DE102022120631A1

DE102022120631A1 - Verfahren zum Bestimmen eines Betriebsprofils für einen Komfortbetrieb von Fahrzeugverbrauchern sowie Batterieüberwachungsvorrichtung und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102022120631A1
Application number: DE102022120631.9A
Authority: DE
Inventors: Marco Baumgarth; Rolf Naumann
Original assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Current assignee: Audi AG; Volkswagen AG
Priority date: 2022-08-16
Filing date: 2022-08-16
Publication date: 2024-02-22
Also published as: CN117584807A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Betriebsprofils (8) für einen Komfortbetrieb von Fahrzeugverbrauchern (4). Dabei wird ein verfügbarer Energieinhalt 6 der Fahrzeugbatterie (2) für den Komfortbetrieb in Abhängigkeit von vorgegebenen Batteriekenndaten (5) ermittelt. Die Batteriekenndaten (5) umfassen zum Beispiel einen Innenwiderstandswert (Ri) aus einem gemessenen Rippelstrom. Anschließend wird eine gewünschte Nutzungsdauer (7) der Fahrzeugverbraucher (4) ermittelt. Das Betriebsprofil (8) wird dann für den Komfortbetrieb der Fahrzeugverbraucher (4) innerhalb der Nutzungsdauer (7) in Abhängigkeit von dem verfügbaren Energieinhalt (6) und einem vorbestimmten Verbrauchswert der Fahrzeugverbraucher (4) festgelegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Betriebsprofils für einen Komfortbetrieb von Fahrzeugverbrauchern. Die Erfindung betrifft auch eine Batterieüberwachungsvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Batterieüberwachungsvorrichtung und einer Fahrzeugbatterie.
Es sind Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen mittels einer Diagnose der Fahrzeugbatterie für eine Abstellphase des Kraftfahrzeugs ermittelt wird, ob ein Kaltstart unter den derzeitigen Randbedingungen, wie zum Beispiel einer Temperatur und einem Ladezustand der Fahrzeugbatterie, sowie den Anforderungen an die Fahrzeugbatterie durch einen Fahrzeugantrieb, wie zum Beispiel eine Verbrennungsmaschine oder einen Elektromotor, möglich ist oder nicht („Liegenbleiber“). Die Diagnose liefert als Ergebnis die aus der Fahrzeugbatterie entnehmbare Ladung oder Energie bis zum Liegenbleiber. Um ein Liegenbleiben beim Kaltstart zu vermeiden, kann eine Energiereserve bestimmt und zurückgehalten werden.
Durch die fortgeschrittene Elektrifizierung von Systemkomponenten in modernen Kraftfahrzeugen, wie zum Beispiel Fahrzeugverbrauchern, sind die Anforderungen an die Fahrzeugbatterie inzwischen gestiegen. Es hat sich zum Beispiel gezeigt, dass die Sicherstellung einer elektrischen Energieversorgung von Verbrauchern zur Fahrzeugsteuerung, wie beispielsweise einer Bremse und Lenkung, für einen Mindestzeitraum, insbesondere einen Anhaltevorgang für einen Nothalt, höhere Anforderungen an eine Spannungsstabilität oder ein Spannungsniveau der Fahrzeugbatterie stellen, als zum Beispiel die Sicherstellung des Kaltstarts. Somit reicht die mit der zuvor beschriebenen Diagnose ermittelte Energiereserve für den Kaltstart nicht mehr aus, um die Anforderungen an die Fahrdynamik für einen Nothalt zu gewährleisten.
Dadurch werden Fahrzeugverbraucher, die eine Komfortfunktion durchführen, wie zum Beispiel ein Infotainmentsystem, mit der bisher implementierten Diagnose aus Sicht der Sicherstellung der Energiereserve für die Fahrdynamik zu spät ausgeschaltet oder deaktiviert. Es kann somit zu einer Tiefenentladung der Fahrzeugbatterie kommen. Die Energiereserve für den Nothalt kann nicht mehr sichergestellt werden.
Die bisher bekannte Diagnosefunktion wurde deshalb weiterentwickelt, um eine Energiereserve für die Fahrdynamik zu gewährleisten. Diese Energiereserve für die Fahrdynamik, also zum Beispiel für Sicherheitsfunktionen, die das Kraftfahrzeug für eine vorschriftsmäßige Teilnahme am Straßenverkehr ausführen können muss, wird im Folgenden auch als Notfallpuls bezeichnet.
Die DE 10 2020 127 696 A1 offenbart zum Beispiel ein Verfahren zur Bestimmung einer verfügbaren Energiemenge einer Fahrzeugbatterie für einen solchen Notfallpuls. Dabei wird aus in einem Bordnetz des Kraftfahrzeugs auftretenden Bordnetzstörungen, dem sogenannten Rippelstrom, ein Innenwiderstandswert für die Fahrzeugbatterie ermittelt. Zusammen mit einem bekannten Temperaturwert, einer Batteriekennlinie und einem aktuellen Entladestrom der Fahrzeugbatterie kann dann auf die verfügbare Energiemenge rückgeschlossen werden.
Die Nutzung eines Rippelstroms zum Bestimmen einer Batterieimpedanz ist zum Beispiel aus der DE 10 103 37 064 A1 bekannt. Dabei werden Parameter eines Modells einer Batterieimpedanz durch Auswerten von Wechselanteilen eines Batteriestroms und einer Batteriespannung durchgeführt. So kann eine Vorhersage einer Hochstrombelastbarkeit einer Fahrzeugbatterie, insbesondere einer Starterbatterie für ein Kraftfahrzeug, bestimmt werden.
Des Weiteren offenbart die DE 10 2017 221 248 ein Verfahren zur Bestimmung eines aktuellen Ladezustandswerts einer Batterie. Dabei wird ein Kennlinienfeld bereitgestellt, welches für jeweilige verschiedene vorbestimmte Temperaturbereiche einen Innenwiderstand für den bestimmten Batterietyp in Abhängigkeit von dem Ladezustand für den bestimmten Batterietyp angibt.
Die in der Fahrzeugbatterie gespeicherte oder überschüssige Energie oberhalb der Sicherheitsreserve für den Notfallpuls kann zum Beispiel dazu verwendet werden, die Fahrzeugverbraucher in einem Komfortbetrieb zu betreiben. In dem Komfortbetrieb kann zum Beispiel eine Komfortfunktion, beispielsweise zur Unterhaltung oder Unterstützung eines Insassen des Kraftfahrzeugs, realisiert werden.
Um nicht auf den Notfallpuls angewiesen zu sein und zum Beispiel während der Fahrt mit dem Kraftfahrzeug liegenzubleiben, kann es von Vorteil sein, einen Energieinhalt der Fahrzeugbatterie für den Komfortbetrieb zu kennen und ein entsprechendes Betriebsprofil für den Komfortbetrieb der Fahrzeugverbraucher auszuwählen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zum Bestimmen eines Betriebsprofils für einen Komfortbetrieb von Fahrzeugverbrauchern bereitzustellen, um ein Liegenbleiben des Kraftfahrzeugs zu vermeiden.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die Beschreibung sowie die Figuren offenbart.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein verfügbarer Energieinhalt der Fahrzeugbatterie für den Komfortbetrieb aus denselben Batteriekenndaten berechnet werden kann, wie der Energieinhalt für einen Notfallpuls. Aus dem ermittelten Energieinhalt für den Komfortbetrieb kann dann ein Betriebsmodus für die Fahrzeugverbraucher bestimmt werden, um das Nutzen den Notfallpulses zu vermeiden.
Dementsprechend betrifft die Erfindung gemäß einem Aspekt ein Verfahren zum Bestimmen oder Auswählen eines Betriebsprofils für einen Komfortbetrieb von Fahrzeugverbrauchern. Durch Betreiben mit dem jeweiligen Betriebsprofil kann zum Beispiel eine Komfortfunktion mit dem jeweiligen Fahrzeugverbraucher im Komfortbetrieb durchgeführt werden. Dazu umfasst das Verfahren die im Folgenden näher beschriebenen Schritte.
Zunächst wird ein verfügbarer Energieinhalt einer Fahrzeugbatterie für den Komfortbetrieb bestimmt. Das Bestimmen erfolgt in Abhängigkeit von vorgegebenen Batteriekenndaten, die zumindest umfassen: einen Innenwiderstandswert aus einem gemessenen Rippelstrom, einen Temperaturwert, eine vorgegebene Batteriekennlinie und einen aktuellen Entladestrom der Fahrzeugbatterie. Anschließend wird eine gewünschte Nutzungsdauer des Komfortbetriebs der Fahrzeugverbraucher ermittelt. Danach wird ein Betriebsprofil für den Komfortbetrieb der Fahrzeugverbraucher innerhalb der Nutzungsdauer in Abhängigkeit von dem verfügbaren Energieinhalt und einem vorbestimmten Verbrauchswert der Fahrzeugverbraucher festgelegt.
Anders ausgedrückt, kann eine Leistungsverfügbarkeit, also zum Beispiel ein Ladeinhalt der Fahrzeugbatterie über eine Restfahrzeit des Fahrzeugs, für das Durchführen einer Komfortfunktion berücksichtigt werden. Dadurch kann zum Beispiel eine Einstellbarkeit oder Benutzbarkeit der Fahrzeugverbraucher für den Komfortbetrieb durch Festlegen des Betriebsprofils eingestellt, insbesondere zum Beispiel eingeschränkt, werden.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die verfügbare Ladung der Fahrzeugbatterie oberhalb der Sicherheitsreserve, also zum Beispiel des vorgenannten Notfallpulses, optimal für die Nutzungsdauer oder Nutzungszeit gewählt werden kann. Insbesondere kann dadurch vermieden werden, dass während der Nutzungsdauer auf die Sicherheitsreserve zurückgegriffen werden muss und es danach zum Beispiel zu einem Liegenbleiben des Kraftfahrzeugs kommt.
Das Bestimmen eines verfügbaren Energieinhalts oder einer Energiemenge einer Fahrzeugbatterie für eine vorbestimmte Fahrzeugfunktion, wie zum Beispiel den Notfallpuls, in Abhängigkeit von denen im vorliegenden Verfahren genannten Batteriekenndaten, ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere aus der oben genannten DE 10 2020 127 696 A1 . Im Vergleich zum Stand der Technik, in welchem der Energieinhalt für den Notfallpuls bestimmt wird, kann zur Bestimmung des Komfortbetriebs zum Beispiel eine andere Batteriekennlinie oder eine Batteriekennlinie mit einem unterschiedlichen Wertebereich verwendet werden. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass für den Komfortbetrieb andere Anforderungen an eine Stromstärke und an eine einzuhaltende Spannungsgrenze gestellt wird als für einen Notfallpuls.
Die Batteriekennlinie zum Beispiel aus Anforderungen und/oder Spezifikationen der Fahrzeugbatterie, insbesondere aus einer Konstruktion der Fahrzeugbatterie für den Komfortbetrieb bestimmt werden. Die Batteriekennlinie kann vorzugsweise mittels einer oder mehrerer Messungen bestimmt werden und somit eine gute Abschätzung über den aktuellen Energieinhalt liefern. Die Batteriekennlinie kann zum Beispiel in einem Datenspeicher vorliegen oder gespeichert sein. Die Batteriekennlinie kann insbesondere als eine Nachschlagetabelle oder eine Funktion des Energieinhalts in Abhängigkeit von den Batteriekenndaten, insbesondere dem Innenwiderstandswert, bereitgestellt sein. Vorzugsweise kann die Batteriekennlinie in Abhängigkeit eines Herstellers, einer Nennkapazität einer Batterietechnologie und/oder eine Einsatzdauer der Fahrzeugbatterie vorgesehen sein, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Die Batteriekennlinie kann zum Beispiel eine Strom-Spannungs-Kennlinie oder eine SOC-Kennlinie (SOC: State of Charge; Ladezustand) oder eine Kapazitätskennlinie sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Batteriekennlinie zum Beispiel in Abhängigkeit von einer Arrhenius-Gleichung und/oder der Peukert-Gleichung bestimmt oder vorgegeben sein.
Das Berechnen oder Ermitteln des Innenwiderstandswerts aus dem gemessenen Rippelstrom ist aus dem Stand der Technik, insbesondere der oben genannten DE 103 37 064 A1 bekannt. Dabei geht es darum, dass nur eine höherfrequente Anregung, also ein AC-Teil (AC: alternating current, Wechselstrom) oder Wechselanteil des Batteriestroms und der daraus resultierenden Spannungsantwort bewertet oder berücksichtigt wird, um den Innenwiderstand der Fahrzeugbatterie zu berechnen. Ein DC-Anteil (DC: direct current; Gleichstrom) oder Gleichanteil wird für die Widerstandsbewertung nicht herangezogen. Der Innenwiderstandswert kann vorliegend ein numerischer Wert des Innenwiderstands der Fahrzeugbatterie sein, der beispielsweise mit der physikalischen Einheit „Ohm“ angegeben werden kann.
Um die aufgrund der Elektrochemie einer Fahrzeugbatterie vorliegende Inkonstanz oder Unbeständigkeit des verfügbaren Energieinhalts einfließen zu lassen, wird die Temperatur und der aktuell fließende Entladestrom mit berücksichtigt. Der Temperaturwert kann beispielsweise mittels eines Temperatursensors ermittelt oder gemessen werden. Der aktuelle Entladestrom kann zum Beispiel mittels eines Stromsensors ermittelt oder gemessen werden.
Mit dem Entladestrom ist vorliegend insbesondere eine Entladestromstärke gemeint. Dessen Wert kann zum Beispiel von einer Anzahl und einem aktuellen Betriebszustand der jeweiligen Fahrzeugverbraucher abhängen. Der Betriebszustand gibt dabei insbesondere einen aktuellen Verbrauchswert der Fahrzeugverbraucher vor, also zum Beispiel ein Leistungs- oder Energiebedarf, den der jeweilige Fahrzeugverbraucher aktuell zum Betrieb benötigt. Der jeweilige Betriebszustand oder Betriebsmodus kann in dem Betriebsprofil vorgegeben oder hinterlegt sein.
Vorzugsweise kann aus den Batteriekenndaten ein kompensierter Innenwiderstandswert berechnet werden. Dazu kann zum Beispiel der Innenwiderstandswert aus dem Rippelstrom mit jeweiligen den übrigen Batteriekenndaten zugeordneten Korrekturwerten verrechnet werden.
Mit dem verfügbaren Energieinhalt sind vorliegend ein Strom und/oder eine Spannung und/oder eine Leistung der Fahrzeugbatterie gemeint, der oder die tatsächlich aus der Fahrzeugbatterie für die Durchführung des Komfortbetriebs frei zur Verfügung steht und entnommen werden kann, insbesondere innerhalb der Nutzungsdauer. Der Energieinhalt kann somit zum Beispiel die noch verfügbare oder nutzbare elektrische Ladungsmenge pro Zeiteinheit angeben. Der Energieinhalt kann auch als Ladungsinhalt bezeichnet werden. Der Energieinhalt beziehungsweise der Ladungsinhalt können vorzugsweise ein numerischer Wert mit der physikalischen Einheit Amperestunden „Ah“ sein.
Der Energieinhalt kann beispielsweise einer Energiemenge entsprechen oder eine der Energiemenge zugeordneten Größe sein. Die Energiemenge kann zum Beispiel die notwendige oder gewünschte Strommenge pro Zeit angeben. Die Energiemenge kann somit zum Beispiel den Energiebedarf eines der Fahrzeugverbraucher beschreiben, während der Energieinhalt die tatsächlich von der Fahrzeugbatterie zur Verfügung stellbare Energie beschreibt.
Die Nutzungsdauer kann ein Zeitraum oder Zeitintervall sein, der oder das angibt, wie lange die Fahrzeugverbraucher oder zumindest einer der jeweiligen Fahrzeugverbraucher in dem Komfortbetrieb betrieben werden soll. Die Nutzungsdauer kann zum Beispiel als Schätzwert vorliegen. Dabei kann die Nutzungsdauer zum Beispiel aus einem bekannten Betriebsverhalten der Fahrzeugverbraucher ermittelt oder abgeschätzt werden. Alternativ kann die Nutzungsdauer zum Beispiel einer verbleibenden Fahrzeit entsprechen. Dabei kann die Nutzungsdauer beispielsweise aus Navigationsdaten ermittelt werden.
Mit einem Fahrzeugverbraucher ist vorliegend insbesondere ein elektrischer Verbraucher oder eine elektrisch betriebene Komponente gemeint. Diese kann eine elektrische Last für die Fahrzeugbatterie bilden. Das heißt, der Fahrzeugverbraucher kann für den jeweiligen Betrieb an die Fahrzeugbatterie angeschlossen sein. Die elektrische Energieversorgung erfolgt somit mittels der Fahrzeugbatterie.
Ein Fahrzeugverbraucher kann zum Beispiel unterschiedliche Funktionen ausführen. Vorliegend wird insbesondere zwischen einer Sicherheitsfunktion und einer Komfortfunktion unterschieden. Ein Fahrzeugverbraucher, der zum Ausführen einer Sicherheitsfunktion ausgebildet ist, kann als sicherheitsrelevanter Verbraucher oder Sicherheitsverbraucher bezeichnet werden. Das heißt, es handelt sich um eine Komponente, die für einen verkehrsregelgerechten oder verkehrszulässigen Betrieb des Kraftfahrzeugs unbedingt notwendig ist. Ein entsprechender Verbraucher kann zum Beispiel eine Bremse oder eine Lenkung oder eine Crashsensorik des Kraftfahrzeugs sein.
Zum Durchführen der Sicherheitsfunktion kann der zugeordnete Fahrzeugverbraucher in einem Sicherheitsbetrieb betrieben werden. Der Sicherheitsbetrieb kann zum Beispiel den vorgenannten Notfallpuls umfassen.
Ein Fahrzeugverbraucher, der ausgebildet ist, eine Komfortfunktion auszuführen, kann als Komfortverbraucher oder nicht-sicherheitsrelevanter Verbraucher bezeichnet werden. Das heißt, es handelt sich um eine Komponente, die insbesondere nur für den Fahrkomfort, also zum Beispiel für eine Unterhaltung und/oder Unterstützung eines Insassen des Fahrzeugs vorgesehen ist. Solche Verbraucher erfüllen somit keine sicherheitsrelevanten Funktionen, wie sie zuvor beschrieben wurden. Ein entsprechender Verbraucher kann zum Beispiel eine Telefonanlage, eine Klimaanlage, ein Radio, ein Infotainmentsystem oder ein sogenannter Parkassistent des Kraftfahrzeugs sein.
Zum Durchführen der Komfortfunktion kann der zugeordnete Fahrzeugverbraucher zum Beispiel in dem eingangs genannten Komfortbetrieb betrieben werden. Dieser unterscheidet sich insbesondere von dem vorgenannten Sicherheitsbetrieb. Zum Beispiel können für den Komfortbetrieb geringere Anforderungen an eine Stromstärke oder eine Lastbeständigkeit oder ein Spannungsniveau vorgegeben sein, als für den Sicherheitsbetrieb.
Der vorbestimmte Verbrauchswert kann vorliegend als Wert verstanden werden, der den Verbrauch, also zum Beispiel einen Energie- oder Leistungsbedarf, für den jeweiligen Fahrzeugverbraucher vorzugsweise innerhalb der Nutzungsdauer angibt. Der Verbrauchswert kann zum Beispiel als Strom- oder Spannungswert oder Leistungswert vorliegen. Der Verbrauchswert kann zum Beispiel den aktuellen Entladestrom oder einen durchschnittlichen Entladestrom pro Zeit extrapoliert auf die Nutzungsdauer umfassen. Der Verbrauchswert kann zum Beispiel mit einem entsprechenden Sensor, wie zum Beispiel einem Strom- oder Spannungssensor, gemessen oder aus einer vorgegebenen Kennlinie entnommen werden.
Mit dem Betriebsprofil ist ein Kennfeld gemeint, mit dem angegeben ist, welchen Verbrauch der oder die Fahrzeugverbraucher innerhalb der Nutzungsdauer aufweisen dürfen. Dazu kann das Betriebsprofil zum Beispiel einen jeweiligen Betriebswert und/oder eine jeweilige Betriebseinstellung für zumindest einen Fahrzeugverbraucher umfassen. Ein Betriebswert kann zum Beispiel eine maximale Leistung, eine Betriebsdauer oder ein Ein- oder Ausschaltzeitpunkt für den jeweiligen Verbraucher sein. Durch Einstellen oder Umsetzen der jeweiligen Betriebseinstellung kann der jeweilige Fahrzeugverbraucher in den vorgenannten Betriebszustand versetzt werden.
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Betriebsprofil in Abhängigkeit von dem verfügbaren Energieinhalt aus einer von mehreren Kategorien ausgewählt. Das heißt, es kann zumindest zwei verschiedene Kategorien von Betriebsprofilen mit zum Beispiel jeweils unterschiedlichen Betriebswerten zueinander gegeben. Je nachdem, wie viel Energie in der Fahrzeugbatterie für den Komfortbetrieb noch zur Verfügung steht, kann eine der Kategorien ausgewählt werden. Je nach Kategorie können sich somit unterschiedliche Einstellungen für den jeweiligen Fahrzeugverbraucher ergeben.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in diesem Zusammenhang überprüft, ob der verfügbare Energieinhalt einen Minimalgrenzwert eines für den Komfortbetrieb vorgegebenen Maximalenergieinhalts der Fahrzeugbatterie unterschreitet. Nur dann, wenn ein Ergebnis der Prüfung positiv ist, wird ein Betriebsprofil einer ersten Kategorie ausgewählt, gemäß welcher zumindest einer der Fahrzeugverbraucher deaktiviert wird.
Besonders bevorzugt werden zum Beispiel alle Fahrzeugverbraucher deaktiviert, die für den Komfortbetrieb vorgesehen sind. Somit kann, falls keine oder nur noch geringfügige Energie für den Komfortbetrieb verfügbar ist, der oder die jeweiligen Fahrzeugverbraucher abgeschaltet werden. Bei einem Betriebsprofil der ersten Kategorie ist vorzugsweise somit kein Komfortbetrieb der Fahrzeugverbraucher mehr zulässig. Dazu kann zum Beispiel die Bedienbarkeit der Verbraucher und der Betrieb der Verbraucher abgeschaltet werden.
Mit dem Maximalenergieinhalt ist vorliegend ein Energieinhalt gemeint, den die Fahrzeugbatterie im vollständig vollgeladenen Zustand für einen Komfortbetrieb maximal zur Verfügung stellen kann. Der Minimalgrenzwert ist insbesondere eine Untergrenze oder eine Verfügbarkeitsgrenze des Maximalenergieinhalts. Der Minimalgrenzwert kann somit zum Beispiel einen Grenzwert angeben, bei dessen Unterschreiten der Notfallpuls zum Betreiben der Sicherheitsverbraucher notwendig ist.
Für die Deaktivierung der Fahrzeugverbraucher kann eine Priorisierung vorgegeben sein. Zum Beispiel kann die Priorisierung nach Verbrauchswerten der Fahrzeugverbraucher erfolgen. Je höher der Verbrauch, desto früher oder eher kann zum Beispiel der jeweilige Fahrzeugverbraucher deaktiviert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird überprüft, ob der verfügbare Energieinhalt in einem vorgegebenen unteren Teilbereich des für den Komfortbetrieb vorgegebenen Maximalenergieinhalts der Fahrzeugbatterie liegt. Nur dann, wenn ein Ergebnis der Überprüfung positiv ist, wird ein Betriebsprofil einer zweiten Kategorie ausgewählt, welche im Vergleich zu zumindest einer dritten Kategorie einen reduzierten Verbrauchswert der Fahrzeugverbraucher umfasst. Im Vergleich zu der dritten Kategorie ist in der zweiten Kategorie der Verbrauch der Fahrzeugverbraucher über die Nutzungsdauer somit reduziert.
Anders ausgedrückt, kann die zweite Kategorie umfassen, dass ein eingeschränkter Betrieb oder eine eingeschränkte Bedienbarkeit der Verbraucher durch eine Bedienperson oder einen Insassen vorgesehen ist. Die Betriebswerte, also zum Beispiel Einstellungen für die Verbraucher, sind somit nur beschränkt einstellbar oder wählbar.
Bei einem niedrigen Energieinhalt, also im unteren Teilbereich kann somit zum Beispiel ein besonders strenges Betriebsprofil gewählt werden. So können zum Beispiel Spannungseinbrüche aufgrund von hohen Lasten vermieden werden.
Im Vergleich dazu kann für das Betriebsprofil zum Beispiel die dritte Kategorie gewählt werden, falls das Ergebnis der Überprüfung negativ ist. Das ist zum Beispiel der Fall, wenn der verfügbare Energieinhalt größer ist als der untere Teilbereich, also der Energieinhalt zum Beispiel in einem vorgegebenen oberen Teilbereich des Maximalenergieinhalts liegt. In der dritten Kategorie sind entsprechend höhere Verbrauchswerte zugelassen. Vorzugsweise ist ein Verbrauchswert für die Fahrzeugverbraucher in der dritten Kategorie uneingeschränkt. Das heißt, die Betriebswerte oder Einstellungen für den jeweiligen Fahrzeugverbraucher können frei gewählt oder frei eingestellt werden. Es ist ein unbeschränkter Betrieb und eine unbeschränkte Bedienbarkeit der Fahrzeugverbraucher möglich.
Die vorgenannten Betriebsprofilkategorien können somit zum Beispiel nach Verbrauchswerten über die Nutzungsdauer unterschieden werden. Für die erste Kategorie kann ein Verbrauchswert von 0 vorgesehen sein. Für die zweite Kategorie kann ein kleinerer Verbrauchswert als für die dritte Kategorie vorgesehen sein.
Der untere Teilbereich kann zum Beispiel an einem Ende von dem Minimalgrenzwert begrenzt sein. Als eine Obergrenze kann der untere Teilbereich zum Beispiel einen vorgegebenen Maximalgrenzwert umfassen. Der Maximalgrenzwert kann zum Beispiel etwa 50 Prozent des Maximalenergieinhalts, insbesondere etwa 30 Prozent des Maximalenergieinhalts, vorzugsweise etwa 15 Prozent des Maximalenergieinhalts, besonders bevorzugt etwa 10 Prozent des Maximalenergieinhalts betragen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden zum Bestimmen des verfügbaren Energieinhalts für den Komfortbetrieb aus den Batteriekenndaten einerseits ein Gesamtenergieinhalt und andererseits ein Mindestenergieinhalt für einen Notfallpuls ermittelt. Der verfügbare Energieinhalt für den Komfortbetrieb wird dann aus einer Differenz des Gesamtenergieinhalts und des Mindestenergieinhalts bestimmt oder berechnet.
Der Gesamtenergieinhalt ist vorliegend als Energieinhalt zu verstehen, den die Fahrzeugbatterie aktuell insgesamt zur Verfügung stellen kann. Der Gesamtenergieinhalt umfasst somit sowohl den Energieinhalt für den Notfallpuls, also den Mindestenergieinhalt, als auch den Energieinhalt für den Komfortbetrieb. Durch diese Art der Berechnung kann insbesondere sichergestellt werden, dass immer der Mindestenergieinhalt, also die Sicherheitsreserve für den Notfallpuls, in der Fahrzeugbatterie vorhanden bleibt.
Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.
Die Erfindung betrifft gemäß einem weiteren Aspekt auch eine Batterieüberwachungsvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie. Die Batterieüberwachungseinrichtung ist dazu ausgebildet, ein Verfahren, wie es zuvor beschrieben wurde, durchzuführen oder auszuführen. Die Batterieüberwachungsvorrichtung kann vorzugsweise als Steuereinrichtung oder Recheneinrichtung für das Kraftfahrzeug umgesetzt sein. Die Steuereinrichtung kann zum Beispiel eine Datenverarbeitungseinrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen.
Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann als Binärcode oder Assembler und/oder als Quellcode einer Programmiersprache (z.B. C) bereitgestellt sein.
Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Der Datenspeicher kann z.B. zumindest teilweise als ein nicht-flüchtiger Datenspeicher (z.B. als eine Flash-Speicher und/oder als SSD - solid state drive) und/oder zumindest teilweise als ein flüchtiger Datenspeicher (z.B. als ein RAM - random access memory) ausgestaltet sein.
Des Weiteren betrifft die Erfindung gemäß einem weiteren Aspekt auch ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie und einer Batterieüberwachungsvorrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde. Die Batterie kann beispielsweise eine Starterbatterie und/oder eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs sein. Insbesondere kann die Fahrzeugbatterie zumindest einen Bleiakkumulator und/oder einen Lithium-Ionen-Akkumulator umfassen. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterieüberwachungsvorrichtung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterieüberwachungsvorrichtung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Fahrzeugbatterie und einer Batterieüberwachungsvorrichtung zum Vorgeben eines Betriebsprofils für einen Komfortbetrieb von Fahrzeugverbrauchern; und
2 ein schematisches Verfahrensablaufdiagramm für ein Verfahren zum Vorgeben des Betriebsprofils für den Komfortbetrieb der Fahrzeugverbraucher.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Fahrzeugbatterie 2 und einer Batterieüberwachungsvorrichtung 3. Mittels der Batterieüberwachungsvorrichtung 3 soll ein Betriebsprofil 8 für einen Komfortbetrieb von Fahrzeugverbrauchern 4 des Kraftfahrzeugs 1 vorgegeben werden.
In 1 ist das Kraftfahrzeug 1 beispielhaft als Personenkraftwagen ausgebildet. Die Fahrzeugbatterie 2 kann zum Beispiel eine Antriebsbatterie oder Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs 1 sein. Die Batterieüberwachungsvorrichtung 3 kann zum Beispiel ein Steuergerät mit zumindest einem Mikrocontroller sein. Beispielweise kann die Batterieüberwachungsvorrichtung 3 als ECU (electronic control unit, elektronische Kontrolleinheit) oder zentraler Bordcomputer des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet sein.
Das Kraftfahrzeug 1 umfasst gemäß 1 beispielhaft drei Fahrzeugverbraucher 4, die in dem Komfortbetrieb betreibbar sind oder betrieben werden können. Die Fahrzeugverbraucher 4 sind vorliegend zum Beispiel eine Radio 4a, eine Klimaanlage 4b und ein Aktualisierungsmodul 4c. Das Aktualisierungsmodul 4c kann zum Beispiel zur Aktualisierung einer Kraftfahrzeugsoftware eingesetzt werden kann.
Zum Betreiben in dem Komfortbetrieb kann den Fahrzeugverbrauchern 4 elektrische Energie aus der Fahrzeugbatterie 2 bereitgestellt werden. Die Fahrzeugverbraucher 4 können hierfür zum Beispiel mittels eines Bordnetzes an die Fahrzeugbatterie 2 angeschlossen sein. Das Bordnetz ist der Übersicht halber in 1 nicht dargestellt.
Die in 1 dargestellten Fahrzeugverbraucher 4 können auch als Komfortverbraucher bezeichnet werden. Das heißt, die Fahrzeugverbraucher 4 können für einen Insassen, wie zum Beispiel einen Fahrer des Kraftfahrzeugs 1, eine Komfortfunktion umsetzen. Eine Komfortfunktion kann zum Beispiel eine Unterhaltung oder Unterstützung des Insassen umfassen. Insbesondere ist eine Komfortfunktion als eine nicht sicherheitsrelevante, also für eine im Straßenverkehr verkehrszulässigen Betrieb des Kraftfahrzeugs nicht notwendige Funktion zu verstehen.
Somit sind die in 1 dargestellten Komfortverbraucher von sogenannten Sicherheitsverbrauchern zu unterscheiden. Im Gegensatz zu den Komfortverbrauchern können die Sicherheitsverbraucher Fahrzeugverbraucher sein, die eine Sicherheitsfunktion für das Kraftfahrzeug 1 ausführen. Es kann sich um sicherheitsrelevante Verbraucher handeln, die unbedingt notwendig sind, um einen im Straßenverkehr verkehrszulässigen Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 zu ermöglichen. Dazu gehören zum Beispiel eine Bremse und/oder eine Lenkung des Kraftfahrzeugs.
Um einen Sicherheitsbetrieb, also einen Betrieb der Fahrzeugverbraucher, die eine Sicherheitsfunktion erfüllen können, durchführen zu können, ist in der Fahrzeugbatterie 2 jederzeit eine Sicherheitsreserve an elektrischer Energie vorzuhalten. Diese Sicherheitsreserve kann ein Energieinhalt der Fahrzeugbatterie 2 sein, der notwendig ist, um einen sogenannten Notfallpuls auszuführen. Mit dem Notfallpuls ist es möglich, das Kraftfahrzeug 1 unter Einhaltung von vorgegebenen Verkehrsregeln sicher zum Anhalten zu bringen. Das heißt, mit der Sicherheitsreserve muss zum Beispiel eine Bremse und Lenkung zum Durchführen eines Anhaltevorgangs, bis zum sicheren Stillstand des Kraftfahrzeugs 1, uneingeschränkt betrieben werden können. Der verfügbare Energieinhalt für den Notfallpuls wird im Folgenden auch als Mindestenergieinhalt bezeichnet.
Diese Sicherheitsreserve darf für den Komfortbetrieb der Fahrzeugverbraucher 4 insbesondere nicht verwendet werden. Zum Betreiben der Komfortverbraucher 4 kann stattdessen ein verfügbarer Energieinhalt für den Komfortbetrieb in der Fahrzeugbatterie 2 vorgehalten sein. Dieser verfügbare Energieinhalt 6 wird im Folgenden auch als Komfortenergie bezeichnet.
Mit einem Energieinhalt ist vorliegend insbesondere ein Ladungsinhalt oder eine Ladungsmenge der Fahrzeugbatterie 2 gemeint, der für den jeweiligen Betrieb (Sicherheitsbetrieb oder Komfortbetrieb) von der Fahrzeugbatterie 2 tatsächlich zur Verfügung gestellt oder abgegriffen werden kann.
Der Energieinhalt 6 für den Komfortbetrieb und der Energieinhalt für den Sicherheitsbetrieb können gemeinsam einen Gesamtenergieinhalt der Fahrzeugbatterie 2 bilden. Damit ist die gesamte elektrische Energie gemeint, die in der Fahrzeugbatterie 2 gespeichert und abrufbar ist.
Um zu vermeiden, dass es während einer Nutzungsdauer 7 des Komfortbetriebs, also zum Beispiel während einer Fahrt mit dem Kraftfahrzeug 1, zu einem Liegenbleiben des Kraftfahrzeugs 1 kommt, wird die Batterieüberwachungsvorrichtung 3 nun zum Überwachen des Energieinhalts der Fahrzeugbatterie 2 eingesetzt. Zudem kann mit der Batterieüberwachungsvorrichtung 3 für die Nutzungsdauer 7 ein passendes Betriebsprofil 8 für die Fahrzeugverbraucher 4 in dem Komfortbetrieb ausgewählt werden.
2 zeigt dazu in schematischer Darstellung ein Verfahrensablaufdiagramm mit einzelnen Verfahrensschritten, die das Festlegen oder Vorgeben des Betriebsprofils 8 beispielhaft beschreiben.
Das Verfahren wird mit einem Schritt S1 gestartet. In dem Schritt S1 wird der verfügbare Energieinhalt 6 der Fahrzeugbatterie 2 für den Komfortbetrieb in Abhängigkeit von vorgegebenen Batteriekenndaten 5 bestimmt oder ermittelt. Die Batteriekenndaten 5 umfassen zumindest einen Innenwiderstandswert Ri, der aus einem sogenannten Rippelstrom der Fahrzeugbatterie 2 ermittelt wird. Des Weiteren umfassen die Batteriekenndaten 5 vorliegend einen Temperaturwert 5a, eine vorgegebene Batteriekennlinie 5b und einen aktuellen Entladestrom I der Fahrzeugbatterie 2.
Das Verwenden der beschriebenen Batteriekenndaten 5 zum Berechnen eines Energieinhalts für den Notfallpuls ist an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Die genannten Batteriekenndaten 5 können aber auch dazu eingesetzt werden, den Gesamtenergieinhalt und den verfügbaren Energieinhalt 6 für den Komfortbetrieb zu ermitteln. Dabei kann der Energieinhalt 6 zum Beispiel aus einer Differenz des Gesamtenergieinhalts und des Mindestenergieinhalts für den Notfallpuls berechnet werden. Wie die Berechnung konkret erfolgen kann, ist später noch näher beschrieben.
Nachdem der Energieinhalt 6 für den Komfortbetrieb bekannt ist, kann das Verfahren in einem Schritt S2 fortgesetzt werden. In dem Schritt S2 wird eine gewünschte Nutzungsdauer des Komfortbetriebs der Fahrzeugverbraucher 4 ermittelt. Die Nutzungsdauer kann sich zum Beispiel aus einer verbleibenden Fahrzeit des Kraftfahrzeugs berechnen. Die Fahrzeit kann zum Beispiel ein Schätzwert sein, der in Abhängigkeit von bekannten Fahrstrecken, die mit dem Kraftfahrzeug 1 abgefahren werden, abgeschätzt werden kann. Alternativ kann die Fahrzeit zum Beispiel aus Navigationsdaten eines Navigationsgeräts bekannt sein.
Anschließend wird das Verfahren in einem Schritt S3 fortgesetzt. In dem Schritt S3 wird das Betriebsprofils 8 für den Komfortbetrieb der Fahrzeugverbraucher 4 innerhalb der Nutzungsdauer 6 in Abhängigkeit von dem verfügbaren Energieinhalt 6 und einem vorbestimmten Verbrauchswert der Fahrzeugverbraucher 4 festgelegt. Dazu kann eine von mehreren Kategorien für das Betriebsprofil 8 ausgewählt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Auswahl zum Beispiel aus drei verschiedenen Kategorien erfolgen.
Für jede Kategorie können unterschiedliche Betriebswerte oder Betriebseinstellungen für die Fahrzeugverbraucher vorgesehen sein. Das heißt, durch Auswahl der jeweiligen Betriebsprofilkategorie kann der jeweilige Fahrzeugverbraucher 4 mit jeweils der Kategorie zugeordneten Betriebswerten beaufschlagt werden. Ein Betriebswert kann zum Beispiel eine Leistung oder eine Betriebsdauer und/oder ein Ein- oder Ausschaltzeitpunkt des jeweiligen Fahrzeugverbrauchers 4 sein. Dadurch kann mit der ausgewählten Kategorie zum Beispiel vorgegeben sein, wie lange oder wie oft oder mit welcher Leistung der jeweilige Fahrzeugverbraucher über die verbleibende Nutzungsdauer in dem Komfortbetrieb noch betrieben werden kann. Somit kann ein maximaler Verbrauch, welcher einen Energie- oder Leistungsbedarf des jeweiligen Fahrzeugverbrauchers 4 angibt, vorgegeben werden.
Um die passende Kategorie auszuwählen, wird auch der jeweilige Verbrauchswert der Fahrzeugverbraucher 4 innerhalb der Nutzungsdauer 7 berücksichtigt. Das heißt, es kann überprüft oder abgeschätzt werden, wie hoch der Verbrauch der Fahrzeugverbraucher 4 ist oder innerhalb der Nutzungsdauer 7 voraussichtlich sein wird, wenn das entsprechende Betriebsprofil 8 ausgewählt wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass der Energieinhalt 6 für den Komfortbetrieb ausreicht, um den Bedarf an elektrischer Energie der Fahrzeugverbraucher 4 für den Komfortbetrieb für die verbleibende Nutzungsdauer 7 zu decken.
In dem Schritt S3 kann zur Auswahl der Kategorie des Betriebsprofils 8 zum Beispiel überprüft werden, ob der ermittelte Energieinhalt 6 in einem unteren Teilbereich eines für den Komfortbetrieb vorgegebenen Maximalenergieinhalts der Fahrzeugbatterie 2 liegt oder einen Minimalgrenzwert des Maximalenergieinhalts unterschreitet. Der Maximalenergieinhalt ist eine maximale Energie, die die Fahrzeugbatterie 2 beinhalten oder aufweisen kann. Der Minimalgrenzwert kann eine Untergrenze sein, die den Übergang von dem Komfortbetrieb zu der Sicherheitsreserve, also den Mindestenergieinhalt, angibt. Der untere Teilbereich kann ein Bereich des Maximalenergieinhalts sein, der von dem Minimalgrenzwert bis zu einem vorgegebenen Maximalgrenzwert, also zum Beispiel bis 20 Prozent des Maximalenergieinhalts, einschließt.
Wenn der Energieinhalt 6 den Minimalgrenzwert unterschreitet, wird das Verfahren gemäß 2 in einem Schritt S4a fortgesetzt. In dem Schritt S4a wird das Betriebsprofil 8 einer ersten Kategorie ausgewählt. Gemäß der ersten Kategorie wird zumindest einer der Fahrzeugverbraucher 4, vorzugsweise alle Fahrzeugverbraucher 4, für den Komfortbetrieb deaktiviert. Dazu werden die der ersten Kategorie zugeordneten Betriebseinstellungen an die Fahrzeugverbraucher 4 übertragen.
Liegt der Energieinhalt 6 hingegen innerhalb des vorgegebenen unteren Teilbereichs, wird das Verfahren in einem Schritt S4b fortgesetzt. In dem Schritt S4b wird das Betriebsprofil einer zweiten Kategorie ausgewählt. Das Betriebsprofil gemäß der zweiten Kategorie weist im Vergleich zu zumindest einer dritten Kategorie einen reduzierten Verbrauchswert der Fahrzeugverbraucher 4 in dem Komfortbetrieb auf. Das heißt, die Fahrzeugverbraucher können mit niedrigen Verbrauchswerten, also zum Beispiel mit geringen Betriebseinstellungen, innerhalb der Nutzungsdauer 6 weiterhin bedient oder betrieben werden. Die Betriebswerte, also zum Beispiel mögliche Betriebseinstellungen für die Komfortverbraucher, können somit zum Beispiel eingeschränkt werden. Das heißt, es können bestimmte Betriebswerte deaktiviert oder reduziert werden. So kann zum Beispiel die maximale Leistung oder die maximale Anzahl an Einschaltvorgängen oder die Einschaltdauer reduziert werden. Dazu werden die der zweiten Kategorie zugeordneten Betriebseinstellungen an die Fahrzeugverbraucher 4 übertragen.
Liegt der Energieinhalt 6 hingegen in einem übrigen Teil des Maximalenergieinhalts, also zum Beispiel in einem oberen Teilbereich, wird das Verfahren in einem Schritt S4c fortgesetzt. In dem Schritt S4c wird das Betriebsprofil mit der dritten Kategorie ausgewählt. In der dritten Kategorie kann zum Beispiel ein uneingeschränkter Betrieb der Fahrzeugverbraucher 4 in dem Komfortbetrieb freigeschaltet sein. Dazu werden die der dritten Kategorie zugeordneten Betriebseinstellungen an die Fahrzeugverbraucher 4 übertragen.
Dadurch können die Fahrzeugverbraucher 4 für die verbleibende Nutzungsdauer effektiv weiter betrieben werden. Es kann zum Beispiel ein gleichmäßiger Betrieb der Fahrzeugverbraucher 4 innerhalb der Nutzungsdauer 7 sichergestellt werden.
Im Folgenden ist nun noch einmal zusammengefasst, wie der verfügbare Energieinhalt 6 für den Komfortbetrieb bestimmt oder berechnet werden kann.
Der Mindestenergieinhalt für den Notfallpuls ergibt sich zum Beispiel aus Anforderungen an ein mindestens einzuhaltendes Spannungsniveau, also zum Beispiel eine Mindestspannung, die mit der Fahrzeugbatterie 2 zum Durchführen der Sicherheitsfunktion bereitgestellt werden muss. Aus dem Spannungsniveau, also dem zugeordneten Spannungswert, ergibt sich ein Grenzwiderstand, also ein Grenzwert für den Innenwiderstand Ri der Fahrzeugbatterie 2, der nicht überschritten werden darf. Dieser Grenzwiderstand kann als kritischer Innenwiderstand der Fahrzeugbatterie 2 definiert werden.
Zur Bestimmung dieses Grenzwiderstands kann zum Beispiel eine an sich bekannte Methode zur Bewertung der im Bordnetz auftretenden Bordnetzstörungen, einem sogenannten Stromrippel oder Rippelstrom bestimmt. Aus dem Innenwiderstandswert kann die erwartete Reaktion des Bordnetzes und insbesondere der Fahrzeugbatterie 2 auf einen Stromimpuls und eine Dauerbelastung, der sich zum Beispiel durch den Notfallpuls ergibt, präzediert werden. Die Reaktion kann zum Beispiel eine Veränderung, insbesondere eine Schwankung, der Bordnetzspannung beziehungsweise der Spannung der Fahrzeugbatterie 2 betreffen. Erreicht diese Spannung eine kritische Untergrenze zum Beispiel als Delta zu einer notwendigen Mindestspannung zum Betrieb der sicherheitsrelevanten Verbraucher, welche den Betrieb der sicherheitsrelevanten Verbraucher im Kraftfahrzeug 1 gefährdet, so wird der der Spannung zugeordnete Innenwiderstandswert als der kritische Grenzwiderstand definiert. Vorzugsweise können zusätzlich aus anderen Anwendungen, also zum Beispiel in anderen Arbeitspunkten des Bordnetzes, weitere kritische Innenwiderstandswerte bekannt sein. Solche weiteren kritischen Innenwiderstandswerte können sich zum Beispiel bei einem redundanten Betrieb mit permanenten negativen Energiebilanzen oder im Abstellfall mit stark abweichenden Entladeströmen ergeben. Ein systemischer kritischer Innenwiderstand lässt sich dann zum Beispiel aus dem Minimum der Widerstände ermitteln.
Aus dem aktuell ermittelten Innenwiderstand und den Grenzwiderstand werden Ladungsinhalte oder Energieinhalte (Gesamtenergieinhalt und Mindestenergieinhalt) berechnet, deren Differenz die verbleibende Nutzbarkeit, also die Komfortenergie des Speichers widerspiegelt.
Da der Energieinhalt einer Fahrzeugbatterie 2 in der Regel eine variable Größe ist, kann zusätzlich der Temperaturwert und die Batteriekennlinie, durch die zum Beispiel ein Ladezustand oder eine Kapazität der Fahrzeugbatterie 2 vorgegeben sein kann, berücksichtigt werden. Zudem kann noch der aktuelle Entladestrom der Fahrzeugbatterie 2, also die Stromstärke, die von den angeschlossenen Fahrzeugverbrauchern 4 aktuell zum Betrieb benötigt wird, berücksichtigt werden.
Zum Beispiel kann aus den Batteriekenndaten 5 ein kompensierter Innenwiderstandswert bestimmt werden. Der kompensierte Innenwiderstandswert kann sich zum Beispiel aus dem jeweils gemessenen Innenwiderstandswert Ri aus dem Rippelstrom, einem dem Temperaturwert 5a zugeordneten Temperaturkorrekturwert, einem Ladezustand zugeordneten Ladezustandskorrekturwert und einem dem aktuellen Entladestrom I zugeordneten Stromkorrekturwert berechnet werden. Der Ladezustandskorrekturwert kann zum Beispiel aus der Batteriekennlinie entnommen werden. Die Korrekturwerte können Widerstandswerte sein und in der Einheit „Ohm“ angegeben sein.
Danach können zu dem kompensierten Innenwiderstandswert für den Gesamtenergieinhalt und den Mindestenergieinhalt nach einer vorgegebenen Zuordnungsvorschrift ein jeweiliger Energieinhalt oder Ladungsinhalt bestimmt werden. Gemäß der Zuordnungsvorschrift kann die Zuordnung zum Beispiel unter Verwendung einer Zuordnungstabelle oder Nachschlagetabelle erfolgen. Die Differenz der resultierenden Energieinhalte, also des Gesamtenergieinhalts und des Mindestenergieinhalts, kann die verbleibende Nutzbarkeit der Fahrzeugbatterie 2 widerspiegeln.
Die technische Umsetzung kann zum Beispiel wie folgt realisiert sein. Für den Grenzwiderstand kann unter Kompensation der aktuellen Temperatur zur Raumtemperatur und der Berücksichtigung einer Nennkapazität der Fahrzeugbatterie 2 ein widerstandsbasierter Ladezustandskorrekturwert berechnet, der dem Innenwiderstand zugehörig ist.
Aus dem Ladezustandskorrekturwert kann nun unter Kenntnis der Nennkapazität des Speichers und einer von einer Batteriesensorik übermittelten prozentualen Kapazitätsnutzbarkeit den Mindestenergieinhalt des Grenzwiderstands ermitteln werden, der mindestens zur Versorgung der sicherheitskritischen Verbraucher erforderlich ist.
Parallel dazu kann aus dem von der Batteriesensorik gemessenen aktuellen Innenwiderstand der aktuelle widerstandsbasierte Ladezustand (SoC) und daraus in der Folge der aktuelle widerstandsbasierte Energieinhalt ermittelt werden. Die Differenz der beiden widerstandsbasierten Energieinhalte (Aktuell - Grenz) ergibt somit den Energieinhalt 6, der noch für eine Nutzung des Speichers in der aktuellen Abstellphase zu Verfügung steht.
Alternativ dazu kann der Energieinhalt 6 für den Komfortbetrieb zum Beispiel direkt aus den Batteriekenndaten 5 berechnet werden, wobei zum Beispiel eine andere Batteriekennlinie als für die Bestimmung des Mindestenergieinhalts herangezogen wird.
Insgesamt zeigen die vorliegenden Ausführungsbeispiele, wie ein Ladungsinhalt einer Batterie oberhalb einer Sicherheitsreserve prädiziert und daraus ein Betriebsprofil für Fahrzeugverbraucher 4 im Komfortbetrieb bestimmt 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 102020127696 A1 [0006, 0018]
DE 1010337064 A1 [0007]
DE 102017221248 [0008]
DE 10337064 A1 [0021]

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Betriebsprofils (8) für einen Komfortbetrieb von Fahrzeugverbrauchern (4), gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Bestimmen eines verfügbaren Energieinhalts (6) einer Fahrzeugbatterie (2) für den Komfortbetrieb in Abhängigkeit von vorgegebenen Batteriekenndaten (5) zumindest umfassend: einen Innenwiderstandswert (Ri) aus einem gemessenen Rippelstrom, einen Temperaturwert (5a), eine vorgegebene Batteriekennlinie (5a) und einem aktuellen Entladestrom (I) der Fahrzeugbatterie (2), - Ermitteln einer gewünschten Nutzungsdauer (7) des Komfortbetriebs der Fahrzeugverbraucher (4), - Festlegen des Betriebsprofils (8) für den Komfortbetrieb der Fahrzeugverbraucher (4) innerhalb der Nutzungsdauer (6) in Abhängigkeit von dem verfügbaren Energieinhalt (6) und einem vorbestimmten Verbrauchswert der Fahrzeugverbraucher (4).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Betriebsprofil (8) in Abhängigkeit von dem verfügbaren Energieinhalt (6) aus einer von mehreren Kategorien ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei überprüft wird, ob der verfügbare Energieinhalt (6) einen Minimalgrenzwert eines für den Komfortbetrieb vorgegebenen Maximalenergieinhalts der Fahrzeugbatterie (2) unterschreitet, und nur dann, wenn ein Ergebnis der Überprüfung positiv ist, ein Betriebsprofil (8) einer ersten Kategorie ausgewählt wird, gemäß welcher zumindest einer der Fahrzeugverbraucher (4) deaktiviert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 3, wobei überprüft wird, ob der verfügbare Energieinhalt (6) in einem vorgegebenen unteren Teilbereich eines für den Komfortbetrieb vorgegebenen Maximalenergieinhalts der Fahrzeugbatterie (2) liegt, und nur dann, wenn ein Ergebnis der Überprüfung positiv ist, ein Betriebsprofil (8) einer zweiten Kategorie ausgewählt wird, welche im Vergleich zu zumindest einer dritten Kategorien einen reduzierten Verbrauchswert der Fahrzeugverbraucher (4) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Bestimmen des verfügbaren Energieinhalts (6) für den Komfortbetrieb aus den Batteriekenndaten (5) einerseits ein Gesamtenergieinhalt der Fahrzeugbatterie (2) und andererseits ein Mindestenergieinhalt für einen Notfallpuls ermittelt wird, und der verfügbare Energieinhalt (6) aus einer Differenz des Gesamtenergieinhalts und des Mindestenergieinhalts bestimmt wird.
Batterieüberwachungsvorrichtung (3) für eine Fahrzeugbatterie (2), die dazu ausgebildet ist ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Kraftfahrzeug (1) mit einer Fahrzeugbatterie (2) und einer Batterieüberwachungsvorrichtung (3) nach Anspruch 6.