WO2023030727A1 - Verfahren zur plausibilisierung einer strommessung in einem energiesystem - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung einer Strommessung in einem Energiesystem und ein Energiesystem, wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln eines Stroms der zwischen einem elektrischen Energiespeicher (20) und einem elektrischen Verbraucher (25) eines Energiesystems fließt, wobei ein erster Stromstärkewert zu einem ersten Zeitpunkt und ein zweiter Stromstärkewert zu einem zweiten Zeitpunkt ermittelt wird, Ermitteln einer Spannung zwischen einem ersten Anschluss (22) und einem zweiten Anschluss (24) des elektrischen Energiespeichers (20), wobei ein erster Spannungswert zum ersten Zeitpunkt und ein zweiter Spannungswert zum zweiten Zeitpunkt ermittelt wird, Ermitteln einer Temperatur und eines Ladezustandes des elektrischen Energiespeichers (20) zu einem dritten Zeitpunkt, Ermitteln einer erwarteten Stromstärkedifferenz durch Berechnen eines Quotienten aus einer Differenz aus dem zweiten Spannungswert und dem ersten Spannungswert und einem Innenwiderstandswert des elektrischen Energiespeichers (20), wobei der Innenwiderstandswert auf Basis eines vordefinierten Kennlinienfeldes in Abhängigkeit der ermittelten Temperatur und des ermittelten Ladezustands ausgewählt wird, und Signalisieren einer erfolgreichen Plausibilisierung der Strommessung, in Abhängigkeit einer Abweichung zwischen der erwarteten Stromstärkedifferenz und einer gemessenen Stromstärkedifferenz aus dem zweiten Stromstärkewert und dem ersten Stromstärkewert.
Description
Beschreibung
Titel
Verfahren zur Plausibilisierung einer Strommessung in einem Energiesystem
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung einer Strommessung in einem Energiesystem und ein Energiesystem.
Aus dem Stand der Technik bekannte Energiesysteme, welche sich beispielsweise aus einem elektrischen Energiespeicher wie einer Batterie und einem elektrischen Verbraucher zusammensetzen, verfügen meist über unterschiedliche Sensoren zur Überwachung einer Funktionsfähigkeit des Energiesystems. Als solche Sensoren werden beispielsweise Strom- und/oder Spannungs- und/oder Temperatursensoren eingesetzt.
Darüber hinaus ist es bekannt, in Energiesystemen mit besonderen Sicherheitsanforderungen (z. B. ASIL-Anforderungen für Fahrzeuge, usw.), redundante Sensoren zur Erfassung jeweiliger physikalischer Größen zu verwenden, um Messergebnisse der Sensoren untereinander zu plausibilisieren und in Abhängigkeit eines negativen Plausibilisierungsergebnisses gezielte Fehlerbehandlungsmaßnahmen einzuleiten.
DE102017214302 A1 beschreibt eine Abschaltvorrichtung für ein Versorgungsnetz und insbesondere für ein Versorgungsnetz eines elektrischen Antriebsystems eines Kraftfahrzeugs. Hierfür wird u. a. eine Plausibilisierung einer Strommessung durch eine weitere Strommessung vorgeschlagen, welche beispielsweise mit Hilfe eines zweiten Messwiderstands oder einer alternativen Messanordnung wie z B. einem Hall-Sensor realisiert wird.
DE102017209450 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung der Temperatur einer Ladeschnittstelle eines Fahrzeugs. In Kenntnis unterschiedlicher am
Ladevorgang beteiligter Widerstände kann aus der Verlustleitung des Ladesystems die Schnittstellenverlustleistung an der Ladeschnittstelle ermittelt werden. Des Weiteren kann durch zeitliches Kumulieren der Schnittstellenverlustleistung die Erwärmung der Ladeschnittstelle ermittelt werden, um beispielsweise einen Temperatursensor einzusparen.
DE102016218049 A1 beschreibt eine Sensorbaugruppe und ein Batterie- Überwachungssteuergerät zur Überwachung eines Stromes in einer Stromschiene eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels. Die Sensorbaugruppe umfasst einen Hall-Sensor und einen Shunt zur Messung des Stroms.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Plausibilisierung einer Strommessung in einem Energiesystem vorgeschlagen. Die nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte werden beispielsweise mittels einer erfindungsgemäßen Auswerteeinheit ausgeführt, welche vorzugsweise ein Bestandteil des Energiesystems und insbesondere bevorzugt ein Bestandteil eines elektrischen Energiespeichers des Energiesystems ist.
In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Strom mittels eines Stromsensors ermittelt, der zwischen einem elektrischen Energiespeicher eines Energiesystems und einem mit dem elektrischen Energiespeicher verbundenen elektrischen Verbraucher des Energiesystems fließt (eine Richtung des Stromflusses ist dabei grundsätzlich nicht eingeschränkt). Der Stromsensor ist vorzugsweise ein Bestandteil des elektrischen Energiespeichers, dieser kann jedoch auch außerhalb des elektrischen Energiespeichers angeordnet sein. Der elektrische Energiespeicher ist beispielsweise eine Batterie (z. B. eine Traktionsbatterie eines Fahrzeugs) und/oder ein Kondensator und/oder eine Brennstoffzelle und/oder ein Versorgungsnetz und/oder davon abweichender Energiespeicher. Der elektrische Verbraucher ist beispielsweise eine elektrische Maschine wie ein Elektromotor (z. B. ein Antriebsmotor eines Fahrzeugs), ein DC/DC-Wandler, ein Inverter oder ein davon abweichender elektrischer Verbraucher. Beim Ermitteln des zwischen dem elektrischen Energiespeicher und dem elektrischen Verbraucher fließenden Stroms wird ein erster Stromstärkewert zu einem ersten Zeitpunkt und ein
zweiter Stromstärkewert zu einem zweiten Zeitpunkt ermittelt, wobei zum zweiten Zeitpunkt eine vordefinierte Mindestabweichung zum ersten Stromstärkewert vorliegt. Die Messung des Stroms erfolgt bevorzugt fortlaufend (z. B. auf Basis einer vordefinierten Abtastrate), so dass auf Basis der Messwerte beispielsweise eine Columb-Zählung ermöglicht wird (z. B., um eine jeweilige Energieentnahme bzw. -aufnahme des elektrischen Energiespeichers zu ermitteln).
In einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Spannung zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss des elektrischen Energiespeichers mittels eines Spannungssensors ermittelt, wobei ein erster Spannungswert zum ersten Zeitpunkt und ein zweiter Spannungswert zum zweiten Zeitpunkt ermittelt wird. In einem Fall, in dem sich der elektrische Energiespeicher aus einer Vielzahl von Energiespeichereinheiten (z. B. aus mehreren Batteriezellen) zusammensetzt, ist es sowohl möglich, eine Gesamtspannung des elektrischen Energiespeichers und/oder jeweilige Einzelspannungen der jeweiligen Energiespeichereinheiten (vorzugsweise auf Basis separater Spannungssensoren für jede Energiespeichereinheit) zu messen und diese zu einer Gesamtspannung zu verrechnen. Es sei darauf hingewiesen, dass die jeweiligen Zeitpunkte der Spanungsmessung nur im Wesentlichen mit dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt der Strommessung übereinstimmen müssen. Aufgrund unterschiedlicher Messintervalle und/oder Messdauern und/oder informationstechnischer Anbindungen und/oder weiterer Abweichungen zwischen dem Stromsensor und dem Spannungssensor ist es denkbar, dass keine exakte zeitliche Synchronisierung zwischen den jeweiligen Messzeitpunkten vorliegt. Eine Auslegung und/oder Anbindung des Stromsensors und des Spanungssensors erfolgt daher vorzugsweise derart, dass eine erforderliche Toleranz zwischen den jeweiligen Messzeitpunkten stets eingehalten wird.
In einem dritten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Temperatur mittels eines Temperatursensors und ein Ladezustand des elektrischen Energiespeichers zu einem dritten Zeitpunkt ermittelt, wobei der dritte Zeitpunkt eine vordefinierte zulässige Zeitabweichung vom ersten Zeitpunkt oder vom zweiten Zeitpunkt nicht überschreitet. Eine solche maximale zulässige Abweichung ergibt sich vorzugsweise aus einem Zeitraum, in dem sich die Temperatur und der Ladezustand im Wesentlichen nicht ändern. Vorteilhaft ist der dritte Zeitpunkt identisch oder im Wesentlichen identisch zum zweiten
Zeitpunkt. Alternativ ist der dritte Zeitpunkt identisch oder im Wesentlichen identisch zum ersten Zeitpunkt, ohne den dritten Zeitpunkt dadurch auf den ersten oder zweiten Zeitpunkt einzuschränken.
In einem vierten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine erwartete Stromstärkedifferenz durch Berechnen eines Quotienten ermittelt, welcher aus einer Differenz aus dem zweiten Spannungswert und dem ersten Spannungswert und einem Innenwiderstandswert des elektrischen Energiespeichers gebildet wird, wobei der Innenwiderstandswert ermittelt wird, indem aus einem die Eigenschaften des elektrischen Energiespeichers repräsentierenden vordefinierten Kennlinienfeld ein mit der ermittelten Temperatur und dem ermittelten Ladezustand korrespondierender Innenwiderstandswert automatisch ausgewählt wird. Das vordefinierte Kennlinienfeld ist beispielsweise in einer an die Auswerteeinheit informationstechnisch angebundenen Speichereinheit abgelegt.
In einem fünften Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine erfolgreiche Plausibilisierung der Strommessung signalisiert, sofern eine Abweichung zwischen der erwarteten Stromstärkedifferenz und einer gemessenen Stromstärkedifferenz aus dem zweiten Stromstärkewert und dem ersten Stromstärkewert einen vordefinierten Toleranzwert nicht überschreitet. Alternativ wird eine nicht erfolgreiche Plausibilisierung der Strommessung signalisiert, falls die Abweichung zwischen der erwarteten Stromstärkedifferenz und der gemessenen Stromstärkedifferenz den vordefinierten Toleranzwert überschreitet. Die Signalisierung erfolgt beispielsweise durch Ausgaben eines digitalen und/oder analogen Signals an eine Komponente des Energiesystems (z. B. die Auswerteeinheit selbst) und/oder an eine Komponente abseits des Energiesystems. Auf Basis des Signals ist es möglich, in dieser Komponente eine geeignete Fehlerreaktion auszuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet u. a. den Vorteil, dass ein redundanter Stromsensor zur Messung des Stroms, der zwischen dem elektrischen Energiespeicher und dem elektrischen Verbraucher fließt, entfallen kann, da der auf Basis des Stromsensors gemessene Strom stattdessen mittels der erfindungsgemäßen Verfahrens plausibilisiert werden kann. Dadurch lassen sich sowohl Kosten, als auch ein für einen redundanten Sensor erforderlicher Bauraum in solchen Fällen einsparen, in denen eine Plausibilisierung einer
Strommessung (z. B. in sicherheitskritischen Anwendungen, welche beispielsweise im ASIL-Stand definiert sind) erforderlich ist.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung berücksichtigt das Kennlinienfeld zusätzlich jeweilige Alterungszustände des elektrischen Energiespeichers. Zudem erfolgt das Ermitteln des jeweiligen Innenwiderstandswertes zusätzlich in Abhängigkeit des aktuellen Alterungszustandes des elektrischen Energiespeichers.
Vorteilhaft ist die ermittelte Temperatur eine erste Temperatur und der ermittelte Ladezustand ein erster Ladezustand während der dritte Zeitpunkt im Wesentlichen mit dem ersten Zeitpunkt übereinstimmt. Ferner werden eine zweite Temperatur und ein zweiter Ladezustand zu einem vierten Zeitpunkt ermittelt, welcher im Wesentlichen mit dem zweiten Zeitpunkt übereinstimmt. Anschließend erfolgt das Ermitteln der erwarteten Stromstärkedifferenz auf Basis einer resultierenden Temperatur, die mittels einer ersten vordefinierten Berechnungsvorschrift aus der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur berechnet wird. Zudem erfolgt das Ermitteln der erwarteten Stromstärkedifferenz auf Basis eines resultierenden Ladezustandes, der mittels einer zweiten vordefinierten Berechnungsvorschrift aus dem ersten Ladezustand und dem zweiten Ladezustand berechnet wird. Die erste Berechnungsvorschrift und die zweite Berechnungsvorschrift sind vorzugsweise identische Berechnungsvorschriften (z. B. jeweils eine Mittelwertbildung aus den jeweils zu verrechnenden Werten), eine Abweichung der ersten Berechnungsvorschrift von der zweiten Berechnungsvorschrift ist aber ebenfalls denkbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung verfügen der Spannungssensor und/oder der Temperatursensor über eine Selbstdiagnosefunktion. Ferner werden eine oder mehrere mögliche Fehlerquellen für eine Abweichung zwischen der erwarteten und der gemessenen Stromstärkedifferenz auf Basis jeweiliger Ergebnisse der Selbstdiagnosefunktion ermittelt. Darüber hinaus werden die ermittelten möglichen Fehlerquellen signalisiert. In Abhängigkeit jeweiliger Plausibilisierungsmöglichkeiten für jeweilige beteiligte Sensoren ist es möglich, eine Gruppe potentiell fehlerhafter Sensoren und/oder ein fehlerhaftes
Kennlinienfeld und/oder eine fehlerhafte Auswahl einer aktuell zu verwendenden Kennlinie oder konkret einzelne fehlerhafte Sensoren zu identifizieren.
Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass der Spannungssensor ein erster Spannungssensor ist und eine am ersten Spannungssensor vorliegende Spannung zusätzlich mittels eines zweiten Spannungssensors gemessen wird und/oder dass der Temperatursensor ein erster Temperatursensor ist und eine am ersten Temperatursensor vorliegende Temperatur zusätzlich mittels eines zweiten Temperatursensors gemessen wird. Anschließend werden eine oder mehrere mögliche Fehlerquellen für eine Abweichung zwischen der erwarteten und der gemessenen Stromstärkedifferenz auf Basis eines Abgleichs von Messwerten des ersten Spannungssensors und des zweiten Spannungssensors und/oder auf Basis eines Abgleichs von Messwerten des ersten Temperatursensors und des zweiten Temperatursensors ermittelt, so dass die ermittelten möglichen Fehlerquellen entsprechend signalisiert werden können.
Ferner ist es möglich, dass der elektrische Energiespeicher eine Vielzahl von Energiespeichereinheiten aufweist und eine Plausibilisierung der Strommessung auf Basis einer Gesamtspannung über sämtliche Energiespeichereinheiten oder auf Basis einer Spannung über einem Teil der Energiespeichereinheiten des elektrischen Energiespeichers erfolgt. Die Vielzahl von Energiespeichereinheiten kann innerhalb der elektrischen Energiequelle seriell und/oder parallel verschaltet sein. Eine Spannungsmessung über einem Teil der Energiespeichereinheiten erfolgt beispielsweise auf Basis separater Spannungsmessungen über jeweilige Energiespeichereinheiten und/oder auf Basis des Spannungssensors und wenigstens eines weiteren Schalters des Energiespeichers, welcher eingerichtet ist, mittels einer Ansteuerung nur denjenigen Teil der Energiespeichereinheiten mit dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss zu verbinden, welcher aktuell zu plausibilisieren ist. Es versteht sich, dass eine Vielzahl solch weiterer Schalter einsetzbar ist, um beispielsweise Spannungsmessungen über jede Energiespeichereinheit separat durchzuführen.
Vorteilhaft erfolgt die Plausibilisierung der Strommessung auf Basis einer Vielzahl aufeinanderfolgender Plausibilisierungsvorgänge, deren jeweilige Ergebnisse vor einer Signalisierung des Plausibilisierungsergebnisses zu einem endgültigen Plausibilisierungsergebnis zusammengefasst werden, und/oder für
eine fortlaufende Plausibilisierung der Strommessung (z. B. in regelmäßigen oder in unregelmäßigen zeitlichen Abständen) verwendet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind der elektrische Verbraucher und die elektrische Energiequelle zum ersten Zeitpunkt elektrisch getrennt und zum zweiten Zeitpunkt elektrisch verbunden. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine Ansteuerung des Schalters mittels der Auswerteeinheit. D. h., dass die Plausibilisierung des Stromsensors auf Basis einer zum ersten Zeitpunkt gemessenen Ruhespannung und eines Stroms von 0 A mit einer zum zweiten Zeitpunkt vorliegenden Spannung und einem zum zweiten Zeitpunkt vorliegenden Strom erfolgt.
Vorzugsweise wird die Signalisierung verwendet, um einen Fehlerzustand an einen Benutzer des Energiesystems auszugeben und/oder das Energiesystem in einen sicheren Zustand zu überführen (z. B. durch eine automatische Trennung des elektrischen Verbrauchers von der elektrischen Energiequelle) und/oder eine Energieentnahme des elektrischen Verbrauchers aus dem elektrischen Energiespeicher zu reduzieren.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Energiesystem vorgeschlagen, welches aufweist: einen elektrischen Energiespeicher mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss, einen elektrischen Verbraucher, einen Stromsensor, einen Spannungssensor, einen Temperatursensor, eine Auswerteeinheit und eine Speichereinheit. Die Auswerteeinheit ist beispielsweise als ASIC, FPGA, Prozessor, digitaler Signalprozessor, Mikrocontroller, o. ä., ausgestaltet und informationstechnisch mit der Speichereinheit verbunden. Des Weiteren ist die Auswerteeinheit eingerichtet, einen Strom mittels des Stromsensors zu ermitteln, der zwischen dem elektrischen Energiespeicher des Energiesystems und dem mit dem elektrischen Energiespeicher verbundenen elektrischen Verbraucher des Energiesystems fließt, wobei ein erster Stromstärkewert zu einem ersten Zeitpunkt ermittelt wird und ein zweiter Stromstärkewert zu einem zweiten Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem eine vordefinierte Mindestabweichung zum ersten Stromstärkewert vorliegt. Die Auswerteeinheit ist weiter eingerichtet, eine Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des elektrischen Energiespeichers mittels des Spannungssensors zu ermitteln, wobei ein erster Spannungswert zum ersten Zeitpunkt und ein zweiter Spannungswert
zum zweiten Zeitpunkt ermittelt wird. Ferner ist die Auswerteeinheit eingerichtet, eine Temperatur mittels des Temperatursensors und einen Ladezustand des elektrischen Energiespeichers zu einem dritten Zeitpunkt zu ermitteln, wobei der dritte Zeitpunkt eine vordefinierte zulässige Zeitabweichung vom ersten Zeitpunkt oder vom zweiten Zeitpunkt nicht überschreitet. Die Auswerteeinheit ist zudem eingerichtet, eine erwartete Stromstärkedifferenz durch Berechnen eines Quotienten, welcher aus einer Differenz aus dem zweiten Spannungswert und dem ersten Spannungswert und einem Innenwiderstandswert des elektrischen Energiespeichers gebildet wird, zu ermitteln, wobei der Innenwiderstandswert ermittelt wird, indem aus einem die Eigenschaften des elektrischen Energiespeichers repräsentierenden vordefinierten Kennlinienfeld ein mit der ermittelten Temperatur und dem ermittelten Ladezustand korrespondierender Innenwiderstandswert ausgewählt wird, wobei das Kennlinienfeld in der informationstechnisch mit der Auswerteeinheit verbundenen Speichereinheit abgelegt ist. Die Auswerteeinheit ist schließlich eingerichtet, eine erfolgreiche Plausibilisierung der Strommessung zu signalisieren, sofern eine Abweichung zwischen der erwarteten Stromstärkedifferenz und einer gemessenen Stromstärkedifferenz aus dem zweiten Stromstärkewert und dem ersten Stromstärkewert einen vordefinierten Toleranzwert nicht überschreitet, oder andernfalls eine nicht erfolgreiche Plausibilisierung der Strommessung zu signalisieren.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinheit darüber hinaus eingerichtet ist, ein Verfahren nach vorstehender Beschreibung auszuführen. Die Merkmale, Merkmalskombinationen sowie die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem erstgenannten Erfindungsaspekt ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Übersicht über Komponenten eines
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Energiesystems; und
Figur 2 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine schematische Übersicht über Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Energiesystems. Das Energiesystem weist eine Batterie 20, welche aus einer Mehrzahl von Batteriezellen 50 aufgebaut ist, und einen mit der Batterie 20 über einen Schalter 80 elektrisch verbundenen DC/DC-Wandler 25 auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist hier stellvertretend nur ein Teil der Batteriezellen 50 mittels Bezugszeichen gekennzeichnet.
An geeigneten Positionen sind jeweils ein erster Temperatursensor 40 und ein zweiter Temperatursensor 45 im Bereich der Batteriezellen 50 angeordnet, um eine Temperatur der Batteriezellen 50 auf Basis redundanter Temperatursensoren 40, 45 zu erfassen. Die Batterie 20 weist zudem einen Spannungssensor 30 mit einer Selbstdiagnosefunktion auf, welcher eingerichtet ist, eine Spannung zwischen einem ersten Anschluss 22 und einem zweiten Anschluss 24 der Batterie 20 zu messen. Auf Basis der Selbstdiagnosefunktion ist der Spannungssensor 30 eingerichtet, eine Funktionsfähigkeit des Spannungssensors 30 zu überwachen, so dass jeweilige auf Basis des Spannungssensors 30 erzeugte Spannungsmessergebnisse als zuverlässig anzusehen sind, sofern keine Fehlfunktion des Spannungssensors 30 diagnostiziert wurde.
Die Batterie 20 weist ferner einen Stromsensor 10 auf, welcher eingerichtet ist, einen Stromfluss zwischen der Batterie 20 und dem DC/DC-Wandler 25 zu messen. Aus Kosten- und aus Messgründen (fortlaufende Messung) ist der Stromsensor 10 hier weder redundant ausgelegt, noch verfügt dieser über eine Selbstdiagnosefunktion, so dass eine Funktionsfähigkeit des Stromsensors 10 bzw. eine Zuverlässigkeit von Messergebnissen des Stromsensors 10 auf Basis des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens überwacht wird, um sicherheitskritische Anforderungen an das Energiesystem erfüllen zu können.
Die Temperatursensoren 40, 45, der Spannungssensor 30 und der Stromsensor 10 sind jeweils mit einer Auswerteeinheit 60 eines Batteriemanagementsystems (nicht gezeigt) der Batterie 20 informationstechnisch verbunden, so dass die Auswerteeinheit 60 in der Lage ist, jeweilige Messwerte der jeweiligen Sensoren 40, 45, 30, 19 zu empfangen. Über eine Steuerleitung ist die Auswerteeinheit 60 mit einem Steuereingang des Schalters 80 verbunden, welcher hier als Schütz ausgebildet ist, so dass die Auswerteeinheit 60 weiter eingerichtet ist, mittels einer Ansteuerung des Schalters 80, die Batterie 20 und den DC/DC-Wandler elektrisch zu verbinden und zu trennen.
In einer Speichereinheit 70 der Auswerteeinheit 60 ist ein vordefiniertes Kennlinienfeld abgelegt, welches jeweilige Innenwiderstandswerte der Batterie 10 in Abhängigkeit jeweiliger Alterungszustände, jeweiliger Temperaturen und jeweiliger Ladezustände der Batterie 10 definiert.
Auf Basis dieser Konfiguration und auf Basis des in der Speichereinheit 70 abgelegten Kennlinienfeldes, ist die Auswerteeinheit 60 dementsprechend in der Lage, das oben beschrieben erfindungsgemäße Verfahren zur Plausibilisierung der mittels des Stromsensors 10 durchgeführten Strommessung auszuführen. Ein Ergebnis der Plausibilisierung wird über ein durch die Auswerteeinheit 60 erzeugtes Plausibilisierungssignal S ausgegeben.
Das Plausibilisierungssignal S wird beispielsweise dazu verwendet, einen identifizierten Fehlerzustand ERR der Batterie 10 an den DC/DC-Wandler und/oder einen am DC/DC-Wandler elektrisch angebundenen Verbraucher zu kommunizieren, um beispielsweise eine Leistungsentnahme aus der Batterie 20 zu reduzieren.
Ferner ist es möglich, eine Vielzahl von Plausibilisierungsvorgängen zu einem resultierenden Plausibilisierungsergebnis zusammenzufassen, bevor das resultierende Plausibilisierungsergebnis über das Plausibilisierungssignal S ausgegeben wird.
Besonders vorteilhaft wird im Falle einer nicht plausiblen Strommessung auf Basis jeweiliger Messungen des Temperatursensoren 40, 45 und der Selbstdiagnosefunktion des Spannungssensors 30 eine Fehlerursache für eine
nicht plausible Strommessung ermittelt und gemeinsam mit dem Plausibilisierungssignal S ausgegeben.
Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im ersten Schritt 100 wird mittels einer als Mikrocontroller ausgebildeten Auswerteinheit 60 eines elektrischen Energiespeichers 20 eines Energiesystems ein Strom mittels eines Stromsensors 10 ermittelt, der zwischen dem elektrischen Energiespeicher 20 und einem mit dem elektrischen Energiespeicher 20 verbundenen elektrischen Verbraucher 25 des Energiesystems fließt, wobei ein erster Stromstärkewert zu einem ersten Zeitpunkt ermittelt wird und ein zweiter Stromstärkewert zu einem zweiten Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem eine vordefinierte Mindestabweichung zum ersten Stromstärkewert vorliegt.
Im zweiten Schritt 200 wird mittels der Auswerteeinheit 60 eine Spannung zwischen einem ersten Anschluss 22 und einem zweiten Anschluss 24 des elektrischen Energiespeichers 20 mittels eines Spannungssensors 30 ermittelt, wobei ein erster Spannungswert zum ersten Zeitpunkt und ein zweiter Spannungswert zum zweiten Zeitpunkt ermittelt wird.
Im Schritt 300 wird mittels der Auswerteeinheit 60 eine Temperatur mittels eines Temperatursensors 40 zum zweiten Zeitpunkt ermittelt. Zudem wird ein Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 20 zum zweiten Zeitpunkt ermittelt.
Im Schritt 400 wird mittels der Auswerteeinheit 60 eine erwartete Stromstärkedifferenz durch Berechnen eines Quotienten, welcher aus einer Differenz aus dem zweiten Spannungswert und dem ersten Spannungswert und einem Innenwiderstandswert des elektrischen Energiespeichers 20 gebildet wird, berechnet, wobei der Innenwiderstandswert ermittelt wird, indem aus einem die Eigenschaften des elektrischen Energiespeichers 20 repräsentierenden vordefinierten Kennlinienfeld ein mit der ermittelten Temperatur und dem ermittelten Ladezustand korrespondierender Innenwiderstandswert ausgewählt wird.
In einem Fall, in dem eine Abweichung zwischen der erwarteten Stromstärkedifferenz und einer gemessenen Stromstärkedifferenz aus dem zweiten Stromstärkewert und dem ersten Stromstärkewert einen vordefinierten Toleranzwert nicht überschreitet, wird im Schritt 500 durch die Auswerteeinheit 60 ein Plausibilisierungssignal S ausgeben, welches einen fehlerfreien Zustand der Strommessung auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens repräsentiert (Fehlerzustand ERR = 0).
In einem Fall, in dem eine Abweichung zwischen der erwarteten Stromstärkedifferenz und einer gemessenen Stromstärkedifferenz aus dem zweiten Stromstärkewert und dem ersten Stromstärkewert einen vordefinierten Toleranzwert überschreitet, wird stattdessen im Schritt 450 auf Basis einer Selbstdiagnosefunktionalität des Spannungssensors 30 und des Temperatursensors 40 eine Fehlerquelle (Stromsensor, Spannungssensor, Temperatursensor oder Kennlinienfeld) für die Abweichung zwischen der erwarteten und der gemessenen Stromstärkedifferenz ermittelt. Im Schritt 600 wird durch die Auswerteeinheit 60 in diesem Fall ein Plausibilisierungssignal S ausgeben, welches einen Fehlerzustand ERR der Strommessung auf Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens repräsentiert (Fehlerzustand ERR > 1). Zudem wird im Schritt 650 durch die Auswerteeinheit 60 die ermittelte Fehlerquelle signalisiert.
Claims
1. Verfahren zur Plausibilisierung einer Strommessung in einem Energiesystem aufweisend die Schritte:
• Ermitteln (100) eines Stroms mittels eines Stromsensors (10), der zwischen einem elektrischen Energiespeicher (20) eines Energiesystems und einem mit dem elektrischen Energiespeicher (20) verbundenen elektrischen Verbraucher (25) des Energiesystems fließt, wobei ein erster Stromstärkewert zu einem ersten Zeitpunkt ermittelt wird und ein zweiter Stromstärkewert zu einem zweiten Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem eine vordefinierte Mindestabweichung zum ersten Stromstärkewert vorliegt,
• Ermitteln (200) einer Spannung zwischen einem ersten Anschluss (22) und einem zweiten Anschluss (24) des elektrischen Energiespeichers (20) mittels eines Spannungssensors (30), wobei ein erster Spannungswert zum ersten Zeitpunkt und ein zweiter Spannungswert zum zweiten Zeitpunkt ermittelt wird,
• Ermitteln (300) einer Temperatur mittels eines Temperatursensors (40) und eines Ladezustandes des elektrischen Energiespeichers (20) zu einem dritten Zeitpunkt, wobei der dritte Zeitpunkt eine vordefinierte zulässige Zeitabweichung vom ersten Zeitpunkt oder vom zweiten Zeitpunkt nicht überschreitet,
• Ermitteln (400) einer erwarteten Stromstärkedifferenz durch Berechnen eines Quotienten, welcher aus einer Differenz aus dem zweiten Spannungswert und dem ersten Spannungswert und einem Innenwiderstandswert des elektrischen Energiespeichers (20) gebildet wird, wobei der Innenwiderstandswert ermittelt wird, indem aus einem die Eigenschaften des elektrischen Energiespeichers (20) repräsentierenden vordefinierten Kennlinienfeld ein mit der ermittelten Temperatur und dem ermittelten Ladezustand korrespondierender Innenwiderstandswert ausgewählt wird, und
• Signalisieren (500) einer erfolgreichen Plausibilisierung der Strommessung, sofern eine Abweichung zwischen der erwarteten
Stromstärkedifferenz und einer gemessenen Stromstärkedifferenz aus dem zweiten Stromstärkewert und dem ersten Stromstärkewert einen vordefinierten Toleranzwert nicht überschreitet, oder andernfalls Signalisieren (600) einer nicht erfolgreichen Plausibilisierung der Strommessung. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kennlinienfeld zusätzlich jeweilige Alterungszustände des elektrischen Energiespeichers (20) berücksichtigt und das Ermitteln des jeweiligen Innenwiderstandswertes zusätzlich in Abhängigkeit eines aktuellen Alterungszustandes des elektrischen Energiespeichers (20) erfolgt. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
• die Temperatur eine erste Temperatur ist, der Ladezustand ein erster Ladezustand ist und der dritte Zeitpunkt im Wesentlichen mit dem ersten Zeitpunkt übereinstimmt,
• eine zweite Temperatur und ein zweiter Ladezustand zu einem vierten Zeitpunkt ermittelt werden, welcher im Wesentlichen mit dem zweiten Zeitpunkt übereinstimmt,
• das Ermitteln der erwarteten Stromstärkedifferenz auf Basis einer resultierenden Temperatur erfolgt, die mittels einer ersten vordefinierten Berechnungsvorschrift aus der ersten Temperatur und der zweiten Temperatur berechnet wird, und
• das Ermitteln der erwarteten Stromstärkedifferenz auf Basis eines resultierenden Ladezustandes erfolgt, der mittels einer zweiten vordefinierten Berechnungsvorschrift aus dem ersten Ladezustand und dem zweiten Ladezustand berechnet wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
• der Spannungssensor (30) und/oder der Temperatursensor (40) über eine Selbstdiagnosefunktion verfügen,
• eine oder mehrere mögliche Fehlerquellen für eine Abweichung zwischen der erwarteten und der gemessenen Stromstärkedifferenz auf Basis jeweiliger Ergebnisse der Selbstdiagnosefunktion ermittelt (450) werden, und
• die ermittelten möglichen Fehlerquellen signalisiert (650) werden.
- 15 - Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
• der Spannungssensor (30) ein erster Spannungssensor ist und eine am ersten Spannungssensor vorliegende Spannung zusätzlich mittels eines zweiten Spannungssensors gemessen wird und/oder der Temperatursensor ein erster Temperatursensor (40) ist und eine am ersten Temperatursensor (40) vorliegende Temperatur zusätzlich mittels eines zweiten Temperatursensors (45) gemessen wird,
• eine oder mehrere mögliche Fehlerquellen für eine Abweichung zwischen der erwarteten und der gemessenen Stromstärkedifferenz auf Basis eines Abgleichs von Messwerten des ersten Spannungssensors und des zweiten Spannungssensors und/oder auf Basis eines Abgleichs von Messwerten des ersten Temperatursensors (40) und des zweiten Temperatursensors (45) ermittelt werden, und
• die ermittelten möglichen Fehlerquellen signalisiert werden. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei
• der elektrische Energiespeicher (20) eine Vielzahl von Energiespeichereinheiten (50) aufweist, und
• eine Plausibilisierung der Strommessung auf Basis einer Gesamtspannung über sämtliche Energiespeichereinheiten (50) oder auf Basis einer Spannung über einem Teil der Energiespeichereinheiten (50) des elektrischen Energiespeichers (20) erfolgt. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Plausibilisierung der Strommessung auf Basis einer Vielzahl aufeinanderfolgender Plausibilisierungsvorgänge erfolgt, deren jeweilige Ergebnisse vor einer Signalisierung des Plausibilisierungsergebnisses zu einem endgültigen Plausibilisierungsergebnis zusammengefasst werden und/oder für eine fortlaufende Plausibilisierung der Strommessung verwendet werden. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der elektrische Verbraucher (25) und die elektrische Energiequelle (20) zum ersten Zeitpunkt elektrisch getrennt und zum zweiten Zeitpunkt elektrisch
- 16 - verbunden sind. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Signalisierung verwendet wird, um
• einen Fehlerzustand (ERR) an einen Benutzer des Energiesystems auszugeben, und/oder
• das Energiesystem in einen sicheren Zustand zu überführen, und/oder
• eine Energieentnahme des elektrischen Verbrauchers (25) aus dem elektrischen Energiespeicher (20) zu reduzieren. Energiesystem aufweisend:
• einen elektrischen Energiespeicher (20) mit einem ersten Anschluss (22) und einem zweiten Anschluss (24),
• einen elektrischen Verbraucher (25),
• einen Stromsensor (10),
• einen Spannungssensor (30),
• einen Temperatursensor (40),
• eine Auswerteeinheit (60), und
• eine Speichereinheit (70) wobei die Auswerteeinheit (60) eingerichtet ist,
• einen Strom mittels des Stromsensors (10) zu ermitteln, der zwischen dem elektrischen Energiespeicher (20) des Energiesystems und dem mit dem elektrischen Energiespeicher (20) verbundenen elektrischen Verbraucher (25) des Energiesystems fließt, wobei ein erster Stromstärkewert zu einem ersten Zeitpunkt ermittelt wird und ein zweiter Stromstärkewert zu einem zweiten Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem eine vordefinierte Mindestabweichung zum ersten Stromstärkewert vorliegt,
• eine Spannung zwischen dem ersten Anschluss (22) und dem zweiten Anschluss (24) des elektrischen Energiespeichers (20) mittels des Spannungssensors (30) zu ermitteln, wobei ein erster Spannungswert zum ersten Zeitpunkt und ein zweiter Spannungswert zum zweiten Zeitpunkt ermittelt wird,
• eine Temperatur mittels des Temperatursensors (40) und einen Ladezustand des elektrischen Energiespeichers (20) zu einem dritten Zeitpunkt zu ermitteln, wobei der dritte Zeitpunkt eine vordefinierte
- 17 - zulässige Zeitabweichung vom ersten Zeitpunkt oder vom zweiten Zeitpunkt nicht überschreitet,
• eine erwartete Stromstärkedifferenz durch Berechnen eines Quotienten, welcher aus einer Differenz aus dem zweiten Spannungswert und dem ersten Spannungswert und einem Innenwiderstandswert des elektrischen Energiespeichers (20) gebildet wird zu ermitteln, wobei der Innenwiderstandswert (20) ermittelt wird, indem aus einem die Eigenschaften des elektrischen Energiespeichers (20) repräsentierenden vordefinierten Kennlinienfeld ein mit der ermittelten Temperatur und dem ermittelten Ladezustand korrespondierender Innenwiderstandswert ausgewählt wird, wobei das Kennlinienfeld in der Speichereinheit (70) abgelegt ist, die informationstechnisch mit der Auswerteeinheit (60) verbunden ist, und
• eine erfolgreiche Plausibilisierung der Strommessung zu signalisieren, sofern eine Abweichung zwischen der erwarteten Stromstärkedifferenz und einer gemessenen Stromstärkedifferenz aus dem zweiten Stromstärkewert und dem ersten Stromstärkewert einen vordefinierten Toleranzwert nicht überschreitet, oder andernfalls eine nicht erfolgreiche Plausibilisierung der Strommessung zu signalisieren. Energiesystem nach Anspruch 10, wobei die Auswerteeinheit (60) eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8 auszuführen.
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