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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorhersage einer Spannung einer
Batterie, insbesondere einer Fahrzeugbatterie.
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Herkömmlich besteht
das Problem, dass beispielsweise in einem Kfz-Bordnetz die Spannung
bei schlechter oder entladener Batterie bei bestimmten Belastungen
soweit einbricht, dass wichtige Systeme, wie beispielsweise das
Bremssystem nicht mehr den vollen Funktionsumfang haben und der
Fahrer unter Umständen
das Fahrzeug nur noch mit großen Einschränkungen
betreiben kann.
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Aus
der
DE 39 36 638 C1 ist
ein Verfahren bekannt, bei dem die Verbraucher in einem Fahrzeugbordnetz
bei Unterschreitung eines bestimmten Ladezustands der Batterie des
Fahrzeugs abgeschaltet oder zurückgeschaltet
werden, um eine zu starke Entladung der Batterie zu verhindern.
Welche oder welcher Verbraucher abgeschaltet werden oder wird, hängt davon
ab, zu welcher Gruppe von Verbrauchern dieser gehört. Eine
solche Gruppe setzt sich beispielsweise aus "Bedingt-Schaltbaren-Verbrauchern" (BSV) und/oder "Schaltbaren-Verbrauchern" (SV) zusammen. Die
Gruppe wird dabei immer komplett abgeschaltet oder im Verbrauch
reduziert. Jede Gruppe besitzt eine die Fahrzeugsicherzeit bzw.
ihre Wichtigkeit betreffende Priorität. Die Abschaltung oder Rückschaltung
der einzelnen Gruppen beginnt bei der Gruppe mit der geringsten Priorität. Führt dies
nicht zu einer Verbesserung des Ladezustands der Batterie werden
nachfolgend weitere Gruppen abgeschaltet oder zu rückgeschaltet, bis
der Ladezustand der Batterie ein bestimmtes Niveau erreicht.
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Weiterhin
ist aus der
DE 199
60 079 A1 ein Verfahren zur Ein- bzw. Abschaltung von verschiedenen
Klassen von Verbrauchern mittels Schaltelementen im Rahmen eines
von einem Steuergerät
durchgeführten
Energiemanagements bekannt. Die Ansteuerung der Schaltelemente erfolgt
dabei so, dass die gewählten
Prioritäten
für die
Ansteuerung der Schaltelemente während
des Betriebs dynamisch verändert
werden können.
Damit ist eine betriebszustandsabhängige Anpassung der Schaltprioritäten während des
laufenden Betriebs möglich.
Die Abschaltung von Verbrauchern erfolgt mittels Veränderung
der Schaltpriorität
so, dass die Wahrnehmbarkeit der Betriebszustände möglichst unterdrückt wird.
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Eine
Abschaltung bzw. Rückschaltung
eines Verbrauchers oder einer Gruppe von Verbrauchern erfolgt bei
diesen herkömmlichen
Verfahren immer erst, wenn ein schlechter Ladezustand bereits erkannt
wurde. Um zu verhindern, dass ein sicherheitsrelevantes System,
wie beispielsweise das Bremssystem aufgrund einer Rückschaltung
nicht mehr im vollen Funktionsumfang zur Verfügung steht, wird dabei derzeit
ein berechnungsintensives Verfahren zur Berechnung des Ladezustands
der Batterie verwendet, das die Kosten des zugehörigen Steuergeräts deutlich
erhöht.
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Aus
der
DE 69227938 T2 ist
es bekannt, mittels eines modellbasierten Algorithmuses eine Ladungsberechnung
einer Speicherbatterie in einem Photovoltaiknetzwerk durchzuführen. Die
Modellbildung erlaubt einen Abgleich der berechneten Ladungsbilanz
mit den aktuellen Kenngrößen der
Batterie. Die Batterie wird hierbei hauptsächlich zu Pufferzwecken eingesetzt,
weshalb die Ladungsbestimmung im Vordergrund steht. Das Batteriemodell
arbeitet hierbei mit einer äquivalenten
Ersatzschaltung der Blei-Säure-Batterie,
mit der die verschiedenen Spannungsabfälle in der Batterie erfasst
werden. Erfasst werden, die Diffusionspannung und die Polarisationspannung,
sowie ein ohmscher Innenwiderstand. Mit einer Vergassungsleitfähigkeit
wird der Elektrolytverbrauch erfasst. Durch negative Rückkopplung
der Abweichung zwischen berechneter Batteriespannung und gemessener
Spannung, wird mit dem Batteriemodell in Form einer Fehlerrechnung
eine Konsistenzrechnung durchgeführt,
bei der die Modellparameter variiert werden, bis die Modellrechnung
die Messwerte mit hinreichender Genauigkeit wiedergeben. Durch die
Berücksichtigung
des Elektrolytverbrauchs kann die Ladungsbilanzierung mit größerer Genauigkeit
erfolgen.
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Die
Technologie aus der
DE
69227938 T2 ist für
größere Versorgungsnetzwerke,
bei denen die Trägheit
des Versorgungsnetzes eine gewisse Stabilität gegen Laständerungen
bietet, bzw. bei denen auftretende Laständerungen, in der Regel keine
Größenordnung
erreichen, die einen Zusammenbruch des Versorgungsnetzes befürchten lassen
könnten. Das
Auftreten derartiger großer
Laständerungen, kann
deshalb mit dem Algorithmus aus der
DE 69227938 T2 nicht aufgefangen werden.
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Daher
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einfaches und kostengünstiges
Verfahren zur Vorhersage einer Spannung einer Batterie zur Verfügung zu
stellen, mit dem ein Zustand schlechter oder entladener Batterie,
bei dem es unter bestimmten Belastungen zu einem Spannungseinbruch
kommen kann, vorhersagbar ist und das ermöglicht, vor dem Eintreten dieses
Zustands entsprechende Gegenmaßnahmen
einzuleiten, damit bestimmte sicherheitsrelevante Verbraucher voll
funktionsfähig
bleiben.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verfahren zur Vorhersage einer Spannung einer Batterie
mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind
weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
zur Vorhersage einer Spannung einer Batterie wird nun ein rechtzeitiges
Erkennen von kritischen Batteriezuständen, insbesondere von kritischen
Bordnetzzuständen
im Fahrzeug und Einleiten von Gegenmaßnahmen, wie beispielsweise
eine Verbraucherabschaltung oder eine Erhöhung der Motordrehzahl ermöglicht.
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Diese
und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit der Zeichnung offensichtlich.
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Dabei
zeigt:
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1 ein Ablaufdiagramm eines
erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Vorhersage einer Spannung einer Batterie U_pred
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2 ein Ablaufdiagramm einer
Unterroutine "Berechnung
der Polarisationsspannung U_pol" aus 1,
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3 ein Ablaufdiagramm einer
Unterroutine "Filterung
der Polarisationsspannung U_pol" aus 1 und
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4 eine Darstellung beispielhafter
stromabhängiger
Verläufe
der Polarisationsspannung.
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Nachfolgend
wird nun das erfindungsgemäße Verfahren
zur Vorhersage einer Spannung einer Batterie, insbesondere einer
Fahrzeugbatterie unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme gemäß den 1 bis 3 genauer beschrieben.
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Um
zu gewährleisten,
dass bestimmte, sicherheitskritische Verbraucher, wie beispielsweise die
Sensotronic Brake Control bzw. SBC (Elektrohydraulische Bremse)
vollfunktionsfähig
bleiben, darf eine Fahrzeug-Batteriespannung eine bestimmte Mindestspannung
nicht unterschreiten, da es bei Anlegen einer Last zu einem Spannungseinbruch kommt.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann
nun vorhergesagt werden, welche Batteriespannung U_pred sich einstellt,
wenn mit einem vorbestimmten Strom I_pred, d.h. einer definierten
zu erwartenden Belastung entladen wird.
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In
einem ersten Schritt S1 werden aktuelle Batteriedaten, wie beispielsweise
die Batteriespannung U_batt, der Batteriestrom I_batt, die Batterietemperatur
T_batt und der dynamische Innenwiderstand Rdi der Batterie erfasst
bzw. von externen Erfassungs- und Berechnungseinrichtungen abgefragt. Dabei
werden die Batteriespannung U_batt, der Batteriestrom I_batt und
die Batterietemperatur T_batt mittels Sensoren erfasst und an eine
Steuerungseinrichtung übermittelt
bzw. von der Steuereinrichtung abgefragt, die das erfindungsgemäße Verfahren
zur Vorhersage der Spannung einer Batterie durchführt. Der
dynamische Innenwiderstand Rdi wird durch eine bekannte Routine
berechnet und das Berechnungsergebnis ebenfalls an die Steuereinrichtung übermittelt
bzw. von der Steuereinrichtung abgefragt. Ein derartiges Verfahren
zur Berechnung des dynamischen Innenwiderstands Rdi ist beispielsweise
aus der
DE 102 08
020 A1 bekannt, bei dem der erhaltene Wert für den dynamischen
Innenwiderstand bereits gefiltert ist. Die Werte für die Batteriespannung U_batt,
den Batteriestrom I_batt, die Batterietemperatur T_batt sowie den
dynamischen Innenwiderstand Rdi werden in vorbestimmten Intervallen
t, beispielsweise alle 50 ms, der Steuereinrichtung übermittelt
bzw. von der Steuereinrichtung abgefragt. Bei den erfassten Werten
des Batteriestroms I_batt bedeuten negative Werte eine Entladung
und positive Werte eine Ladung der Batterie.
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Anschließend wird
in einem Schritt S2 überprüft, ob es
sich bei diesem Funktionsablauf um einen ersten Ablauf handelt.
Hierzu wird der Zustand eines Bits überprüft, das bei einem ersten Funktionsablauf
gesetzt wird und bei jedem Neustart wieder zurückgesetzt wird. Wenn das Bit
gesetzt ist, d.h. bereits ein Funktionsablauf (Schritt S1 bis S12)
stattgefunden hat, schreitet der Ablauf zu Schritt S3 fort. Ansonsten
schreitet der Ablauf direkt zu Schritt S5 fort, damit direkt nach
dem Neustart eine Schnellvorhersage der Spannung der Batterie möglich wird.
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In
einem Schritt S3 wird ermittelt, ob bereits eine Zeit Tx, hier 500
ms abgelaufen ist, d.h. nach 500 ms schreitet der Ablauf zu Schritt
S4 fort, ansonsten kehrt der Ablauf zu Schritt S1 zurück.
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Wenn
in Schritt S3 ermittelt wird, dass die Bedingungen erfüllt sind,
wird in einem Schritt S4 die Batteriespannung U_batt und der Batteriestrom I_batt
mittels eines Tiefpasses gefiltert. Durch die Filterung werden ein
gefilterter Batteriespannungswert U_filt und gefilterter Batteriestromwert
I_filt von der Batteriespannung U_batt und dem Batteriestrom I_batt
ermittelt, aus denen jeweils die Welligkeit herausgefiltert ist.
Der gefilterte Batteriespannungswert U_filt und der gefilterte Batteriestromwert
I_filt nach der Tiefpassfilterung ergeben sich aus den nachfolgenden
Gleichungen: U_filt(tn)
= (U_batt – U_filt(tn–1))·(1 – exp(–t/T)) +
+ U_filt (tn–1) I_filt(tn) = (I_batt – I_filt(tn–1))·(1 – exp (–t/T)) +
+ I_filt (tn–1)
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Hierbei
ist T eine Filterkonstante, die beispielsweise als 500 ms gewählt wird,
während
t ein Intervall ist, in dem jeweils ein Wertesatz ausgelesen wird
und das beispielsweise 50 ms beträgt. tn ist
der aktuelle Zeitpunkt, während
tn–1 der
Zeitpunkt der letzten Berechnung ist. Wenn noch keine vorherige Berechnung
erfolgt ist, werden vorbestimmte Initialisierungswerte verwendet.
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Aufgrund
von Einschwingzeiten eines verwendeten Tiefpassfilters werden zur
Initialisierung beispielsweise Werte wie folgt festgelegt: U_filt
= 11,8, I_filt = 0,0 und Rdi = 5,0.
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Das
Einlesen der Eingangsgrößen in das Tiefpassfilter
erfolgt so rasch wie möglich,
vorausgesetzt die Werte sind gültig,
d.h. die Hardware zur Erfassung der Batteriespannung U_batt und
des Batteriestroms I_batt muss gültige
Werte liefern. Beim ersten Funktionsaufruf des Verfahrens zur Vorhersage einer
Spannung einer Batterie, beispielsweise nach einem Zeitraum Tx,
d.h. im Beispiel 500 ms wird eine Schnellvorhersage durchgeführt. Dabei
wird die Filterung durch den Tiefpass nicht mit einbezogen, d.h. die
Schritte S3 und S4 wird im ersten Funktionsaufruf übersprungen.
In den ersten beispielsweise 5 Sekunden nach diesem Funktionsaufruf
sind alle Zeitkonstanten auf 1 Sekunde gesetzt, da auf diese Weise ein
schnelles Einschwingen des Verfahrens ermöglicht wird.
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Die
Berechnung der vorhergesagten Batteriespannung U_pred, d.h. der
Funktionsablauf erfolgt nach einem Zeitraum T, d.h. im Beispiel
nach 500 ms.
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Die
Berechnung der vorhergesagten Batteriespannung U_pred wird nur dann
durchgeführt, wenn
der Batteriestrom I_batt größer als
der vorbestimmte Laststrom I_pred ist, auf den die Vorhersage abgestellt
ist. Dabei wird eine vorbestimmte Toleranz Tol, beispielsweise von
5A zugelassen. Eine Berechnung für
einen Batteriestrom I_batt kleiner als I_pred ist nicht erforderlich,
da dann der derzeit vorliegende Spannungseinbruch größer als
ein vorherzusagender Spannungseinbruch wäre. Daher kehrt der Ablauf
dann zu Schritt S1 zurück.
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Somit
wird in Schritt S5 überprüft, ob die
für die
Durchführung
der Berechnung der vorhergesagten Batteriespannung U_pred erforderlichen
folgenden Bedingungen erfüllt
sind: I_filt > (I_pred – Tol) und I_batt > I_pred – Tol
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Dies
zweitgenannte Bedingung wird hier zusätzlich abgefragt, da bei einem
Startvorgang größere Ströme erreicht
werden, aber aufgrund des Filters eine Berechnung ansonsten zugelassen
würde.
Derartige Fehler sollen jedoch ausgeschlossen werden.
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Wenn
in Schritt S5 erkannt wird, dass die vorstehend aufgeführten Bedingungen
nicht erfüllt sind,
wird keine Berechnung der vorhergesagten Batteriespannung U_pred
durchgeführt
und der Ablauf kehrt zu Schritt S1 zurück.
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Wenn
in Schritt S5 erkannt wird, dass die vorstehenden Bedingungen erfüllt sind,
wird anschließend
in einem Schritt S6 ein ohmscher Spannungsabfall am dynamischen
Innenwiderstand Rdi berechnet. Dazu wird aus den gefilterten Batteriestrom- und Innenwiderstandswerten
(I_filt und Rdi) der durch den vorbestimmten Laststrom I_pred am dynamischen
Innenwiderstand Rdi entstehende Spannungsabfall U_ri entsprechend
der nachfolgend aufgeführten
Formel berechnet: U_ri = (I_filt – I_pred)·Rdi
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Da
der vorbestimmte Laststrom I_pred immer ein Entladestrom ist, muss
er auch negativ eingesetzt werden. Der Wertebereich für den vorbestimmten
Laststrom I_pred beträgt
beispielsweise zwischen –80A
und –150A.
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Anschließend wird
in einem Schritt S7 eine Polarisationsspannung U_pol berechnet.
Die Unterroutine zur Berechnung der Polarisationsspannung in Schritt
S7 ist in 2 genauer
dargestellt. Die Polarisationsspannung U_pol hat mehrere chemische
Ursachen, d.h. setzt sich aus mehreren Teilspannungen zusammen.
Diese Teilspannungen sind unter anderem eine Durchtrittspannung
bzw. Aktivierungsspannung, eine Kristallisati onsspannung und eine
Diffusionsspannung. Die Durchtrittsspannung entsteht dadurch, dass
sich die örtliche
Verteilung der Ionen bei Stromänderung
erst aufbauen muss, wobei dies jedoch nicht so schnell geschieht,
wie sich der Strom einstellt, und die Verteilung der geladenen Teilchen an
der Oberfläche
mit einem Kondensator vergleichbar ist. Die Kristallisationsspannung
ist die erforderliche Spannung, um Moleküle an der Oberfläche der Elektrode
aus ihrem Verband herauszulösen
und einer Reaktion zugänglich
zu machen. Die Diffusionsspannung schließlich ist die Spannung, die
benötigt wird,
um die Reaktionsprodukte von der Elektrodenoberfläche zu entfernen.
Diese Teilspannungen weisen jeweils eine nach einer e-Funktion verlaufende Abhängigkeit
vom Batteriestrom, nämlich
der Stromgröße und der
Stromrichtung, sowie der Temperatur auf.
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Die
Polarisationsspannung U_pol kann in ihrer Gesamtheit durch zwei
einfache Reziprokfunktionen genau genug beschrieben werden. Die
Polarisationsspannung U_pol kann wie folgt ermittelt werden, wobei
jeweils zu unterscheiden ist, ob die Batterie geladen wird, d.h.
I_filt > 0 ist, oder
die Batterie entladen wird, d.h. I_filt ≤ 0 ist.
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Daher
wird zunächst
in einem Schritt S7-1 entschieden, ob der gefilterte Batteriestrom
I_filt größer als
Null ist. Je nach dem Entscheidungsergebnis wird in Schritt S7-2a
bzw. S7-2b eine Berechnung der Polarisationsspannung U_pol gemäß den nachfolgend
aufgeführten
Formel ausgeführt:
Für I_filt > 0: U_pol = (U_pol_0 + (ki_lad·I_filt/(ik_lad + I_filt)))·K1. Für I_filt ≤ 0: U_pol = (U_pol_0 + (ki_ela·I_filt/(ik_ela – I_filt)))·K1
K1 ist in den vorstehenden Gleichungen ein
Korrekturfaktor, der 1 ist, wenn der vorbestimmte Laststrom I_pred –100A beträgt, während er
sich für
einen vorgegebenen Laststrom I_pred im Bereich zwischen –80A bis –150A aus
(1 – (I_pred+100)/100·0,2) ergibt.
Für den
Fachmann ist hierbei offensichtlich, dass, wenn ein von diesem Laststrombereich
abweichender Laststrombereich gewünscht wird, ein entsprechender,
angepasster Korrekturwert ermittelt werden kann.
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Dabei
sind die Parameter U_pol_0, ki_lad, ik_lad, ki_ela und ik_ela vorbestimmte
Parameter. Beispielsweise kann U_pol_0 bei 0°C 0,7V betragen. Die Temperaturabhängigkeit
beträgt – 9mV/°C. Daraus
ergibt sich: U_pol_0 = 0,7V – 0,009V/°C·T_batt
[T_batt in °C] ik_lad und ik_ela
sind empirische Parameter, die die Krümmung der Kurve der Polarisationsspannung U_pol
als Funktion des gefilterten Batteriestroms I_filt beschreiben.
In 4 ist ein derartiger
Kurvenverlauf für
verschiedene Batterietemperaturen T_batt gezeigt. Beispielsweise
kann der Wert für
ik_lad 80A und der Wert für
ik_ela 20A betragen. ki_ela ist dimensionslos und so festzulegen,
dass bei I_filt = I_pred der Wert für U_pol = 0V beträgt.
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Es
gilt also: ki_ela = U_pol_0·(ik_ela – I_pred)/(-I_pred·[VA))
bzw. ki_lad = U_pol_0·(ik_lad – I_pred)/(-I_pred·[VA))·K2.
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Beim
Laden muss ein Korrekturfaktor K2 berücksichtigt
werden, da beim Laden sehr große Überspannungen
auftreten können,
die für
eine Berechnung zu groß wären. Durch
diesen Korrektur- bzw. Kompensationsfaktor
K2 werden auch diese Spannungen berechenbar.
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Diese
Beschreibung der Polarisationsspannung U_pol gilt, wenn die Batterie
in einem quasistatischen, d.h. eingeschwungenen Zustand ist, d.h. wenn
der Batteriestrom I_batt konstant ist.
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Bedingt
durch die chemischen Reaktionen, die sich hinter diesem Phänomen verbergen,
verändert
sich die Polarisationsspannung U_pol nur langsam. Die Veränderung
folgt zwei überlagerten
Zeitkonstanten. Der wie oben beschrieben ermittelte Parameter U_pol
besteht also aus einem schnell und einem langsam einschwingenden
Teil U_pol_fast_roh und U_pol_slow_roh: U_pol_fast_roh
= 0,6·U_pol
und U_pol_slow_roh = 0,4·U_pol, d.h. 60% von
U_pol schwingt schnell ein und 40% schwingt langsam ein.
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Daher
erfolgt in einem weiteren Schritt S8, dessen genauer Ablauf in 3 genauer veranschaulicht
ist, eine Filterung der Polarisationsspannung U_pol, wobei diese
Filterung bevorzugt durch zwei Tiefpassfilter erfolgt, jeweils eines
für einen schnell
einschwingenden Anteil U_pol_fast_roh von U_pol und eines für einen
langsam einschwingenden Anteil U_pol_slow_roh von U_pol.
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Zunächst wird
in einem Schritt S8-1 die Polaristionsspannung U_pol in die noch
ungefilterten Rohwerte der Polarisationsspannung U_pol_fast_roh und
U_pol_slow_roh aufgeteilt. Anschließend erfolgt in Schritt S8-2
eine Filterung dieser beiden Polarisationsspannungsanteile U_pol_fast_roh
und U_pol_slow_roh mittels zweier Tiefpassfilter.
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Somit
ergibt sich: U_pol_fast_filt(tn) = (U_pol_fast_roh – Upol_fast_filt(tn–1)· ·T + U_pol_fast_filt(tn–1) U_pol_slow_filt(tn) =
(U_pol_slow_roh – Upol_slow_filt(tn–1)· ·T + U_pol_slow_filt(tn–1)
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Die
Zeitkonstanten der Tiefpassfilter für U_pol_fast_roh und U_pol_slow_roh
sind dabei unterschiedlich, je nachdem, ob geladen wird, d.h. I_filt > 0 ist, oder entladen
wird, d.h. I_filt ≤ 0.
Die Zeitkonstanten betragen beispielsweise:
Für I_filt > 0: T für
U_pol_fast_filt = 1 Sekunde T für
U_pol_slow_filt = 1 Minute Für I_mittel ≤ 0: T für
U_pol_fast_filt = 1 Sekunde T für
U_pol_slow_filt = 30 Sekunden
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In
einem weiteren Schritt S8-3 werden anschließend die gefilterten Werte
der beiden Polarisationsspannungsanteile U_pol_fast_filt und U_pol_slow_filt
addiert, um eine gefilterte Polarisationsspannung U_pol_filt zu
erhalten.
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Diese
Werte für
Parameter zur Ermittlung der Polarisationsspannung sind ebenfalls
nur Beispiele und stellen keine Einschränkung dar.
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In
einem darauffolgend durchgeführten Schritt
S9 wird anschließend
aus den in den Schritt S4, S6 und S7 und S8 ermittelten Spannungswerten für die gefilterte
Batteriespannung U_filt, den ohmschen Spannungsabfall U_ri und die
gefilterte Polarisationsspannung U_pol_filt die vorhergesagte Batteriespannung
U_pred entsprechend der folgenden Formel berechnet: U_pred = U_filt – U_ri – U_pol_filt
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Die
so in Schritt S9 ermittelte vorhergesagte Batteriespannung U_pred
wird in Schritt S10 noch nach oben und unten begrenzt, indem beispielsweise als
Maximalwert U_pred_max 12,5V und als Minimalwert U_pred_min 10V
festgelegt wird. Eine Begrenzung nach oben ist dabei nicht unbedingt
erforderlich, da dort die Batterieladung in jedem Fall ausreichend ist;
den noch wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Maximalwert U_pred_max auf einen Wert nahe einem Normalwert
einer vollen Batterie im Ruhezustand festgelegt. Die Begrenzung
nach unten durch einen Minimalwert U_pred_min ist jedoch in jedem
Fall erforderlich, da die Batterie ab diesem Spannungswert derart
gealtert, entladen, o.ä.
ist, dass ab diesem Schwellenwert aufgrund einer exponentiell einbrechenden
Spannung kein zuverlässige Vorhersage
der Batteriespannung mehr möglich
ist. Im Fall, dass die vorhergesagte Batteriespannung U_pred innerhalb
der Grenzwerte U_pred_min und U_pred_max liegt, erfolgt dann in
einem weiteren Schritt S11 eine Filterung der vorhergesagten Batteriespannung,
wobei die Zeitkonstante T dieses Filters sowohl für negative
als auch für
positive Stromwerte 3 Minuten betragen kann. Durch diese weitere
Filterung in Schritt S11 werden Sprünge, die aufgrund einer Umschaltung
von Laden auf Entladen auftreten herausgefiltert.
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Dadurch
ergibt sich: U_pred_filt(tn)
= (U_pred_roh – U_pred_filt(tn–1))·T + + U_pred_filt(tn–1) wobei T beispielsweise
als 3 Minuten gewählt
ist.
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Abschließend erfolgt
in Schritt S12 eine Überprüfung, ob
das Bit, das anzeigt, ob bereits ein erster Funktionsaufruf erfolgt
ist, gesetzt ist. Sollte es nicht gesetzt sein, wird dieses Bit
gesetzt und dann kehrt der Ablauf zu Schritt S1 zurück. Ansonsten kehrt
der Ablauf direkt zu Schritt S1 zurück.
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Auf
diese Weise kann zuverlässig
eine Spannung einer Batterie, insbesondere einer Fahrzeugbatterie
bei einer im voraus festgelegten Belastung mit einem Laststrom I_pred
ermittelt werden. Diese Vorhersage ist für Batterien aller Art, insbesondere für Fahrzeugbatterien
jeglicher Bauart Größe und Kapazität anwendbar.
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Zusammenfassend
offenbart die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Vorhersage
einer Spannung einer Batterie, insbesondere ein Fahrzeugbatterie.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren
wird es möglich
einen Spannungseinbruch vorherzusagen, bevor er tatsächlich aufgrund
einer Belastung eintritt. Dazu wird aus Batteriedaten, wie beispielsweise
Batteriespannung, Batteriestrom, Batterietemperatur und dynamischem
Innenwiderstand zunächst eine
gefilterte Batteriespannung und ein gefilterter Batteriestrom ermittelt.
Aus einem Differenzstrom zwischen dem gefilterten Batteriestrom
und eine vorgegebenen Laststrom ein ohmscher Spannungsabfall über den
dynamischen Innenwiderstand ermittelt. Außerdem wird eine Polarisationsspannung
als Funktion des gefilterten Batteriestroms berechnet, die anschließend gefiltert
wird. Aus der gefilterten Batteriespannung, abzüglich des ohmschen Spannungsabfalls
und der gefilterten Polarisationsspannung wird eine vorhergesagte
Batteriespannung berechnet. Anhand dieser vorhergesagten Batteriespannung
kann über
weitere Maßnahmen
entschieden werden.