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DE102010063054A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie Download PDF

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Publication number
DE102010063054A1
DE102010063054A1 DE102010063054A DE102010063054A DE102010063054A1 DE 102010063054 A1 DE102010063054 A1 DE 102010063054A1 DE 102010063054 A DE102010063054 A DE 102010063054A DE 102010063054 A DE102010063054 A DE 102010063054A DE 102010063054 A1 DE102010063054 A1 DE 102010063054A1
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DE
Germany
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vehicle battery
battery
state variable
vehicle
internal resistance
Prior art date
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Withdrawn
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DE102010063054A
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English (en)
Inventor
Gabor Barany
Martin Holger
Michael Wolf
Juergen Motz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
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    • G01R31/389—Measuring internal impedance, internal conductance or related variables
    • G—PHYSICS
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    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (10) zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie (20), wobei die zu ermittelnde Zustandsgröße mit einem aktuellen Ladezustand der Fahrzeugbatterie (20) korreliert. Erfindungsgemäß wird ein Stromimpuls mit einer definierten zeitlichen Länge erzeugt und in die Fahrzeugbatterie (20) eingespeist, wobei ein resultierender Spannungsverlauf erfasst und zur Bestimmung eines Innenwiderstands der Fahrzeugbatterie (20) als Zustandsgröße ausgewertet wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie von einer zugehörigen Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie.
  • Um ein zuverlässiges Start-Stopp-Management in einem Fahrzeug realisieren zu können, ist eine Batteriesensorik zur Batteriezustandserkennung erforderlich. Bei bekannten Systemen werden in der Regel passive Elemente, wie beispielsweise Shunt-basierte Systeme zur Strommessung oder Hall-Sensoren, zur Batteriezustandserkennung eingesetzt. Von einer solchen Batteriesensorik werden in der Regel verschiedene Messgrößen wie Strom, Spannung und Temperatur ermittelt und von einem zugehörigen Verfahren ausgewertet.
  • In der Offenlegungsschrift DE 10 2007 031 303 A1 werden beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer mit dem Batteriezustand korrelierenden Zustandsgrößer einer Kraftfahrzeugbatterie beschrieben. Das beschriebene Verfahren ermittelt die Zustandsgröße unter Verwendung eines selbstlernenden Batteriemodells. Bei der mit dem Batterieladezustand korrelierenden Zustandsgröße handelt es sich insbesondere um die Ruhespannung der Kraftfahrzeugbatterie.
  • In der Offenlegungsschrift EP 1 845 386 A2 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie beschrieben. Gemäß dem beschriebenen Verfahren wird ein Stromimpuls erzeugt und in die Fahrzeugbatterie eingespeist ein resultierender Spannungsverlauf erfasst. Aus dem erfassten Spannungsverlauf werden die erste und zweite mathematische Ableitung berechnet und zur Ermittlung des aktuellen Batteriezustands ausgewertet.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 bzw. 7 weisen demgegenüber den Vorteil auf, dass durch die aktive Anregung der Fahrzeugbatterie mit einem definierten Stromimpuls und der Auswertung der entsprechenden Spannungsantwort mit einem geringen Hardwareaufwand auf einfache und kostengünstige Weise der Innenwiderstand der Fahrzeugbatterie berechnet werden kann. Der berechnete aktuelle Innenwiderstand der Fahrzeugbatterie kann dann als Grundlage für weitergehende Berechnungen zur Ermittlung des aktuellen Batteriezustands verwendet werden.
  • In vorteilhafter Weise kann die erfindungsgemäße aktive Bestimmung. des Innenwiderstands der Fahrzeugbatterie regelmäßig durchgeführt werden, so dass für die weitergehenden Berechnungen immer der aktuelle Innenwiderstand der Fahrzeugbatterie zur Verfügung steht. Dadurch ist eine Temperaturmessung nicht mehr unbedingt erforderlich, so dass auf diese verzichtet werden kann. Die aktive Bestimmung des Innenwiderstand der Fahrzeugbatterie kann sowohl während der Aktiv-Phasen eines Start-Stopp-Betriebs des Fahrzeugs, aber auch grade während der Stopp-Phasen durchgeführt werden, so dass mit Hilfe der zugehörigen. Verfahren eine sehr zuverlässige Startfähigkeitsaussage möglich ist.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können durch die wesentlich reduzierte Hardware günstiger und einfacher implementiert werden und genügen trotzdem den Anforderungen eines zuverlässigen Start-Stopp-Managements.
  • Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie, welche mit einem aktuellen Ladezustand der Fahrzeugbatterie korreliert, umfasst eine Auswerte- und Steuereinheit und eine Batteriesensorik zur Erfassung einer aktuellen Batteriespannung. Erfindungsgemäß ist ein Pulsgenerator vorgesehen, welcher einen Stromimpuls mit einer definierten zeitlichen Länge erzeugt und in die Fahrzeugbatterie einspeist, wobei die Batteriesensorik einen resultierenden Spannungsverlauf erfasst und zur Auswertung an die Auswerte- und Steuereinheit überträgt, welche aus dem resultierenden Spannungsverlauf einen Innenwiderstand der Fahrzeugbatterie als Zustandsgröße bestimmt.
  • Unter der Auswerte- und Steuereinheit kann vorliegend ein elektrisches Gerät, das beispielsweise Teil eines Steuergeräts, insbesondere eines Batteriesteuergeräts ist, verstanden werden, welches erfasste Sensorsignale verarbeitet bzw. auswertet. Die Auswerte- und Steuereinheit kann mindestens eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Auswerte- und Steuereinheit beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie und der im unabhängigen Patentanspruch 7 angegebenen Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass der bestimmte Wert des Innenwiderstands der Fahrzeugbatterie zur Aktualisierung einer Ruhespannung der Fahrzeugbatterie verwendet werden kann, wobei der bestimmte Wert des Innenwiderstands der Fahrzeugbatterie und der aktualisierte Wert der Ruhespannung der Fahrzeugbatterie zur Ausgabe einer Startfähigkeitsschätzung während eines Start-Stopp-Betriebs des Fahrzeugs ausgewertet werden können. Die aus dem Stand der Technik bekannten Sensorkonzepte benötigen einen höheren Hardware-Aufwand zur Implementierung eines Start-Stopp-Managements im Fahrzeug und weisen Messgenauigkeiten und Funktionalitäten auf, welche für einzuverlässiges Start-Stopp-Management nicht erforderlich sind. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind vorzugweise für solche Start-Stopp-Anwendungen optimiert und können zu einem wesentlich geringeren Preis hergestellt werden. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, kostengünstige Start-Stopp-Systeme auch in Low-Cost-Fahrzeugen sicher zu implementieren.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Startfähigkeitsschätzung während einer Inbetriebnahmephase des Fahrzeugmotors und/oder einer Betriebsphase des Fahrzeugs durchgeführt werden, so dass mit Hilfe des zugehörigen Berechnungsverfahrens zu jedem Zeitpunkt des Fahrzeugbetriebs eine sehr zuverlässige Startfähigkeitsaussage möglich ist.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zur Erzeugung des definierten Stromimpulses eine definierte Last für eine vorgegebene Zeitspanne zugeschaltet werden. Diese Last kann beispielsweise in ein bestehendes Steuergerät integriert werden. Der zugehörige Auswertealgorithmus kann dann auch in diesem oder einem anderen Steuergerät ausgeführt werden. Alternativ kann die definierte Last in einem zusätzlichen Gerät untergebracht werden, unter Umständen zusammen mit dem zugehörigen Auswertealgorithmus. Als Last können alle dem Fachmann bekannten elektronischen Komponenten, wie beispielsweise Relais, Bipolartransistoren oder Feldeffekttransistoren (FETs) verwendet werden.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die definierte zeitliche Länge des erzeugten Stromimpulses aus einem Bereich von 0,1 ms bis 1 s, vorzugsweise aus einem Bereich von 1 ms bis 200 ms, gewählt werden. Eine zugehörige Amplitude des erzeugten Stromimpulses kann beispielsweise aus einem Bereich von 0 bis 100 A, vorzugsweise aus einem Bereich von 0 bis 20 A, gewählt werden. Des Weiteren können mehrere aufeinander folgende Stromimpulse mit vorgegebenen regelmäßigen und/oder zufälligen zeitlichen Abständen erzeugt werden.
  • Für eine verbesserte Zuverlässigkeit und ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis können zur Erzeugung der Stromimpulse unterschiedliche, dem Fachmann bekannte Algorithmen, wie beispielsweise PRBS (Pseudo Random Binary Sequence) verwendet werden. Insgesamt ergibt sich durch die zusätzliche definierte Last der Vorteil, dass keine zusätzliche Strommessung erforderlich ist. Zur Messung der resultierenden Spannung kann eine ohnehin im Steuergerät verfügbare Spannungsmessung genutzt werden. Da lediglich ein Spannungsunterschied ausgewertet wird stören zusätzliche Lasten im Bordnetz durch Verbraucher bei der Ermittlung des Innenwiderstands der Fahrzeugbatterie nicht, solange sich die Werte der Lasten während der kurzen Messdauer nicht ändern.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung aktualisiert die Auswerte- und. Steuereinheit mit dem berechneten Wert des Innenwiderstands der Fahrzeugbatterie die Ruhespannung der Fahrzeugbatterie, wobei die Auswerte- und Steuereinheit den bestimmten Wert des Innenwiderstands der Fahrzeugbatterie und den aktualisierten Wert der Ruhespannung der Fahrzeugbatterie zur Abschätzung und Ausgabe einer Startfähigkeit der Fahrzeugbatterie während eines Start-Stopp-Betriebs des Fahrzeugs auswertet, wobei die Auswerte- und Steuereinheit die Startfähigkeitsschätzung während einer Inbetriebnahmephase und/oder einer Betriebsphase des Fahrzeugs durchführt.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst der Pulsgenerator eine elektronische Komponente mit einer definierten Last und eine Schalteinrichtung, wobei der Pulsgenerator zur Erzeugung des definierten Stromimpulses die elektronische Komponente mit der definierten Last für eine vorgegebene Zeitspanne in das Bordnetz zuschaltet. Die elektronische Komponente mit der definierten Last ist beispielsweise als Relais und/oder Bipolartransistor und/oder Feldeffekttransistor ausgeführt.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Fahrzeugbordnetzes mit einem Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie.
  • 2 zeigt ein detaillierteres Blockdiagramm des Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie aus 1.
  • 3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie.
  • 4 zeigt ein Diagramm mit einer Stromkennlinie und einer Spannungskennlinie.
  • 5 zeigt ein schematisches Diagramm von Eingabe- und Ausgabegrößen eines Berechnungsblocks zur Ermittlung einer aktuellen Ruhespannung als Zustandsgröße der Fahrzeugbatterie.
  • 6 zeigt ein schematisches Diagramm von Eingabe- und Ausgabegrößen des Berechnungsblocks zur Schätzung des aktuellen Zustands (SOC) bzw. der Startfähigkeit (SOF) der Fahrzeugbatterie.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Ermittlung eines Batteriezustands bekannt, bei welchen unter Verwendung der mit der Batterie kontaktierten Batteriesensorik ein Batterieladezustand (SOC: State of Charge) und/oder eine Startfähigkeit der Batterie (SOF: State of Function) ermittelt werden können. Im Rahmen der Batteriezustandsermittlung werden häufig Verfahren zur Abschätzung der Ruhespannung der Batterie eingesetzt. Die Ruhespannung der Batterie ist als stationäre Spannung definiert, welche sich bei einer unbelasteten Batterie bei 25°C nach sehr langer Zeit einstellt. Da die Ruhespannung bestimmte Randbedingungen voraussetzt, kann sie in bestimmten Anwendungsgebieten, wie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, aufgrund von Polarisationseffekten durch vorhandene Ruheströme, Störungen durch Temperaturänderungen und einer nicht ausreichenden Ruhepause zum Einstellen der Ruhespannung, nicht direkt gemessen werden.
  • 1 zeigt ein Fahrzeugbordnetz 1 mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie 20, und 2 zeigt das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie aus 1.
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Bordnetz 1, eine Fahrzeugbatterie 20 mit einem Pluspol 22 und einem Minuspol 24, einen Starter 30, einen Generator 40, mit dem Bordnetz verbundene Verbraucher, die zu einem Block 50 zusammengefasst sind, und eine als Steuergerät ausgeführte Vorrichtung 10 zur Ermittlung einer Zustandsgröße der Fahrzeugbatterie 20.
  • Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst die als Steuergerät ausgeführte Vorrichtung 10 zur Ermittlung einer Zustandsgröße der Fahrzeugbatterie 20 eine Auswerte- und Steuereinheit 10 und eine Batteriesensorik 16 zur Erfassung einer aktuellen Batteriespannung Ubatt. Die ermittelte Zustandsgröße Ri, U0 korreliert mit einem aktuellen Ladezustand der Fahrzeugbatterie 20. Erfindungsgemäß ist ein Pulsgenerator 14 vorgesehen, welcher einen Stromimpuls IP mit einer definierten zeitlichen Länge erzeugt und in die Fahrzeugbatterie 20 einspeist, wobei die Batteriesensorik 16 einen resultierenden Spannungsverlauf Ures erfasst und zur Auswertung an die Auswerte- und Steuereinheit 12 überträgt, welche aus dem resultierenden Spannungsverlauf Ures einen Innenwiderstand Ri der Fahrzeugbatterie 20 als Zustandsgröße bestimmt.
  • Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, verwendet die Auswerte- und Steuereinheit 12 einen ersten Auswertealgorithmus 12.1, um den Innenwiderstand Ri der Fahrzeugbatterie 20 während einer Inbetriebnahmephase zu ermitteln, und einen zweiten Auswertealgorithmus 12.2, um den Innenwiderstand Ri während einer Betriebsphase des Fahrzeugs zu ermitteln. Des Weiteren weist die Auswerte- und Steuereinheit 12 einen Berechnungsblock 12.3 auf, um aus dem ermittelten aktuellen Wert des Innenwiderstands Ri der Fahrzeugbatterie 20 eine Ruhespannung U0 der Fahrzeugbatterie 20 zu aktualisieren. Der Berechnungsblock 12.3 der Auswerte- und Steuereinheit 12 wertet den bestimmten Wert des Innenwiderstands Ri der Fahrzeugbatterie 20 und den aktualisierten Wert der Ruhespannung U0akt der Fahrzeugbatterie 20 zur Abschätzung und Ausgabe einer Startfähigkeit SOF, SOC der Fahrzeugbatterie 20 während eines Start-Stopp-Betriebs des Fahrzeugs aus.
  • Der Pulsgenerator 14 umfasst eine elektronische Komponente mit einer definierten Last und eine Schalteinrichtung, welche beispielsweise als Relais und/oder Bipolartransistor und/oder Feldeffekttransistor ausgeführt sind. Zur Erzeugung des definierten Stromimpulses IP schaltet der Pulsgenerator 14 die elektronische Komponente mit der definierten Last für eine vorgegebene Zeitspanne in das Bordnetz 1.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie 10. Hierbei korreliert die zu ermittelnde Zustandsgröße Ri, U0 mit einem aktuellen Ladezustand der Fahrzeugbatterie 20.
  • Wie aus 3 ersichtlich ist, wird erfindungsgemäß in einem Schritt S10 ein Stromimpuls IP mit einer definierten zeitlichen Länge erzeugt und in die Fahrzeugbatterie 20 eingespeist. In einem Schritt S20 wird ein resultierender Spannungsverlauf Ures erfasst und im Schritt S30 zur Bestimmung des Innenwiderstands Ri der Fahrzeugbatterie 20 als Zustandsgröße ausgewertet. Des Weiteren wird im dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Schritt S40 der bestimmte Wert des Innenwiderstands Ri der Fahrzeugbatterie 20 zur Aktualisierung der Ruhespannung U0 der Fahrzeugbatterie 20 verwendet. Im Schritt S50 werden der bestimmte Wert des Innenwiderstands Ri der Fahrzeugbatterie 20 und der aktualisierte Wert der Ruhespannung U0akt der Fahrzeugbatterie 20 zur Schätzung der Startfähigkeit SOF, SOC des Fahrzeugs während eines Start-Stopp-Betriebs ausgewertet. Im Schritt S60 wird das Ergebnis der Startfähigkeitsschätzung des Fahrzeugs zur weiteren Verarbeitung ausgegeben. So kann beispielsweise ein positives Ergebnis der Startfähigkeitsschätzung, d. h. der Zustand der Fahrzeugbatterie 20 erlaubt einen Start-Stopp-Betrieb, dazu verwendet werden, das Start-Stopp-Management des Fahrzeugs zu aktiveren. Ein negatives Ergebnis der Startfähigkeitsschätzung, d. h. der Zustand der Fahrzeugbatterie 20 erlaubt keinen Start-Stopp-Betrieb, kann dann dazu verwendet werden, das Start-Stopp-Management des Fahrzeugs zu deaktivieren.
  • 4 zeigt ein Diagramm mit einer Stromkennlinie Ibatt und einer Spannungskennlinie Ubatt.
  • Wie aus 4 ersichtlich ist, sind dem Stromverlauf Ibatt während einer links im Diagramm dargestellten Inbetriebnahmephase mehrere (4) Stromimpulse IP überlagert. Entsprechend ist der resultierende Spannungsverlauf Ures als mehrere (4) Spannungsimpulse dargestellt, welche dem Spannungsverlauf Ubatt überlagert sind. Während einer rechts im Diagramm dargestellten Betriebsphase des Fahrzeugs sind dem Stromverlauf Ibatt mehrere (5) Stromimpulse IP überlagert. Entsprechend ist der resultierende Spannungsverlauf Ures als mehrere (5) Spannungsimpulse dargestellt, welche dem Spannungsverlauf Ubatt überlagert sind. Zur Erzeugung der definierten Stromimpulse IP kann, wie oben bereits ausgeführt ist, eine definierte Last für eine vorgegebene Zeitspanne zugeschaltet werden.
  • Wie aus 4 weiter ersichtlich ist, kann die definierte zeitliche Länge der erzeugten Stromimpulse IP aus einem Bereich von 0,1 ms bis 1 s, vorzugsweise aus einem Bereich von 1 ms bis 200 ms, gewählt werden, und eine Amplitude der erzeugten Stromimpulse IP kann aus einem Bereich von 0 bis 100 A, vorzugsweise aus einem Bereich von 0 bis 20 A, gewählt werden. Die mehreren aufeinander folgenden Stromimpulse IP können mit vorgegebenen regelmäßigen und/oder zufälligen zeitlichen Abständen erzeugt werden.
  • 5 zeigt Eingabe- und Ausgabegrößen IN, OUT des Berechnungsblocks 12.3 der Vorrichtung 10 zur Ermittlung einer aktuellen Ruhespannung als Zustandsgröße der Fahrzeugbatterie.
  • Wie aus 5 ersichtlich ist, dienen als Eingabegrößen IN des Berechnungsblocks 12.3 der bestimmte aktuelle Innenwiderstand Ri der Fahrzeugbatterie 20, ein bei 25°C ermittelter auf 100% Ladezustand (SOC) normierter Innenwiderstand Ri025 der Fahrzeugbatterie 20 und eine gespeicherte Ruhespannung U0. Wie aus 5 weiter ersichtlich ist, kann basierend auf dem ermittelten aktuellen Innenwiderstand Ri der Fahrzeugbatterie 20 und dem normierten Innenwiderstand Ri025 eine Differenz des Innenwiderstands Ri der Fahrzeugbatterie 20 bestimmt werden. Aus der ermittelten Differenz des Innenwiderstands Ri der Fahrzeugbatterie 20 und der gespeicherten Ruhespannung U0 kann dann beispielsweise unter Verwendung eines Kennlinienfeldes die Differenz der Ruhespannung ΔU0 bzw. die aktuelle Ruhespannung U0akt ermittelt und als Ausgabegröße OUT zur Weiterverarbeitung ausgegeben werden.
  • 6 zeigt Eingabe- und Ausgabegrößen IN, OUT des Berechnungsblocks 12.3 zur Schätzung des aktuellen Zustands (SOC) bzw. der Startfähigkeit (SOF) der Fahrzeugbatterie 20.
  • Wie aus 6 ersichtlich ist, dienen als Eingabegrößen IN des Berechnungsblocks 12.3 der bestimmte aktuelle Innenwiderstand Ri der Fahrzeugbatterie 20, und die aktuelle Ruhespannung U0akt. Wie aus 6 weiter ersichtlich ist, kann basierend auf dem ermittelten aktuellen Innenwiderstand Ri der Fahrzeugbatterie 20 und der aktuellen Ruhespannung U0 beispielsweise unter Verwendung eines Kennlinienfeldes der aktuelle Ladezustand SOC bzw. die aktuelle Startfähigkeit SOF der Fahrzeugbatterie 20 ermittelt werden. Liegt der aktuelle Ladezustand SOC bzw. die aktuelle Startfähigkeit SOF der Fahrzeugbatterie 20 in einem ersten Bereich OK, dann wird ein positives Ergebnis der Startfähigkeitsschätzung als Ausgabegröße OUT ausgegeben, da der Zustand der Fahrzeugbatterie 20 einen Start-Stopp-Betrieb des Fahrzeugs erlaubt. Liegt der aktuelle Ladezustand SOC bzw. die aktuelle Startfähigkeit SOF der Fahrzeugbatterie 20 in einem zweiten Bereich NOK, dann wird ein negatives Ergebnis der Startfähigkeitsschätzung als Ausgabegröße OUT ausgegeben, da der Zustand der Fahrzeugbatterie 20 keinen Start-Stopp-Betrieb des Fahrzeugs erlaubt.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind durch die wesentlich reduzierte Hardware günstiger und einfacher herstellbar und genügen trotzdem den Anforderungen eines zuverlässigen Start-Stopp-Managements. Das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung beruht auf einem „aktiven Batteriesensor”, der eine aktive Anregung der Batterie 20 oder eines Akkumulators, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform einer Starterbatterie (Akkumulator) in einem Fahrzeug, mit einem definierten Stromimpuls IP bewirkt und die entsprechende Spannungsantwort der Batterie bzw. des Akkumulators auswertet. Um einen definierten Stromimpuls aufbringen zu können ist entweder ein definierter Verbraucher erforderlich, der gezielt zugeschaltet werden kann oder in einer besonders bevorzugten Ausführungsform eine definierte Last, die zusätzlich in das System integriert wird. Diese Last kann beispielsweise in ein bestehendes Steuergerät integriert werden. Der zugehörige Algorithmus für die Auswertung kann dann entsprechend auch in diesem oder einem anderen Steuergerät ausgeführt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die definierte Last und/oder der zugehörige Auswertealgorithmus in einem zusätzlichen Gerät untergebracht werden. Alle Komponenten in den oben beschriebenen Ausführungsformen können beispielsweise über dem Fachmann bekannte Schnittstellentechniken, wie beispielsweise über CAN, LIN, PWM oder Analog miteinander kommunizieren. Als Last können alle dem Fachmann bekannten elektronischen Komponenten verwendet werden. Die Last sollte einen Bereich von 0 bis 100 A, besonders bevorzugt von 0 bis 20 A abdecken. Die aufgeprägten Pulse zur Analyse der Batterie sollten eine zeitliche Länge von Millisekunden bis Sekunden haben, besonders bevorzugt 1 bis 200 ms. Für eine verbesserte Zuverlässigkeit und ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis können hier unterschiedliche, dem Fachmann bekannte Algorithmen zur Erzeugung der Stromimpulse verwendet werden, wie z. B. PRBS (Pseudo Random Binary Sequence). Durch die definierte Last ist keine zusätzliche Strommessung erforderlich. Als Spannungsmessung kann direkt die ohnehin verfügbare Spannungsmessung im Motorsteuergerät genutzt werden. Zusätzliche Lasten durch Verbraucher stören hierbei nicht, solange sie sich während der kurzen Messdauer nicht ändern, da lediglich eine Spannungsdifferenz ausgewertet wird.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können als Schaltung, Vorrichtung, Verfahren, Datenverarbeitungsprogramm mit Programmcodemitteln und/oder als Computerprogrammprodukt realisiert werden. Entsprechend kann die vorliegende Erfindung vollständig als Hardware und/oder als Software und/oder als Kombination aus Hardware- und/oder Softwarekomponenten ausgeführt werden. Zudem kann die vorliegende Erfindung als Computerprogrammprodukt auf einem computernutzbaren Speichermedium mit computerlesbarem Programmcode ausgeführt werden, wobei verschiedene computerlesbare Speichermedien wie Festplatten, CD-ROMs, optische oder magnetische Speicherelemente usw. benutzt werden können.
  • Die computernutzbaren oder computerlesbaren. Medien können beispielsweise elektronische, magnetische, optische, elektromagnetische Infrarot- oder Halbleitersysteme, Vorrichtungen, Geräte oder Verbreitungsmedien umfassen. Zudem können die computerlesbaren Medien eine elektrische Verbindung mit einer oder mehreren Leitungen, eine tragbare Computerdiskette, einen Speicher mit direktem Zugriff (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen löschbaren und programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM oder Flashspeicher, eine optischen Leitung und eine tragbare CD-ROM umfassen. Das computernutzbare oder das computerlesbare Medium kann sogar Papier oder ein anderes geeignetes Medium sein, auf welchem das Programm geschrieben ist, und von welchem es, beispielsweise durch einen optischen Abtastvorgang des Papiers oder des anderen Mediums elektrisch erfassbar ist, dann kompiliert, interpretiert oder falls erforderlich auf andere Weise verarbeitet und dann im Computerspeicher gespeichert werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007031303 A1 [0003]
    • EP 1845386 A2 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fahrzeugbatterie, wobei die zu ermittelnde Zustandsgröße (Ri, U0) mit einem aktuellen Ladezustand der Fahrzeugbatterie (20) korreliert, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromimpuls (IP) mit einer definierten zeitlichen Länge erzeugt und in die Fahrzeugbatterie (20) eingespeist wird, wobei ein resultierender Spannungsverlauf (Ures) erfasst und zur Bestimmung eines Innenwiderstands (Ri) der Fahrzeugbatterie (20) als Zustandsgröße ausgewertet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Wert des Innenwiderstands (Ri) der Fahrzeugbatterie (20) zur Aktualisierung einer Ruhespannung (U0) der Fahrzeugbatterie (20) verwendet wird, wobei der bestimmte Wert des Innenwiderstands (Ri) der Fahrzeugbatterie (20) und der aktualisierte Wert der Ruhespannung (U0akt) der Fahrzeugbatterie (20) zur Ausgabe einer Startfähigkeitsschätzung (SOC, SOF) während eines Start-Stopp-Betriebs des Fahrzeugs ausgewertet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Startfähigkeitsschätzung während einer Inbetriebnahmephase und/oder einer Betriebsphase des Fahrzeugs durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des definierten Stromimpulses (IP) eine definierte Last für eine vorgegebene Zeitspanne zugeschaltet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte zeitliche Länge des erzeugten Stromimpulses (IP) aus einem Bereich von 0,1 ms bis 1 s, vorzugsweise aus einem Bereich von 1 ms bis 200 ms, gewählt wird, und eine Amplitude des erzeugten Stromimpulses (IP) aus einem Bereich von 0 bis 100 A, vorzugsweise aus einem Bereich von 0 bis 20 A, gewählt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere aufeinander folgende Stromimpulse (IP) mit vorgegebenen regelmäßigen und/oder zufälligen zeitlichen Abständen erzeugt werden.
  7. Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße einer Fehrzeugbaterie mit einer Auswerte- und Steuereinheit (10) und einer Batteriesensorik (16) zur Erfassung einer aktuellen Batteriespannung (Ubatt), wobei die zu ermittelnde Zustandsgröße (Ri, U0) mit einem aktuellen Ladezustand der Fahrzeugbatterie (20) korreliert, gekennzeichnet durch einen Pulsgenerator (14), welcher einen Stromimpuls (IP) mit einer definierten zeitlichen Länge erzeugt und in die Fahrzeugbatterie (20) einspeist, wobei die Batteriesensorik (16) einen resultierenden Spannungsverlauf (Ures) erfasst und zur Auswertung an die Auswerte- und Steuereinheit (12) überträgt, welche aus dem resultierenden Spannungsverlauf (Ures) einen Innenwiderstand (Ri) der Fahrzeugbatterie (20) als Zustandsgröße bestimmt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (12) mit dem berechneten Wert des Innenwiderstands (Ri) der Fahrzeugbatterie (20) eine Ruhespannung (U0) der Fahrzeugbatterie (20) aktualisiert, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (12) den bestimmten Wert des Innenwiderstands (Ri) der Fahrzeugbatterie (20) und den aktualisierten Wert der Ruhespannung (U0akt) der Fahrzeugbatterie (20) zur Abschätzung und Ausgabe einer Startfähigkeit der Fahrzeugbatterie (20) während eines Start-Stopp-Betriebs des Fahrzeugs auswertet, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (12) die Startfähigkeitsschätzung (SOC, SOF) während einer Inbetriebnahmephase und/oder einer Betriebsphase des Fahrzeugs durchführt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulsgenerator (14) eine elektronische Komponente mit einer definierten Last und eine Schalteinrichtung umfasst, wobei der Pulsgenerator (14) zur Erzeugung des definierten Stromimpulses (IP) die elektronische Komponente mit der definierten Last für eine vorgegebene Zeitspanne in das Bordnetz (1) zuschaltet.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Komponente mit der definierten Last als Relais und/oder Bipolartransistor und/oder Feldeffekttransistor ausgeführt ist.
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