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WO2020089044A1 - Verfahren und vorrichtung zur erkennung eines defekts einer batterie in einem niederspannungsbordnetz eines elektrofahrzeugs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur erkennung eines defekts einer batterie in einem niederspannungsbordnetz eines elektrofahrzeugs Download PDF

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WO2020089044A1
WO2020089044A1 PCT/EP2019/079083 EP2019079083W WO2020089044A1 WO 2020089044 A1 WO2020089044 A1 WO 2020089044A1 EP 2019079083 W EP2019079083 W EP 2019079083W WO 2020089044 A1 WO2020089044 A1 WO 2020089044A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
voltage
electric vehicle
defect
low
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/079083
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harald Paulhart
Andreas HOESER
Ulrich Foerch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2020089044A1 publication Critical patent/WO2020089044A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B60L3/0023—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train
    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • 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 for detecting a defect in a battery in a low-voltage electrical system of an electric vehicle.
  • NSP-BN battery Low-voltage electrical system battery (NSP-BN battery), mostly 12V or 24V nominal voltage instead. If the vehicle is started successfully, it can be assumed that the NSP-BN battery is OK. If the NSP-BN battery is defective or worn, the vehicle will no longer start because the NSP-BN battery is no longer able to provide the required power for the starter (starter). The vehicle remains in a safe state (the engine does not start) and can no longer be moved. The driver can clearly see that the vehicle or the NSP-BN battery must be checked in a workshop.
  • the electric vehicle can also be started with an almost defective or worn NSP-BN battery, since the currents required during the starting process of an electric vehicle are relatively low and shortly after the starting of the electric vehicle, the low-voltage electrical system of the electric vehicle through the DC / DC converter is supported or supplied.
  • This has the disadvantage that a defective NSP-BN battery, for example 12V, is only recognized when it is finally defective. In the worst case, a defective NSP-BN battery is not recognized and, if the DC / DC converter fails at the same time, the NSP-BN breaks in. This can be critical
  • Circuit arrangements for checking an operating state of a battery are known, for example, from DE 10 2014 003309 Al.
  • the present invention provides a method and a device for detecting a defect in a battery in a low-voltage electrical system of an electric vehicle according to independent claims 1 and 10, respectively.
  • the present invention provides a method for detecting a defect in a battery in a low-voltage electrical system of an electric vehicle, with a first step of applying an electrical consumer of the electrical vehicle to the low-voltage electrical system.
  • the method further comprises the second step of detecting a resulting one
  • the method further comprises the third step of determining the defect when the detected voltage drop occurs
  • the present invention provides a device for detecting a defect in a battery in a low-voltage electrical system of an electric vehicle, with a control device, a switching device, an electrical consumer and a voltage sensor, which is designed such that an electrical consumer is switched by a switching device with a battery Low-voltage electrical system of the electric vehicle is electrically connected and the switching device is actuated via a control device. Furthermore, a resulting voltage drop in the battery of the low-voltage electrical system is detected with a voltage sensor and a defect in the battery is determined if the detected voltage drop meets a predetermined criterion. Furthermore, the present invention provides a computer program product according to independent claim 9.
  • the present invention relates to a computer program product with a program code stored on a machine-readable carrier
  • the computer program product can be executed with a control device.
  • the control device can be an electrical control unit
  • Vehicle comprising a processor and a memory.
  • control device can be a microcontroller or a computer.
  • the method and the device for detecting a defect in a battery according to the present invention enable existing components in electric vehicles to be used for diagnosing the NS P-BN battery. Even before the low-voltage on-board electrical system (NSP-BN) is supported by the DC / DC converter, a previously defined load, for example an electrical consumer of the electric vehicle, can be applied to the NS P-BN battery in order to detect a possible defect in the NSP -BN- to recognize battery.
  • the 12V consumers in an electric vehicle can be used as an electrical load, in which a measurable and correspondingly noticeable drop in voltage occurs,
  • existing electrical consumers and / or controllable loads for example bidirectional DC / DC converters, advantageously offer the possibility of identifying relevant properties of the battery during a start or over a sequence of several starts. These include the state of health (SOH) and the state of charge (SOC) of the battery. This can be used, on the one hand, to predict the future Battery behavior and on the other hand to derive remedial measures, for example battery training, controlled cycling and the creation of defined loading / unloading profiles.
  • SOH state of health
  • SOC state of charge
  • existing voltage sensors of the electric vehicle for example the voltage sensors of the vehicle control units or the DC / DC converter, are advantageously used individually or in combination in order to detect a voltage drop beyond a predetermined criterion and thus to determine a defect in the battery .
  • the method and the device according to the present invention can also be used for batteries with a 24V or 48V nominal voltage.
  • the battery of the electric vehicle can be dimensioned smaller and scarcer, since a defect in the battery is determined before the electric vehicle starts and thus the previously required remaining capacities of the battery, as a reserve for safe operation of the electric vehicle, are no longer are necessary.
  • the NS P-BN battery is advantageously diagnosed reliably, thus ensuring the necessary redundancy of the 12 V voltage supply. This ensures that in the event of a failure if the previous defect of the 12V battery is not recognized, the function of electrical braking and steering support and possibly other important vehicle functions do not cease to apply.
  • Increased wear can also be diagnosed and displayed to the vehicle driver. An early replacement of the 12V Batteries take place and the number of technical downtimes and non-starting vehicles are greatly reduced. The increased wear occurs when the battery has reached the end of its useful life and needs to be replaced.
  • the first step and the second step are repeated at least one more time and the defect in the battery is determined in the third step if the voltage drop repeatedly fulfills the predetermined criterion.
  • This embodiment is advantageous in that the state of the battery and thus the wear and / or the defect can also be determined via a trend.
  • the defect in the battery of the low-voltage electrical system is determined before the electric vehicle is started.
  • This embodiment is advantageous in that a defect in the battery can be determined before the electric vehicle is started and thus before the start of use. Critical driving situations due to the failure of the battery while driving can be better avoided.
  • the defect in the battery of the low-voltage electrical system is determined after a DC / DC converter of the electric vehicle has been switched off.
  • This embodiment is advantageous in that the battery of the electric vehicle can be checked even with a long driving cycle time.
  • the defect in the battery of the low-voltage on-board electrical system is determined during a diagnostic phase and the predetermined criterion includes a break-in and a recovery
  • Voltage represents the condition and thus possible wear of the battery.
  • the electrical consumer of the electric vehicle is applied to the low-voltage electrical system in a pulsed manner.
  • This embodiment is advantageous in that the battery of the electric vehicle can be tested more gently and has a longer service life.
  • This embodiment is advantageous in that the battery of the electric vehicle is worn out but still provides power that the wear and tear of the battery is signaled to the vehicle driver and he initiates appropriate measures, for example, to have the battery replaced before a defect occurs in the battery.
  • the drive of the electric vehicle is deactivated when the detected voltage drop fulfills a predetermined criterion.
  • This embodiment is advantageous in that if a defect of the battery is determined, the further use of the electric vehicle
  • the wear of the battery is determined, the voltage drops in the battery being recorded over the service life of the battery.
  • the state of health of the battery can thus advantageously be determined over the period of use.
  • Fig. 1 is a schematic representation for explaining a device 10 for detecting a defect in a battery B in one
  • Fig. 2 is a schematic representation for explaining a method for detecting a defect of a battery B in one
  • Fig. 3 is a schematic representation for explaining a first
  • Fig. 4 is a schematic representation for explaining a second
  • Fig. 5 is a schematic representation for explaining a third
  • FIG. 1 is a schematic illustration for explaining a device 10 for detecting a defect in a battery B in a low-voltage electrical system of an electric vehicle.
  • reference symbol SC denotes a switching device which is connected to a battery B, typically a 12V low-voltage on-board electrical system battery (NSP-BN battery).
  • the switching device SC is set up in such a way that an electrical consumer L, preferably an existing electrical component of the electric vehicle with the battery B des
  • Voltage drop can be generated, for example the
  • the switching device SC is connected to a control device ST.
  • the control device ST actuates the switching device SC.
  • the device 10 is also set up to connect a voltage sensor V in parallel to the electrical load L in order to detect a resulting voltage drop in the battery B of the low-voltage electrical system (NSP-BN).
  • a voltage drop is to be understood as the no longer possible possibility of providing battery B with current. This depends on the switched electrical load L and on the nominal voltage of the battery B.
  • the device 10 is also set up to determine the defect of the battery B when the detected voltage range meets a predetermined criterion.
  • the predetermined criterion depends on the battery B used in the low-voltage electrical system of the electric vehicle.
  • the device 10 can be used to determine a defect in batteries B with a nominal voltage of 12V, 24V and 48V.
  • the device 10 of the present invention makes it possible to reliably diagnose a defect of the battery B in the NSP-BN, for example a short circuit, a worn battery B due to the service life, deep discharge or damage due to thermal stress, without using an intelligent battery sensor as a voltage sensor V or an additional electrical consumer L must be installed in the electric vehicle. If a defect in the battery is found, the vehicle can be brought into a safe state, for example the drive torque is denied. Furthermore, the defect can be shown to the vehicle driver, for example in a head-up display or on a multifunctional display of the electric vehicle.
  • the DC / DC converter can be switched off in support of the 12V battery B in the case of electric vehicles with a long driving cycle time and which have a high power consumption. This would have the consequence that all of the electrical consumers L that are switched on are supplied by the battery B and cause a voltage drop in the battery B. Diagnosis D can thus also be carried out while the vehicle is stationary by switching off the charging function of the DC / DC converter. This is possible as long as there are no objections to safety, for example the danger to other road users.
  • the diagnosis to be carried out with existing electrical consumers L can be carried out in pulse form, similar to a start pulse for conventional starters, in which a high maximum current flows in the order of a few 10 ms, or as quasi-steady state diagnosis with rather medium currents over a somewhat longer period.
  • the length of the pulse depends on the amplitude of the voltage dip that can be achieved with the electrical loads L.
  • FIG. 2 is a schematic illustration for explaining a method for detecting a defect in a battery B in a low-voltage electrical system of an electric vehicle. The method for detecting a defect in a battery B in a
  • Low-voltage on-board electrical system of an electric vehicle comprises, before starting the electric vehicle, a defined electrical consumer L of the electric vehicle is applied to the low-voltage on-board electrical system of the electric vehicle in a first step S1.
  • Consumer L can be, for example, a bidirectional DC / DC converter, the rear window heater or seat heater of the electric vehicle.
  • the voltage on the 12V side of battery B will drop or decrease by a certain value.
  • the value of the voltage dip depends on the system and the load.
  • the voltage drop in battery B of the low-voltage electrical system is caused by a
  • the voltage sensor V detected in a second step S2.
  • the voltage sensor V is preferably an existing voltage sensor V of the DC / DC converter or a vehicle control unit and can be used individually or in combination to determine the voltage dip.
  • the detected voltage drop fulfills a specified criterion, it can be assumed that the battery B is defective.
  • the defect of the battery B is determined in a third step S3. If there is a defect, the vehicle start can be stopped or the electric vehicle can be switched to a safe state (drive without function) and this can be signaled to the driver.
  • Fig. 3 is a schematic illustration for explaining a first
  • the schematic illustration is divided into three voltage ranges 11, 12 and 13.
  • the voltage range 11 is the first voltage range in which the battery B is rated as working.
  • the second voltage range 12 is the voltage range at which the battery B is rated as worn.
  • the third voltage range 13 is the
  • Voltage drop does not exceed the first voltage range 11, as a predetermined criterion for a functioning battery B.
  • the battery recovers within the diagnostic phase. For the battery B according to the first voltage curve 1 in FIG. 3, no defect is thus determined and the battery B is rated as OK.
  • the voltage ranges 11, 12 and 13 must be adjusted according to the nominal voltage of the battery used (12V, 24V, 48V).
  • Diagnostic phase D recovers when the electrical consumer L is disconnected from the NSP-BN of the electric vehicle.
  • the predefined criterion thus indicates the maximum amplitude of the voltage drop and the duration (diagnosis phase) of the voltage drop until the maximum amplitude is reached and the battery B is recovered until the voltage that is still possible is reached.
  • Fig. 4 is a schematic illustration for explaining a second
  • FIG 4 shows the second voltage curve 2 during the diagnosis D of a battery B, in particular in the case of a worn battery B.
  • a defined electrical consumer L is switched by the switching device SC into the NSP-BN of the electric vehicle.
  • the second voltage curve 2 exhibits a voltage dip within the diagnosis phase D. The voltage drop exceeds the first
  • the voltage of the battery B recovers and reaches the first voltage range 11.
  • This diagnosis can be carried out repeatedly over several measurements. If the second voltage range 12 is repeatedly reached during the diagnosis, it can be assumed that the battery B is worn out. In this scenario, further use of the electric vehicle is not prohibited. The driver is advised, for example, that he should go to a workshop with the electric vehicle, since the worn-out battery B threatens to keep the electric vehicle at a standstill.
  • the battery B is rated as worn out if the second voltage range 12 is reached in two successive diagnoses.
  • the battery B is rated as worn out if the second voltage range 12 is repeatedly reached in the case of successive diagnoses, determined by a counter.
  • the counter value of the counter can be reset to its starting value by reaching the first voltage range 11, so that the counting for the repeated diagnosis begins again. Only when the defined meter reading is reached is the vehicle driver warned and / or the electric vehicle is put into the safe state (drive without function).
  • FIG. 5 is a schematic illustration for explaining a third one
  • FIG. 5 shows the third voltage curve 3 during the diagnosis D of a battery B, in particular in the case of a defective battery B.
  • a defined electrical consumer L is switched by the switching device SC into the NSP-BN of the electric vehicle.
  • the third course of tension 3 has a voltage drop within the diagnostic phase D. The voltage drop exceeds the first voltage range 11, as a predefined criterion for a functioning battery B, and the second voltage range 12, as a predefined criterion for a worn battery B. Due to the electrical load L applied, the voltage drops
  • Predefined criterion for a defective battery B After the electrical consumer L is switched off, the voltage of the battery B recovers and reaches the first voltage range 11.
  • the voltage drop in FIG. 5 represents an extreme drop, which suggests that the battery B can no longer provide the necessary electricity for the electrical consumer L. A defect for the battery B is thus determined. With a worn or defective battery B, the voltage drop is much greater than with an intact battery B. In addition, the recovery of the battery can take place more slowly.
  • a defective battery can, however, already have a limited voltage, so that the third voltage curve 3 can already lie in the second voltage range 12 when the electrical consumer L is applied.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Erkennung eines Defekts einer Batterie (B) in einem Niederspannungsbordnetz eines elektrischen Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst den Schritt Anlegen (S1) eines elektrischen Verbrauchers (L) des elektrischen Fahrzeugs an das Niederspannungsbordnetz. Weiterhin umfasst des Verfahren den Schritt Erfassen (S2) eines resultierenden Spannungseinbruchs der Batterie (B) des Niederspannungsbordnetzes mit einem Spannungssensor (V). Weiterhin umfasst das Verfahren den Schritt Bestimmen (S3) des Defekts, wenn der erfasste Spannungseinbruch ein vorgegebenes Kriterium erfüllt. Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erkennung eines Defekts einer Batterie (B) in einem Niederspannungsbordnetz eines elektrischen Fahrzeugs.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung eines Defekts einer Baterie in einem
Niederspannungsbordnetz eines Elektrofahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung eines Defekts einer Batterie in einem Niederspannungsbordnetz eines Elektrofahrzeugs.
Stand der Technik
Bei konventionellen Fahrzeugen, beispielsweise bei Fahrzeugen mit
Verbrennungsmotor, findet durch den Fahrzeugstart eine Diagnose der
Niederspannungs-Bordnetz- Batterie (NSP-BN-Batterie), meist 12V- oder 24V- Nennspannung statt. Ist der Startvorgang des Fahrzeugs erfolgreich, kann davon ausgegangen werden, dass die NSP-BN-Batterie in Ordnung ist. Bei einer defekten bzw. verschlissenen NSP-BN-Batterie wird das Fahrzeug nicht mehr starten, da die NSP-BN-Batterie nicht mehr in der Lage ist, den benötigten Strom für den Starter (Anlasser) bereitzustellen. Das Fahrzeug bleibt in einem sicheren Zustand (der Motor startet nicht) und kann nicht mehr bewegt werden. Für den Fahrer ist klar ersichtlich, dass das Fahrzeug bzw. die NSP-BN-Batterie in einer Werkstatt überprüft werden muss.
Bei elektrischen Fahrzeugen fehlt diese hohe Belastung durch den
Anlassvorgang, beispielsweise durch die Stromaufnahme des Anlassers. Das elektrische Fahrzeug kann auch mit einer beinahe defekten oder verschlissenen NSP-BN-Batterie gestartet werden, da die benötigten Ströme während des Startvorgangs eines elektrischen Fahrzeugs relativ gering sind und kurz nach dem Start des elektrischen Fahrzeugs, das Niederspannungsbordnetz des elektrischen Fahrzeugs durch den DC/DC-Wandler gestützt bzw. versorgt wird. Dies hat den Nachteil, dass eine defekte NSP-BN-Batterie, beispielsweise 12V, erst erkannt wird, wenn diese endgültig defekt ist. Im ungünstigsten Fall wird eine defekte NSP-BN-Batterie nicht erkannt und führt bei gleichzeitigem Ausfall des DC/DC-Wandlers zum Einbruch des NSP-BN. Dies kann zu kritischen
Fahrsituation führen. Weder der sich anbahnende Defekt (NSP-BN-Batterie schwach/tiefentladen), noch der eingetretene Defekt (NSP-BN-Batterie ohne nennenswerte Kapazität und so niederohmig, dass der DC/DC-Wandler das Netz gerade noch hinreichend stützen kann) wird erkannt. Ein dann auftretender Ausfall des DC/DC-Wandlers kann zu einer kritischen Fahrsituation (eventuell und gegebenenfalls zu einer Gefährdung von Verkehrsteilnehmern) führen.
Schaltungsanordnungen zum Überprüfen eines Betriebszustandes einer Batterie sind beispielsweise aus der DE 10 2014 003309 Al bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung eines Defekts einer Batterie in einem Niederspannungsbordnetz eines Elektrofahrzeugs gemäß den unabhängigen Patentansprüchen 1 bzw. 10.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Erkennung eines Defekts einer Batterie in einem Niederspannungsbordnetz eines elektrischen Fahrzeugs mit einem ersten Schritte des Anlegens eines elektrischen Verbrauchers des elektrischen Fahrzeugs an das Niederspannungsbordnetz. Ferner umfasst das Verfahren den zweiten Schritt des Erfassens eines resultierenden
Spannungseinbruchs der Batterie des Niederspannungsbordnetzes mit einem Spannungssensor. Weiterhin umfasst das Verfahren den dritten Schritt des Bestimmens des Defekts, wenn der erfasste Spannungseinbruch ein
vorgegebenes Kriterium erfüllt.
Weiterhin schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erkennung eines Defekts einer Batterie in einem Niederspannungsbordnetz eines elektrischen Fahrzeugs, mit einer Steuereinrichtung, einer Schalteinrichtung, einem elektrischen Verbraucher und einem Spannungssensor, die derart ausgebildet ist, dass ein elektrischer Verbraucher durch eine Schalteinrichtung mit einer Batterie eines Niederspannungsbordnetzes des elektrischen Fahrzeugs elektrisch verbunden ist und die Schalteinrichtung über eine Steuereinrichtung betätigt wird. Ferner wird ein resultierender Spannungseinbruch der Batterie des Niederspannungsbordnetzes mit einem Spannungssensor erfasst und ein Defekt der Batterie bestimmt, wenn der erfasste Spannungseinbruch ein vorgegebenes Kriterium erfüllt. Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Computerprogrammprodukt gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 9.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur
Durchführung eines Verfahrens gemäß der Ansprüche 1 bis 8, wenn das
Programm auf einer Steuervorrichtung des elektrischen Fahrzeugs läuft.
Das Computerprogrammprodukt kann mit einer Steuervorrichtung ausgeführt werden. Die Steuervorrichtung kann ein Steuergerät eines elektrischen
Fahrzeugs sein, umfassend einen Prozessor und einen Speicher. Zudem kann die Steuereinrichtung ein Mikrokontroller oder ein Computer sein.
Vorteile der Erfindung
Das Verfahren und die Vorrichtung zur Erkennung eines Defekts einer Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen es, dass bereits bestehende Komponenten in elektrischen Fahrzeugen für die Diagnose der NS P-BN- Batterie verwendet werden können. Noch bevor das Niederspannungsbordnetz (NSP-BN) durch den DC/DC-Wandler gestützt wird, kann eine vorher definierte Last, beispielsweise ein elektrischer Verbraucher des elektrischen Fahrzeugs, an der NS P-BN- Batterie angelegt werden, um einen eventuellen Defekt der NSP-BN- Batterie zu erkennen. In vorteilhafter Weise können die 12V Verbraucher in einem elektrischen Fahrzeug als elektrische Last verwendet werden, bei denen ein messbarer und entsprechend spürbarer Spannungsabfall auftritt,
beispielsweise an der Heckscheibenheizung oder der Sitzheizung. Zusätzliche Verbraucher, die im Speziellen nur für die Diagnose zugeschaltet bzw. wieder abgeschaltet werden, sind nicht erforderlich.
Weiterhin vorteilhaft bieten bestehende elektrische Verbraucher und/oder steuerbare Lasten, beispielsweise bidirektionale DC/DC-Wandler die Möglichkeit, während eines Starts oder über eine Folge von mehreren Starts relevante Eigenschaften der Batterie zu identifizieren. Diese umfassen den Verschleiß (State of Health, SOH) und den Ladezustand (State of Charge, SOC) der Batterie. Dies kann verwendet werden, einerseits zur Vorhersage des künftigen Baterieverhaltens und anderseits zur Ableitung von Abhilfemaßnahmen, beispielsweise einem Baterietraining, gesteuertem Zyklieren und das Erstellen definierter Lade-/Entladeprofile.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht somit darin, bestehende Komponenten zu verwenden und somit zusätzlich Hardware Komponenten, wie beispielsweise einen intelligenten 12V Bateriesensor einzusparen. Im Stand der Technik bekannte Systeme benötigen zum
Bestimmen des aktuellen Stroms und der aktuellen Spannung einen intelligenten Bateriesensor. In vorteilhafter Weise werden in der vorliegenden Erfindung bestehende Spannungssensoren des elektrischen Fahrzeugs, beispielsweise die Spannungssensoren der Fahrzeugsteuergeräte oder des DC/DC-Wandlers einzeln oder in Kombination verwendet, um einen Spannungseinbruch über ein vorgegebenes Kriterium hinaus zu erfassen und somit einen Defekt der Baterie zu bestimmen.
In vorteilhafter Weise kann das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung auch für Baterien mit einer 24V oder 48V Nennspannung verwendet werden.
Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Baterie des elektrischen Fahrzeugs kleiner und knapper dimensioniert werden kann, da ein Defekt der Baterie vor einem Start des elektrischen Fahrzeugs bestimmt wird und somit vormals notwendige Restkapazitäten der Baterie, als Reserve für einen sicheren Betrieb des elektrischen Fahrzeugs, nicht mehr notwendig sind.
In vorteilhafter Weise erfolgt eine sichere Diagnose der NS P-BN- Baterie, womit die notwendige Redundanz der 12 V Spannungsversorgung sichergestellt wird. Somit wird sichergestellt, dass im Falle eines Ausfalls bei nicht erkanntem vorhergehendem Defekt der 12V Baterie, die Funktion von elektrischer Brems- und Lenkunterstützung und ggf. weiteren wichtigen Fahrzeugfunktionen gerade nicht wegfallen.
Ferner kann ein erhöhter Verschleiß diagnostiziert und dem Fahrzeugführer angezeigt werden. Durch die Anzeige kann ein frühzeitiger Austausch der 12V Baterie erfolgen und die Anzahl an technisch bedingten Stillständen und nicht startenden Fahrzeugen stark reduziert werden. Der erhöhte Verschleiß liegt vor, wenn das Ende der Nutzungsdauer der Baterie erreicht ist und diese zu tauschen ist.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der erste Schrit und der zweite Schrit wenigstens ein weiteres Mal wiederholt und der Defekt der Baterie wird im driten Schrit bestimmt, wenn der Spannungseinbruch wiederholt das vorgegebene Kriterium erfüllt.
Diese Ausführungsform ist dahingehend vorteilhaft, da somit der Zustand der Baterie und somit der Verschleiß und/oder der Defekt auch über einen Trend bestimmt werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Bestimmen des Defekts der Baterie des Niederspannungsbordnetzes vor dem Start des elektrischen Fahrzeugs.
Diese Ausführungsform ist dahingehend vorteilhaft, da ein Defekt der Baterie vor dem Start des elektrischen Fahrzeugs und somit vor dem Beginn der Nutzung bestimmt werden kann. Kritische Fahrsituationen durch den Ausfall der Baterie während der Fahrt können besser vermieden werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Bestimmen des Defekts der Baterie des Niederspannungsbordnetzes nach einem Abschalten eines DC/DC-Wandlers des elektrischen Fahrzeugs.
Diese Ausführungsform ist dahingehend vorteilhaft, dass die Baterie des elektrischen Fahrzeugs auch bei einer langen Fahrzylkluszeit überprüft werden kann.
DC/DC-Wandler im LV/HV-Betrieb sind gerade am besten dafür geeignet, eine kurze hohe Last ohne großen Energieverlust am NSP-BN anzulegen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Bestimmen des Defekts der Batterie des Niederspannungsbordnetzes während einer Diagnosephase und das vorgegebene Kriterium umfasst ein Einbrechen und ein Erholen der
Spannung der Batterie in der Diagnosephase.
Diese Ausführungsform ist dahingehend vorteilhaft, da der Einbruch der
Spannung den Zustand und somit einen eventuellen Verschleiß der Batterie darstellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Anlegen des elektrischen Verbrauchers des Elektrofahrzeugs an das Niederspannungsbordnetz pulsförmig.
Diese Ausführungsform ist dahingehend vorteilhaft, dass die Batterie des elektrischen Fahrzeugs schonender getestet werden kann und eine längere Lebensdauer hat.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Warnmeldung
ausgegeben, wenn der erfasste Spannungseinbruch ein vorgegebene Kriterium erfüllt.
Diese Ausführungsform ist dahingehend vorteilhaft, wenn die Batterie des elektrischen Fahrzeugs verschlissen ist, aber noch Leistung bereitstellt, dass dem Fahrzeugführer der Verschleiß der Batterie signalisiert wird und dieser entsprechende Maßnahmen einleitet, beispielsweise die Batterie ersetzen lässt, bevor ein Defekt der Batterie eintritt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Antrieb des elektrischen Fahrzeugs deaktiviert, wenn der erfasste Spannungseinbruch ein vorgegebene Kriterium erfüllt.
Diese Ausführungsform ist dahingehend vorteilhaft, wenn ein Defekt der Batterie bestimmt wird, dass die weitere Nutzung des elektrischen Fahrzeugs
unterbunden wird, um mögliche kritische Fahrsituationen zu vermeiden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Verschleiß der Batterie bestimmt, wobei die Spannungseinbrüche der Batterie über die Nutzungsdauer der Batterie erfasst werden.
In vorteilhafter Weise kann somit der Gesundheitszustand (State of Health) der Batterie über die Nutzungsdauer bestimmt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Vorrichtung 10 zur Erkennung eines Defekts einer Batterie B in einem
Niederspannungsbordnetz eines elektrischen Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Erkennung eines Defekts einer Batterie B in einem
Niederspannungsbordnetz eines elektrischen Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines ersten
Spannungsverlaufs 1 während der Diagnose bei einer funktionierenden Batterie B;
Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines zweiten
Spannungsverlaufs 2 während der Diagnose bei einer verschlissenen Batterie B;
Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines dritten
Spannungsverlaufs 3 während der Diagnose bei einer defekten Batterie B;
In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Vorrichtung 10 zur Erkennung eines Defekts einer Batterie B in einem Niederspannungsbordnetz eines elektrischen Fahrzeugs.
In Fig. 1 bezeichnet Bezugszeichen SC eine Schalteinrichtung, welche mit einer Batterie B, typischerweise eine 12V Niederspannungsbordnetz-Batterie (NSP- BN-Batterie) verbunden ist. Die Schalteinrichtung SC ist derart eingerichtet, einen elektrischen Verbraucher L, vorzugsweise eine bestehende elektrische Komponente des elektrischen Fahrzeugs mit der Batterie B des
Niederspannungsbordnetzes des elektrischen Fahrzeugs elektrisch zu verbinden. Als elektrische Verbraucher sind alle elektrischen Komponenten des elektrischen Fahrzeugs verwendbar, mittels denen ein spürbarer
Spannungseinbruch erzeugt werden kann, beispielsweise die
Heckscheibenheizung oder die Sitzheizung. Die Schalteinrichtung SC ist mit einer Steuereinrichtung ST verbunden. Die Steuereinrichtung ST betätigt die Schalteinrichtung SC.
Die Vorrichtung 10 ist weiterhin eingerichtet einen Spannungssensor V parallel zu dem elektrischen Verbraucher L zu schalten, um einen resultierenden Spannungseinbruch der Batterie B des Niederspannungsbordnetzes (NSP-BN) zu erfassen. Unter einem Spannungseinbruch ist hierbei die nicht mehr mögliche Stromerbringungsmöglichkeit der Batterie B zu verstehen. Dieser ist abhängig von dem geschalteten elektrischen Verbraucher L und von der Nennspannung der Batterie B.
Die Vorrichtung 10 ist weiterhin eingerichtet den Defekt der Batterie B zu bestimmen, wenn der erfasste Spannungsbereich ein vorgegebenes Kriterium erfüllt. Das vorgegebene Kriterium hängt hierbei von der verwendeten Batterie B des Niederspannungsbordnetzes des elektrischen Fahrzeugs ab. Die Vorrichtung 10 kann zur Bestimmung eines Defekts bei Batterien B mit einer Nennspannung von 12V, 24V und 48V verwendet werden. Die Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, einen Defekt der Batterie B im NSP-BN, beispielsweise einen Kurzschluss, eine verschlissene Batterie B aufgrund der Nutzungsdauer, Tiefenentladung oder Schäden aufgrund thermischer Belastung, sicher zu diagnostizieren, ohne dass ein intelligenter Batteriesensor, als Spannungssensor V oder ein zusätzlicher elektrischer Verbraucher L im elektrischen Fahrzeug verbaut werden müssen. Wird ein Defekt der Batterie festgestellt, kann das Fahrzeug in einen sicheren Zustand überführt werden, beispielsweise wird das Antriebsmoment verweigert. Weiterhin kann der Defekt dem Fahrzeugführer, beispielsweise in einem Headup-Display oder auf einem Multifunktionsdisplay des elektrischen Fahrzeugs angezeigt werden.
In einer alternativen Ausführungsform kann bei elektrischen Fahrzeugen mit langer Fahrzykluszeit, die einen hohen Stromverbrauch haben, der DC/DC- Wandler als Unterstützung für die 12V Batterie B abgeschaltet werden. Dies hätte zur Folge, dass alle eingeschalteten elektrischen Verbraucher L über die Batterie B versorgt werden und einen Spannungseinbruch der Batterie B verursachen. Somit kann die Diagnose D auch im Stand durch Abschalten der Ladefunktion des DC/DC-Wandlers durchgeführt werden. Dies ist möglich solange keine Sicherheitseinwände, beispielsweise die Gefährdung anderer Verkehrsteilnehmer dagegen stehen.
In einer Ausführungsform kann die mit bestehenden elektrischen Verbrauchern L durchzuführende Diagnose pulsförmig ähnlich einem Startpuls für konventionelle Starter, bei dem eher ein hoher Maximalstrom fließt in der Größenordnung von einigen 10ms, oder als quasistationäre Diagnose mit eher mittleren Strömen über eine etwas längere Dauer durchgeführt werden. Die Länge des Impulses ist abhängig von der Amplitude des Spannungseinbruchs die mit den elektrischen Verbrauchern L erreicht werden kann.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Erkennung eines Defekts einer Batterie B in einem Niederspannungsbordnetz eines elektrischen Fahrzeugs. Das Verfahren zur Erkennung eines Defekts einer Batterie B in einem
Niederspannungsbordnetz eines elektrischen Fahrzeugs umfasst vor dem Startvorgang des elektrischen Fahrzeugs in einem ersten Schritt S1 ein Anlegen eines definierten elektrischen Verbrauchers L des elektrischen Fahrzeugs an das Niederspannungsbordnetz des elektrischen Fahrzeugs. Der elektrische
Verbraucher L kann beispielsweise ein bidirektionaler DC/DC-Wandler, die Heckscheibenheizung oder Sitzheizung des elektrischen Fahrzeugs sein.
Auf Grund des angelegten Verbrauchers wird die Spannung auf der 12V Seite der Batterie B um einen bestimmten Wert einbrechen bzw. absinken. Der Wert des Spannungseinbruchs ist System- und Lastbedingt. Der Spannungseinbruch der Batterie B des Niederspannungsbordnetzes wird durch einen
Spannungssensor V in einem zweiten Schritt S2 erfasst. Vorzugsweise ist der Spannungssensor V ein vorhandener Spannungssensor V des DC/DC-Wandlers oder eines Fahrzeugsteuergeräts und kann einzeln oder in Kombination zum ermitteln des Spannungseinbruchs verwendet werden.
Sollte der erfasste Spannungseinbruch ein vorgegebenes Kriterium erfüllen, kann davon ausgegangen werden, dass die Batterie B defekt ist. Der Defekt der Batterie B wird in einem dritten Schritt S3 bestimmt. Liegt ein Defekt vor, kann der Fahrzeugstart abgebrochen werden bzw. das elektrische Fahrzeug in einen sicheren Zustand (Antrieb ohne Funktion) überführt und dies dem Fahrer signalisiert werden.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines ersten
Spannungsverlaufs 1 während der Diagnose D bei einer funktionierenden Batterie B.
In Fig. 3 ist der erste Spannungsverlauf 1 während der Diagnose D einer Batterie B, insbesondere bei einer funktionierenden Batterie B, dargestellt. Dabei stellt die Abszissenachse den zeitlichen Verlauf des ersten Spannungsverlauf 1 in Sekunden [s] und die Ordinatenachse den Spannungseinbruch während der Diagnose D in Volt [V] dar. Die schematische Darstellung ist aufgeteilt in drei Spannungsbereiche 11, 12 und 13. Der Spannungsbereich 11 ist der erste Spannungsbereich, bei dem die Batterie B als funktionierend bewertet wird. Der zweite Spannungsbereich 12 ist der Spannungsbereich, bei dem die Batterie B als verschlissen bewertet wird. Der dritte Spannungsbereich 13 ist der
Spannungsbereich, bei dem die Batterie B einen Defekt aufweist.
In Fig. 3 wird vor dem Startvorgang des elektrischen Fahrzeugs ein elektrischer Verbraucher L durch die Schalteinrichtung SC in das NSP-BN des elektrischen Fahrzeugs geschaltet. Der erste Spannungsverlauf 1 weist einen
Spannungseinbruch innerhalb der Diagnosephase D auf. Der
Spannungseinbruch überschreitet nicht den ersten Spannungsbereich 11, als vorgegebenes Kriterium für eine funktionierende Batterie B. Zudem erholt sich die Batterie innerhalb der Diagnosephase. Für die Batterie B gemäß dem ersten Spannungsverlauf 1 der Fig. 3 wird somit kein Defekt bestimmt und die Batterie B als in Ordnung bewertet. Die Spannungsbereiche 11, 12 und 13 sind gemäß der Nennspannung der verwendeten Batterie (12V, 24V, 48V) anzupassen.
Während der Diagnose wird nicht der absolute Spannungseinbruch bewertet, sondern der relative Spannungswert und wie dieser sich innerhalb der
Diagnosephase D wieder erholt, wenn der elektrische Verbraucher L von dem NSP-BN des elektrischen Fahrzeugs getrennt wird. Das vorgegebene Kriterium gibt somit zum einen die maximale Amplitude des Spannungseinbruchs an und über welche zeitliche Dauer (Diagnosephase) der Spannungseinbruch, bis zum Erreichen der maximalen Amplitude und das Erholen der Batterie B, bis zum Erreichen der noch möglichen Spannung erfolgt.
Fig. 4 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines zweiten
Spannungsverlaufs 2 während der Diagnose D bei einer verschlissenen Batterie B.
In Fig. 4 ist der zweite Spannungsverlauf 2 während der Diagnose D einer Batterie B, insbesondere bei einer verschlissenen Batterie B, dargestellt. Vor dem Startvorgang wird ein definierter elektrischer Verbraucher L durch die Schalteinrichtung SC in das NSP-BN des elektrischen Fahrzeugs geschaltet. Der zweite Spannungsverlauf 2 weist einen Spannungseinbruch innerhalb der Diagnosephase D auf. Der Spannungseinbruch überschreitet den ersten
Spannungsbereich 11, als vorgegebenes Kriterium für eine funktionierende Baterie B. Auf Grund des angelegten elektrischen Verbrauchers L sinkt die Spannung auf der 12V Seite um einen bestimmten Wert (System- und
Lastbedingt) ein und erreicht den zweiten Spannungsbereich 12, als
vorgegebenes Kriterium für eine verschlissene Baterie B. Nach einem
Abschalten des elektrischen Verbrauchers L erholt sich die Spannung der Baterie B wieder und erreicht den ersten Spannungsbereich 11.
Diese Diagnose kann über mehrere Messungen wiederholt durchgeführt werden. Wird während der Diagnose wiederholt der zweite Spannungsbereich 12 erreicht, kann davon ausgegangen werden, dass die Baterie B verschlissen ist. In diesem Szenario wird die weitere Nutzung des elektrischen Fahrzeugs nicht untersagt. Der Fahrzeugführer wird beispielsweise darauf hingewiesen, dass er mit dem elektrischen Fahrzeug eine Werkstat aufsuchen sollte, da ein Liegenbleiben des elektrischen Fahrzeugs durch die verschlissene Baterie B droht.
In einer Ausführungsform wird die Baterie B als verschlissen bewertet, wenn der zweite Spannungsbereich 12 bei zwei aufeinander folgenden Diagnosen erreicht wird.
In einer alternativen Ausführungsform wird die Baterie B als verschlissen bewertet, wenn der zweite Spannungsbereich 12 bei aufeinander folgenden Diagnosen, bestimmt durch einen Zähler, wiederholt erreicht wird. Der Zählerwert des Zählers kann durch das Erreichen des ersten Spannungsbereichs 11 auf seinen Startwert zurückgesetzt werden, so dass die Zählung für die wiederholte Diagnose erneut beginnt. Erst bei Erreichen des definierten Zählerstandes wird dem Fahrzeugführer eine Warnung angezeigt und/oder das elektrische Fahrzeug in den sicheren Zustand (Antrieb ohne Funktion) versetzt.
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines driten
Spannungsverlaufs 3 während der Diagnose D bei einer defekten Baterie B.
In Fig. 5 ist der drite Spannungsverlauf 3 während der Diagnose D einer Baterie B, insbesondere bei einer defekten Baterie B, dargestellt. Vor dem Startvorgang wird ein definierter elektrischer Verbraucher L durch die Schalteinrichtung SC in das NSP-BN des elektrischen Fahrzeugs geschaltet. Der drite Spannungsverlauf 3 weist einen Spannungseinbruch innerhalb der Diagnosephase D auf. Der Spannungseinbruch überschreitet den ersten Spannungsbereich 11, als vorgegebenes Kriterium für eine funktionierende Batterie B und den zweiten Spannungsbereich 12, als vorgegebenes Kriterium für eine verschlissene Batterie B. Auf Grund des angelegten elektrischen Verbrauchers L sinkt die
Spannung auf der 12V Seite um einen bestimmten Wert (System- und
Lastbedingt) ein und erreicht den dritten Spannungsbereich 13, als
vorgegebenes Kriterium für eine defekte Batterie B. Nach dem Abschalten des elektrischen Verbrauchers L erholt sich die Spannung der Batterie B wieder und erreicht den ersten Spannungsbereich 11. Der Spannungseinbruch stellt in Fig. 5 einen extremen Einbruch dar, der darauf schließen lässt, dass die Batterie B nicht mehr den notwendigen Strom für den elektrischen Verbraucher L bereitstellen kann. Somit wird ein Defekt für die Batterie B bestimmt. Bei einer verschlissenen oder defekten Batterie B fällt der Spannungseinbruch viel größer aus, als bei einer intakten Batterie B. Zudem kann das Erholen der Batterie langsamer erfolgen.
In Fig. 5 liegt der Beginn des dritten Spannungsverlaufs 3 in dem ersten
Spannungsbereich 11. Eine defekte Batterie kann allerdings bereits eine begrenzte Spannung aufweisen, so dass der dritte Spannungsverlauf 3 bereits im zweiten Spannungsbereich 12 beim Anlegen des elektrischen Verbrauchers L liegen kann.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Erkennung eines Defekts einer Batterie (B) in einem
Niederspannungsbordnetz eines elektrischen Fahrzeugs mit den Schritten:
- Anlegen (Sl) eines elektrischen Verbrauchers (L) des elektrischen
Fahrzeugs an das Niederspannungsbordnetz ;
- Erfassen (S2) eines resultierenden Spannungseinbruchs der Batterie (B) des Niederspannungsbordnetzes mit einem Spannungssensor (V); und
- Bestimmen (S3) des Defekts, wenn der erfasste Spannungseinbruch ein vorgegebenes Kriterium erfüllt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Schritt (Sl) und der zweite Schritt (S2) wenigstens ein weiteres Mal wiederholt werden und der Defekt der Batterie (B) im dritten Schritt (S3) bestimmt wird, wenn der
Spannungseinbruch wiederholt das vorgegebene Kriterium erfüllt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestimmen des Defekts der Batterie (B) des Niederspannungsbordnetzes vor dem Start des elektrischen Fahrzeugs erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bestimmen des Defekts der Batterie (B) des Niederspannungsbordnetzes nach einem Abschalten eines DC/DC-Wandlers des elektrischen Fahrzeugs erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei das Bestimmen des Defekts der Batterie (B) des Niederspannungsbordnetzes während einer Diagnosephase (D) erfolgt und das vorgegebene Kriterium ein Einbrechen und ein Erholen der Spannung der Batterie (B) in der
Diagnosephase (D) umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei das Anlegen des elektrischen Verbrauchers (L) des elektrischen Fahrzeugs an das Niederspannungsbordnetz pulsförmig erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Warnmeldung ausgegeben wird, wenn der erfasste Spannungseinbruch das vorgegebene Kriterium erfüllt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei der Antrieb des elektrischen Fahrzeugs deaktiviert wird, wenn der erfasste Spannungseinbruch das vorgegebene Kriterium erfüllt.
9. Computerprogrammprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Ansprüche 1 bis 8, wenn das Programm auf einer Steuereinrichtung (ST) des elektrischen Fahrzeugs läuft.
10. Vorrichtung (10) zur Erkennung eines Defekts einer Batterie (B) in einem
Niederspannungsbordnetz eines elektrischen Fahrzeugs, mit einer
Steuereinrichtung (ST), einer Schalteinrichtung (SC), einem elektrischen Verbraucher (L) und einem Spannungssensor (V), die derart ausgebildet ist, dass
- ein elektrischer Verbraucher (L) durch eine Schalteinrichtung (SC) mit einer Batterie (B) eines Niederspannungsbordnetzes des elektrischen Fahrzeugs elektrisch verbunden ist, wobei die Schalteinrichtung (SC) über eine
Steuereinrichtung (ST) betätigt wird;
- wobei ein resultierender Spannungseinbruch der Batterie (B) des
Niederspannungsbordnetzes mit einem Spannungssensor (V) erfasstbar ist;
- ein Defekt der Batterie (B) bestimmbar ist, wenn der erfasste
Spannungseinbruch ein vorgegebenes Kriterium erfüllt.
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