Verfahren zur Zustandsuberwachunq von Antriebssvstemen, Batterie mit einem Modul zur Zustandsuberwachunq sowie ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Batterie

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsüberwachung von Antriebssystemen, eine Batterie mit einem Modul zur Zustandsüberwachung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Batterie, welche insbesondere einsetzbar sind, um Antriebssysteme in Hybridfahrzeugen mit besonderer

Berücksichtigung der Abgasemission zu steuern.

Stand der Technik

Hybridfahrzeuge kombinieren verschiedene Antriebsarten, zum Beispiel

Verbrennungsmotoren und Elektromotoren. Dabei ergänzen sich die

Antriebsarten und gleichen gegenseitig ihre Schwächen aus. Eine Schwäche von Verbrennungsmotoren sind deren Abgase. Diese sind gesetzlich limitiert und müssen während des Fahrbetriebs überwacht werden. Diese Überwachung erfolgt beispielsweise durch Onboard-Diagnose (OBD).

Die Abgase von Verbrennungsmotoren sind vor allem bei dynamischem Betrieb, also schnellen Lastwechseln oder starker Beschleunigung, also hoher Last, schlecht. Dies wird von der Verwendung eines Elektromotors gemildert. Der

Elektromotor und die zugehörige Batterie haben somit einen direkten Einfluss auf die Abgasemission des Fahrzeugs und müssen daher mit überwacht werden. Die Überwachungsgrenze ist dabei derart festgelegt, dass signalisiert wird, wenn die Abgase bezogen auf einen definierten Testzyklus um einen vorgegebenen Faktor verschlechtert werden. Hinsichtlich der Batterie oder des Batteriesystems sind solche Zustände nicht zu ermitteln, und es sind auch keine herkömmlichen Lösungen bekannt, die den Batteriezustand im Zusammenhang mit der

Abgasemission überwachen.

Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2005 040 783 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Fahrzeug-Antriebseinheit bekannt, wobei die Antriebseinheit mindestens zwei einzelne Motoren umfasst. Gemäß der in

DE 10 2005 040 783 A1 beschriebenen Lösung wird ein Gesamt-Ist-Moment aus den Einzel-Ist-Momenten der mindestens zwei einzelnen Motoren berechnet und mit einem zulässigen Gesamtmoment verglichen.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zur Zustandsüberwachung von Antriebssystemen, insbesondere von Antriebssystemen in Hybridfahrzeugen, bereitgestellt. Ein Antriebssystem umfasst dabei mindestens einen

Verbrennungsmotor und mindestens einen Elektromotor. Der mindestens eine Elektromotor ist mit mindestens einer Batterie oder auch einem sonstigen elektrischen Speicher oder Erzeuger, zum Beispiel Powercaps oder

Brennstoffzellen, als Energiequelle verbunden oder verbindbar. Bei der Batterie handelt es sich vorzugsweise um eine Traktionsbatterie. Erfindungsgemäß wird mindestens ein erster Leistungswert zum Betrieb des mindestens einen

Verbrennungsmotors ermittelt. Außerdem wird gemäß der vorliegenden

Erfindung mindestens ein zweiter Leistungswert ermittelt, der angibt, welche Leistung die mindestens eine Batterie bereitstellen muss. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der mindestens eine erste Leistungswert durch ein Motormanagement und/oder der mindestens eine zweite Leistungswert durch ein Batteriemanagement ermittelt wird. Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass der mindestens eine erste mit dem mindestens einen zweiten Leistungswert verglichen wird, um den Zustand des Antriebssystems zu überwachen, und dass das Antriebssystem in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses gesteuert wird.

Bei dem Vergleich des mindestens einen ersten Leistungswerts mit dem mindestens einen zweiten Leistungswert kann es sich bei dem mindestens einen ersten Leistungswert um einen im Voraus berechneten Leistungswert oder um einen tatsächlich während des Fahrbetriebs vom Motormanagement

angeforderten Leistungswert handeln. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der Ermittlung des mindestens einen ersten Leistungswertes die durch den Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgase berücksichtigt werden.

Insbesondere wird der mindestens eine erste Leistungswert als der

Leistungswert bestimmt, der dazu führt, dass die gesetzlich vorgeschriebenen Werte für die Abgasemission nicht überschritten werden. Der mindestens eine zweite Leistungswert ist dann derjenige, der angibt, welche Leistung durch die mindestens eine Batterie bereitgestellt werden muss, um die gewünschte (Gesamt-)Motorleistung zu realisieren.

Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, Maßnahmen zu ergreifen, wenn der Vergleich der Leistungswerte ergibt, dass die von der Batterie bereitstellbare Leistung nicht ausreicht, um die gewünschte

(Gesamt-)Motorleistung zu realisieren, das heißt wenn der mindestens eine erste Leistungswert größer ist als der mindestens eine zweite Leistungswert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in einem solchen Falle vorgesehen, dass die Leistung des mindestens einen Verbrennungsmotors reduziert und/oder die Menge der ausgestoßenen Abgase, insbesondere die Menge der Abgase, die durch die verringerte Unterstützung des

Verbrennungsmotors durch den mindestens einen Elektromotor zusätzlich ausgestoßen wird, ermittelt wird. Zusätzlich oder alternativ ist in einer

bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass das Fehlerereignis gespeichert wird und/oder eine Signalisierung an den Fahrer erfolgt, dass die erforderliche Energie durch die Batterie nicht bereitgestellt werden kann. Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die Signalisierung in Abhängigkeit der Anzahl der gespeicherten Fehlerereignisse erfolgt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist hierfür vorgesehen, dass ein Zähler heraufgesetzt wird, wenn der Vergleich ergibt, dass der mindestens eine erste Leistungswert größer als der mindestens eine zweite Leistungswert ist. Als vorteilhaft erweist es sich, dass der Zähler in Abhängigkeit der zusätzlich erzeugten Abgase erhöht wird. Es ist weiter von Vorteil, wenn der Zähler herabgesetzt wird, wenn die Abgasgrenzen eingehalten oder

unterschritten werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die

Abgasemission bezüglich eines vorgebbaren Fahrzyklus (Testzyklus) ermittelt wird. Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die ermittelte Abgasmenge, die durch eine verringerte Leistungsbereitstellung der mindestens einen Batterie zusätzlich ausgestoßen wird, mit den Werten gewichtet wird, die den Betriebszustand des mindestens einen Verbrennungsmotors beschreiben, wie z. B. Motortemperatur, Last, Drehzahl oder dergleichen., um den Bezug zu dem Fahrzyklus

herzustellen.

Als vorteilhaft erweist es sich darüber hinaus, wenn der mindestens eine erste und/oder der mindestens eine zweite Leistungswert für mindestens zwei verschiedene Zeitspannen ermittelt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht beispielsweise vor, dass ein Leistungswert für eine kurze Zeitspanne ermittelt wird, um beispielsweise schnelle Lastwechsel zu ermöglichen, und dass ein Leistungswert für eine längere Zeitspanne ermittelt wird, um z. B. den Verbrennungsmotor bei längerer Beschleunigung durch den mindestens einen Elektromotor zu unterstützen.

Ein anderer wichtiger Aspekt der Erfindung besteht darin, dass der mindestens eine erste Leistungswert durch Auswertung einer Statistik ermittelt wird.

Vorzugsweise bezieht sich die Statistik auf einen, beispielsweise gesetzlich vorgegebenen, Fahrzyklus. In der Statistik ist die Menge der Abgase in

Abhängigkeit von vorgebbaren Parametern abrufbar. Als solche Parameter können beispielsweise Motortemperatur, Last, Drehzahl oder dergleichen des mindestens einen Verbrennungsmotors vorgesehen werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Statistik verschiedene Situationen hinsichtlich der Unterstützung des mindestens einen Verbrennungsmotors durch den mindestens einen Elektromotor berücksichtigt werden. Es kann z. B. vorgesehen sein, dass die Abgaswerte der Statistik ermittelt werden, indem der mindestens eine Verbrennungsmotor mit Unterstützung durch den mindestens einen Elektromotor betrieben wird,

indem der mindestens eine Verbrennungsmotor ohne Unterstützung durch den mindestens einen Elektromotor und ohne Leistungsreduktion betrieben wird und/oder indem der mindestens eine Verbrennungsmotor mit Unterstützung durch den mindestens einen Elektromotor betrieben wird, wobei der mindestens eine Elektromotor nur eine reduzierte Leistung bereitstellt.

Die Statistik für den Betrieb des mindestens einen Elektromotors, der durch mindestens einen Elektromotor mit verringerter Leistungsfähigkeit unterstützt wird, kann erstellt werden, indem die verringerte Leistungsfähigkeit des mindestens einen Elektromotors simuliert wird. Bei der Simulation kann die verringerte Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit des Ladezustands und/oder der angeforderten Leistung simuliert werden. Eine andere bevorzugte

Ausführungsform sieht vor, dass zur Erstellung dieser Statistik eine reale Batterie mit verringerter Leistungsfähigkeit eingesetzt wird, wobei die Leistungsparameter dem Batteriemanagement bekannt sind.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Modul zur Zustandsüberwachung von Antriebssystemen, wobei das Modul derart eingerichtet ist, dass ein Verfahren zur Zustandsüberwachung von

Antriebssystemen ausführbar ist, wobei mindestens ein erster Leistungswert zum Betrieb des mindestens einen Verbrennungsmotors und mindestens ein zweiter Leistungswert zur Beschreibung der von der mindestens einen Batterie bereitstellbaren Leistung ermittelt wird und zur Überwachung des Zustande des Antriebssystems der mindestens eine erste und der mindestens eine zweite Leistungswert miteinander verglichen werden und in Abhängigkeit des

Ergebnisses des Vergleichs das Antriebssystem gesteuert wird. Vorzugsweise handelt es sich bei der Batterie um eine Lithium-Ionen-Batterie oder die Batterie umfasst elektrochemische Zellen, die als Lithium-Ionen-Batteriezellen

ausgebildet sind.

Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebsmotor und mit mindestens einem Verbrennungsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs und einer mit dem elektrischen Antriebsmotor verbundenen oder verbindbaren Batterie gemäß dem im voranstehenden Absatz beschriebenen Erfindungsaspekt. Die Batterie ist jedoch nicht auf einen solchen Einsatzzweck eingeschränkt, sondern kann auch in anderen elektrischen Systemen eingesetzt werden. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein einfaches Verfahren bereitgestellt wird, mit dem in einem Hybridsystem die Batterie des Elektromotors bezüglich ihres Einflusses auf die Abgasemission des Fahrzeugs überwacht wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Entkoppelung des Managements für den Verbrennungsmotor von dem Batteriemanagement.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1 eine schematische Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand eines Blockschaltbildes.

Ausführungsformen der Erfindung

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs näher beschrieben werden. Der beispielhafte Hybridantrieb umfasst dabei einen Verbrennungsmotor 1 16 und einen Elektromotor 1 18. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Steuerung eines solchen Hybridmotors eingeschränkt, sondern umfasst auch weitere Antriebssysteme, wie beispielsweise solche mit mehreren Verbrennungs- und/oder Elektromotoren oder Antriebssysteme für andere Einrichtungen. Anstelle der Batterie kann auch ein Supercap oder eine

Brennstoffzelle verwendet werden.

In der Figur 1 sind die Komponenten eines Antriebssystems 100 gemäß einem Ausführungsbeispiels der Erfindung veranschaulicht. Dabei werden von einem Motormanagement 1 10 die (ersten) Leistungswerte A berechnet, die vom Batteriesystem 120 mindestens bereitgestellt werden müssen, um die Abgasgrenzwerte nicht zu verletzen.

Die Leistungswerte A, die im Motormanagement 1 10 berechnet werden, müssen auf einen für die gesetzlichen Bestimmungen relevanten Fahrzyklus bezogen werden. Dazu sieht eine beispielhafte Ausführungsform vor, dass in dem Fahrzyklus eine Statistik 1 14 erstellt wird, in der in Abhängigkeit von

Motortemperatur, Last und Drehzahl die Abgase des Verbrennungsmotors 1 16 dargestellt werden.

Die Statistik 1 14 gibt in einer beispielhaften Ausführungsform drei verschiedene Situationen wieder:

Ermittlung der Abgasemission bei Betrieb des Verbrennungsmotors 1 16 mit Unterstützung durch den Elektromotor 1 18,

Ermittlung der Abgasemission bei Betrieb des Verbrennungsmotors 1 16 ohne Unterstützung durch den Elektromotor 1 18 und ohne

Leistungsreduktion und

Ermittlung der Abgasemission bei Betrieb des Verbrennungsmotors 1 16 mit Unterstützung durch den Elektromotor 1 18, wobei die Leistung des Elektromotors 1 18 eingeschränkt ist.

Im letztgenannten Fall kann die Einschränkung der Leistung der Batterie 1 12 durch eine künstliche Reduktion in Abhängigkeit des Ladezustands der Batterie 1 12 und der angeforderten Leistung simuliert werden. Alternativ dazu kann eine reale geschädigte Batterie 1 12 verwendet werden. Besonders aussagekräftige Statistiken 1 14 erhält man, wenn eine geschädigte Batterie 1 12 eingesetzt wird, deren Leistungsgrenzen dem Batteriemanagement 120 bekannt sind. Anhand dieser Statistiken 1 14 können dann die Leistungsgrenzen A, von denen ab eine Unterstützung durch den Elektromotor 1 18 erforderlich wird, abhängig von Motortemperatur, Last und Drehzahl festgelegt werden.

Durch das Batteriemanagement 120 wiederum werden die (zweiten), von der Batterie 1 12 maximal darstellbaren Leistungswerte B berechnet. Auch die Grenzen für die Leistungswerte B der Batterie 1 12, die im jeweiligen Zustand der Batterie 1 12 abgegeben werden können, werden in einer

beispielhaften Ausführungsform durch Kennfelder 122 dargestellt, wobei die Grenzen für die Leistungswerte B in Abhängigkeit des Ladezustands SOC der Batterie 1 12 und der Betriebstemperatur angegeben werden.

Die Leistungswerte A und B können dabei aufgeteilt sein, beispielsweise in eine für eine definierte kurze Zeitspanne abrufbare Leistung, um schnelle Lastwechsel abzufedern, und in eine für längere Zeit abrufbare Leistung, um in

Beschleunigungsphasen die Leistung des Verbrennungsmotors 1 16 bei niedrigen Abgaswerten zu ergänzen.

In einem Modul 124 zum Vergleich der beiden Leistungswerte A und B wird geprüft, ob die von der Batterie 1 12 lieferbare Leistung zur Unterstützung des Verbrennungsmotors 1 16 ausreicht. Wenn die Batterie 1 12 nicht in der Lage ist, die geforderte Leistung bereitzustellen, dass heißt, im Fall B < A, so kann das Motormanagement 1 10 darauf reagieren, indem es entweder eine

Leistungsreduktion vorsieht, um die Abgasemission innerhalb der Grenzwerte zu halten, oder indem es das Fehlerereignis in einer Speichereinheit 128 speichert. Natürlich können beide Reaktionen vorgesehen sein.

Tritt dieses Fehlerereignis häufiger auf (Entprellung), was in einer

Auswerteeinheit 126 festgestellt wird, so ist dies ein Hinweis darauf, dass das Batteriesystem defekt ist. Der Fahrer wird in diesem Falle durch eine Anzeige 130 darauf aufmerksam gemacht.

Alternativ zu den im Voraus berechneten und in den Statistiken 1 14 abgelegten Leistungswerten A kann zur Beurteilung des Batteriezustandes der Leistungswert B auch während des Fahrbetriebs mit den aktuell vom Motormanagement 1 10 angeforderten Leistungswerten C verglichen werden. Kann die Batterie diesen Leistungswert C nicht darstellen, wird in einer beispielhaften Ausführungsform berechnet, wie viel zusätzliches Abgas erzeugt wird. Vorzugsweise wird dazu auf vorhandene Emissionsmodelle zurückgegriffen. Um die ermittelte Abgasmenge in Bezug zu dem Testzyklus zu setzen, wird die ermittelte Abgasmenge mit den aufgetretenen Werten von Motortemperatur, Last und/oder Drehzahl gewichtet. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit der Höhe der zusätzlich ausgestoßenen Abgase ein Zähler hochgezählt wird. Bei Einhaltung oder Unterschreitung der Abgasgrenzen wird in einer beispielhaften Ausführungsform der Zählerwert herabgesetzt. Erreicht der Zähler einen Schwellwert, erfolgt ein Fehlerspeichereintrag. Es ist auch vorgesehen, dass bei wiederholten Fehlereinträgen eine Signalisierung, beispielsweise durch Information des Fahrers, erfolgt, da solche wiederholten Fehlereinträge auf eine beschädigte bzw. gealterte Batterie 1 12 hinweisen.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführungsform nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Verfahren, der

erfindungsgemäßen Batterie und dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.