Verfahren zur Plausibilisierung einer Strommessung zwischen einem elektri schen Energiespeichersystem und einem elektrischen Verbraucher

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Plausibilisierung ei ner Strommessung zwischen einem elektrischen Energiespeichersystem und ei nem elektrischen Verbraucher.

Stand der Technik

Elektrische Energiespeichersysteme, insbesondere Batterien, mit Lithium- Eisen- phosphat-Chemie, abgekürzt LFP-Chemie, können aufgrund ihrer niedrigen Spannungslage besonders nützlich für bestimmte Batteriesysteme sein, zum Bei spiel 12V-Bordnetz mit typischem Spannungsbereich 9V-16V, welcher mit 4 LFP- Zellen abgedeckt wird. Außerdem sind LFP-Zellen besonders sicher, insbeson dere im Fall von Übertemperatur oder Kurzschluss.

Für einen Einsatz von LFP-Batterien für sicherheitskritische Anwendungen im Fahrzeug, die eine zuverlässige Vorhersage der aktuell verfügbaren Batterie- Leistungsfähigkeit und Batterie- Restenergiemenge benötigen, muss der SOC zu verlässig bestimmt werden können, insbesondere der aktuell niedrigst mögliche Ladezustand bekannt sein.

Elektrochemische Eigenschaften der LFP-Chemie erlauben in weiten Bereichen des Ladezustands keine SOC-Bestimmung via Messung der OCV-Kurve, weil sich die OCV-Spannung kaum verändert, wenn sich der Ladestand durch bei spielsweise Stromentnahme verändert. Dies resultiert aus einer flachen Leer laufspannungskennlinie der LFP-Chemie.

Es bietet sich daher an, mittels eines Batterie- Management-Systems dauerhaft den Strom zu messen der aus einer Batterie entnommen wird, das heißt, den Strom in jedem Modus des Batteriemanagementsystems zu überwachen, unter anderem auch im Standby-Modus, in dem ebenfalls Stromentnahmen vorgese hen sein können. Beispielsweise kann dies bei einerl2V- Batterie für die Ru hestromversorgung des Fahrzeugs erforderlich sein.

Der für sicherheitskritische Anwendungen wichtige Worst-Case-Ladezustand, das heißt die niedrigst-mögliche Restenergiemenge, wird somit direkt von der Strom-Messgenauigkeit beeinflusst. Für längere Phasen des Standby-Modus wir ken sich schon kleine Messungenauigkeiten stark auf den Worst-Case-Ladezu- stand aus und erlauben nur eine sehr konservative Einschätzung desselben, so- dass eine eigentlich verfügbare Leistung einer Batterie dem Fahrzeug oder Ver braucher nicht freigegeben werden kann und damit nicht genutzt werden kann.

Eine wichtige Ursache für limitierte Messgenauigkeit einer Strommessung (für den hier betrachteten relevanten Fall niedriger Stromamplituden) ist insbeson dere die EMV-Abweichung der Sensorik oder eine temperaturabhängige Offset- Ungenauigkeit des Analog-Digital-Wandlers. Es handelt sich also um Ungenauig keiten der Strommessung, die jederzeit vorgehalten werden müssen, obwohl die Bedingungen, die zur Ungenauigkeit führen, nicht immer gegeben sind, insbe sondere die vorgenannten EMV-Störungen oder besonders niedriger Tempera turbereich.

Die Druckschrift US 2013/0335100 beschreibt ein Verfahren zur Überprüfung der ordnungsgemäßen Funktionsweise eines Stromsensors.

Die Druckschrift DE102014219806A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Ver fahren zur Prüfung einer Funktionsfähigkeit eines Stromsensors.

Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung

Offenbart wird ein Verfahren zur Plausibilisierung einer Strommessung zwischen einem elektrischen Energiespeichersystem und einem elektrischen Verbraucher mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs, wobei zwischen dem elektrischen Energiespeichersystem und dem elektrischen Verbraucher sind ein Kondensator und ein Schaltelement angeordnet sind.

Dabei wird ein erster Stromwert durch Messen eines elektrischen Stromes zwi schen dem elektrischen Energiespeichersystem und dem elektrischen Verbrau cher ermittelt.

Weiterhin wird das Schaltelement zum Trennen des elektrischen Energiespei chersystems von dem elektrischen Verbraucher angesteuert, sodass der elektri sche Verbraucher von dem Kondensator mit elektrischer Energie versorgt wird.

Anschließend wird eine erste elektrische Spannung an dem Kondensator ermit telt sowie ein zweiter Stromwert in Abhängigkeit der ermittelten Spannung.

Anschließend erfolgt eine Plausibilisierung der Strommessung durch Vergleich des ersten Stromwertes mit dem zweiten Stromwert.

Das Verfahren ist vorteilhaft, da neben der eigentlichen Strommessung eine Plausibilisierung des gemessenen ersten Stromwertes erfolgt, welche prüft, ob ein Stromfluss tatsächlich stattfindet oder ein Messwert nur durch eine EMV- Störung beziehungsweise einen Analog-Digital-Wandler-Offset bedingt ist. An hand der Spannung an dem Kondensator kann auf einen fließenden Strom rück geschlossen werden. Ziel der Plausibilisierung ist eine Reduktion des vorgehalte nen Genauigkeitspuffers bei der Stromwerterfassung in Zeiten geringen Strom flusses. Daher ist das Verfahren in Zeiten geringen Stromflusses, beispielsweise in einer Standby-Situation, vorgesehen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegen stand der Unteransprüche.

Ein geeignetes Schaltelement kann beispielsweise ein Transistor, insbesondere ein MOSFET sein beziehungsweise diesen umfassen.

Das Verfahren kann insbesondere auch computerimplementiert umgesetzt wer den. Zweckmäßigerweise erfolgt eine Anpassung von bei der Strommessung zu be rücksichtigenden Messunsicherheiten in Abhängigkeit des zweiten Stromwertes. Dies ist vorteilhaft, da dadurch insbesondere bei geringem Stromfluss der Lade zustand weniger konservativ abgeschätzt werden kann durch die angepassten Messunsicherheiten der Strommessung.

Zweckmäßigerweise wird die Funktionsfähigkeit des Schaltelementes in Abhän gigkeit der ermittelten ersten elektrischen Spannung an dem Kondensator über prüft. Je nach Art und Messort der ersten elektrischen Spannung wird bei Über schreiten oder Unterschreiten einer vordefinierten Spannung die Funktionsfähig keit des Schaltelementes beschieden. Dies ist vorteilhaft, um dessen Funktions fähigkeit sicherzustellen.

Zweckmäßigerweise wird der erste Stromwert mit einem vordefinierten ersten Stromgrenzwert verglichen, wobei das Ansteuern in Abhängigkeit des Vergleichs erfolgt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Ansteuern des Schaltele mentes erst bei Unterschreiten des vordefinierten ersten Stromgrenzwertes er folgt. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der vordefinierte erste Stromgrenz wert für einen vordefinierten ersten Zeitraum unterschritten worden sein muss und erst dann ein Ansteuern des Schaltelementes erfolgt. Dies ist vorteilhaft, da das Verfahren insbesondere bei geringem Stromverbrauch vorteilhaft ist, wie oben erwähnt, und weiterhin ein Schalten bei hohem Strom aufgrund von mögli chem Verschleiß des Schaltelementes vermieden wird.

Zweckmäßigerweise wird das Ansteuern des Schaltelementes zum Verbinden des elektrischen Energiespeichersystems mit dem Verbraucher angesteuert, so- dass der elektrische Verbraucher von dem elektrischen Energiespeichersystem mit elektrischer Energie versorgt wird. Dies ist vorteilhaft, da der Kondensator ty pischerweise eine im Vergleich zu dem elektrischen Energiespeichersystem ge ringere Energiemenge speichern kann und somit den Verbraucher nur für kür zere Zeit versorgen kann, sodass durch das Verbinden die Versorgung wieder gesichert ist. Zweckmäßigerweise wird das Schaltelement zum Verbinden in Abhängigkeit ei ner zweiten elektrischen Spannung an dem Kondensator angesteuert. Dies ist vorteilhaft, um beispielsweise bei einem Über- oder Unterschreiten eines vordefi nierten Spannungsgrenzwertes das elektrische Energiespeichersystem unmittel bar mit dem Verbraucher zu verbinden, was insbesondere im Falle einer hohen Energieanforderung durch den Verbraucher auftreten kann.

Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Computerprogramm, welches einge richtet ist, alle Schritte des oben beschriebenen Verfahrens auszuführen. Somit können die oben genannten Vorteile erzielt werden.

Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein maschinenlesbares Speicherme dium, auf dem das vorgenannten Computerprogramm gespeichert ist. Somit kön nen die oben genannten Vorteile erzielt werden.

Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung eine elektronische Steuereinheit, die ein gerichtet ist, alle Schritte des oben genannten Verfahrens auszuführen. Somit können die oben genannten Vorteile erzielt werden.

Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung, umfassend eine erfin dungsgemäße elektronische Steuereinheit, ein elektrisches Energiespeichersys tem und einen elektrischen Verbraucher, wobei zwischen beiden ein Kondensa tor und ein Schaltelement angeordnet sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.

Es zeigen:

Figur 1 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform; Figur 2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Figur 3 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform;

Figur 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.

Ausführungsformen der Erfindung

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskompo nenten oder gleiche Verfahrensschritte.

Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Plausi bilisierung einer Strommessung zwischen einem elektrischen Energiespeicher system und einem elektrischen Verbraucher, wobei zwischen beiden ein Konden sator und ein Schaltelement angeordnet ist, gemäß einer ersten Ausführungs form.

Dabei wird in einem ersten Schritt Sil ein elektrischer Strom zwischen dem elektrischen Energiespeichersystem und dem elektrischen Verbraucher gemes sen und somit ein erster Stromwert ermittelt. Somit kann beispielsweise festge stellt werden, ob das Energiespeichersystem in einem Zustand mit niedrigem Energieverbrauch ist.

In einem zweiten Schritt S12 wird das Schaltelement zum Trennen des elektri schen Energiespeichersystems von dem elektrischen Verbraucher angesteuert. Sobald das Schaltelement die beiden Komponenten getrennt hat, wird der elektri sche Verbraucher von dem Kondensator mit elektrischer Energie versorgt.

In einem dritten Schritt S13 wird eine erste elektrische Spannung an dem Kon densator ermittelt. Dies kann insbesondere nach einer vordefinierten Zeitspanne nach dem Trennen des elektrischen Energiespeichersystems von dem elektri schen Verbraucher erfolgen.

In einem vierten Schritt S14 wird ein zweiter Stromwert in Abhängigkeit der ermit telten Spannung ermittelt. Mittels der ermittelten Spannung und gegebenenfalls der vordefinierten Zeitspanne kann auf den fließenden Strom rückgeschlossen werden.

In einem fünften Schritt S15 wird die Strommessung nun durch einen Vergleich des ersten Stromwertes mit dem zweiten Stromwert plausibilisiert. Je nach ermit teltem zweitem Stromwert können entsprechende Sicherheitsreserven bezie hungsweise vorgesehene Messunsicherheiten der Strommessung beziehungs weise bei der Stromwertermittlung reduziert werden, da beispielsweise ein Stö rungseinfluss durch elektrische oder elektromagnetische Störungen beziehungs weise durch einen Wan dl er- Offset bei der zweiten Spannungsmessung als unwe sentlich eingeschätzt werden kann, da vorzugsweise eine Spannungsänderung im Voltbereich stattfindet.

Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß ei ner zweiten Ausführungsform. Dabei entsprechen die Schritte S21 bis S25 den oben beschriebenen Schritten Sil bis S15. Zusätzlich wird ein sechster Schritt S26 ausgeführt.

In dem sechsten Schritt S26 wird die Funktionsfähigkeit des Schaltelementes in Abhängigkeit der ermittelten ersten elektrischen Spannung an dem Kondensator überprüft. Dabei wird ausgenutzt, dass die erste elektrische Spannung je nach den konkret ausgeführten Messpunkten bei korrekter Funktionsfähigkeit bei spielsweise beim Trennen sinkt und beim einem gegebenenfalls nachfolgenden Verbinden des elektrischen Energiespeichersystems mit dem Verbraucher wie der steigt. Sollte dies nicht der Fall sein, liegt keine korrekte Funktionsfähigkeit vor. Dazu kann beispielsweise die erste elektrische Spannung mit einer vordefi nierten Spannungsgrenze verglichen werden, die zur Unterscheidung der Funkti onsfähigkeit herangezogen werden kann. Der sechste Schritte S26 kann dabei auch an anderer Stelle ausgeführt werden, solange zuvor der Schritt der Ermitt lung der ersten elektrischen Spannung an dem Kondensator durchgeführt wurde, beispielsweise direkt nach diesem Schritt.

Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß ei ner zweiten Ausführungsform. Dabei entspricht der erste Schritt S31 dem oben beschriebenen ersten Schritt Sil.

In einem zweiten Schritt S32 wird der so ermittelte erste Stromwert mit einem vordefinierten ersten Stromgrenzwert verglichen. Liegt der erste Stromwert bei spielsweise betragsmäßig unter dem vordefinierten ersten Stromgrenzwert, wird mit dem nächsten dritten Schritt S33 fortgefahren. Ansonsten wird mit dem ers ten Schritt S31 fortgefahren.

Der dritte Schritt S33 entspricht dem oben beschrieben zweiten Schritt S12. An schließend folgen ein vierter Schritt S34, ein fünfter Schritt S35 und ein sechster Schritt S36, welche den oben beschrieben Schritten S13, S14 und S15 entspre chen.

In einem anschließenden Schritt S37 wird wieder das Schaltelement angesteuert, dieses Mal zum Verbinden des elektrischen Energiespeichersystems mit dem Verbraucher, sodass dieser wieder von dem elektrischen Energiespeichersystem mit Energie versorgt wird.

Alternativ und/oder zusätzlich kann bei allen Ausführungsbeispielen vorgesehen sein, dass bei Unterschreiten oder Überschreiten eines vordefinierten Span nungsgrenzwertes durch die die ermittelte erste Spannung an dem Kondensator unmittelbar ein Ansteuern des Schaltelementes zum Verbinden des elektrischen Energiespeichersystems erfolgt, um eine Unterbrechung der Stromversorgung zu verhindern. Dies könnte beispielsweise aus einer zu starken Entladung des Kon densators durch erhöhten Energieverbrauch des Verbrauchers resultieren. Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrich tung 40 gemäß einer Ausführungsform. Dabei umfasst die Vorrichtung 40 ein elektrisches Energiespeichersystem 41 und einen elektrischen Verbraucher 42. Zwischen beiden Komponenten ist ein Kondensator 43 und ein Schaltelement 44 zum Trennen des elektrischen Energiespeichersystems 41 von dem elektrischen

Verbraucher 42 angeordnet, sodass der elektrische Verbraucher 42 bei Tren nung von dem Kondensator 43 mit elektrischer Energie versorgt wird. In Figur 4 ist das Schaltelement 44 in verbundenem Zustand dargestellt. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 40 eine elektronische Steuereinheit 45, die eingerichtet ist, alle Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen.