DE19806135A1 - Method for determining the temperature of a vehicle battery - Google Patents
Method for determining the temperature of a vehicle batteryInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ermittlung der Temperatur einer Fahrzeugbatterie nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a method for determination the temperature of a vehicle battery according to the genus Main claim.
Damit eine Batterie optimal geladen werden kann, ist es erforderlich, die Batterietemperatur zu bestimmen und die Ladespannung abhängig von der Batterietemperatur festzulegen. Üblicherweise wird die Batterietemperatur mit Hilfe eines Temperatursensors erfaßt, der beispielsweise am Polschuh, am Polanschluß, am Batteriegehäuse erfolgt. Außerdem könnte auch die Elektrolyttemperatur der Batterie mittels eines säureresistentverpackten Sensors ermittelt werden. Eine solche Temperaturerfassung mittels eines Sensors hat jedoch den Nachteil, daß zusätzliche Kosten für den Sensor, die Sensormontage und Verkabelung zwischen dem Sensor und dem Steuergerät verursacht werden. Insgesamt ist eine solche Temperaturmessung mit einem beträchtlichen Aufwand verbunden. So that a battery can be optimally charged, it is required to determine the battery temperature and the Charging voltage depending on the battery temperature to be determined. Usually the battery temperature is included With the help of a temperature sensor detected, for example, on Pole shoe, on the pole connection, on the battery housing. It could also change the battery electrolyte temperature determined using an acid-resistant packed sensor become. Such temperature detection by means of a However, sensors has the disadvantage that additional costs for the sensor, the sensor assembly and wiring between the Sensor and the control unit are caused. Overall is such a temperature measurement with a considerable Associated effort.
Zur Einsparung eines Temperatursensors an der Batterie wird in der DE-OS 40 37 640 vorgeschlagen, die Batterietemperatur nicht direkt zu messen, sondern die Temperatur des Spannungsreglers zu messen, indem die zur Regelung der Ladespannung vorgesehene Steuereinheit enthalten ist und aus der im Regler gemessenen Temperatur die Batterietemperatur abzuschätzen. Dabei wird davon ausgegangen, daß sich nach Fahrbeginn der Spannungsregler und die Batterie auf eine vorbestimmbare Art erwärmen. Zur Berechnung der Temperatur der Batterie werden zusätzliche Daten verwendet, die in einem Kennfeld abgespeichert sind und beispielsweise die Erwärmungszeitkonstante der Batterie enthalten.To save a temperature sensor on the battery proposed in DE-OS 40 37 640, the battery temperature not to measure directly, but the temperature of the Voltage regulator to measure by regulating the Charging voltage provided control unit is included and off the temperature measured in the controller is the battery temperature to estimate. It is assumed that after Start of the voltage regulator and the battery on one warm predeterminable type. To calculate the temperature Additional data is used in the battery a map are stored and for example the Heating time constant of the battery included.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der Temperatur wenigstens einer Batterie in einem Fahrzeug-Bordnetz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß eine gegenüber dem Stand der Technik genauere Bestimmung der Batterietemperatur möglich ist, wodurch der erreichbare Ladezustand der Batterie weiter verbessert wird und so die Lebensdauer der Batterie erhöht wird. Erzielt werden diese Vorteile, indem die Temperatur an wenigstens zwei vorgebbaren Stellen des Fahrzeugbordnetzes ermittelt wird und aus den beiden gemessenen Temperaturen die Berechnung der Batterietemperatur nach einem thermischen Modell erfolgt. Die beiden Stellen des Bordnetzes werden dabei vorteilhafterweise so ausgewählt, daß ihre Temperatur ohnehin gemessen werden muß bzw. ohnehin bekannt ist, so daß keine zusätzlichen Sensoren benötigt werden. Die beiden Temperaturen, die zur Berechnung der Batterietemperatur ausgewertet werden, sind die Motortemperatur und die Umgebungstemperatur. Weitere Temperaturen können in vorteilhafterweise berücksichtigt werden, sofern sie ohnehin bekannt sind. The method according to the invention for determining the temperature at least one battery in a vehicle electrical system with the Features of claim 1 has the advantage that a compared to the prior art more precise determination of Battery temperature is possible, making the achievable The state of charge of the battery is further improved and so Battery life is increased. These are achieved Advantages by keeping the temperature at least two specifiable points of the vehicle electrical system is determined and the calculation from the two measured temperatures the battery temperature according to a thermal model he follows. The two points in the electrical system will be included advantageously chosen so that its temperature must be measured anyway or is known anyway, so that no additional sensors are required. The two Temperatures used to calculate the battery temperature are evaluated are the engine temperature and the Ambient temperature. Other temperatures can be in are advantageously taken into account, provided that they are anyway are known.
Weitere Vorteile der Erfindung werden mit den in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß die zur Berechnung der Batterietemperatur benötigten Meßdaten vom Steuergerät des Fahrzeugs mittels eines Datenbuses, beispielsweise eines CAN-Buses zur Verfügung gestellt werden. Ein besonders vorteilhafter Einsatz für das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich in einem Zweitbatteriebordnetz, mit einer Starterbatterie im Motorraum und einer Bordnetzbatterie im Kofferraum. Da beide Batterien an unterschiedlicher Stelle angeordnet sind und außerdem unterschiedliche Dimensionen aufweisen, können sich verschiedene Temperaturen einstellen, die jeweils berechnet werden können, wobei in den verwendeten Rechenmodellen die unterschiedlichen thermischen Kapazitäten berücksichtigt werden.Further advantages of the invention are with the in the Measures specified in subclaims achieved. It is particularly advantageous that the calculation of the Battery temperature required measurement data from the control unit of the Vehicle using a data bus, for example one CAN buses are provided. A special one advantageous use for the method according to the invention results in a secondary battery network, with one Starter battery in the engine compartment and an on-board electrical system battery in the Trunk. Because both batteries are in different places are arranged and also different dimensions have different temperatures, which can be calculated in each case the different thermal models used Capacities are taken into account.
Vorteilhafterweise wird bei der Bildung des Rechenmodells ein thermisches Rechenmodell eingesetzt oder es erfolgt eine Modellbildung durch Fuzzy-Logik. Durch die indirekte Bestimmung der Batterietemperaturen in durch Bussysteme vernetzten Kraftfahrzeugen ergibt sich eine vorteilhafte Kostenersparnis beim Fahrzeughersteller durch wegfallende Sensorverkabelung und Sensorinstallation an oder in den Batterien. Die zuverlässige Montage von Sensoren im Batteriebereich, die üblicherweise recht aufwendig ist, kann entfallen. Das Ausfallrisiko der Meßwerterfassung aufgrund defekter Sensoren, Leitungs- und Steckverbindungsproblemen mit der Folge geschädigter Batterien entfällt.The calculation model is advantageously used a thermal calculation model is used or a Modeling through fuzzy logic. Through the indirect Determination of battery temperatures in by bus systems networked motor vehicles result in an advantageous Cost savings for the vehicle manufacturer by eliminating Sensor cabling and sensor installation on or in the Batteries. The reliable installation of sensors in the Battery area, which is usually quite expensive omitted. The risk of failure of the data acquisition due to defective sensors, line and connector problems with the consequence of damaged batteries.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Bestandteile eines Zweibatterienbordnetzes. Fig. 2 beschreibt ein thermisches Modell zur Bestimmung der Temperatur der Starterbatterie und Fig. 3 beschreibt ein thermisches Modell zur Bestimmung der Temperatur der Bordnetz- bzw. Versorgungsbatterie.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail in the following description. In particular, FIG. 1 shows the elements essential for understanding the invention, components of a two batteries onboard network. FIG. 2 describes a thermal model for determining the temperature of the starter battery and FIG. 3 describes a thermal model for determining the temperature of the vehicle electrical system or supply battery.
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild eines Zwei-Batterien- Bordnetzes dargestellt, für das das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der Temperatur der beiden Fahrzeugbatterien eingesetzt werden kann. Dieses Bordnetz umfaßt im einzelnen folgende Komponenten: einen Versorgungskreis 10, der einen Generator 11 mit zugehörigem Spannungsregler 12, die Versorgungs- bzw. Bordnetzbatterie 13 sowie Verbraucher 14 und 15 umfaßt. Die einzelnen Komponenten des Versorgungskreises 10 sind über einen Anschluß Kl. 30b mit einem Bordnetzsteuergerät 16 verbunden. Das Bordnetzsteuergerät 16 ist über einen weiteren Anschluß Kl. 30a mit dem Starter 17 und der Starterbatterie 18 verbunden. Der Starter 17 sowie die Starterbatterie 18 bilden den Startkreis. Die Starterbatterie 18 befindet sich in der Nähe des Starters, beispielsweise im Motorraum des Fahrzeugs, während sich die Batterie 13 beispielsweise im Kofferraum des Fahrzeugs befindet.In Fig. 1 is a block diagram of a two-Battery- onboard network shown for the process of the invention for determining the temperature of the two vehicle batteries can be used. This electrical system comprises the following components in detail: a supply circuit 10 , which includes a generator 11 with associated voltage regulator 12 , the supply or electrical system battery 13 and consumers 14 and 15 . The individual components of the supply circuit 10 are connected to an on-board power supply control unit 16 via a terminal Kl. 30 b. The vehicle electrical system control unit 16 is connected to the starter 17 and the starter battery 18 via a further terminal Kl. 30 a. The starter 17 and the starter battery 18 form the starting circuit. The starter battery 18 is located near the starter, for example in the engine compartment of the vehicle, while the battery 13 is located in the trunk of the vehicle, for example.
Das Bordnetzsteuergerät 16 steht mit dem Motorsteuergerät 21 (z. B. 21a) oder mit den Steuergeräten 21a. . .21n über wenigstens eine Leitung 22 in Verbindung. Diese Leitung 22 kann beispielsweise ein Bus-System umfassen, beispielsweise einen CAN-Bus mit CAN-Schnittstelle. Über diesen Bus werden Informationen zwischen dem Bordnetzesteuergerät 16 und den Motorsteuergeräten 21a bis 21n ausgetauscht. Die Steuergeräte 21a bis 21n erhalten über Sensoren 19 die für die Motorsteuerung erforderlichen Informationen, die auch für das Bordnetzsteuergerät benötigt werden. Das BNSG berechnet aus diesen Informationen die Ladespannungen für Bordnetz- und Starterbatterie. Die Ladung der Starterbatterie erfolgt zum Beispiel durch einen im BNSG integrierten Spannungswandler.The vehicle electrical system control unit 16 is connected to the engine control unit 21 (for example 21 a) or to the control units 21 a. . . 21 n via at least one line 22 in connection. This line 22 can comprise, for example, a bus system, for example a CAN bus with a CAN interface. Information is exchanged between the on-board electrical system control unit 16 and the engine control units 21 a to 21 n via this bus. The control units 21 a to 21 n receive, via sensors 19, the information required for the engine control, which is also required for the vehicle electrical system control unit. The BNSG uses this information to calculate the charging voltages for the on-board electrical system and starter battery. The starter battery is charged, for example, by a voltage converter integrated in the BNSG.
Die temperaturabhängige Ladesteuerung der Bordnetzbatterie 13 erfolgt durch die Vorgabe eines Sollwertes für den Generatorregler 12 über einen Datenbus 20 oder analog über eine Leitung.The temperature-dependent charge control of the on-board electrical system battery 13 takes place by specifying a setpoint for the generator controller 12 via a data bus 20 or analogously via a line.
Dabei können auch Funktionen des Generatorreglers 12 vom BNSG 16 übernommen werden und der Generatorregler in eine intelligente Leistungsendstufe mit Notlaufeigenschaften reduziert werden.Functions of the generator controller 12 can also be taken over by the BNSG 16 and the generator controller can be reduced to an intelligent power output stage with emergency running properties.
Das Bordnetzsteuergerät 16 ist weiterhin mit dem Regler 12 verbunden. Ein solcher Spannungsregler 12, der mit Hilfe des Bordnetzsteuergerätes 16 betrieben wird, benötigt nur noch eine Leistungsstufe, da die Ansteuerfunktionen vom Bordnetzsteuergerät 16 übernommen werden.The vehicle electrical system control unit 16 is also connected to the controller 12 . Such a voltage regulator 12 , which is operated with the aid of the on-board power supply control unit 16 , only requires one power level, since the control functions are taken over by the on-board power supply control unit 16 .
Die Ausführungsform des Zwei-Batterie-Bordnetzes nach Fig. 1 ist beispielhaft, das erfindungsgemäße Verfahren kann selbstverständlich auch für ein einfaches Bordnetz mit einer einzigen Batterie eingesetzt werden. Anstelle eines Bordnetzes mit einem Bordnetzsteuergerät könnte auch ein Bordnetz ohne Bordnetzsteuergerät verwendet werden, es müßte dann lediglich der Spannungsregler neben einem Leistungsteil auch noch ein Steuerteil umfassen, das mit dem Steuergerät 21 bzw. den Steuergeräten 21a. . .21n in Verbindung steht. Eine solche Verbindung ist ebenfalls in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel möglich. The embodiment of the two-battery electrical system according to FIG. 1 is exemplary; the method according to the invention can of course also be used for a simple electrical system with a single battery. Instead of an on-board electrical system with an on-board electrical system control unit, an on-board electrical system without an on-board electrical system control unit could also be used, in which case the voltage regulator would then only need to include a control unit in addition to a power unit, which is connected to the control unit 21 or the control units 21 a. . . 21 n is connected. Such a connection is also possible in the embodiment shown in FIG. 1.
Die im folgenden beschriebenen Verfahren zur Ermittlung der Temperatur von Fahrzeugbatterien können entweder im Rechner des Bordnetzsteuergerätes 16 oder im Spannungsregler 12 ablaufen, sofern kein Bordnetzsteuergerät vorhanden ist und im Spannungsregler 12 ein geeigneter Rechner enthalten ist. Prinzipiell könnten die Berechnungen auch in einem Steuergerät 21a selbst ablaufen, wobei dieses die berechneten Batterietemperaturen dann dem Bordnetzsteuergerät 16 bzw. dem Spannungsregler 12 zur Verfügung stellen müßte, damit die Regelung der Generator- und Wandlerausgangsspannung und damit der Ladespannung für die Batterien an die Batterietemperaturen anpaßbar ist.The methods described below for determining the temperature of vehicle batteries can either run in the computer of the on-board electrical system control unit 16 or in the voltage regulator 12 , provided that no on-board electrical system control unit is present and a suitable computer is included in the voltage regulator 12 . In principle, the calculations could also take place in a control unit 21 a itself, which would then have to make the calculated battery temperatures available to the vehicle electrical system control unit 16 or the voltage regulator 12 , so that the regulation of the generator and converter output voltage and thus the charging voltage for the batteries to the battery temperatures is customizable.
Zur Bestimmung der Batterietemperatur lassen sich im Prinzip
die folgenden Meßdaten verwerten:
In principle, the following measurement data can be used to determine the battery temperature:
Für die Temperatur der Starterbatterie im Motorraum:
Motorblock-, Kühlwasser-, Motoröl-, Fahrzeug-
Umgebungstemperatur
Fahrzeuggeschwindigkeit (beeinflußt die Temperatur des
Motorraumes und somit des Einbauraumes der Starterbatterie)
Fahrzeugfarbe (unterschiedliche Reflexionsfaktoren für
unterschiedliche Farben)
Daten zur Fahrzeugausstattung, die zur Bestimmung der
Temperatur des Batterie-Einbauraumes, der sich während des
Stillstandes durch Sonneneinstrahlung verändert, benötigt
werden
Stillstandszeit.
For the temperature of the starter battery in the engine compartment:
Engine block, cooling water, engine oil, vehicle ambient temperature
Vehicle speed (affects the temperature of the engine compartment and thus the installation space of the starter battery)
Vehicle color (different reflection factors for different colors)
Vehicle equipment data required to determine the temperature of the battery installation space, which changes during the standstill due to solar radiation
Downtime.
Zur Bestimmung der Temperatur der Versorgungsbatterie im
Kofferraum:
Fahrzeuginnenraum-, Fahrzeug-Umgebungstemperatur
Fahrzeugfarbe (Reflexionsfaktor)
Stillstandszeit.To determine the temperature of the supply battery in the trunk:
Vehicle interior, vehicle ambient temperature
Vehicle color (reflection factor)
Downtime.
Aus einigen der oben genannten, auf dem Datenbus zur Verfügung stehenden aktuellen Meßwerten bestimmt das Steuergerät mit Hilfe eines geeigneten Temperaturmodells die Batterietemperaturen der Starterbatterie 18 im Motorraum und/oder der Versorgungs- bzw. Bordnetzbatterie 13 im Kofferraum eines Kraftfahrzeugs. Dabei werden nicht unbedingt alle oben genannten Meßwerte benötigt. Falls Meßwerte nicht direkt vorliegen, können sie auch aus anderen Meßwerten berechnet werden, beispielsweise kann die Stillstandszeit aus der Differenz der Motortemperatur bei Stillstand und Start und der bekannten Temperaturzeitkonstante des Motors ermittelt werden. Generell benötigt werden allerdings Meßwerte der Motortemperatur und der Außentemperatur.From some of the above-mentioned current measured values available on the data bus, the control unit uses a suitable temperature model to determine the battery temperatures of the starter battery 18 in the engine compartment and / or the supply or on-board electrical system battery 13 in the trunk of a motor vehicle. Not all of the above measurements are required. If measured values are not directly available, they can also be calculated from other measured values, for example the downtime can be determined from the difference between the engine temperature at standstill and start and the known temperature time constant of the engine. Generally, however, measured values of the motor temperature and the outside temperature are required.
In den Rechenmodellen werden die Komponenten Motor und Batterie durch Wärmequellen bzw. Wärmesenken mit entsprechender Wärmekapazität und Wärmezeitkonstante dargestellt. Wesentlich ist, daß unterschiedliche applikationsabhängige thermische Zeitkonstanten zur Modellberechnung herangezogen werden.The components engine and Battery with heat sources or heat sinks corresponding heat capacity and heating time constant shown. It is essential that different application-dependent thermal time constants for Model calculation can be used.
Die Modellbildung selbst kann nach unterschiedlichen Methoden dargestellt werden. Beispielsweise ist ein Modellbildung durch Fuzzy-Logik denkbar. Dabei werden die auf dem Datenbus zur Verfügung stehenden Meßdaten als Fuzzy- Variable definiert und bewertet. Mittels diesen unscharfen Fuzzy-Variablen und einer geeigneten Verknüpfungsmatrix wird auf die Temperatur der Batterien geschlossen.The modeling itself can vary Methods are presented. For example, is a Modeling possible through fuzzy logic. The Measurement data available on the data bus as fuzzy Variable defined and evaluated. By means of this blurred Fuzzy variables and a suitable linking matrix concluded about the temperature of the batteries.
Eine weitere Modellbildung ist durch ein thermisches Rechenmodell möglich. Bei einem solchen thermischen Rechenmodell, das in Fig. 2 für die Starterbatterie und in Fig. 3 für die Bordnetz- bzw. Versorgungsbatterie angegeben ist, kann ebenfalls aus den auf dem Datenbus vorhandenen Meßwerten, bzw. Temperaturinformationen die jeweils herrschende Batterietemperatur errechnet werden. Das Bordnetzsteuergerät 16 ermittelt dabei aufgrund der Temperaturinformationen über die CAN-Schnittstelle die Sollwerte des Spannungsreglers 12.Further modeling is possible using a thermal calculation model. In the case of such a thermal computing model, which is indicated in FIG. 2 for the starter battery and in FIG. 3 for the on-board electrical system or supply battery, the prevailing battery temperature can also be calculated from the measured values or temperature information available on the data bus. The vehicle electrical system control unit 16 determines the setpoints of the voltage regulator 12 based on the temperature information via the CAN interface.
In den in Fig. 2 und 3 aufgezeigten Rechenmodellen werden die folgenden Größen ausgewertet:The following variables are evaluated in the calculation models shown in FIGS. 2 and 3:
Aus den zur Verfügung stehenden Größen, bzw. Temperaturinformationen, die über die CAN-Schnittstelle zugeführt werden, ermittelt das Bordnetzsteuergerät 16 die Sollwerte für den (Generator-) Spannungsregler 12, der die Ladung der Bordnetzbatterie regelt und gegebenenfalls für einen im Bordnetzsteuergerät 16 integrierten Spannungswandler, der die Ladung der Starterbatterie übernimmt. Dieser Spannungswandler ist im einfachsten Fall eine schaltbare Verbindung zur Bordnetzbatterie. Es kann aber auch ein steuerbarer Wandler bzw. Schalter in einem separaten Gerät eingesetzt werden.The vehicle electrical system control unit 16 determines the setpoints for the (generator) voltage regulator 12 , which regulates the charge of the vehicle electrical system battery and, if applicable, for a voltage converter integrated in the vehicle electrical system control unit 16 from the available variables, or temperature information, which are supplied via the CAN interface who takes over the charge of the starter battery. In the simplest case, this voltage converter is a switchable connection to the on-board electrical system battery. However, a controllable converter or switch can also be used in a separate device.
Der Spannungsregler 12 für die Bordnutzbatterie 13 kann über einen einfachen seriellen Ein-Draht-Bus, eine sogenannte bitsynchrone Schnittstelle mit dem Fahrzeugsteuergerät verbunden sein. Das Fahrzeugsteuergerät bekommt dann den Ladespannungssollwert vom Bordnetzsteuergerät 16 über den CAN-Bus und verarbeitet diesen mit eigenen Vorgaben weiter und gibt den Ladespannungssollwert über die bitsynchrone Schnittstelle an den Generatorregler weiter.The voltage regulator 12 for the on-board utility battery 13 can be connected to the vehicle control unit via a simple serial one-wire bus, a so-called bit-synchronous interface. The vehicle control unit then receives the charging voltage setpoint from the on-board power supply control unit 16 via the CAN bus and processes it with its own specifications and forwards the charging voltage setpoint to the generator controller via the bit-synchronous interface.
Die Vorgabe des Ladespannungsollwertes an den Spannungsregler 12 könnte auch direkt vom Bordnetzsteuergerät 16 kommen. Die Regelfunktionen könnten ebenso von einem übergeordneten Steuergerät (Bordnetz- oder Motorsteuergerät) übernommen werden.The specification of the charging voltage setpoint to the voltage regulator 12 could also come directly from the vehicle electrical system control unit 16 . The control functions could also be taken over by a higher-level control unit (vehicle electrical system or engine control unit).
Claims (7)
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