WO2009004007A1 - Ermittlung einer mit dem batterieladezustand korrelierenden zustandsgrösse einer kraftfahrzeugbatterie - Google Patents

Ermittlung einer mit dem batterieladezustand korrelierenden zustandsgrösse einer kraftfahrzeugbatterie Download PDF

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WO2009004007A1
WO2009004007A1 PCT/EP2008/058452 EP2008058452W WO2009004007A1 WO 2009004007 A1 WO2009004007 A1 WO 2009004007A1 EP 2008058452 W EP2008058452 W EP 2008058452W WO 2009004007 A1 WO2009004007 A1 WO 2009004007A1
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battery
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motor vehicle
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rest
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PCT/EP2008/058452
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Inventor
Eberhard Schoch
Michael Merkle
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining a correlated with the battery state of charge state variable of a motor vehicle battery, for example, the rest voltage of the motor vehicle battery.
  • Many algorithms use a method for estimating the quiescent voltage U00 of the battery. In this method, during the resting phases of the motor vehicle, the voltage that would occur when the battery is unloaded after a very long time is estimated. During these phases of rest of the motor vehicle, the engine of the motor vehicle is switched off. However, there are so-called closed-circuit consumers, which cause a small load current even in the resting phases of the motor vehicle. The said rest voltage is not directly measurable in the vehicle. It is correlated with the state of charge of the battery.
  • the known methods for estimating the quiescent voltage usually evaluate voltage, current and temperature measured values which are repeatedly recorded at intervals of one or more hours in a rest phase of the motor vehicle. Previous such methods assume that the quiescent current in the motor vehicle does not exceed a threshold of 500 mA. In newer motor vehicles, however, there are increasingly electrical consumers who load the battery considerably even during the rest periods of the motor vehicle. This applies, for example, to the interference pulses of an air suspension or to keyless entry systems.
  • Battery is temperature dependent, the temperature dependence of the rest voltage is compensated after extrapolation. In addition, occurs in the case of a discharge current to a polarization voltage, which is also compensated.
  • Precondition for an accurate determination of the rest voltage U00 is that characteristic curves with stationary characteristics
  • the polarizations for each battery are firmly stored. These characteristics are predefined, so that aging influences or deviations of a particular single battery from a given characteristic curve or non-stationary polarizations lead to inaccuracies in the determination of the quiescent voltage U00.
  • the applicant has already disclosed a method according to which in the active phase of a motor vehicle a stored battery model with parameters and state variables is adapted to the real behavior of the battery on the basis of a battery voltage, battery current and battery temperature measurement.
  • the state variables include the quiescent voltage and polarization voltages.
  • the parameters include, for example, the internal resistance of the
  • This known self-learning method allows an individual weighting of the learning speed of the individual state variables and parameters.
  • DE 10 2004 035 858 A1 of the Applicant discloses a state and parameter estimator with integral and differential components for electrical energy storage devices.
  • the energy storage model has correction equations.
  • the state variables and / or the parameters are corrected and adjusted to the actual operating behavior of the energy store.
  • This calculates the absolute error between a measured battery operating quantity and a battery operating quantity calculated by the energy storage model, a differentiated portion of this error, and an integrated portion of this error.
  • the proportional share, the differentiated share and the integrated share are each weighted by a weighting factor. The weighted shares are fed back to the energy storage model to correct the state variables and / or the parameters.
  • a method having the features of claim 1, on the other hand, has the advantage that it allows a more accurate determination of a correlated with the battery state of charge state variable of a motor vehicle battery. This more accurate statement in turn allows a more accurate determination of the state of charge (SOC) of the vehicle battery.
  • SOC state of charge
  • the more accurate determination of a state variable correlated with the battery state of charge according to the present invention is based on the fact that the use of a self-learning battery model in the determination eliminates the effects of errors.
  • errors are, for example, the aging of the motor vehicle battery as well as battery-specific deviations from predetermined characteristic curves.
  • the battery model used to determine the desired state variable is transferred during the transition from an active phase of the motor vehicle into a rest phase of the motor vehicle, parameters and state variables which were determined in the active phase using a battery model provided for the active phase of the motor vehicle.
  • an adaptation of the acceleration is advantageously carried out during the rest phases of the motor vehicle at predetermined time intervals Parameters and state variables of the battery model used to determine the desired state variable using measured values, which are derived by means of a sensor from the battery.
  • parameters and state variables which are made available by the battery model used to determine the desired state variable are advantageously transferred to the battery model used during the active phase of the vehicle. This has the advantage that even at the beginning of the active phase, parameters and state variables are available that accurately describe the real state of the battery. If this active phase lasts only for a short time, then in the subsequent transition from the active phase into the resting phase, in turn, the battery model used to determine the desired state variable can be provided with data that exactly describe the real battery condition.
  • FIG. 1 shows a block diagram for explaining the method according to the invention for determining a state variable of a motor vehicle battery which correlates with the battery state of charge, wherein the state variable is the quiescent voltage of the motor vehicle battery.
  • the device shown in FIG. 1 has a motor vehicle battery 1, a battery sensor 1 a, a first battery model 2, a first comparator 3, a first feedback unit 4, a second battery model 5, a second comparator 6, a second feedback unit 7, a data exchange path 8 and switches Sl, S2, S3, S4.
  • the switch control is effected by switch control signals sl, s2, s3, s4.
  • the first battery model 2 is a battery model used in the active phases of the motor vehicle. This is in the active phases of the vehicle via the switch Sl, which is in the conductive state during the active phases of the motor vehicle and locks during the resting phases of the motor vehicle, one or more input variables M are supplied, which are provided at an input terminal E. From these input variables, the battery model 2 determines state variables x1 and parameter pl, which describe the current state of the battery 1 and can be used to calculate various battery sizes, for example for calculating the state of charge of the battery, the performance of the battery and the removable charge ,
  • the input variables of the battery model 2 are, for example, external measured variables M, which contain information about the battery current, the battery temperature and the battery voltage.
  • the battery model 2 provides an output variable y1 which is compared in the comparator 3 with a measured value derived from the battery sensor Ia, for example a battery voltage measured value, a battery current value or a battery temperature measured value.
  • the battery sensor Ia is connected to the comparator 3 via a switch S2, which is switched by the switch control signal s2.
  • the switch S2 In the active phases of the motor vehicle, the switch S2 is in the conductive state, while the resting phases of the motor vehicle, he is in the locked state.
  • dyl At the output of the comparator 3 there is an error signal dyl, which is fed to a feedback unit 4.
  • the latter determines correction values for the state variables x 1 and the parameters p 1 and couples these correction values back into the battery model 2. There they are used to correct the previously existing state variables x1 and the previously existing parameters p1. As a result of these corrections, the state variables x 1 and the parameters p 1 are adapted in the sense of a self-learning process to the real behavior of the individual battery 1 present in the active phases of the motor vehicle.
  • This second battery model 5 is a self-learning battery model provided for the resting phases, the structure and properties of which are adapted to the resting phases and differ from the structure and properties of the battery model 2 provided for the active phases.
  • the two battery models differ in that the battery model 5 is a simplified model which is provided for determining the rest voltage and the polarizations and for adapting them to the real behavior of the battery 1 during the rest phases.
  • the use of a simplified battery model during resting periods is based on the fact that there are conditions in the resting phases that lead to a smaller excitation than in the active phases.
  • the battery model 5 also supplies on the output side state variables x 2 and parameter p 2, which precisely describe the real behavior of the battery 1 determined during a rest phase.
  • the state variables x2 include, inter alia, the quiescent voltage of the motor vehicle battery.
  • the battery model 5 supplies on the output side an output variable y2, which is compared in the comparator 6 with a measured value derived from the battery sensor Ia, for example a battery voltage measured value, a battery current measured value and a battery temperature measured value.
  • an error signal dy2 which is fed to the feedback unit 7.
  • the latter determines correction values for the state variables x 2 and the parameters p 2 and couples these correction values back into the battery model 5. There, they are used to correct the previously existing state variables x2 and the previously available parameters p2.
  • an adaptation of the state variables x 2 and the parameter p 2 to the real behavior of the individual battery 1 during the rest phases of the motor vehicle takes place.
  • error influences for example due to a battery aging or to battery-specific deviations from predetermined characteristic curves are eliminated in the determination of the parameters and state variables, in particular also in the determination of the rest voltage.
  • the battery model used in the idle phases already has data available at the beginning of the respective idle phase, which precisely describe the real behavior of the battery 1, so that the first state variables already provided at the output of the battery model 5 are already present x2, parameter p2 and the output quantity y2 are adapted to the real behavior of the battery 1.
  • the effort to be made in the battery model 5 in the correction of the state variables and parameters is comparatively low and data describing the real battery state can be provided quickly.
  • the battery model 5 used for determining the open circuit voltage is continuously adapted to the real behavior of the vehicle battery 1 present during the idle phases at predetermined time intervals, which are for example of the order of one hour. This is done using the input-side measured variables M, the measured values derived from the battery sensor Ia and characteristic curves stored in the battery model 5.
  • the battery module 5 which is used to determine the rest voltage in the rest phases, transfers the parameters and state variables present at the end of the respective rest phase via its interface SS2, the data exchange path 8 and the interface SS1 of the battery model 2 to the battery model 2 used in the active phases. Consequently, these parameters and state variables are already adapted to the real behavior of the vehicle battery 1 at the beginning of an active phase. These will be during the active phase of the motor vehicle adapted to the present during the active phase real behavior of the battery 1.
  • the state variable correlated with the battery state of charge is the quiescent voltage of the motor vehicle battery.
  • the state variable correlated with the battery state of charge is the transit polarization.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer mit dem Batterieladezustand korrelierenden Zustandsgröße einer Kraftfahrzeugbatterie, bei welchen die mit dem Batterieladezustand korrelierende Zustandsgröße unter Verwendung eines selbstlernenden Batteriemodells ermittelt wird. Bei der mit dem Batterieladezustand korrelierenden Zustandsgröße handelt es sich insbesondere um die Ruhespannung der Kraftfahrzeugbatterie.

Description

ERMITTLUNG EINER MIT DEM BATTERIELADEZUSTAND KORRELIERENDEN ZUSTANDSGROSSE EINER KRAFTFAHRZEUGBATTERIE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer mit dem Batterieladezustand korrelierenden Zustandsgröße einer Kraftfahrzeugbatterie, beispielsweise der Ruhespannung der Kraftfahrzeugbatterie.
Stand der Technik
Es sind bereits Algorithmen zu einer Erkennung des Zu- stands einer Batterie bekannt, bei welchen unter Verwendung einer mit der Batterie kontaktierten Batteriesenso- rik der Batterieladezustand (SOC = State of Charge) ermittelt wird. Im Rahmen vieler Algorithmen kommt ein Verfahren zur Abschätzung der Ruhespannung UOO der Batterie zum Einsatz. Bei diesem Verfahren wird während der Ruhephasen des Kraftfahrzeugs die Spannung, die sich bei unbelasteter Batterie nach sehr langer Zeit einstellen würde, abgeschätzt. Während dieser Ruhephasen des Kraftfahrzeugs ist der Motor des Kraftfahrzeugs ausgeschaltet. Es liegen aber sogenannte Ruhestromverbraucher vor, die auch in den Ruhephasen des Kraftfahrzeugs einen kleinen Belastungsstrom verursachen. Die genannte Ruhespannung ist im Fahrzeug nicht direkt messbar. Sie ist mit dem Ladezustand der Batterie korreliert.
Die genannten bekannten Verfahren zur Abschätzung der Ruhespannung werten üblicherweise Spannungs-, Strom- und Temperaturmesswerte aus, die in einer Ruhephase des Kraftfahrzeugs im Abstand von einer oder mehreren Stunden wiederholt erfasst werden. Bisherige derartige Verfahren setzen voraus, dass der Ruhestrom im Kraftfahrzeug eine Schwelle von 500 mA nicht überschreitet. In neueren Kraftfahrzeugen gibt es allerdings zunehmend elektrische Verbraucher, die auch in den Ruhephasen des Kraftfahr- zeugs die Batterie erheblich belasten. Dies gilt beispielsweise für die Störpulse einer Luftfederung oder für schlüssellose Zugangssysteme.
Diese kurzen Strombelastungen verfälschen die zur Ruhe- Spannungsberechnung herangezogenen Spannungsmesswerte. Um dies zu verhindern, wird bei bekannten Verfahren eine kontinuierliche Stromüberwachung der Sensorik durchgeführt, welche das Ziel hat, die genannten Störpulse zu erkennen, um einer Verfälschung der Spannungsmessung durch diese Störpulse entgegenwirken zu können. Beispielsweise kann beim Erkennen derartiger Störpulse in einer Ruhephase die Ruhespannungsbestimmung in dieser Ruhephase vollständig verworfen werden.
Die genannte kontinuierliche Stromüberwachung erfordert jedoch einen hohen elektronischen Aufwand, ist deshalb mit hohen Kosten verbunden und führt auch zu einem hohen Eigenstrombedarf der verwendeten Sensorik.
Aus der DE 10 2005 015 727 Al ist ein Verfahren zur Ermittlung der Ruhespannung einer Speicherbatterie bekannt, bei welchem Betriebsparameter der Speicherbatterie in der Ruhephase bestimmt werden und bei welchem des Weiteren die Ruhespannung mittels einer in Abhängigkeit von den Betriebsparametern ausgewählten Ruhespannungsermittlungs- routine ermittelt wird. Als Betriebsparameter werden insbesondere die aktuelle Ruhezeit, der Ruhestrom und die Ladung der Deltakapazität der Speicherbatterie verwendet. Ruhespannungsermittlungsroutinen, die verwendet werden, sind eine Ermittlung der Ruhespannung mit einer die Polarisation der Speicherbatterie berücksichtigenden Routine, eine Ermittlung der Ruhespannung mit einer SOC-Nachfüh- rung über eine Stromintegration, eine Ermittlung der Ru- hespannung unter Verwendung einer Extrapolation der Batteriespannung und einer Berücksichtigung der Polarisation der Speicherbatterie sowie eine Ermittlung der Ruhespannung unter Verwendung ausschließlich einer Extrapolation der Batteriespannung. Dabei wird der Verlauf der gemessenen Batteriespannungswerte genutzt und es erfolgt eine Extrapolation der gemessenen Batteriespannungswerte auf einen stationären Wert UOO. Dieser Ruhespannungswert U00 gibt die Klemmenspannung bei 25°C, 0 A und unendlich lan- ger Ruhezeit an. Da die gemessene Klemmenspannung der
Batterie temperaturabhängig ist, wird nach der Extrapolation die Temperaturabhängigkeit der Ruhespannung kompensiert. Zusätzlich tritt im Falle eines Entladestroms eine Polarisationsspannung auf, die ebenfalls kompensiert wird.
Bei diesem bekannten Verfahren wird die genannte Kompensation der Ruhespannung bezüglich der Temperatur und des Ruhestromes (Polarisationsspannung) nach der Extrapolati- on der gemessenen Batteriespannungswerte auf den stationären Wert durchgeführt. Dies hat zur Folge, dass eine starke Temperaturänderung einer in Ruhe befindlichen Batterie eine Änderung der Klemmenspannung verursacht, die als Einschwingvorgang einer nicht in Ruhe befindlichen Batterie interpretiert wird. Die auf diese Weise ermittelte Ruhespannung ist demzufolge stark fehleranfällig bzw. fehlerbehaftet. Dasselbe gilt im Falle von Änderungen des Ruhestromes (Polarisationsspannung) und bei einer langsamen Entladung der Batterie. In all diesen Fällen kann eine Veränderung der Klemmenspannung entstehen, die fälschlicherweise als Einschwingvorgang interpretiert wird und Fehler verursachen kann. Diese Effekte treten auch bei einer nicht in Ruhe befindlichen Batterie auf und überlagern sich mit dem eigentlichen Einschwingvor- gang.
Voraussetzung für eine genaue Ermittlung der Ruhespannung U00 ist, dass Kennlinien mit stationärer Charakteristik der Polarisationen für jede Batterie fest hinterlegt sind. Diese Kennlinien sind fest vorgegeben, so dass Alterungseinflüsse oder Abweichungen einer jeweils vorliegenden Einzelbatterie von einer vorgegebenen Kennlinie oder nicht-stationäre Polarisationen zu Ungenauigkeiten bei der Ermittlung der Ruhespannung UOO führen.
Von der Anmelderin ist bereits ein Verfahren bekannt, gemäß welchem in der Aktivphase eines Kraftfahrzeugs ein hinterlegtes Batteriemodell mit Parametern und Zustands- größen auf Basis einer Batteriespannungs-, Batteriestrom- und Batterietemperaturmessung an das reale Verhalten der Batterie angepasst wird. Zu den Zustandsgrößen gehören die Ruhespannung und Polarisationsspannungen. Zu den Pa- rametern gehört beispielsweise der Innenwiderstand der
Batterie. Dieses bekannte Selbstlernverfahren erlaubt eine individuelle Gewichtung der Lerngeschwindigkeit der einzelnen Zustandsgrößen und Parameter.
Aus der DE 10 2004 035 858 Al der Anmelderin ist ein Zu- stands- und Parameterschätzer mit Integral- und Differentialanteil für elektrische Energiespeicher bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren zum Ermitteln von Zustandsgrößen und/oder Parametern eines mathematischen Energiespei- chermodells, welches die elektrischen Eigenschaften des Energiespeichers anhand verschiedener Zustandsgrößen und Parameter beschreibt, weist das Energiespeichermodell Korrekturgleichungen auf. Mittels dieser Korrekturgleichungen werden die Zustandsgrößen und/oder die Parameter korrigiert und auf das tatsächliche Betriebsverhalten des Energiespeichers abgeglichen. Dabei werden der absolute Fehler zwischen einer gemessenen Batterie-Betriebsgröße und einer vom Energiespeichermodell berechneten Batterie- Betriebsgröße, ein differenzierter Anteil dieses Fehlers und ein integrierter Anteil dieses Fehlers berechnet. Des Weiteren werden der proportionale Anteil, der differenzierte Anteil und der integrierte Anteil jeweils mit einem Gewichtungsfaktor gewichtet. Die gewichteten Anteile werden zur Korrektur der Zustandsgrößen und/oder der Parameter in das Energiespeichermodel rückgekoppelt.
Vorteile der Erfindung
Ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass es eine genauere Ermittlung einer mit dem Batterieladezustand korrelierenden Zustandsgröße einer Kraftfahrzeugbatterie ermöglicht. Diese genauere Aussage erlaubt wiederum eine genauere Ermittlung des Ladezustands (SOC) der Fahrzeugbatterie.
Die genauere Ermittlung einer mit dem Batterieladezustand korrelierenden Zustandsgröße gemäß der vorliegenden Er- findung beruht darauf, dass durch die Verwendung eines selbstlernenden Batteriemodells bei der Ermittlung Fehlereinflüsse beseitigt werden. Derartige Fehlereinflüsse sind beispielsweise die Alterung der Kraftfahrzeugbatterie sowie batterieindividuelle Abweichungen von vorgege- benen Kennlinien.
In vorteilhafter Weise werden dem zur Ermittlung der gewünschten Zustandsgröße verwendeten Batteriemodell beim Übergang von einer Aktivphase des Kraftfahrzeugs in eine Ruhephase des Kraftfahrzeugs Parameter und Zustandsgrößen übergeben, die in der Aktivphase unter Verwendung eines für die Aktivphase des Kraftfahrzeugs vorgesehenen Batteriemodells ermittelt wurden. Dies hat den Vorteil, dass das zur Berechnung der gewünschten Zustandsgröße verwen- dete Batteriemodell bereits am Anfang der Ruhephase mit
Parametern und Zustandsgrößen versorgt wird, die den realen Batteriezustand genau beschreiben.
Um das zur Ermittlung der gewünschten Zustandsgröße ver- wendete Batteriemodell auch während der Ruhephase an das reale Verhalten der Batterie anzupassen, erfolgt in vorteilhafter Weise während der Ruhephasen des Kraftfahrzeugs in vorgegebenen Zeitintervallen eine Anpassung der Parameter und Zustandsgrößen des zur Ermittlung der gewünschten Zustandsgröße verwendeten Batteriemodells unter Verwendung von Messwerten, die mittels einer Sensorik von der Batterie abgeleitet werden.
Des Weiteren werden in vorteilhafter Weise beim Übergang von einer Ruhephase des Fahrzeugs in eine Aktivphase des Fahrzeugs Parameter und Zustandsgrößen, die von dem zur Ermittlung der gewünschten Zustandsgröße verwendeten Bat- teriemodell zur Verfügung gestellt werden, an das während der Aktivphase des Fahrzeugs verwendete Batteriemodell übergeben. Dies hat den Vorteil, dass auch zu Beginn der Aktivphase Parameter und Zustandsgrößen vorliegen, die den realen Batteriezustand genau beschreiben. Dauert die- se Aktivphase nur eine kurze Zeit an, dann können beim nachfolgenden Übergang von der Aktivphase in die Ruhephase wiederum dem zur Ermittlung der gewünschten Zustandsgröße verwendeten Batteriemodell Daten übergeben werden, die den realen Batteriezustand genau beschreiben.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren beispielhafter Erläuterung anhand der Zeichnung.
Zeichnung
Die Figur 1 zeigt eine Blockdarstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer mit dem Batterieladezustand korrelierenden Zustandsgröße ei- ner Kraftfahrzeugbatterie, wobei es sich bei der Zustandsgröße um die Ruhespannung der Kraftfahrzeugbatterie handelt .
Beschreibung
Die in der Figur 1 dargestellte Vorrichtung weist eine Kraftfahrzeugbatterie 1, eine Batteriesensorik Ia, ein erstes Batteriemodell 2, einen ersten Vergleicher 3, eine erste Rückkopplungseinheit 4, ein zweites Batteriemodell 5, einen zweiten Vergleicher 6, eine zweite Rückkopplungseinheit 7, einen Datenaustauschpfad 8 und Schalter Sl, S2, S3, S4 auf. Die Schaltersteuerung erfolgt durch Schaltersteuersignale sl, s2, s3, s4.
Bei dem ersten Batteriemodell 2 handelt es sich um ein in den Aktivphasen des Kraftfahrzeugs verwendetes Batteriemodell. Diesem werden in den Aktivphasen des Kraftfahr- zeugs über den Schalter Sl, der sich während der Aktivphasen des Kraftfahrzeugs im leitenden Zustand befindet und während der Ruhephasen des Kraftfahrzeugs sperrt, eine oder mehrere Eingangsgrößen M zugeführt, die an einem Eingangsanschluss E bereitgestellt werden. Aus diesen Eingangsgrößen ermittelt das Batteriemodell 2 Zustands- größen xl und Parameter pl, die den aktuellen Zustand der Batterie 1 beschreiben und zur Berechnung verschiedener Batteriegrößen verwendet werden können, beispielweise zur Berechnung des Ladezustands der Batterie, der Leistungs- fähigkeit der Batterie und der entnehmbaren Ladung.
Die Eingangsgrößen des Batteriemodells 2 sind beispielsweise externe Messgrößen M, welche Informationen über den Batteriestrom, die Batterietemperatur und die Batterie- Spannung enthalten.
Zusätzlich zu den Zustandsgrößen xl und den Parametern pl stellt das Batteriemodell 2 eine Ausgangsgröße yl zur Verfügung, welche im Vergleicher 3 mit einem von der Bat- teriesensorik Ia abgeleiteten Messwert, beispielsweise einem Batteriespannungsmesswert, einem Batteriestrommess- wert oder einem Batterietemperaturmesswert, verglichen wird. Die Batteriesensorik Ia ist mit dem Vergleicher 3 über einen Schalter S2 verbunden, welcher durch das Schaltersteuersignal s2 geschaltet wird. In den Aktivphasen des Kraftfahrzeugs befindet sich der Schalter S2 im leitenden Zustand, während der Ruhephasen des Kraftfahrzeugs ist er im gesperrten Zustand. Am Ausgang des Vergleichers 3 liegt ein Fehlersignal dyl vor, welches einer Rückkopplungseinheit 4 zugeführt wird. Diese ermittelt unter Auswertung des Fehlersignals dyl Korrekturwerte für die Zustandsgrößen xl und die Parameter pl und koppelt diese Korrekturwerte in das Batteriemodell 2 zurück. Dort werden sie zur Korrektur der bisher vorliegenden Zustandsgrößen xl und der bisher vorliegenden Parameter pl verwendet. Durch diese Korrekturen er- folgt im Sinne eines Selbstlernvorganges eine Anpassung der Zustandsgrößen xl und der Parameter pl an das in den Aktivphasen des Kraftfahrzeugs vorliegende reale Verhalten der individuellen Batterie 1.
Erfolgt eine Umschaltung von einer aktiven Phase des
Kraftfahrzeugs in eine Ruhephase des Kraftfahrzeugs, dann werden die Schalter Sl und S2 in den gesperrten Zustand gebracht und die Schalter S3 und S4, die während der aktiven Phasen im gesperrten Zustand sind, in den leitenden Zustand gebracht.
Dies hat zur Folge, dass die am Eingang anliegenden externen Messgrößen M an das zweite Batteriemodell 5 geleitet werden. Dieses zweite Batteriemodell 5 ist ein für die Ruhephasen vorgesehenes selbstlernendes Batteriemodell, dessen Aufbau und Eigenschaften an die Ruhephasen angepasst sind und sich vom Aufbau und den Eigenschaften des für die Aktivphasen vorgesehenen Batteriemodells 2 unterscheiden. Beispielsweise unterscheiden sich die bei- den Batteriemodelle dadurch, dass das Batteriemodell 5 ein vereinfachtes Modell ist, welches zur Ermittlung der Ruhespannung und der Polarisationen und zu deren Anpassung an das reale Verhalten der Batterie 1 während der Ruhephasen vorgesehen ist. Die Verwendung eines verein- fachten Batteriemodells während der Ruhephasen beruht drauf, dass in den Ruhephasen Bedingungen vorliegen, die zu einer kleineren Anregung als in den Aktivphasen führen . Das Batteriemodell 5 liefert ausgangsseitig ebenfalls Zu- standsgrößen x2 und Parameter p2, die das während einer Ruhephase ermittelte reale Verhalten der Batterie 1 genau beschreiben. Zu den Zustandsgrößen x2 gehört unter anderem die Ruhespannung der Kraftfahrzeugbatterie. Des Weiteren liefert das Batteriemodell 5 ausgangsseitig eine Ausgangsgröße y2, welche im Vergleicher 6 mit einem von der Batteriesensorik Ia abgeleiteten Messwert, beispiels- weise einem Batteriespannungsmesswert, einem Batterie- strommesswert und einem Batterietemperaturmesswert, verglichen wird.
Am Ausgang des Vergleichers 6 liegt ein Fehlersignal dy2 vor, welches der Rückkopplungseinheit 7 zugeführt wird. Diese ermittelt unter Auswertung des Fehlersignals dy2 Korrekturwerte für die Zustandsgrößen x2 und die Parameter p2 und koppelt diese Korrekturwerte in das Batteriemodell 5 zurück. Dort werden sie zur Korrektur der bisher vorliegenden Zustandsgrößen x2 und der bisher vorliegenden Parameter p2 verwendet. Durch diese Korrekturen erfolgt im Sinne eines Selbstlernvorganges eine Anpassung der Zustandsgrößen x2 und der Parameter p2 an das während der Ruhephasen des Kraftfahrzeugs vorliegende reale Ver- halten der individuellen Batterie 1. Bei diesem Vorgehen werden Fehlereinflüsse, die beispielsweise auf einer Batteriealterung oder auf batterieindividuellen Abweichungen von vorgegebenen Kennlinien beruhen, bei der Ermittlung der Parameter und Zustandsgrößen, insbesondere auch bei der Ermittlung der Ruhespannung, beseitigt.
In vorteilhafter Weise wird dem Batteriemodell 5, welches zur Ermittlung der Ruhespannung der Kraftfahrzeugbatterie verwendet wird, bei jedem Übergang von einer Aktivphase des Fahrzeugs in eine Ruhephase des Fahrzeugs die in der Aktivphase des Fahrzeugs unter Verwendung des Batteriemodells 2 ermittelten Zustandsgrößen xl und Parameter pl übergeben. Dies erfolgt über eine Schnittstelle SSl des Batteriemodells 2 und eine Schnittstelle SS2 des Batteriemodells 5, wobei zwischen diesen beiden Schnittstellen ein Datenaustauschpfad 8 vorgesehen ist. Die genannte Übergabe erfolgt synchron mit der Steuerung der Schalter Sl, S2, S3, S4. Aufgrund dieser Übergabe der Zustandsgrö- ßen und Parameter stehen dem in den Ruhephasen verwendeten Batteriemodell bereits am Anfang der jeweiligen Ruhephase Daten zur Verfügung, die das reale Verhalten der Batterie 1 genau beschreiben, so dass bereits die ersten am Ausgang des Batteriemodells 5 bereitgestellten Zu- standsgrößen x2, Parameter p2 und die Ausgangsgröße y2 an das reale Verhalten der Batterie 1 angepasst sind. Dadurch ist der im Batteriemodell 5 zu treibende Aufwand bei der Korrektur der Zustandsgrößen und Parameter ver- gleichsweise gering und es können schnell den realen Batteriezustand beschreibende Daten bereitgestellt werden.
Während der Ruhephasen des Fahrzeugs wird in vorgegebenen Zeitintervallen, die beispielsweise in der Größenordnung von einer Stunde liegen, das zur Ermittlung der Ruhespannung verwendete Batteriemodell 5 an das während der Ruhephasen vorliegende reale Verhalten der Fahrzeugbatterie 1 laufend adaptiert. Dies erfolgt unter Verwendung der ein- gangsseitigen Messgrößen M, der von der Batteriesensorik Ia abgeleiteten Messwerte und von im Batteriemodell 5 abgespeicherten Kennlinien.
Erfolgt am Ende einer Ruhephase ein Übergang in eine Aktivphase des Kraftfahrzeugs, dann übergibt das Batterie- modeil 5, das in den Ruhephasen zur Ermittlung der Ruhespannung verwendet wird, die am Ende der jeweiligen Ruhephase vorliegenden Parameter und Zustandsgrößen über seine Schnittstelle SS2, den Datenaustauschpfad 8 und die Schnittstelle SSl des Batteriemodells 2 an das in den Ak- tivphasen verwendete Batteriemodell 2. Diesem stehen folglich bereits am Beginn einer Aktivphase an das reale Verhalten der Fahrzeugbatterie 1 adaptierte Parameter und Zustandsgrößen vor. Diese werden während der Aktivphase des Kraftfahrzeugs an das während der Aktivphase vorliegende reale Verhalten der Batterie 1 angepasst.
Folglich stehen dem jeweiligen Batteriemodell bereits un- mittelbar nach seiner Aktivierung Daten zur Verfügung, die an das reale Verhalten der Batterie 1 angepasst sind. Dies erlaubt eine schnelle und genaue Ermittlung gewünschter Zustandsgrößen der Batterie. Zu diesen gewünschten Zustandsgrößen gehört insbesondere die während der Ruhephasen des Fahrzeugs ermittelte Ruhespannung UOO, die am Ausgang des selbstlernenden Batteriemodells 5 als Zustandsgröße zur Verfügung gestellt wird. Diese genaue Aussage über die Ruhespannung kann in vorteilhafter Weise dazu verwendet werden, eine schnelle und genaue Informa- tion über den Ladezustand der Batterie 1 zu ermitteln.
Untersuchungen haben ergeben, dass eine Ermittlung der Ruhespannung unter Verwendung eines selbstlernenden Batteriemodells besonders gute Ergebnisse liefert, wenn zu Beginn einer Ruhephase die Deltakapazität entladen ist, d. h. falls in einer vorangegangenen Aktivphase eine Entladung der Batterie dominiert hat. Dies kann beispielsweise durch eine lange Nachlaufphase mit hohem Strom verursacht sein.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde angenommen, dass es sich bei der mit dem Batterieladezustand korrelierenden Zustandsgröße um die Ruhespannung der Kraftfahrzeugbatterie handelt. Gemäß einem anderen, nicht näher beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der mit dem Batterieladezustand korrelierenden Zustandsgröße um die Durchtrittspolarisation.

Claims

25.05.2007 E/hROBERT BOSCH GMBH, 70442 StuttgartPatentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung einer mit dem Batterieladezustand korrelierenden Zustandsgröße einer Kraftfahrzeugbatterie, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Batterieladezustand korrelierende Zustandsgröße in einer Ruhephase des Kraftfahrzeugs unter Verwendung eines selbstlernenden Batteriemodells (5) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass dem zur Ermittlung der mit dem Batterieladezustand korrelierenden Zustandsgröße verwendeten Batteriemodell (5) beim Übergang von einer Aktivphase des Fahrzeugs in eine Ruhephase des Fahrzeugs in der Aktivphase des Fahrzeugs ermittelte Parameter und Zustandsgrö- ßen übergeben werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ruhephasen des Fahrzeugs in vorgegebenen Zeitintervallen das zur Ermittlung der mit dem Batterieladezustand korrelierenden Zustandsgröße verwendete Batteriemodell (5) an das reale Verhalten der Kraftfahrzeugbatterie (1) angepasst wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Ermittlung der mit dem Batterieladezustand korrelierenden Zustandsgröße verwendete Batteriemodell (5) beim Übergang von einer Ruhephase des Fahrzeugs in eine Aktivphase des Fahrzeugs Parameter und Zustandsgrößen an ein während der Ak- tivphase des Fahrzeugs verwendetes Batteriemodell (2) ü- bergibt .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Ermittlung der mit dem Batterieladezustand korrelierende Zustands- größe die Ruhespannung der Kraftfahrzeugbatterie ist.
6. Vorrichtung zur Ermittlung einer mit dem Batterieladezustand korrelierenden Zustandsgröße einer Kraftfahrzeugbatterie, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein selbstlernendes Batteriemodell (5) aufweist, welches in einer Ruhephase des Kraftfahrzeugs zur Ermittlung der mit dem Batterieladezustand korrelierenden Zustandsgröße vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Batteriemodell (5) eine Schnittstelle (SS2) aufweist, über welche ihm beim Übergang von einer Aktivphase des Kraftfahrzeugs in eine Ruhephase des Kraftfahrzeugs in der Aktivphase des Kraftfahrzeugs ermittelte Parameter und Zustandsgrößen zuführbar sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodell (5) in einer Ruhephase des Kraftfahrzeugs in vorgegebenen Zeitintervallen Batterie-Messwerte empfängt, um das Batteriemodell (5) an das reale Verhalten der Kraftfahrzeugbatterie zu adaptieren .
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebenen Zeitintervalle größer oder gleich einer Stunde sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodell
(5) eine Schnittstelle (SS2) aufweist, über welche es beim Übergang von einer Ruhephase des Kraftfahrzeugs in eine Aktivphase des Kraftfahrzeugs während der Ruhephase ermittelte Parameter und Zustandsgrößen ausgibt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Batterie¬ ladezustand korrelierende Zustandsgröße die Ruhespannung der Kraftfahrzeugbatterie ist
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