WO2015055400A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines ladungszustandsabhängigen leerlaufspannungsverlaufs einer fahrzeugbatterie - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines ladungszustandsabhängigen leerlaufspannungsverlaufs einer fahrzeugbatterie Download PDF

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WO2015055400A1
WO2015055400A1 PCT/EP2014/070546 EP2014070546W WO2015055400A1 WO 2015055400 A1 WO2015055400 A1 WO 2015055400A1 EP 2014070546 W EP2014070546 W EP 2014070546W WO 2015055400 A1 WO2015055400 A1 WO 2015055400A1
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vehicle battery
dependent
vehicle
charge
charge state
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PCT/EP2014/070546
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Inventor
Andre Boehm
Michael Rueger
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Robert Bosch Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device, in particular a battery management system, for determining a charge state-dependent open circuit voltage profile of a vehicle battery in a vehicle.
  • Automotive batteries for automotive applications are subject to aging, which changes the chemical and electrical properties of the vehicle battery. This reduces the capacity and energy content while the internal resistance usually increases.
  • the open circuit voltage of the vehicle battery is subject to aging and changes in some vehicle batteries their
  • Charge state dependent history This affects various algorithms that are executed by a responsible battery management system. For example, on the determination of the state of charge and the determination of the capacity. Furthermore, the accuracy of the algorithms executed by the responsible battery management system is reduced.
  • a measurement of the open circuit voltage is possible by means of the GITT method (Galvanostatic Intermittent Titration Technique). For this purpose, a discharge and a charge of a battery with kontantem current are performed. This measurement is advantageously carried out with the lowest possible current amplitude.
  • Current amplitude can be selected, for example, according to a C-factor C20. This means that the current amplitude is chosen such that a Discharge of a fully charged battery lasts 20 hours. This increases the precision of the measurement as the measuring duration increases.
  • Charge state-dependent open circuit voltage profile of a vehicle battery in a vehicle comprises a complete discharge of the vehicle battery by in-vehicle consumers of the vehicle, detecting a first detected state of charge-dependent voltage waveform during discharge of the vehicle battery, a complete charging of the vehicle battery by a charger, detecting a second detected
  • Open-circuit voltage curve by means of a weighted interpolation of the first detected voltage waveform and the second detected voltage waveform.
  • the battery management system is suitable for determining a charge state-dependent open circuit voltage profile of a vehicle battery in a vehicle.
  • the battery management system includes a discharge unit configured to fully discharge a vehicle battery by in-vehicle loads of the vehicle, a charging unit configured to fully charge the vehicle battery through a charger, a detection unit configured to acquire a first detected one
  • a determination unit configured to determine a charge state-dependent open circuit voltage profile by means of a weighted interpolation of the first detected voltage profile and the second detected voltage profile.
  • Charge state-dependent open circuit voltage profile of a vehicle battery to get.
  • the weighted interpolation achieves a particularly precise determination of the charge state-dependent open circuit voltage profile, as a result of which the results of algorithms based thereon also lead to improved calculation results. Error influences, such as by an unequal charge and discharge current can be compensated.
  • a first method is preferred in an introductory method step
  • the first decision parameter is in particular a parameter which describes a km power of the vehicle, a charge throughput of the vehicle battery and / or an energy throughput of the vehicle battery.
  • a charging voltage is at least always available when the vehicle is connected to a power supply. Since the connection of the vehicle has been made by a user, it is to be expected that the vehicle will not be needed at this time.
  • a query of a second decision parameter takes place, wherein an input of the second decision parameter is preferably made possible by a user, and the method is terminated or continued depending on the second decision parameter. It will Thus achieved that a user has the ability to cancel the implementation of the method before discharging the vehicle battery. Thus, the vehicle is prevented from being in an inoperative state when desired by the user.
  • a query of a delay time takes place before the method step of completely discharging the vehicle battery, wherein an input of the delay time is preferably made possible by a user, and wherein the method is based on the query of
  • Delay time is delayed if the delay time is not equal to zero.
  • the discharge of the vehicle battery can be postponed to a later date.
  • the input of this delay time by the user is advantageous because it can be used to estimate when the vehicle is not needed.
  • a query of an execution duration takes place, wherein an input of the execution duration is preferably made possible by a user, and wherein a fluid flowing when the vehicle battery discharges and / or when charging the vehicle battery
  • Battery power is selected such that the process is completed in the specified execution time. With a short execution time, the vehicle is ready for use sooner. In a long
  • Execution time by the user is advantageous because it can be used to estimate when the vehicle is needed again and thus the entry of a corresponding execution time is possible.
  • a summons of the vehicle battery before the process step of the complete discharge of the vehicle battery, a summons of the vehicle battery.
  • Vehicle battery in which the vehicle battery is fully charged ensures that a first detected state of charge-dependent
  • Voltage curve is detected.
  • a detection of a third detected charge state-dependent voltage curve of the vehicle battery takes place.
  • the determination of the charge state-dependent open circuit voltage profile in this case takes place by means of a weighted interpolation of the first detected charge state-dependent voltage curve, the second detected charge state-dependent voltage curve and the third detected charge state-dependent voltage curve.
  • the additionally recorded third detected charge state-dependent voltage curve results in a more precise result of the determination on the basis of additional measured values. In particular, this is the case if only two detected charge state-dependent voltage curves are available for determination in individual areas. In this case, the determination can also be made on the basis of the remaining detected charge state-dependent voltage profiles.
  • the temperature is advantageous by a
  • No-load voltage curve by means of a weighted interpolation of the charge state-dependent open circuit voltage curve with a charge state-dependent determined at an earlier point in time
  • FIG. 1 shows a flow chart of the method according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 2 shows a flow chart of the method according to the invention in a second embodiment
  • Figure 3 is a graphical representation of a charge state dependent
  • the inventive method allows the measurement or determination of a charge state-dependent open circuit voltage curve 3 a
  • Open circuit voltage history are detected across an aging of the vehicle battery across.
  • HEV hybrid electric vehicles
  • EV electric vehicles
  • Charge state-dependent open circuit voltage curve 3 takes place in principle according to the GITT method.
  • FIG. 1 shows a flow chart of the method according to the invention in a first embodiment.
  • the method can, for example, by a
  • Start signal of an independent vehicle system or by a request by a user to be started is started.
  • a first method step S1 the vehicle battery is completely discharged by in-vehicle consumers of the vehicle.
  • in-vehicle consumers are those components of the vehicle referred to, which are also available in a user operation of the vehicle. Examples of such components are, for example, a heater (possibly
  • a first detected state-of-charge dependent detection takes place in the context of a second method step S2 executed at the same time
  • Voltage curve 1 This detection can take place, for example, by timed measurement of voltage values at the poles of the vehicle battery. Each detected voltage value is assigned to a state of charge of the vehicle battery. The state of charge could be described, for example, by the time between the measurement of a
  • Vehicle battery through a charger This charging is carried out with as constant and as low a charging current as possible. Charging can be done via a connected external or internal charger. Likewise is Charging by an in-vehicle generator is possible, for example, powered by an internal combustion engine or other energy source. Charging via a second vehicle battery with an intermediate DC / DC converter is also possible.
  • the discharge current occurring in the first method step S1 and the charging current occurring in the third method step S3 preferably have the same current amplitude.
  • Voltage curve 2 This detection can be done for example by a timed measurement of voltage values at the poles of the vehicle battery. Each detected voltage value is assigned to a state of charge of the vehicle battery. The state of charge could be described, for example, by the time between the measurement of a
  • Step S1 and / or the loading in the third method step S3 is carried out a rest period with zero current to the precision of
  • Process step S2 detected voltage value and that in the fourth
  • Process step for the same state of charge detected voltage value formed an average value.
  • This averaging can be weighted if the impedance of the battery in the loading and unloading direction is different.
  • a weighting means that either the second method step S2 voltage values recorded or the voltage values detected in the fourth method step are weighted in the averaging with a factor.
  • a compensation of the charge state dependency of the charging and discharging impedance can advantageously take place, in particular if this is the case
  • Discharge current to choose can be corrected according to a different impedance in the loading and unloading direction.
  • the charge state-dependent no-load voltage curve 3 results from the average values formed. A by averaging
  • first detected charge state-dependent voltage curve 1 is not always from all possible charge states of the vehicle battery. It is therefore advantageous to carry out the first and second method steps S1, S2 when the vehicle battery has a high state of charge. In the event that the first detected charge state-dependent voltage curve 1 does not cover all possible charge states of the vehicle battery, a
  • Preloading the vehicle battery The vehicle battery is initially fully charged. This method step is particularly advantageous if the vehicle battery has a low charge state before the start of the first method step S1. The precharge is either always before the first step S1 of the complete unloading the
  • Voltage curve 1 are detected for each state of charge of the battery.
  • Determining the charge state-dependent open circuit voltage curve 3 in this case takes place by means of a weighted interpolation of the first detected charge state-dependent voltage curve 1, the second detected charge state-dependent voltage curve 2 and the third detected charge state-dependent voltage curve.
  • FIG. 2 shows a flow chart of the method according to the invention in a second embodiment. The procedure is through
  • Vehicle battery the first to fifth method steps described in the first embodiment are applied. That is, there is the complete discharge of the vehicle battery, the detection of the first detected charge state-dependent voltage waveform, the full charging of the vehicle battery, the detection of the second detected
  • the method is initiated by a commissioning of the vehicle by a user.
  • Process step S6 a first decision parameter p1 queried.
  • the first decision parameter p1 may be provided by other systems in the vehicle or by the battery management system itself to be provided. Examples of the first decision parameter p1 are a current date, a km power of the vehicle, a charge throughput of the vehicle battery or an energy throughput of the vehicle battery.
  • the queried first decision parameter p1 is compared with a predetermined threshold value x in method step S6 '. This threshold value x may be present in the battery management system during the course of a manufacturer or
  • Step S6 whereby this is executed again.
  • a determination of the charge state-dependent open circuit voltage profile takes place in this
  • step S1 1 which is determined after determining the
  • Step S5 is performed, the threshold x redefined.
  • a given value can be added to the previous threshold value. Since the aging of the vehicle battery is a relatively slow process, one is
  • the need for determination can be Example after a certain time (eg every 3 months), after a certain mileage (eg every 5000 km), after a certain charge throughput (eg every 2 MAh) or after a certain energy throughput (eg every 1 MWh).
  • the method continues when the related decision parameter p1 is greater than the threshold x.
  • a query of a connection status v takes place after the comparative method step S6 'in a querying method step S7.
  • Connection status v describes the availability of a charging voltage for
  • connection status v Charging the vehicle battery. If a charging voltage is available, the connection status v is positive. If no charging voltage is available, the connection status v is negative.
  • the connection status v could be detected, for example, by a sensor that detects a voltage at contacts that serve to connect a charging cable to the vehicle. If the charging voltage detected at the contacts exceeds a given threshold value, the connection status v is positive. Such a sensor can e.g. be provided by a charging electronics.
  • a further comparative method step S7 ' an evaluation takes place as to whether the connection status v is positive or negative. If the requested connection status v is positive, the procedure is continued. If the queried connection status is negative, the method branches back to the querying method step S7, by which the query of the connection status is executed again. Since the discharging and charging of the vehicle battery in the first and the third
  • Step S1, S3 may take several hours, a user should have the opportunity to postpone the discharge in the first step S1 and charging the vehicle battery in the third step S3 when the vehicle is needed in a timely manner. Therefore, in a following
  • the decision parameter p2 is preferably defined by an input of a user.
  • a message could be generated on a display inside the vehicle, with the consent of the user to a further implementation of the
  • the second decision parameter p2 becomes dependent on an input of the user. That's the second one
  • Decision parameter p2 set to "1" when the user enters a
  • Determination of the charge state-dependent open circuit voltage curve desires and the second decision parameter p2 is set to "0" if the user does not want it at this time, since the vehicle is needed again, for example in a short time
  • the method is terminated or continued depending on the second decision parameter p2 Since a complete execution of the method, in particular the discharging and charging of the vehicle battery in the first and the third method step S1, S3 requires a considerable time for the user, the
  • a first checking method step S8 ' it is checked whether the queried second
  • Open circuit voltage curve can be achieved in this case only after a restart of the process. Is the queried second
  • step S9 which in this embodiment with the following method step S8, in which the query of the second
  • Decision parameter p2 is combined, there is a query of a delay time t.
  • the delay time t is determined by an input through the
  • a message could be generated on the display inside the vehicle, which asks the user to define a time period after which the first method step S1 is executed at the earliest, if an immediate execution is not desired.
  • a second checking step S9 ' it is checked whether the
  • step S10 the process is delayed in a delay step S10 for the duration of this delay time t. Following this delay, the process is resumed at the point of the querying process step S7. This is advantageous because the vehicle may no longer be supplied with a charging voltage at the end of the delay time t. If a delay time t equals "0", ie no delay selected, the first step, ie the discharge of the vehicle battery, is carried out immediately. In the further course of the method, the method is carried out in this case with all the steps according to the first embodiment. Before completing the process, the above-described concluding process step S1 1 is carried out.
  • a query of an execution period is preferably defined by an input of a user.
  • a message could be generated on a display inside the vehicle, which offers the user a number of execution times to choose from.
  • a choice could be made between a quick measurement (e.g., 8 hours
  • a standard measurement e.g., 24 hours
  • the execution periods can be chosen freely, or adapted to the physical properties of the vehicle battery.
  • the state of charge of the vehicle battery at a time of selection plays a role.
  • the execution times can therefore be variable and corresponding to a current state of charge of the
  • Vehicle battery adapted to be offered for selection.
  • the discharge current and the charging current are adjusted in such a way that the method is within the range preferably selected by the user
  • Execution time (e.g., 48 hours) a lower discharge current and / or charge current than a short execution time (e.g., 8 hours). Since in the case of a long period of execution a lesser charge and / or
  • the inventive method may comprise a calculation step in which a resulting charge state-dependent
  • Open-circuit voltage curve by means of a weighted interpolation of the charge state-dependent open circuit voltage curve 3 with a charge state-dependent determined at an earlier point in time
  • Open circuit voltage profile takes place. For this purpose, for each voltage value of a charge state-dependent open circuit voltage curve 3, an average value is formed having a voltage value of an earlier-determined charge-state-dependent open circuit voltage profile which is suitable for a corresponding
  • a weighted interpolation means that the voltage value of the earlier determined
  • Charge state-dependent open circuit voltage waveform is used several times in the formation of the mean value.
  • the charge state dependent open circuit voltage history determined earlier could be e.g. be weighted twice over the current charge state-dependent open circuit voltage waveform 3.
  • No-load voltage characteristic is described by the mean values determined in this way. Such an interpolation can also reduce any measurement errors (if they are not systematic). However, such interpolation may be more frequent
  • a temperature of the vehicle battery during charging and discharging of the vehicle battery is kept above a temperature threshold. This can be done by a controlled cooling and / or heating device. Just as advantageous, the
  • Temperature of the vehicle battery through the thermal management of the Vehicle battery can be adjusted. Capturing the detected
  • Embodiment at room temperature or higher, since thereby the influence or the error by the impedance of the battery decreases.
  • Vehicle battery is kept as constant as possible by the given means.
  • Charge state-dependent open circuit voltage waveform 3 replace a previously determined charge state-dependent open circuit voltage waveform. The same applies to a resulting charge state-dependent

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. ein Batteriemanagementsystem, welches zur Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs (3) einer Fahrzeugbatterie in einem Fahrzeug geeignet ist. Dabei erfolgt ein vollständiges Entladen (S1) der Fahrzeugbatterie durch fahrzeuginterne Verbraucher des Fahrzeuges, ein Erfassen (S2) eines ersten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs (1) während des Entladens (S1) der Fahrzeugbatterie, ein vollständiges Laden (S3) der Fahrzeugbatterie durch ein Ladegerät, ein Erfassen (S4) eines zweiten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs (2) während des Ladens (S3) der Fahrzeugbatterie und ein Bestimmen (S5) des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs (3) mittels einer gewichteten Interpolation des ersten erfassten Spannungsverlaufs (1) und des zweiten erfassten Spannungsverlaufs (2).

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs einer Fahrzeugbatterie
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, insbesondere ein Batteriemanagementsystem, zur Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs einer Fahrzeugbatterie in einem Fahrzeug.
Fahrzeugbatterien für automobile Anwendungen unterliegen einer Alterung, welche die chemischen und elektrischen Eigenschaften der Fahrzeugbatterie verändert. Dabei verringert sich Kapazität und Energieinhalt während der Innenwiderstand in der Regel steigt.
Insbesondere die Leerlaufspannung der Fahrzeugbatterie unterliegt einer Alterung und verändert in einigen Fahrzeugbatterien ihren
ladungszustandsabhängigen Verlauf. Dies hat Auswirkungen auf verschiedene Algorithmen, die durch ein verantwortliches Batteriemanagementsystem ausgeführt werden. So zum Beispiel auf die Bestimmung des Ladungszustandes und die Bestimmung der Kapazität. Des Weiteren wird die Genauigkeit der durch das verantwortliche Batteriemanagementsystem ausgeführten Algorithmen verringert.
Eine Messung der Leerlaufspannung ist mittels der GITT-Methode (Galvanostatic Intermittent Titration Technique) möglich. Dazu werden eine Entladung und eine Ladung einer Batterie mit kontantem Strom durchgeführt. Vorteilhaft wird diese Messung bei möglichst geringer Stromamplitude durchgeführt. Die
Stromamplitude kann dabei zum Beispiel gemäß einem C-Faktor C20 gewählt werden. Das bedeutet, dass die Stromamplitude derart gewählt ist, dass eine Entladung einer vollständig geladenen Batterie 20 Stunden dauert. Dadurch erhöht sich die Präzision der Messung bei steigender Messdauer.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines
ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs einer Fahrzeugbatterie in einem Fahrzeug umfasst ein vollständiges Entladen der Fahrzeugbatterie durch fahrzeuginterne Verbraucher des Fahrzeuges, ein Erfassen eines ersten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs während des Entladens der Fahrzeugbatterie, ein vollständiges Laden der Fahrzeugbatterie durch ein Ladegerät, ein Erfassen eines zweiten erfassten
ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs während des Ladens der Fahrzeugbatterie und ein Bestimmen des ladungszustandsabhängigen
Leerlaufspannungsverlaufs mittels einer gewichteten Interpolation des ersten erfassten Spannungsverlaufs und des zweiten erfassten Spannungsverlaufs.
Das erfindungsgemäße Batteriemanagementsystem ist zur Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs einer Fahrzeugbatterie in einem Fahrzeug geeignet. Das Batteriemanagementsystem umfasst eine Entladeeinheit, die eingerichtet ist, eine Fahrzeugbatterie durch fahrzeuginterne Verbraucher des Fahrzeuges vollständig zu entladen, eine Ladeeinheit, die eingerichtet ist, die Fahrzeugbatterie durch ein Ladegerät vollständig zu laden, eine Erfassungseinheit, die eingerichtet ist, einen ersten erfassten
ladungszustandsabhängigen Spannungsverlauf während des Entladens der Fahrzeugbatterie und einen zweiten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlauf während des Ladens der Fahrzeugbatterie zu erfassen, und eine Bestimmungseinheit, die eingerichtet ist, einen ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlauf mittels einer gewichteten Interpolation des ersten erfassten Spannungsverlaufs und des zweiten erfassten Spannungsverlaufs zu bestimmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße
Batteriemanagementsystem ist vorteilhaft, da keine zusätzliche Hardware außer der auch sonst im Anwenderbetrieb notwendigen Hardware und auch kein Fachpersonal notwendig ist, um eine regelmäßige Bestimmung des
ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs einer Fahrzeugbatterie zu erlangen. Durch die gewichtete Interpolation wird eine besonders präzise Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs erreicht, wodurch auch die Ergebnisse darauf basierender Algorithmen zu verbesserten Berechnungsergebnissen führen. Fehlereinflüsse, wie z.B. durch einen ungleichen Lade- und Entladestrom können kompensiert werden.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Bevorzugt wird in einem einleitenden Verfahrensschritt ein erster
Entscheidungsparameter abgefragt und eine Entscheidung, ob das Verfahren weitergeführt wird, erfolgt anhand eines Vergleichs des ersten
Entscheidungsparameters mit einem gegebenen Schwellenwert. Der erste Entscheidungsparameter ist dabei insbesondere ein Parameter, der eine km- Leistung des Fahrzeuges, einen Ladungsdurchsatz der Fahrzeugbatterie und/oder einen Energiedurchsatz der Fahrzeugbatterie beschriebt. Auf diese
Weise das Verfahren dann ausgeführt, wenn es wahrscheinlich ist, dass ein zu einem früheren Zeitpunkt bestimmter ladungszustandsabhängigen
Leerlaufspannungsverlauf nicht mehr dem tatsächlichen
ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlauf entspricht. Ständige zeitaufwendige Messungen werden somit vermieden.
Ebenso bevorzugt erfolgt vor dem Verfahrensschritt des vollständigen Entladens der Fahrzeugbatterie eine Abfrage eines Verbindungsstatus, der die
Verfügbarkeit einer Ladespannung zum Laden der Fahrzeugbatterie beschreibt. Das Verfahren wird erst weitergeführt, wenn eine Ladespannung verfügbar ist.
So wird sichergestellt, dass das Verfahren vollständig durchgeführt werden kann, und eine Entladung der Fahrzeugbatterie nur dann erfolgt, wenn diese auch wieder geladen werden kann. Eine Ladespannung ist zumindest immer dann verfügbar, wenn das Fahrzeug an eine Spannungsversorgung angeschlossen ist. Da der Anschluss des Fahrzeuges durch einen Anwender erfolgt ist zu erwarten, dass das Fahrzeug zu diesem Zeitpunkt nicht benötigt wird.
Es ist vorteilhaft, wenn vor dem Verfahrensschritt des vollständigen Entladens der Fahrzeugbatterie eine Abfrage eines zweiten Entscheidungsparameters erfolgt, wobei eine Eingabe des zweiten Entscheidungsparameters bevorzugt durch einen Anwender ermöglicht ist, und wobei das Verfahren abhängig von dem zweiten Entscheidungsparameter beendet oder weitergeführt wird. Es wird somit erreicht, dass ein Anwender die Möglichkeit hat, die Durchführung des Verfahrens vor dem Entladen der Fahrzeugbatterie abzubrechen. Somit wird verhindert, dass sich das Fahrzeug in einem nicht betriebsbereiten Zustand befindet, wenn eine Nutzung durch den Anwender gewünscht ist.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn vor dem Verfahrensschritt des vollständigen Entladens der Fahrzeugbatterie eine Abfrage einer Verzögerungszeit erfolgt, wobei eine Eingabe der Verzögerungszeit bevorzugt durch einen Anwender ermöglicht ist, und wobei das Verfahren in einem auf die Abfrage der
Verzögerungszeit folgenden Schritt für die Dauer der festgelegten
Verzögerungszeit verzögert wird, falls die Verzögerungszeit ungleich Null ist. Damit kann die Entladung der Fahrzeugbatterie auf einen späteren Zeitpunkt verschoben werden. Die Eingabe dieser Verzögerungszeit durch den Anwender ist vorteilhaft, da durch diesen eine Abschätzung erfolgen kann, wann das Fahrzeug nicht benötigt wird.
Insbesondere erfolgt vor dem Verfahrensschritt des vollständigen Entladens eine Abfrage einer Ausführungsdauer, wobei eine Eingabe der Ausführungsdauer bevorzugt durch einen Anwender ermöglicht ist, und wobei ein beim Entladen der Fahrzeugbatterie und/oder beim Laden der Fahrzeugbatterie fließender
Batteriestrom derart gewählt wird, dass das Verfahren in der vorgegebenen Ausführungsdauer abgeschlossen wird. Bei einer kurzen Ausführungsdauer steht das Fahrzeug früher wieder für eine Nutzung bereit. Bei einer langen
Ausführungsdauer können präzisere Werte für den ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlauf bestimmt werden. Die Eingabe dieser
Ausführungsdauer durch den Anwender ist vorteilhaft, da durch diesen eine Abschätzung erfolgen kann, wann das Fahrzeug wieder benötigt wird und somit die Eingabe einer entsprechenden Ausführungsdauer möglich ist. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt vor dem Verfahrensschritt des vollständigen Entladens der Fahrzeugbatterie eine Vorladung der
Fahrzeugbatterie, in der die Fahrzeugbatterie vollständig aufgeladen wird. Damit wird erreicht, dass ein erster erfasster ladungszustandsabhängiger
Spannungsverlauf über alle Ladungszustände hinweg ermittelt werden kann. Das Ergebnis der Bestimmung wird damit präziser, da keine Ladungszustände auftreten, für die nur ein zweiter erfasster ladungszustandsabhängiger
Spannungsverlauf erfasst ist. Insbesondere ist es in der zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsform vorteilhaft, wenn während des Vorladens ein Erfassen eines dritten erfassten ladungszustandsabhangigen Spannungsverlaufs der Fahrzeugbatterie erfolgt. Das Bestimmen des ladungszustandsabhangigen Leerlaufspannungsverlaufs erfolgt in diesem Fall mittels einer gewichteten Interpolation des ersten erfassten ladungszustandsabhangigen Spannungsverlaufs, des zweiten erfassten ladungszustandsabhangigen Spannungsverlaufs und des dritten erfassten ladungszustandsabhangigen Spannungsverlaufs. Durch den zusätzlich erfassten dritten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlauf wird ein präziseres Ergebnis der Bestimmung auf Basis zusätzlicher Messwerte erreicht. Insbesondere ist dies der Fall, falls in einzelnen Bereichen nur zwei erfasste ladungszustandsabhängige Spannungsverläufe zur Bestimmung zur Verfügung stehen. In diesem Falle kann die Bestimmung auch anhand der verbleibenden erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverläufe erfolgen.
In allen Ausführungsformen ist es vorteilhaft, eine Temperatur der
Fahrzeugbatterie während des Ladens und des Entladens der Fahrzeugbatterie über einem Temperaturschwellenwert zu halten, und die Temperatur
insbesondere auf einem konstanten Wert über dem Temperaturschwellenwert zu halten. Dies ist vorteilhaft, da es durch Temperaturschwankungen zu einer Verzerrung der erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverläufe kommen kann. Vorteilhaft liegt wird die Temperatur durch ein
Thermomanagement der Fahrzeugbatterie eingestellt.
Des Weiteren ist es in allen Ausführungsformen vorteilhaft, wenn eine
Berechnung eines resultierenden ladungszustandsabhängigen
Leerlaufspannungsverlaufs mittels einer gewichteten Interpolation des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs mit einem zu einem früheren Zeitpunkt bestimmten ladungszustandsabhängigen
Leerlaufspannungsverlauf erfolgt. Durch eine solche Interpolation werden eventuelle Messfehler und Ungenauigkeiten kompensiert, falls diese nur im Laufe einer einmaligen Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen
Leerlaufspannungsverlaufs auftreten. Wiederholt auftretende Charakteristiken fließen jedoch verstärkt in das Ergebnis der Bestimmung ein. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
Figur 1 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform,
Figur 2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform, und
Figur 3 eine graphische Darstellung eines ladungszustandsabhängigen
Leerlaufspannungsverlaufs, eines ersten erfassten
ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs und eines zweiten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs.
Ausführungsformen der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Messung bzw. Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 einer
Fahrzeugbatterie. Somit kann auch eine Veränderung dieses
Leerlaufspannungsverlaufs über eine Alterung der Fahrzeugbatterie hinweg erfasst werden. Das Verfahren kann insbesondere zur Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 in plug-in-hybrid- elektrischen Fahrzeugen (PHEV), hybrid-elektrischen Fahrzeugen (HEV) und elektrischen Fahrzeugen (EV) angewendet werden. Dabei ist keine Hardware außer der ohnehin verfügbaren Hardware notwendig. Insbesondere ist kein spezieller Werkstatt-Tester notwendig. Die Bestimmung eines
ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 erfolgt im Prinzip nach der GITT-Methode.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Bestimmung des
ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 fahrzeugintern, möglichst präzise und nur mit in dem Fahrzeug verfügbarer Hardware. Die Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform. Das Verfahren kann beispielsweise durch ein
Startsignal eines unabhängigen Fahrzeugsystems oder durch eine Anforderung durch einen Anwender gestartet werden.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 erfolgt ein vollständiges Entladen der Fahrzeugbatterie durch fahrzeuginterne Verbraucher des Fahrzeuges. Als fahrzeuginterne Verbraucher sind dabei solche Komponenten des Fahrzeugs bezeichnet, die auch in einem Anwenderbetrieb des Fahrzeuges bereitstehen. Beispiele für solche Komponenten sind beispielsweise eine Heizung (ggf.
kompensiert durch gleichzeitigen Betrieb einer Kühlung), Lüfter, Pumpen, E- Maschinen oder ähnliche Komponenten. Dabei sind solche Verbraucher zu bevorzugen, die sich durch einen konstanten Stromverbrauch auszeichnen. Bei dem vollständigen Entladen der Fahrzeugbatterie durch fahrzeuginterne
Verbraucher des Fahrzeuges in dem ersten Verfahrensschritt S1 ist es vorteilhaft, wenn die Entladung mit möglichst konstantem Entladestrom durchgeführt wird. Ein externes oder internes Ladegerät ist ebenso ein fahrzeuginterner Verbraucher, wenn dieses über eine Rückspeisemöglichkeit in das Stromnetz verfügt.
Während des Entladens der Fahrzeugbatterie in dem ersten Verfahrensschritt S1 erfolgt im Rahmen eines zeitgleich ausgeführten zweiten Verfahrensschrittes S2 ein Erfassen eines ersten erfassten ladungszustandsabhängigen
Spannungsverlaufs 1. Dieses Erfassen kann beispielsweise durch ein zeitlich getaktetes Messen von Spannungswerten an den Polen der Fahrzeugbatterie erfolgen. Jeder dabei erfasste Spannungswert wird einem Ladungszustand der Fahrzeugbatterie zugeteilt. Der Ladungszustand könnte dabei beispielsweise durch die Zeit beschrieben werden, die zwischen der Messung eines
Spannungswertes und einer vollständigen Entladung der Fahrzeugbatterie verstreicht. Ein solcher erster erfasster ladungszustandsabhängiger
Spannungsverlauf 1 ist in Figur 3 gezeigt.
In einem dritten Verfahrensschritt S3 erfolgt ein vollständiges Laden der
Fahrzeugbatterie durch ein Ladegerät. Dieses Laden wird mit einem möglichst konstanten und möglichst geringen Ladestrom durchgeführt. Das Laden kann über ein angeschlossenes externes oder internes Ladegerät erfolgen. Ebenso ist ein Laden durch einen fahrzeuginternen Generator möglich, der zum Beispiel über einen Verbrennungsmotor oder eine andere Energiequelle angetrieben wird. Auch ein Laden über eine zweite Fahrzeugbatterie mit zwischengeschaltetem DC/DC Wandler ist möglich.
Der in dem ersten Verfahrensschritt S1 auftretende Entladestrom und der in dem dritten Verfahrensschritt S3 auftretende Ladestrom haben vorzugsweise die gleiche Strom-Amplitude.
Während des Ladens der Fahrzeugbatterie in dem dritten Verfahrensschritt S3 erfolgt im Rahmen eines zeitgleich ausgeführten vierten Verfahrensschrittes S4 ein Erfassen eines zweiten erfassten ladungszustandsabhängigen
Spannungsverlaufs 2. Dieses Erfassen kann beispielsweise durch ein zeitlich getaktetes Messen von Spannungswerten an den Polen der Fahrzeugbatterie erfolgen. Jeder dabei erfasste Spannungswert wird einem Ladungszustand der Fahrzeugbatterie zugeteilt. Der Ladungszustand könnte dabei beispielsweise durch die Zeit beschrieben werden, die zwischen der Messung eines
Spannungswertes und einer vollständigen Ladung der Fahrzeugbatterie verstreicht. Ein solcher zweiter erfasster ladungszustandsabhängiger
Spannungsverlauf 2 ist in Figur 3 gezeigt.
Es ist vorteilhaft, wenn nach dem Ende des Entladens in dem ersten
Verfahrensschritt S1 und/oder des Ladens in dem dritten Verfahrensschritt S3 eine Ruhepause mit Nullstrom durchgeführt wird, um die Präzision der
Messungen zu erhöhen. Eine Ruhepause zwischen einer und fünf Stunden ist dabei vorteilhaft, da dies ein Auskühlen der Fahrzeugbatterie ermöglicht.
In einem fünften Verfahrensschritt S5 erfolgt ein Bestimmen des
ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 mittels einer gewichteten Interpolation des ersten erfassten Spannungsverlaufs 1 und des zweiten erfassten Spannungsverlaufs 2. Dazu wird aus jedem im zweiten
Verfahrensschritt S2 erfassten Spannungswert und dem im vierten
Verfahrensschritt für denselben Ladungszustand erfassten Spannungswert ein Mittelwert gebildet. Diese Mittelwertbildung kann gewichtet werden, wenn die Impedanz der Batterie in Lade- und Entladerichtung unterschiedlich ist. Eine Gewichtung bedeutet, dass entweder die im zweiten Verfahrensschritt S2 erfassten Spannungswerte oder die im vierten Verfahrensschritt erfassten Spannungswerte bei der Mittelwertbildung mit einem Faktor gewichtet werden. Ebenfalls kann vorteilhaft eine Kompensation der Ladungszustandsabhängigkeit von Lade- und Entladeimpedanz erfolgen, insbesondere, wenn diese
Abhängigkeit unterschiedlich in Lade- und Entladerichtung ist. Des Weiteren ist eine Gewichtung vorteilhaft, wenn nicht dieselbe Stromamplitude für Ladung und Entladung realisierbar sind. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft eine Gewichtung im Verhältnis der Stromamplituden des Ladestroms und des
Entladestroms zu wählen. Gegebenenfalls kann diese Gewichtung entsprechend einer unterschiedlichen Impedanz in Lade- und Entladerichtung korrigiert werden. Der ladungszustandsabhängige Leerlaufspannungsverlauf 3 ergibt sich aus den gebildeten Mittelwerten. Ein durch Mittelwertbildung bestimmter
ladungszustandsabhängiger Leerlaufspannungsverlauf 3 ist in Figur 3 gezeigt.
Abhängig von dem Ladungszustand den die Fahrzeugbatterie zu einem
Zeitpunkt aufweist, zu dem der erste Verfahrensschritt S1 ausgeführt und die Fahrzeugbatterie somit entladen wird, kann nicht für jeden möglichen
Ladungszustand ein Spannungswert erfasst werden. Somit deckt der
erste erfasste ladungszustandsabhängige Spannungsverlauf 1 nicht immer alle möglichen Ladungszustände der Fahrzeugbatterie ab. Es ist daher vorteilhaft, den ersten und den zweiten Verfahrensschritt S1 , S2 dann auszuführen, wenn die Fahrzeugbatterie einen hohen Ladungszustand aufweist. Für den Fall, dass der erste erfasste ladungszustandsabhängige Spannungsverlauf 1 nicht alle möglichen Ladungszustände der Fahrzeugbatterie abdeckt, kann eine
Abschätzung bzw. eine Extrapolation der nicht verfügbaren Spannungswerte erfolgen. Dadurch wird die Präzision des Ergebnisses der Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 verringert. Der benötigte Zeitaufwand wird jedoch verkürzt.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung erfolgt vor dem vollständigen Entladen der Fahrzeugbatterie in dem ersten Verfahrensschritt S1 eine
Vorladung der Fahrzeugbatterie. Dabei wird die Fahrzeugbatterie zunächst vollständig aufgeladen. Dieser Verfahrensschritt ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Fahrzeugbatterie vor dem Beginn des ersten Verfahrensschrittes S1 einen geringen Ladungszustand aufweist. Die Vorladung wird entweder immer vor der dem ersten Verfahrensschritt S1 des vollständigen Entladens der
Fahrzeugbatterie ausgeführt, oder wird nur dann ausgeführt, wenn der Ladungszustand der Fahrzeugbatterie unter einem gegebenen Wert liegt. In einer solchen Ausführungsform wird eine hohe Präzision bei der Bestimmung des ladungszustandsabhangigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 erreicht, da Spannungswerte des ersten erfassten ladungszustandsabhangigen
Spannungsverlaufs 1 für jeden Ladungszustand der Batterie erfasst sind.
In einer solchen alternativen Ausführungsform ist es zudem vorteilhaft, wenn ein Erfassen eines dritten erfassten ladungszustandsabhangigen Spannungsverlaufs während des Vorladens der Fahrzeugbatterie erfolgt. Somit stehen weitere gemessene Spannungswerte für eine noch präzisere Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 bereit. Das
Bestimmen des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 erfolgt in diesem Fall mittels einer gewichteten Interpolation des ersten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs 1 , des zweiten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs 2 und des dritten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs.
Die Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform. Das Verfahren wird durch ein
Batteriemanagementsystem eines Fahrzeuges ausgeführt. Zur Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 einer
Fahrzeugbatterie werden die in der ersten Ausführungsform beschriebenen ersten bis fünften Verfahrensschritte angewendet. Das bedeutet, es erfolgt das vollständige Entladen der Fahrzeugbatterie, das Erfassen des ersten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs, das vollständige Laden der Fahrzeugbatterie, das Erfassen des zweiten erfassten
ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs und das Bestimmen des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs. Gegebenenfalls kann vor dem ersten Verfahrensschritt ferner das Vorladen der Fahrzeugbatterie und insbesondere das Bestimmen des dritten ladungszustandsabhängigen
Spannungsverlaufs erfolgen. Das Verfahren wird durch eine Inbetriebnahme des Fahrzeuges durch einen Anwender angestoßen.
In dieser zweiten Ausführungsform wird jedoch in einem einleitenden
Verfahrensschritt S6 ein erster Entscheidungsparameter p1 abgefragt. Der erste Entscheidungsparameter p1 kann dabei durch andere in dem Fahrzeug befindliche Systeme oder durch das Batteriemanagementsystem selbst bereitgestellt werden. Beispiele für den ersten Entscheidungsparameter p1 sind ein aktuelles Datum, eine km-Leistung des Fahrzeuges, ein Ladungsdurchsatz der Fahrzeugbatterie oder ein Energiedurchsatz der Fahrzeugbatterie. Der abgefragte erste Entscheidungsparameter p1 wird Verfahrensschritt S6' mit einem vorgegebenen Schwellenwert x verglichen. Dieser Schwellenwert x kann in dem Batteriemanagementsystem im Laufe einer Hersteller- oder
Anwenderkonfiguration vorgegeben werden. Ist der bezogene
Entscheidungsparameter p1 größer als der Schwellenwert x, so wird das Verfahren weitergeführt. Ist der bezogene Entscheidungsparameter p1 kleiner als der Schwellenwert x, so verzweigt das Verfahren zurück auf den einleitenden
Verfahrensschritt S6, womit dieser erneut ausgeführt wird.
In der hier beschriebenen zweiten Ausführungsform sei der erste
Entscheidungsparameter p1 die km-Leistung des Fahrzeuges. Der
Schwellenwert x wird durch den Hersteller des Batteriemanagementsystems mit einem Wert von 5.000 km vorgegeben. Zu Beginn des Verfahrens wird also die km-Leistung des Fahrzeuges von einem Kilometerzähler des Fahrzeuges abgefragt. Der so bezogene Entscheidungsparameter p1 wird in einem folgenden vergleichenden Verfahrensschritt S6' mit dem Schwellenwert x = 5.000 km verglichen. Ist der bezogene Entscheidungsparameter p1 größer als der
Schwellenwert x, d.h. p1 > x (= 5.000 km), so wird das Verfahren weitergeführt. Ist der bezogene Entscheidungsparameter p1 kleiner als der Schwellenwert x, d.h. p1 < x (= 5.000 km), so verzweigt das Verfahren zurück auf den einleitenden Verfahrensschritt S6, womit dieser erneut ausgeführt wird. Eine Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs erfolgt in diesem
Beispiel also nach einer km-Leistung des Fahrzeuges von 5.000 km.
Es ist ebenso möglich, mehrere Schwellenwerte vorzugeben und somit Intervalle zu definieren. In der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform wird dazu in einem abschließenden Verfahrensschritt S1 1 , der nach dem Bestimmen des
ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs in dem fünften
Verfahrensschritt S5 erfolgt, der Schwellenwert x neu festgelegt. Dazu kann zum Beispiel ein gegebener Wert auf den bisherigen Schwellenwert addiert werden. Da die Alterung der Fahrzeugbatterie ein relativ langsamer Prozess ist, ist eine
Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 in größeren Abständen notwendig. Die Notwendigkeit der Bestimmung kann zum Beispiel nach einer gewissen Zeit (z.B. alle 3 Monate), nach einer gewissen Kilometerleistung (z.B. alle 5000 km), nach einem gewissen Ladungsdurchsatz (z.B. alle 2 MAh) oder nach einem gewissen Energiedurchsatz (z.B. alle 1 MWh) erfolgen.
Wie zuvor beschrieben, wird das Verfahren weitergeführt, wenn der bezogene Entscheidungsparameter p1 größer als der Schwellenwert x ist. In diesem Falle erfolgt nach dem vergleichenden Verfahrensschritt S6' in einem abfragenden Verfahrensschritt S7 eine Abfrage eines Verbindungsstatus v. Der
Verbindungsstatus v beschreibt die Verfügbarkeit einer Ladespannung zum
Laden der Fahrzeugbatterie. Ist eine Ladespannung verfügbar, so ist der Verbindungsstatus v positiv. Ist keine Ladespannung verfügbar, so ist der Verbindungsstatus v negativ. Der Verbindungsstatus v könnte beispielsweise durch eine Sensorik erfasst werden, die eine Spannung an Kontakten detektiert, die zum Anschluss eines Ladekabels an das Fahrzeug dienen. Überschreitet die an den Kontakten detektierte Ladespannung einen gegebenen Schwellenwert, so ist der Verbindungsstatus v positiv. Eine solche Sensorik kann z.B. von einer Ladeelektronik bereitgestellten werden. In einem weiteren vergleichenden Verfahrensschritt S7' erfolgt eine Auswertung, ob der Verbindungsstatus v positiv oder negativ ist. Ist der abgefragte Verbindungsstatus v positiv, so wird das Verfahren weitergeführt. Ist der abgefragte Verbindungsstatus negativ, so verzweigt das Verfahren zurück auf den abfragenden Verfahrensschritt S7, durch den die Abfrage des Verbindungsstatus erneut ausgeführt wird. Da das Entladen und Laden der Fahrzeugbatterie in dem ersten und dem dritten
Verfahrensschritt S1 , S3 mehrere Stunden dauern kann, sollte ein Anwender die Möglichkeit haben, das Entladen in dem ersten Verfahrensschritt S1 und Laden der Fahrzeugbatterie in dem dritten Verfahrensschritt S3 aufzuschieben, wenn das Fahrzeug zeitnah benötigt wird. Daher erfolgt in einem folgenden
Verfahrensschritt S8, der nach dem weiteren vergleichenden Verfahrensschritt
S7' ausgeführt wird, falls der in dem abfragenden Verfahrensschritt S7 abgefragte Verbindungsstatus positiv ist, eine Abfrage eines zweiten
Entscheidungsparameters p2. Der Entscheidungsparameter p2 wird bevorzugt durch eine Eingabe eines Anwenders definiert. So könnte zum Beispiel auf einem Display im Inneren des Fahrzeuges eine Nachricht erzeugt werden, die eine Zustimmung des Anwenders zu einer weiteren Durchführung des
Verfahrens abfragt. Der zweite Entscheidungsparameter p2 wird abhängig von einer Eingabe des Anwenders gesetzt. So wird der zweite
Entscheidungsparameter p2 auf„1 " gesetzt, wenn der Anwender eine
Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs wünscht und der zweite Entscheidungsparameter p2 wird auf„0" gesetzt, wenn der Anwender dies zu diesem Zeitpunkt nicht wünscht, da das Fahrzeug beispielsweise in kurzer Zeit wieder benötigt wird. Das Verfahren wird abhängig von dem zweiten Entscheidungsparameter p2 beendet oder weitergeführt. Da eine vollständige Durchführung des Verfahrens, insbesondere das Entladen und das Laden der Fahrzeugbatterie in dem ersten und dem dritten Verfahrensschritt S1 , S3 einen für den Anwender erheblichen Zeitraum benötigt, wird dem
Anwender somit die Möglichkeit gegeben, das Verfahren abzubrechen. Damit wird gewährleistet, dass das Fahrzeug sich in einem betriebsbereiten Zustand befindet, wenn dies durch den Anwender gewünscht ist. In einem ersten prüfenden Verfahrensschritt S8' wird geprüft, ob der abgefragte zweite
Entscheidungsparameter p2 gleich„1 " ist. Ist dies nicht der Fall (wenn der zweite
Entscheidungsparameter p2 auf„0" gesetzt wurde), so wird das Verfahren beendet. Die Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen
Leerlaufspannungsverlaufs kann in diesem Falle erst nach einem erneuten Anstoß des Verfahrens erreicht werden. Ist der abgefragte zweite
Entscheidungsparameter p2 gleich„1 ", so wird das Verfahren weitergeführt.
In einem weiteren folgenden Verfahrensschritt S9, der in dieser Ausführungsform mit dem folgenden Verfahrensschritt S8, in dem die Abfrage des zweiten
Entscheidungsparameters p2 erfolgt, kombiniert ist, erfolgt eine Abfrage einer Verzögerungszeit t. Die Verzögerungszeit t wird durch eine Eingabe durch den
Anwender definiert. So könnte zum Beispiel auf dem Display im Inneren des Fahrzeuges eine Nachricht erzeugt werden, die den Anwender auffordert einen Zeitraum zu definieren, nach dessen Ablauf der erste Verfahrensschritt S1 frühestens ausgeführt wird, falls eine sofortige Ausführung nicht gewünscht ist. In einem zweiten prüfenden Verfahrensschritt S9' wird geprüft, ob die
Verzögerungszeit t gleich„0" gewählt wurde. Wird eine Verzögerungszeit t ungleich„0" durch den Anwender gewählt, so wird das Verfahren in einem Verzögerungsschritt S10 für die Dauer dieser Verzögerungszeit t verzögert. In Anschluss an diese Verzögerung wird das Verfahren an dem Punkt des abfragenden Verfahrensschrittes S7 wieder aufgenommen. Dies ist vorteilhaft, da das Fahrzeug zum Ablauf der Verzögerungszeit t möglicherweise nicht mehr mit einer Ladespannung versorgt wird. Wird eine Verzögerungszeit t gleich„0", also keine Verzögerung, gewählt, so wird der erste Verfahrensschritt, also das Entladen der Fahrzeugbatterie, unmittelbar ausgeführt. Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird das Verfahren in diesem Falle mit allen Schritten gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführt. Vor dem Abschluss des Verfahrens wird der zuvor beschriebene abschließende Verfahrensschritt S1 1 ausgeführt.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform, die mit den bereits
beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar ist, erfolgt vor dem
vollständigen Entladen der Fahrzeugbatterie in dem ersten Verfahrensschritt S1 eine Abfrage einer Ausführungsdauer. Die Ausführungsdauer wird bevorzugt durch eine Eingabe eines Anwenders definiert. So könnte zum Beispiel auf einem Display im Inneren des Fahrzeuges eine Nachricht erzeugt werden, die dem Anwender mehrere Ausführungsdauern zur Auswahl anbietet. So könnte eine Auswahl zwischen einer Schnellmessung (z.B. 8 Stunden
Ausführungsdauer), einer Standard-Messung (z.B. 24 Stunden
Ausführungsdauer) und einer Präzisions-Messung (z.B. 48 Stunden
Ausführungsdauer) vorgegeben werden. Dabei können die Ausführungsdauern frei gewählt sein, oder den physikalischen Eigenschaften der Fahrzeugbatterie angepasst werden. Zudem spielt der Ladungszustand der Fahrzeugbatterie zu einem Zeitpunkt der Auswahl eine Rolle. Die Ausführungsdauern können daher variabel sein und entsprechend einem aktuellen Ladungszustand der
Fahrzeugbatterie angepasst zur Auswahl angeboten werden.
Im Folgenden werden der Entladestrom und der Ladestrom derart angepasst, dass das Verfahren innerhalb der bevorzugt durch den Anwender gewählten
Ausführungsdauer abgeschlossen wird. Dabei wird bei einer langen
Ausführungsdauer (z.B. 48 Stunden) ein niedrigerer Entladestrom und/oder Ladestrom gewählt als bei einer kurzen Ausführungsdauer (z.B. 8 Stunden). Da im Falle einer langen Ausführungsdauer ein geringerer Lade- und/oder
Entladestrom fließt, wird die Batterie weniger erwärmt, und der erste erfasste ladungszustandsabhängigen Spannungsverlauf 1 und der zweite erfasste ladungszustandsabhängige Spannungsverlauf 2 werden weniger durch thermische Einflüsse verzerrt. Die Präzision bei der Bestimmung des
ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 steigt.
Da die Ergebnisse bei einer sehr niedrigen Ausführungsdauer (z.B. 8h bei der zuvor beschriebenen Schnellmessung) vergleichsweise unpräzise sind, kann das Ergebnis in diesem Falle nicht in jedem Fall direkt verwendet werden. Eine Gewichtung mit dem zu diesem Zeitpunkt aktuellen ladungszustandsabhangigen Leerlaufspannungsverlauf ist daher vorteilhaft.
Daher kann das erfindungsgemäße Verfahren einen Berechnungsschritt umfassen, in dem ein resultierender ladungszustandsabhängiger
Leerlaufspannungsverlauf mittels einer gewichteten Interpolation des ladungszustandsabhangigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 mit einem zu einem früheren Zeitpunkt bestimmten ladungszustandsabhangigen
Leerlaufspannungsverlauf erfolgt. Dazu wird für jeden Spannungswert eines ladungszustandsabhangigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 ein Mittelwert mit einem Spannungswert eines früher ermittelten ladungszustandsabhangigen Leerlaufspannungsverlaufs gebildet, der für einen entsprechenden
Ladungszustand ermittelt wurde. Eine gewichtete Interpolation bedeutet, dass der Spannungswert des zu einem früheren Zeitpunkt bestimmten
ladungszustandsabhangigen Leerlaufspannungsverlaufs mehrfach in die Bildung des Mittelwertes einfließt. So könnte der zu einem früheren Zeitpunkt bestimmte ladungszustandsabhängige Leerlaufspannungsverlauf z.B. doppelt gegenüber dem aktuellen ladungszustandsabhangigen Leerlaufspannungsverlauf 3 gewichtet werden. Der resultierende ladungszustandsabhängige
Leerlaufspannungsverlauf ist durch die auf diese Weise ermittelten Mittelwerte beschrieben. Durch eine solche Interpolation können zudem eventuell auftretende Messfehler (insofern sie nicht systematisch sind) verringert werden. Eine solche Interpolation kann jedoch eine häufigere Ausführung der
Bestimmung des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs notwendig machen.
Des Weiteren ist es vorteilhaft einen Abstand bis zu einem erneuten Bestimmen des ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs 3 im Falle einer niedrigen Ausführungsdauer zu verkürzen.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform, die mit den bereits
beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar ist, wird eine Temperatur der Fahrzeugbatterie während des Ladens und des Entladens der Fahrzeugbatterie über einem Temperaturschwellenwert gehalten. Dies kann durch eine geregelte Kühl- und/oder Heizvorrichtung geschehen. Ebenso vorteilhaft kann die
Temperatur der Fahrzeugbatterie durch das Thermomanagement der Fahrzeugbatterie eingestellt werden. Das Erfassen der erfassten
ladungszustandsabhängigen Spannungsverläufe 1 , 2 erfolgt in dieser
Ausführungsform bei Raumtemperatur oder höher, da dadurch der Einfluss bzw. der Fehler durch die Impedanz der Batterie sinkt. Die Temperatur der
Fahrzeugbatterie wird durch die gegebenen Mittel möglichst konstant gehalten.
In allen Ausführungsformen kann ein aktuell bestimmter
ladungszustandsabhängiger Leerlaufspannungsverlauf 3 einen früher bestimmten ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlauf ersetzen. Selbiges gilt für einen resultierenden ladungszustandsabhängigen
Leerlaufspannungsverlauf.
Neben der obigen schriftlichen Offenbarung wird explizit auf die Offenbarung der Figuren 1 bis 3 verwiesen.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung eines ladungszustandsabhängigen
Leerlaufspannungsverlaufs (3) einer Fahrzeugbatterie in einem Fahrzeug, umfassend:
ein vollständiges Entladen (S1 ) der Fahrzeugbatterie durch fahrzeuginterne Verbraucher des Fahrzeuges,
ein Erfassen (S2) eines ersten erfassten ladungszustandsabhängigen
Spannungsverlaufs (1 ) während des Entladens (S1 ) der
Fahrzeugbatterie,
ein vollständiges Laden (S3) der Fahrzeugbatterie durch ein Ladegerät,
ein Erfassen (S4) eines zweiten erfassten
ladungszustandsabhängigen Spannungsverlaufs (2) während des Ladens (S3) der Fahrzeugbatterie und
Bestimmen (S5) des ladungszustandsabhängigen
Leerlaufspannungsverlaufs (3) mittels einer gewichteten Interpolation des ersten erfassten Spannungsverlaufs (1 ) und des zweiten erfassten Spannungsverlaufs (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in einem
einleitenden Verfahrensschritt (S6) ein erster Entscheidungsparameter (p1 ) abgefragt wird und eine Entscheidung, ob das Verfahren weitergeführt wird anhand eines Vergleichs des ersten Entscheidungsparameters (p1 ) mit einem gegebenen Schwellenwert (x) erfolgt, wobei der erste
Entscheidungsparameter (p1 ) insbesondere ein Parameter ist, der eine Zeitspanne, eine km-Leistung des Fahrzeuges, einen Ladungsdurchsatz der Fahrzeugbatterie und/oder einen Energiedurchsatz der
Fahrzeugbatterie beschriebt.
3. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt des vollständigen
Entladens der Fahrzeugbatterie eine Abfrage (S7) eines Verbindungsstatus erfolgt, der die Verfügbarkeit einer Ladespannung zum Laden der
Fahrzeugbatterie beschreibt, und das Verfahren erst weitergeführt wird, wenn eine Ladespannung verfügbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt des vollständigen Entladens (S1 ) der Fahrzeugbatterie eine Abfrage (S8) eines zweiten Entscheidungsparameters (p2) erfolgt, wobei bevorzugt eine Eingabe des zweiten Entscheidungsparameters (p2) durch einen Anwender ermöglicht ist, und wobei das Verfahren abhängig von dem zweiten Entscheidungsparameter (p2) beendet oder weitergeführt wird.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt des vollständigen
Entladens (S1 ) der Fahrzeugbatterie eine Abfrage (S9) einer
Verzögerungszeit (t) erfolgt, wobei bevorzugt eine Eingabe der
Verzögerungszeit (t) durch einen Anwender ermöglicht ist, und wobei das Verfahren in einem auf die Abfrage (S9) der Verzögerungszeit folgenden Schritt (S10) für die Dauer der festgelegten Verzögerungszeit (t) verzögert wird, falls die Verzögerungszeit (t) ungleich Null ist.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt des vollständigen
Entladens (S1 ) eine Abfrage einer Ausführungsdauer erfolgt, wobei bevorzugt eine Eingabe der Ausführungsdauer durch einen Anwender ermöglicht ist, und wobei ein beim Entladen der Fahrzeugbatterie und/oder beim Laden der Fahrzeugbatterie fließender Batteriestrom derart gewählt wird, dass das Verfahren in der vorgegebenen Ausführungsdauer abgeschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt des vollständigen
Entladens (S1 ) der Fahrzeugbatterie eine Vorladung der Fahrzeugbatterie erfolgt, in der die Fahrzeugbatterie vollständig aufgeladen wird, wobei insbesondere ein Erfassen eines dritten erfassten ladungszustandsabhangigen Spannungsverlaufs während des Vorladens der Fahrzeugbatterie erfolgt, und
das Bestimmen (S3) des ladungszustandsabhangigen
Leerlaufspannungsverlaufs (3) mittels einer gewichteten Interpolation des ersten erfassten ladungszustandsabhangigen
Spannungsverlaufs (1 ), des zweiten erfassten
ladungszustandsabhangigen Spannungsverlaufs (2) und des dritten erfassten ladungszustandsabhangigen Spannungsverlaufs erfolgt.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Temperatur der Fahrzeugbatterie während des Ladens und des Entladens der Fahrzeugbatterie über einem
Temperaturschwellenwert gehalten wird, und die Temperatur insbesondere auf einem konstanten Wert über dem Temperaturschwellenwert gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen Berechnungsschritt umfasst, in dem eine Berechnung eines resultierenden
ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs mittels einer gewichteten Interpolation des ladungszustandsabhängigen
Leerlaufspannungsverlaufs (3) mit einem zu einem früheren Zeitpunkt bestimmten ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlauf erfolgt.
Batteriemanagementsystem, geeignet zur Bestimmung eines
ladungszustandsabhängigen Leerlaufspannungsverlaufs (3) einer
Fahrzeugbatterie in einem Fahrzeug, umfassend:
eine Entladeeinheit, die eingerichtet ist, eine Fahrzeugbatterie durch fahrzeuginterne Verbraucher des Fahrzeuges vollständig zu entladen,
eine Ladeeinheit, die eingerichtet ist, die Fahrzeugbatterie durch ein Ladegerät vollständig zu laden,
eine Erfassungseinheit, die eingerichtet ist, einen ersten erfassten ladungszustandsabhängigen Spannungsverlauf (1 ) während des Entladens der Fahrzeugbatterie und einen zweiten erfassten ladungszustandsabhangigen Spannungsverlauf (2) während des Ladens der Fahrzeugbatterie zu erfassen, und
eine Bestimmungseinheit, die eingerichtet ist, den
ladungszustandsabhangigen Leerlaufspannungsverlauf (3) mittels einer gewichteten Interpolation des ersten erfassten
Spannungsverlaufs (1 ) und des zweiten erfassten Spannungsverlaufs (2) zu bestimmen.
PCT/EP2014/070546 2013-10-14 2014-09-25 Verfahren und vorrichtung zur bestimmung eines ladungszustandsabhängigen leerlaufspannungsverlaufs einer fahrzeugbatterie WO2015055400A1 (de)

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