第1の手段は、補外された、バッテリの状態を記述する量と、バッテリがもはや機能しなくなる限界値又は限界値分布とを比較することである。第2の手段は、補外された、バッテリの状態を記述する量を使用して、残寿命(RUL:Remaining Useful Life)をシミュレーションにより特定することである。ここでは、図3に示したSOF機能の場合と同様に、バッテリの状態を記述する量と、種々の機能に対する負荷特性とに基づいて、バッテリの電圧が閾値を下回って低下するかどうかが特定される。当該閾値の下方超過は、システム故障を発生させる。 The extrapolated quantity describing the state of the battery is used in a weighted model to calculate the point of failure of the battery. This can be done primarily in two different ways. A first measure is to compare the extrapolated quantity describing the state of the battery with the limit value or limit value distribution at which the battery no longer functions. A second approach is to determine the Remaining Useful Life (RUL) through simulation using extrapolated quantities that describe the state of the battery. Here, as in the case of the SOF function shown in FIG. 3, it is determined whether the voltage of the battery drops below a threshold based on quantities describing the state of the battery and the load characteristics for the various functions. be done. A downward excursion of the threshold causes a system failure.

既に述べたように、方法は、バッテリの残寿命の算出に使用可能である。残寿命に基づいて、メンテナンス間隔及び/又はバッテリの交換を調整することができる。また、残寿命に基づいて、残寿命を延長するためのエネルギ管理の措置を導入することもできる。こうした措置は、バッテリの目標動作領域の変更機能の中止及び/又はグレード低減、又は、エネルギ蓄積器が複数設けられている場合のエネルギ蓄積器間における負荷の移動、から選択可能である。
As already mentioned, the method can be used to calculate the remaining life of the battery. Maintenance intervals and/or battery replacements can be adjusted based on remaining life. Also, based on the remaining life, energy management measures can be introduced to extend the remaining life. Such action can be selected from discontinuing and/or downgrading the battery's target operating area modification function, or moving the load between energy stores when multiple energy stores are provided.

Claims (13)

自動車の搭載電源網内のエネルギ蓄積器を監視する方法であって、
前記エネルギ蓄積器の現在の少なくとも1つの動作量を算定して、前記少なくとも1つの動作量を予測モデル(202)へ転送し、
前記予測モデル(202)は、前記少なくとも1つの動作量の現在値から、前記少なくとも1つの動作量の未来値を算定して、前記少なくとも1つの動作量の前記未来値を電圧予測器(204)へ供給し、前記電圧予測器(204)は、自動運転のためのスタート-ストップマヌーバ又はセーフ‐ストップマヌーバを含む所与の機能のための、前記エネルギ蓄積器の期待される最小電圧を計算し、
前記予測モデル(202)は、前記少なくとも1つの動作量の前記未来値を、未来の推定負荷により計算する、方法。
A method of monitoring an energy store in an on-board electrical network of a motor vehicle, comprising:
determining at least one current operating quantity of said energy store and transferring said at least one operating quantity to a predictive model (202);
The prediction model (202) calculates a future value of the at least one operating quantity from a current value of the at least one operating quantity, and predicts the future value of the at least one operating quantity to a voltage predictor (204). and the voltage estimator (204) calculates the expected minimum voltage of the energy storage for a given function, including start-stop maneuvers for autonomous driving or safe-stop maneuvers. ,
The method of claim 1, wherein the predictive model (202) calculates the future value of the at least one operating quantity according to a future estimated load .
エネルギ蓄積器としてバッテリ(100)が監視され、動作量として前記バッテリ(100)の初期状態に対する現在のキャパシタンス損失の比率が算定される、
請求項に記載の方法。
a battery (100) is monitored as an energy store and the ratio of the current capacitance loss to the initial state of said battery (100) is calculated as an operating quantity;
The method of claim 1 .
エネルギ蓄積器としてバッテリ(100)が監視され、動作量として前記バッテリ(100)の内部抵抗(102)が算定される、
請求項1又は2に記載の方法。
A battery (100) is monitored as an energy store and an internal resistance (102) of said battery (100) is determined as an operating variable,
3. A method according to claim 1 or 2 .
エネルギ蓄積器としてバッテリ(100)が監視され、動作量として前記バッテリ(100)の分極が算定される、
請求項1乃至のいずれか一項に記載の方法。
monitoring a battery (100) as an energy store and determining the polarization of said battery (100) as an operating variable;
4. A method according to any one of claims 1-3 .
前記電圧予測器(204)は、前記最小電圧を、前記エネルギ蓄積器の等価回路よって計算する、
請求項1乃至のいずれか一項に記載の方法。
the voltage estimator (204) calculates the minimum voltage by an equivalent circuit of the energy storage;
5. A method according to any one of claims 1-4 .
前記最小電圧を計算する際に、電流、電圧及び温度に対する負荷特性が使用される、
請求項1乃至のいずれか一項に記載の方法。
load characteristics for current, voltage and temperature are used in calculating the minimum voltage;
6. A method according to any one of claims 1-5 .
計算された前記最小電圧が、限界値と比較される、
請求項に記載の方法。
the calculated minimum voltage is compared to a limit value;
7. The method of claim 6 .
前記限界値の下方超過により、使用される前記負荷特性に対応する機能が未来にさらに実行可能であるかどうかが算出される、
請求項に記載の方法。
It is calculated whether the function corresponding to the load characteristic used is still feasible in the future, according to the lower exceeding of the limit value,
8. The method of claim 7 .
前記予測モデル(202)は、前記最小電圧が前記限界値に到達した時点又は前記限界値を下方超過した時点から、前記エネルギ蓄積器の残寿命算出する
請求項1乃至のいずれか一項に記載の方法。
The predictive model (202) calculates the remaining life of the energy storage from the time the minimum voltage reaches or falls below the limit .
9. A method according to any one of claims 1-8 .
前記残寿命に基づいて、メンテナンス間隔及び/又は前記エネルギ蓄積器の交換が調整される、
請求項に記載の方法。
maintenance intervals and/or replacement of the energy storage are adjusted based on the remaining life;
10. The method of claim 9 .
前記残寿命に基づいて、当該残寿命を延長するためのエネルギ管理における措置が講じられる、
請求項又は10に記載の方法。
Based on the remaining life, action is taken in energy management to extend the remaining life.
11. A method according to claim 9 or 10 .
前記措置は
・前記エネルギ蓄積器の目標動作領域の変更、又は、
・複数のエネルギ蓄積器が設けられている場合の当該複数のエネルギ蓄積器間における負荷の移動、
から選択可能である、
請求項11に記載の方法。
Said measures are :
- changing the target operating area of the energy storage, or
the movement of the load between multiple energy stores, if multiple energy stores are provided;
is selectable from
12. The method of claim 11 .
自動車の搭載電源網内のエネルギ蓄積器を監視する装置であって、請求項1乃至12のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されている装置。 13. Device for monitoring an energy accumulator in an on -board electrical network of a motor vehicle, the device being adapted to carry out the method according to any one of the preceding claims.
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