DE112008001881T5

DE112008001881T5 - Batterieprüfgerät für Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE112008001881T5
Application number: DE112008001881T
Authority: DE
Inventors: Kevin Batavia Bertness
Original assignee: Midtronics Inc
Current assignee: Midtronics Inc
Priority date: 2007-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2028-07-18
Also published as: WO2009011875A3; WO2009011875A2; GB2491304B; GB2491304A; DE112008001881B4; US8306690B2; US20090024266A1; US20160253852A1; US9335362B2; GB201000773D0; GB2463829B; US20130158782A1; GB201216105D0; GB2463829A

Abstract

Verfahren zum Prüfen eines elektrischen Systems eines Elektrofahrzeugs mit den Schritten:
Betreiben des Elektrofahrzeugs;
Herstellen einer Verbindung mit einem Datenbus des Elektrofahrzeugs;
Überwachen von Daten auf dem Datenbus und Abrufen von Information, die mit einem in das System des Elektrofahrzeugs fließenden Strom in Beziehung steht, während des Schritts des Betreibens des Elektrofahrzeugs;
Überwachen von Daten auf dem Datenbus und Abrufen von Information, die mit einer Spannung des Systems in Beziehung steht, während des Schritts des Betreibens des Elektrofahrzeugs; und
Diagnostizieren des Elektrofahrzeugs basierend auf dem überwachten Strom und der überwachten Spannung.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüfausrüstung für Elektrofahrzeuge. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Prüfgerät zum Prüfen elektrischer Systeme eines Elektrofahrzeugs.
Von Midtronics Inc. und Dr. Keith S. Champlin sind verschiedenartige Batterieprüftechniken und verwandte Techniken entwickelt worden. Viele Elektrofahrzeuge verwenden eine Batterie oder eine andere elektrische Energiespeichervorrichtung zum Speichern von Energie, die für einen Betrieb des Elektrofahrzeugs genutzt wird. Einige derartige Elektrofahrzeuge verwenden Energierückgewinnungstechniken, gemäß denen potentiell vergeudete Energie zurückgewonnen und in der Energiespeichervorrichtung gespeichert wird. Ein Beispiel ist die Energierückgewinnung bei einem Bremsvorgang. Die Bremsenergie wird, anstatt als überschüssige Wärme abgegeben zu werden, als elektrische Energie zurückgewonnen. Die Energiespeichervorrichtung sollte sowohl in der Lage sein, die überschüssige Energie in ausreichendem Maße zu speichern, als auch Energie an den Elektromotor des Elektrofahrzeugs abzugeben. Aufgrund des steigenden Erdölpreises breiten sich Hybridsysteme stark aus und entwickeln sich rascher als die Fähigkeit zum Prüfen derartiger Systeme. Es besteht ein nachhaltiger Bedarf für die Prüfung der elektrischen Systeme derartiger Elektrofahrzeuge.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Prüfprozesse oder Diagnosen werden an einem Elektrofahrzeug durchgeführt. Während eines Betriebs des Fahrzeugs wird der Stromfluss durch ein System des Fahrzeugs überwacht. Eine mit dem System in Beziehung stehende Spannung wird ebenfalls überwacht. Basierend auf der überwachten Spannung und dem überwachten Strom werden Diagnosen bereitgestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm zum Darstellen eines mit einem Elektrofahrzeug verbundenen erfindungsgemäßen Batterieprüfgeräts;
2 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zum Darstellen von erfindungsgemäßen Verarbeitungsschritten;
3 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm zum Darstellen eines erfindungsgemäßen Prüfgeräts; und
4 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm zum Darstellen eines Aspekts der vorliegenden Erfindung, gemäß dem das Prüfgerät mit dem Datenbus des Elektrofahrzeugs verbunden ist.
Ausführliche Beschreibung exemplarischer Ausführungsformen
Elektrofahrzeuge werden als Alternative zu herkömmlichen Fahrzeugen, die ausschließlich durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden, immer populärer. In einem Elektrofahrzeug wird eine große Batterie oder eine Gruppe von Batterien oder eine andere Energiespeichervorrichtung zum Speichern elektrischer Energie verwendet. Die gespeicherte elektrische Energie wird durch einen Elektromotor zum Antreiben des Elektrofahrzeugs verbraucht.
Um die Energieeffizienz zu erhöhen, verwenden einige Elektrofahrzeuge verschiedene Techniken zum Auffangen oder Zurückgewinnen von überschüssiger Energie. Dies kann als ”Regeneration” bezeichnet werden. Die zurückgewonnene Energie wird typischerweise zur Batterie des Elektrofahrzeugs zurückgeführt, um sie zu speichern und später zu nutzen.
Zum Zurückgewinnen von Energie werden verschiedene Techniken verwendet. Beispielsweise besteht eine herkömmliche Technik darin, das Bremssystem des Elektrofahrzeugs zu nutzen, um eine Fahrzeugbewegung in Elektrizität umzuwandeln und in der Batterie zu speichern. Dies unterscheidet sich von einem herkömmlichen Bremssystem, in dem überschüssige Energie als Wärme an die Atmosphäre abgegeben wird.
Wenn die Batterie des Elektrofahrzeugs altert, nimmt auch ihre Energiespeicherfähigkeit ab. Dies ist allerdings, insbesondere in einem Hybridfahrzeug, für eine Bedienungsperson nicht unbedingt erkennbar. Ein Symptom für die Qualitätsabnahme einer Batterie ist eine verminderte Kilometer- oder Laufleistung des Elektrofahrzeugs, weil die Batterie nicht in der Lage ist, Energie effektiv zu speichern oder abzugeben. Der Leistungszustand einer Batterie (Battery Health) in einem Elektrofahrzeug zeigt an, wie gut die Batterie Ladungen mit hoher Rate aufnimmt und gespeicherte Energie mit hoher Rate abgibt. Dies steht in gewissem Maße in Beziehung mit der Amperestundenzahl der Batterie sowie mit der Fähigkeit der Batterie, Ladungen in einer vorgegebenen Zeitdauer aufzunehmen oder abzugeben. Dies steht damit in Beziehung, wie viel zurückgewonnene Energie für eine spätere Nutzung auf einmal speicherbar ist. Beispielsweise ist die Batterie in der Lage, Energie von vielen oder nur von wenigen Bremszyklen für eine spätere Nutzung zu speichern.
Typische Batterieprüftechniken sind in einem derartigen Elektrofahrzeug nur schwer implementierbar. Beispielsweise kann es schwierig oder gar unmöglich sein, für einen Prüfvorgang auf die einzelnen Batterien oder Zellen zuzugreifen. Dies kann einen großen Arbeitsaufwand erfordern. Außerdem müssen gegebenenfalls mit den auftretenden relativ hohen Spannungen verbundene Sicherheitsbelange berücksichtigt werden.
In der vorliegenden Erfindung ist ein Stromsensor mit der Batteriepackung (Battery Pack) eines Elektrofahrzeugtyps verbunden, das einen Elektromotor zum Antreiben des Elektrofahrzeugs aufweist. Der Stromsensor kann in Serie mit der Batteriepackung geschaltet und dazu geeignet sein, den in die und aus der Batteriepackung fließenden Strom zu messen. Außerdem wird die gesamte Reihen- oder Serienspannung der Batteriepackung gemessen. Ein Techniker oder anderes Service-Personal führt eine Batterieprüfung durch Betreiben des Elektrofahrzeugs durch mehrere Brems- und Beschleunigungszyklen aus. Es werden Daten gesammelt und mit Basis- oder Nenndaten verglichen, die den Betrieb eines neuen Elektrofahrzeugs darstellen. Basierend auf dem Vergleich kann eine Ausgabe bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die Ausgabe eine Anzeige sein, beispielsweise eine Prozentangabe, die darstellt, in welchem Maße das Elektrofahrzeug mit einem neuen Elektrofahrzeug vergleichbar ist.
Der Stromsensor kann unter Verwendung eines Nebenschlusswiderstands oder eines ähnlichen Bauelements in Serie mit einem der Batterieanschlüsse geschaltet werden. Ein anderes Beispiel ist ein Hall-Effekt- oder ein anderer berührungsfreier Sensor. Ein derartiger Sensor ist vorteilhaft, weil die Batterie in diesem Fall nicht abgeklemmt werden muss. Gemäß einem anderen Beispiel kann ein Adapter verwendet werden, der derart konfiguriert ist, dass er zwischen die Batteriepackung und das Elektrofahrzeug eingesetzt wer den kann, so dass das Prüfgerät mit der Batterie verbunden werden kann.
Die verschiedenartigen Sensoren können an einer beliebigen geeigneten Stelle angeschlossen werden, beispielsweise in der Nähe der Batteriepackung, unter der Motorhaube, in der Nähe des Elektrofahrzeugmotors oder einer anderen Elektronikkomponente. Bei einer derartigen Anwendung kann ein Hall-Effekt-Sensor aufgrund der relativ großen Amplituden der überwachten Ströme ausreichend sein. Außerdem kann ein Hall-Effekt-Sensor leicht ”auf Null abgeglichen” werden, weil während der Installation kein Strom fließt. Spannungsmessungen können unter Verwendung einer direkten Verbindung beispielsweise mit dem Hochspannungsanschluss der Batterie durchgeführt werden. Die Spannungsmessungen können auch durch andere Techniken realisiert werden, beispielsweise durch eine OBDII-Schnittstelle, die zum Lesen der Spannung vom Computersystem des Elektrofahrzeugs verwendet wird. Dies kann bevorzugt sein, wenn ein drahtloser Kommunikationspfad verwendet wird.
Während eines Prüfvorgangs kann das Prüfgerät Anweisungen für eine Bedienungsperson bereitstellen, die darstellen, wie das Elektrofahrzeug betrieben werden soll. Derartige Anweisungen können beispielsweise über eine drahtlose Kommunikationsverbindung zu einem Gerät, über ein Gerät des PDA-Typs, durch akustische Anweisungen, über ein Display des Fahrzeugs oder durch andere Techniken bereitgestellt werden.
Wenn das Prüfgerät mit dem OBDII-System des Elektrofahrzeugs verbunden ist, kann zusätzliche Information abgerufen werden. Beispielsweise kann Information, die mit der Drehzahl eines Motors oder der Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs in Beziehung steht, Bremsinformation, usw. abgerufen werden. Mit dieser zusätzlichen Information kann das Prüfgerät verwendet werden, um zu verifizieren, dass der Techniker die erforderlichen Arbeitsabläufe ausgeführt hat. Natürlich sollten derartige Arbeitsabläufe in gewissem Maß flexibel sein, um sichere Fahrtzustände zu gewährleisten.
1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm 10 eines mit einem Prüfgerät 14 verbundenen Elektrofahrzeugs 12. Das Prüfgerät ist getrennt vom Elektrofahrzeug dargestellt und kann ein transportables oder ein stationäres Gerät sein. In einigen Konfigurationen kann das Prüfgerät 14 jedoch auch im Elektrofahrzeug 12 angeordnet sein. Das Elektrofahrzeug 12 weist in der Darstellung eine Batteriepackung 20, einen Elektromotor 22 und eine Energierückgewinnungseinrichtung 24 auf. Wie diskutiert wurde, wird die Batteriepackung 20 zum Betreiben des Elektromotors 22 verwendet, während die Energierückgewinnungseinrichtung 24 zum Zurückgewinnen von Energie während des Betriebs des Elektrofahrzeugs verwendet wird. Eine Prüfschaltung 14 ist mit der Batterie 20 verbunden und weist einen Spannungssensor 30, einen Speicher 32 und einen Mikroprozessor 33 auf oder ist mit diesen Komponenten verbunden. Außerdem weist die Prüfschaltung 14 einen Stromsensor 34 auf oder ist damit verbunden, der dazu geeignet ist, den in die oder aus der Batteriepackung 20 fließenden Strom zu erfassen. Die Prüfschaltung 14 stellt, wie vorstehend diskutiert wurde, über eine Ein-/Ausgabe(E/A)-Einrichtung 35 eine mit dem Zustand der Batteriepackung 20 in Beziehung stehende Ausgabe bereit. Die Prüfschaltung 14 weist einen Mikroprozessor 33 oder eine ähnliche Komponente auf, die interne oder externe Analog/Digital-Wandler aufweisen kann, die dafür konfiguriert sind, die erfassten Spannungs- und Strompegel in Digitalwerte umzuwandeln. Der Mikroprozessor 33 arbeitet gemäß im Speicher gespeicherten Anweisungen und stellt eine mit dem Zustand der Batteriepackung 20 in Beziehung stehende Ausgabe 35 bereit. 1 zeigt außerdem einen optionalen Verbrennungsmotor 40, der dazu verwendet wird, die durch die Energiepackung 20 abgegebene Energie zu ergänzen. Der optionale Verbrennungsmotor 40 kann zum Aufladen der Batteriepackung 20 verwendet werden und/oder kann zum Ergänzen der für den Elektromotor 22 verfügbaren elektrischen Energie während eines hohen Beschleunigungszustands oder eines ähnlichen Zustand verwendet werden. Hierfür kann der Verbrennungsmotor 40 einen Stromgenerator 41 aufweisen.
2 zeigt ein vereinfachtes Ablaufdiagramm zum Darstellen von Verarbeitungsschritten gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Ablaufdiagramm von 2 beginnt bei einem Startblock 50, und die Verarbeitung schreitet zu Block 52 fort, in dem das Elektrofahrzeug betrieben wird und Daten gesammelt werden. In Block 54 werden Nenndaten gewonnen. Diese Nenndaten können beispielsweise im in 1 dargestellten Speicher 32 gespeichert werden. Die Nenndaten können mit einem Basiszustand in Beziehung stehen, beispielsweise mit dem Zustand der Batterie in einem Elektrofahrzeug, wenn diese neu sind. In Block 56 werden die gesammelten Daten mit den Nenndaten verglichen, und in Block 58 wird eine Ausgabe bereitgestellt. Die Ausgabe kann beispielsweise eine relative Ausgabe sein, die den aktuellen Zustand des Elektrofahrzeugs oder der Batterie bezüglich eines neuen Elektrofahrzeugs oder einer neuen Batterie anzeigt. Diese kann beispielsweise in der Form einer Prozentangabe oder in einem anderen Format bereitgestellt werden. In Block 60 wird die Verarbeitung beendet.
3 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm zum ausführlicheren Darstellen des Prüfgeräts 14. Das Prüfgerät 14 weist in der Darstellung einen mit dem Stromsensor 34 verbundenen Differenzverstärker 102 auf. Ein zweiter Differenzverstärker 98 ist mit der Batterie 20 verbunden und bildet den Spannungssensor 30. Der Spannungssensor 30 kann Teil des Prüfgeräts 14 oder davon getrennt sein. Das Ausgangssignal des Verstärkers 98 wird über einen mit dem Mikroprozessor 33 verbundenen Analog/Digital-Wandler 100 bereitgestellt. Ähnlicherweise wird das Ausgangssignal 102 des Verstärkers 102 unter Verwendung des Analog/Digital-Wandlers 104 in ein digitales Format für den Mikroprozessor 33 umgewandelt. Die realen Spannungs- und Stromsensoren können gemäß einer beliebigen Technik konfiguriert sein und sind nicht auf die hierin beschriebenen Techniken beschränkt. Wie nachstehend diskutiert wird, können die Strom- und Spannungssensoren Teil des Fahrzeugs 12 sein, und das Prüfgerät kann deren Information über einen Datenbus des Fahrzeugs abrufen.
Der Mikroprozessor 33 arbeitet gemäß im Speicher 32 gespeicherten Anweisungen und ist dafür konfiguriert, über eine Benutzer-E/A-Einrichtung 110 mit einer Bedienungsperson zu kommunizieren. Es wird eine als OBD-E/A 112 dargestellte optionale OBD-Schnittstelle bereitgestellt. Die OBD-E/A-Schnittstelle 112 ist dafür konfiguriert, mit einem OBD-Datenbus des Elektrofahrzeugs 12 verbunden zu werden. Die Benutzer-E/A-Einrichtung 110 kann eine beliebige Benutzer-Ein-/Ausgabeeinrichtung sein, wie beispielsweise eine Tasten- oder Tastenfeldeingabeeinrichtung, ein Display, wie beispielsweise ein grafisches Display, eine akustische Ausgabeeinrichtung, beispielsweise zum Bereitstellen von Sprachanweisungen, oder eine andere Ein- oder Ausgabetechnik.
4 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm zum Darstellen eines anderen Aspekts der vorliegenden Erfindung. Wie vorstehend diskutiert wurde, ist das Prüfgerät 14 beispielsweise über einen OBD-Verbinder 132 mit dem fahrzeugeigenen oder On-board-Datenbus 130 des Elektrofahrzeugs 12 verbunden. Das Elektrofahrzeug 12 weist in der Darstellung mehrere Systeme auf, die als Systeme A, B, C bis N bezeichnet sind. Diese Systeme können beliebige aktive oder passive elektrische Komponenten oder Komponentengruppen innerhalb des Fahrzeugs sein, beispielsweise ein Elektromotor oder Elektromotoren des Fahrzeugs, ein Energierückgewinnungssystem, wie beispielsweise ein regeneratives Bremssystem, eine Batteriezelle, ein Zellenblock, eine Batteriepackung, Fahrzeugelektronikkomponenten, wie beispielsweise Audiosysteme, Entfrostereinrichtungen, Scheibenwischeranlagen, einstellbare Sitzmotoren, Sitzheizungen, Lichter, sowohl Innen- als auch Außenlichter, Computersysteme, ein einem Elektromotor oder einem Verbrennungsmotor zugeordnetes elektrisches System, Ladesysteme, usw. Jedes der Systeme A–N weist in der Darstellung einen jeweiligen Stromsensor 140A–140N und einen Spannungssensor 142A–142N auf. Die mehreren Stromsensoren 140 und Spannungssensoren 142 werden lediglich für Darstellungszwecke bereitgestellt, wobei ein spezifisches System innerhalb des Fahrzeugs keinen der Sensortypen, einen einzelnen Sensor oder mehrere Sensoren aufweisen kann. Die Ausgangssignale der Stromsensoren 140 und der Spannungssensoren 142 werden dem internen Datenbus des Elektrofahrzeugs 130 zugeführt. Das Elektrofahrzeug 12 kann weitere Sensoren zum Erfassen physikalischer Eigenschaften aufweisen, wie beispielsweise einer Temperatur, einer Feuchtigkeit, eines Fluidpegelstands, eines Drucks, der Geschwindigkeit oder Drehzahl von Motoren, einer Durchflussrate, eines offenen oder geschlossenen Schalterzustands, usw. Diese Sensoren sind in 4 als Sensor A, B bis N dargestellt und sind ebenfalls mit dem Datenbus 130 des Elektrofahrzeugs 12 verbunden. Die Sensoren A, B, ... N können einem beliebigen der vorstehend diskutierten Systeme A–N oder anderen Komponenten oder Aspekten des Elektrofahrzeugs 12 zugeordnet sein. Beispielsweise kann ein bestimmter Sensor eine Temperaturan zeige eines bestimmten Systems oder einen mit dem System in Beziehung stehenden Messwert bereitstellen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Verbindung der verschiedenen Sensoren mit dem Datenbus 130 eine direkte oder eine indirekte Verbindung sein kann. Beispielsweise können Daten von einem bestimmten Sensor einer anderen Komponente zugeführt werden, z. B. direkt dem Mikroprozessor 150 des Elektrofahrzeugs zugeführt werden. Anschließend kann der Mikroprozessor 150 die Information auf dem Datenbus 130 bereitstellen. Die Daten von den verschiedenen Sensoren können optional in einem internen Speicher 152 des Elektrofahrzeugs 12 gespeichert werden. In 4 ist der Speicher 152 mit dem Mikroprozessor 150 verbunden. Dies ist jedoch lediglich optional, und der Speicher 152 kann entweder direkt oder über andere Komponenten mit dem Datenbus 130 verbunden sein. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung überwacht das Prüfgerät 14 Informationen von Sensoren im Elektrofahrzeug, um eine erweiterte Diagnose auszuführen, ohne dass weitere Sensoren mit dem Fahrzeug verbunden werden müssen. Dies wird durch Abrufen von Daten über den Datenbus 130 des Elektrofahrzeugs erzielt, wenn die verschiedenen Sensoren im Fahrzeug Informationen übermitteln.
Bei der Messung elektrischer Parameter von Komponenten ist es häufig wünschenswert, eine Verbindung zur elektrischen Komponente über eine Vierpunkt-”Kelvin”-Verbindung herzustellen. In einer derartigen Konfiguration werden ein erstes Paar Anschlüsse zum Messen einer Spannung über die Komponente verwendet, während ein zweites Paar Anschlüsse zum Übertragen eines Stroms verwendet werden. Kelvin-Verbindungen vermindern Fehler in den Messungen, die mit elektrischen Leitungen und Verdrahtungen in Beziehung stehen, die für eine Verbindung mit der Komponente verwendet werden. In vielen Elektrofahrzeugen ist es jedoch äußerst schwierig, Kelvin-Verbinder auf den verschiedenen elektrischen Komponenten anzubringen. Außerdem können, auch wenn derartige Verbindungen hergestellt werden, hohe Spannungen darüber übertragen werden, was für eine Bedienungsperson gefährlich sein kann. Daher ist es oft schwierig, eine Verbindung mit den elektrischen Systemen eines Elektrofahrzeugs unter Verwendung herkömmlicher Kelvin-Verbindungstechniken herzustellen, die für die Automobilindustrie bereitgestellt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine ”virtuelle” Kelvin-Verbindung zu elektrischen Komponenten des Fahrzeugs bereitgestellt. Die ”virtuelle” Kelvin-Verbindung wird im Mikroprozessor 33 des Prüfgeräts 14 implementiert. Der Mikroprozessor 33 empfängt Strom- und Spannungsinformation von einem Paar Sensoren, z. B. vom Stromsensor 140A und vom Spannungssensor 142A, die mit einer Komponente des Fahrzeugs, z. B. mit dem System A, verbunden sind. Unter Verwendung dieser Information ist der Mikroprozessor 33 in der Lage, einen mit diesem bestimmten System in Beziehung stehenden elektrischen Parameter zu berechnen. Beispielsweise kann ein elektrischer Widerstand unter Verwendung des ohmschen Gesetzes durch R = V/I berechnet werden. Es können jedoch auch andere elektrische Parameter berechnet werden, wie beispielsweise ein Wirkleitwert oder eine Konduktanz. Außerdem können, wenn der durch das System fließende elektrische Strom eine sich zeitlich verändernde Komponente aufweist, dynamische Parameter des Systems bestimmt werden, wie beispielsweise ein dynamischer Widerstand oder ein dynamischer Wirkleitwert. Es können auch komplexe Parameter des spezifischen Systems bestimmt werden, wie beispielsweise eine Impedanz, ein Blindwiderstand, usw. Es wird darauf hingewiesen, dass aufgrund von Verzögerungen im Datenbus 130 oder von anderen Quellen eine Zeitverzögerung zwischen den beiden Messungen (Spannung und Strom) auftreten kann. Der Mikroprozessor 33 kann eine derartige Zeitverzögerung kompensieren, indem die Zeitdauer der Verzögerung bestimmt oder zumindest näherungsweise bestimmt wird. Eine hierfür verwendbare Technik besteht in der Überwachung einer Funktion oder Aktivität im Fahrzeug, z. B. einer Bremsfunktion, während die Ausgangssignale der zugeordneten Strom- und Spannungssensoren überwacht werden. Basierend auf den Zeitpunkten, zu denen der Strom und die Spannung beginnen sich relativ zueinander zu ändern, können jegliche Verzögerungen kompensiert werden, insofern die entsprechende Beziehung bekannt ist. Beispielsweise kann in einigen Systemen erwartet werden, dass die Spannung und der Strom gleichzeitig ansteigen. Wenn beispielsweise eine Verzögerung in der Spannungsmessung auftritt, kann die Zeitdauer dieser Verzögerung durch den Mikroprozessor 33 gemessen und zum Kompensieren nachfolgender Messungen verwendet werden. Ähnlicherweise kann ein bestimmter Sensor eine relativ lange Ansprechzeit haben, oder der Datenbus kann eine derart niedrige Datenrate aufweisen, dass keine ausreichende Bandbreite zum Messen oder Überwachen einer sich rasch ändernden Spannung bzw. eines sich rasch ändernden Stroms verfügbar ist. Auch hier können Kompensationstechniken verwendet werden, um einen derartigen Mangel zumindest teilweise zu beheben, indem beispielsweise ein kompensiertes Frequenzantwortprofil für einen bestimmten Sensor bereitgestellt wird.
Während des Betriebs sammelt der Mikroprozessor 33 Daten von einem gewünschten System (A–N) des Elektrofahrzeugs 12 nach Bedarf unter Verwendung des zugeordneten Stromsensors 140A–N und/oder Spannungssensors 142A–N. Der Mikroprozessor 33 kann auch Information verwenden, die von anderen Sensoren des Elektrofahrzeugs gesammelt wird, z. B. von den Sensoren A, B und C, die für einen Prüfvorgang ver wendet werden. Wenn eine Messung über mehrere Systeme erwünscht ist, können in Abhängigkeit von der Konfiguration der Sensoren Messströme und -spannungen zu- oder abgeschaltet werden, um eine derartige Messung zu erhalten. Wie vorstehend diskutiert wurde, werden die Daten vom Datenbus 130 unter Verwendung einer über den OBD-Verbinder 132 mit dem Datenbus 130 verbundenen OBD-E/A-Schnittstelle 112 abgerufen. Außer einer Benutzer-E/A-Einrichtung 110 ist auch eine andere optionale Ein-/Ausgabe(E/A)einrichtung 160 dargestellt. Die E/A-Einrichtung 160 kann eine Schaltung zum Zuführen oder Empfangen von Daten zu bzw. von einem z. B. an einem entfernten Ort angeordneten anderen Gerät, das Daten oder Messergebisse sammelt, einem Drucker, einer abgesetzten Steuerung oder einem Display, die/das durch eine Bedienungsperson verwendbar ist, entlegenen Sensoren, usw. aufweisen. Außerdem sind andere optionale Sensoren 162 im Prüfgerät 14 von 4 dargestellt. Die Sensoren 162 können andere Sensoren sein, die zum Ausführen von Diagnosen verwendet werden, z. B. physikalische Kelvin-Verbinder, Strom- und/oder Spannungssensoren, Temperatursensoren, usw. Die Benutzer-E/A-Einrichtung 110 kann zum Bereitstellen einer Schnittstelle für eine Bedienungsperson während eines Prüfvorgangs des Elektrofahrzeugs 12 verwendet werden. Beispielsweise kann die Bedienungsperson das Prüfgerät 14 anweisen, welches der Systeme des Elektrofahrzeugs 12 geprüft werden soll, einen ausgewählten Prüfvorgang auszuführen, mit dem Elektrofahrzeug 12 in Beziehung stehende Information bereitzustellen, usw. Die E/A-Einrichtung 110 kann auch verwendet werden, um Information für die Bedienungsperson bereitzustellen, wie beispielsweise Prüfergebnisse, Zwischenergebnisse, mit früheren Prüfvorgängen in Beziehung stehende Information, mit dem Elektrofahrzeug in Beziehung stehende Information oder andere Information. Außerdem kann, wenn es für einen bestimmten Prüfvorgang erforderlich ist, dass das Elektrofahrzeug auf eine bestimmte Weise betrieben wird, die Benutzer-E/A-Einrichtung 110 Anweisungen für die Bedienungsperson bereitstellen. Beispielsweise kann es in dem aktuell ausgeführten bestimmten Prüfvorgang erforderlich sein, dass das Elektrofahrzeug beschleunigt wird, oder dass die Bremse betätigt wird, dass das Elektrofahrzeug für eine bestimmte Zeitdauer gestoppt wird oder andere Aktionen ausgeführt werden. Die Anweisungen für die Bedienungsperson können beispielsweise in der Form von akustischen Anweisungen bereitgestellt werden, die während des Betriebs des Elektrofahrzeugs leicht ausgeführt werden können. Unter Verwendung der von den Sensoren gesammelten Daten kann der Mikroprozessor 33 die Systeme und die Funktion des Elektrofahrzeugs 12 diagnostizieren. Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung kann die Information verwendet werden, um einen beliebigen Diagnosetyp auszuführen, wie beispielsweise auf dem Fachgebiet bekannte Diagnosen. Verschiedene Diagnosetypen sind beispielsweise das Messen von Parametern von Systemen des Elektrofahrzeugs, das Überwachen der Energiemenge, die während eines Energierückgewinnungsprozesses zurückgewonnen wird, z. B. während eines Bremsvorgangs, das Bestimmen der maximalen zurückgewinnbaren Energiemenge oder der maximalen Energiemenge, die die Energiespeichervorrichtung zu einem beliebigen Zeitpunkt während eines Wiederaufladevorgangs aufnehmen kann, das Überwachen der Energiespeichervorrichtung, während sie altert, um eine Abnahme der Kapazität zum Speichern zurückgewonnener Energie oder der Gesamtkapazität der Speichervorrichtung zu identifizieren, das Überwachen der maximalen Energie, die die Energiespeichervorrichtung abgeben kann, usw.
Beispielsweise weist eine Diagnosetechnik das Überwachen eines Parameters einer Zelle oder eines Zellenblocks der Batteriepackung 20 und das Beobachten von Änderungen über die Zeit auf, z. B. Änderungen der Impedanz, des Wirkleitwertes, des Widerstandes oder anderer Parameter, wie beispielsweise dynamischer Parameter. Ein anderes Diagnosebeispiel weist das Vergleichen von Parametern, die für eine bestimmte Zelle oder einen bestimmten Zellenblock der Batteriepackung 20 gemessen werden, und das Beobachten jeglicher Ungleichheiten zwischen Zellen oder Zellenblöcken, oder das Bereitstellen einer Anzeige auf, dass eine bestimmte Zelle oder ein Zellenblock nicht auf eine Weise arbeitet, die derjenigen der übrigen Zellen oder Zellenblöcke ähnlich ist. Dies kann durch statistische Techniken realisiert werden, beispielsweise durch Beobachten der Verteilung von Messergebnissen von Zellen oder Zellenblöcken, usw. Ein anderes Beispiel einer Diagnosetechnik besteht einfach im Beobachten von Spannungsunterschieden über Zellen oder Zellenblöcke in der Batterie 10.
Gemäß einem weiteren Beispiel wird die Benutzer-E/A-Einrichtung 110 zum Bereitstellen einer Ausgabe verwendet, die mit den Kohlendioxidemissionen des Elektrofahrzeugs 12 in Beziehung steht. Beispielsweise kann die Ausgabe eine Anzeige der Verminderung der Kohlendioxidemissionen des Elektrofahrzeugs 12 im Vergleich zu einem Standardfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor sein. In einem verwandten Beispiel kann die beispielsweise unter Verwendung einer regenerativen Bremstechnik durch das Elektrofahrzeug 12 zurückgewonnene Energiemenge unter Verwendung des Prüfgeräts 14 überwacht werden, und durch die Benutzer-E/A-Einrichtung 110 kann eine Ausgabe bereitgestellt werden, die die äquivalente Kohlendioxidmenge anzeigt, die durch einen typischen Verbrennungsmotor erzeugt worden wäre, wenn die Energie nicht zurückgewonnen worden wäre.
Gemäß einem weiteren Konfigurationsbeispiel kann das Prüfgerät 14 zum Überwachen des Betriebs des Elektrofahrzeugs 12 verwendet werden und Information sammeln, die mit der Effizienz des Elektrofahrzeugs 12 unter verschiedenen Betriebsbedingungen in Beziehung steht. Diese Information wird dann durch das Gerät 14 verwendet, um eine Bedienungsperson über die Benutzer-E/A-Einrichtung 110 anzuweisen, das Elektrofahrzeug 12 auf eine Weise zu betreiben, durch die die Effizienz erhöht wird. Beispielsweise kann, wenn das in 4 dargestellte System A ein regeneratives Bremssystem aufweist und das System B die Batteriepackung für das Elektrofahrzeug ist, das Prüfgerät 14 die durch das regenerative Bremssystem zurückgewonnene Energie und die durch die Batteriepackung speicherbare Energiemenge überwachen. Daher kann, wenn Messungen anzeigen, dass die Batteriepackung lediglich in der Lage ist, maximal 50 kW aufzunehmen, das Gerät 14 die Bedienungsperson beim Bremsen anweisen, zu versuchen, den Energierückgewinnungspegel von 50 kW schnell zu erreichen und den 50 kW-Rückgewinnungspegel für eine längere Zeitdauer aufrechtzuerhalten, ohne diesen Pegel zu überschreiten. Dadurch wird gewährleistet, dass die maximale Energiemenge während eines Bremsvorgang zurückgewonnen wird. Ähnliche Techniken können verwendet werden, um die Bedienungsperson während Beschleunigungsperioden, Leerlaufperioden, ”Stop-and-go”-Verkehr, usw. anzuweisen. In einer weiterentwickelten Konfiguration ist das Gerät 14 dafür konfiguriert, den Betrieb der Systeme im Fahrzeug 12 beispielsweise auf eine Weise zu steuern, die sich von der durch das Steuersystem bereitgestellten Steuerung unterscheidet, das im Mikroprozessor 150 des Elektrofahrzeugs 12 implementiert ist. Beispielsweise kann das Prüfgerät 14 Anweisungen oder Information auf dem Datenbus 130 bereitstellen, die es dem Ladesystem oder dem Energierückgewinnungssystem des Elektrofahrzeugs 12 ermög licht, die Batteriepackung 20 auf einen Pegel einzustellen, der höher oder niedriger ist als der durch das interne Steuersystem des Fahrzeugs vorgegebene Pegel. Dies kann beispielsweise genutzt werden, um die Lebensdauer von Systemen im Fahrzeug zu verlängern, die Lauf- oder Kilometerleistung des Fahrzeugs zu erhöhen, oder für andere Funktionen oder Zwecke genutzt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist für Fachleute ersichtlich, dass innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung Änderungen in der Form und im Detail vorgenommen werden können. Beispielsweise beinhaltet, obwohl Speicherbatterien oder eine ”Batteriepackung” beschrieben werden, der hierin verwendete Ausdruck elektrische Energiespeichervorrichtung eine Batterie oder eine Gruppe von Batterien, Kondensatoren, einschließlich Superkondensatoren und Ultrakondensatoren, und andere Speichervorrichtungen. Der hierin verwendete Ausdruck Elektrofahrzeug beinhaltet einen beliebigen Fahrzeugtyp, der einen Elektromotor zum Antreiben oder Unterstützen des Antriebs des Fahrzeugs verwendet. Ein Beispiel eines Elektrofahrzeugs ist ein Fahrzeug mit einem Elektromotor und einer elektrischen Speichervorrichtung, wie beispielsweise einer Batteriepackung. Ein weiteres Beispiel eines Elektrofahrzeugs ist ein Elektrofahrzeug mit regenerativen oder Energierückgewinnungstechniken, durch die Energie zurückgewonnen wird, beispielsweise von einem Bremsvorgang. Ein weiteres Beispiel eines Elektrofahrzeugs ist ein Hybridfahrzeug, das außerdem einen Verbrennungsmotor zum Ergänzen elektrischer Leistung und/oder zum Laden der elektrischen Energiespeichervorrichtung aufweist. Ein derartiges Hybridfahrzeug kann optional regenerative Systeme zur Energierückgewinnung aufweisen. Der hierin verwendete Ausdruck ”Betreiben” oder ”Betrieb” eines Elektrofahrzeugs beinhaltet die Nutzung des Fahrzeugs oder von Systemen des Fahrzeugs und ist nicht auf den Antrieb des Fahrzeugs beschränkt. Gemäß einer Konfiguration ist das Prüfgerät vom Fahrzeug getrennt und kann nach der Herstellung des Fahrzeugs selektiv mit dem Fahrzeug verbunden oder nachgerüstet werden. Die ”virtuelle” Kelvin-Konfiguration berechnet einen Parameter eines Systems des Fahrzeugs unter Verwendung von zwei oder mehr Eingangssignalen von Sensoren, die über einen Datenbus des Fahrzeugs übertragen werden.
Zusammenfassung
Batterieprüfgerät für Elektrofahrzeug
An einem Elektrofahrzeug (12) wird ein Prüfvorgang bzw. eine Diagnose durchgeführt. Das Fahrzeug (12) wird betrieben, und ein Stromfluss durch ein System des Fahrzeugs wird überwacht. Außerdem wird eine mit dem System in Beziehung stehende Spannung überwacht. Basierend auf der überwachten Spannung und auf dem überwachten Strom wird eine Diagnose ausgeführt. (1)

Claims

Verfahren zum Prüfen eines elektrischen Systems eines Elektrofahrzeugs mit den Schritten: Betreiben des Elektrofahrzeugs; Herstellen einer Verbindung mit einem Datenbus des Elektrofahrzeugs; Überwachen von Daten auf dem Datenbus und Abrufen von Information, die mit einem in das System des Elektrofahrzeugs fließenden Strom in Beziehung steht, während des Schritts des Betreibens des Elektrofahrzeugs; Überwachen von Daten auf dem Datenbus und Abrufen von Information, die mit einer Spannung des Systems in Beziehung steht, während des Schritts des Betreibens des Elektrofahrzeugs; und Diagnostizieren des Elektrofahrzeugs basierend auf dem überwachten Strom und der überwachten Spannung.
Verfahren nach Anspruch 1 mit dem Schritt des Anweisens einer Bedienungsperson hinsichtlich des Betriebs des Elektrofahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Diagnoseschritt das Vergleichen des überwachten Stroms und der überwachten Spannung oder einer Funktion des überwachten Stroms und der überwachten Spannung mit Nennwerten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 mit einer drahtlosen Kommunikation.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Datenbus ein OBD-Datenbus ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das System eine Batteriepackung des Fahrzeugs aufweist.
Verfahren nach Anspruch 6 mit dem Schritt des Überwachens eines zweiten Systems des Fahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das zweite System ein regeneratives Bremssystem ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Diagnoseschritt das Überwachen einer vom regenerativen Bremssystem ausgegebenen Energie und das Überwachen einer der Batteriepackung zugeführten Energie aufweist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Diagnoseschritt ferner das Bestimmen einer Übertragungseffizienz der vom regenerativen Bremssystem zurückgewonnenen und in der Batteriepackung gespeicherten Energie aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das System einen Zellenblock der Batteriepackung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11 mit dem Schritt des Überwachens eines zweiten Zellenblocks der Batteriepackung.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Diagnoseschritt das Vergleichen eines Parameters des ersten Zellenblocks mit einem Parameter des zweiten Zellenblocks aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Diagnoseschritt das Messen eines Parameters des Systems aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Parameter einen dynamischen Parameter aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 mit dem Schritt des Bereitstellens einer Ausgabe für eine Bedienungsperson des Elektrofahrzeugs.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Ausgabe Anweisungen aufweist, die mit dem Betrieb des Elektrofahrzeugs in Beziehung stehen und zum Ausführen des Diagnoseschritts verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Elektrofahrzeug ein Hybridfahrzeug ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das System einen mit einem Verbrennungsmotor des Elektrofahrzeugs verbundenen Stromgenerator aufweist.
Verfahren nach Anspruch 19 mit dem Schritt des Überwachens eines zweiten Systems des Elektrofahrzeugs, wobei das zweite System eine Batteriepackung aufweist, und wobei der Diagnoseschritt das Bestimmen der Speicherwirkungsgrad der Batteriepackung für die durch den Stromgenerator erzeugte Energie aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Diagnoseschritt das Kompensieren von Verzögerungen zwischen dem Abruf von Information, die mit einem in das System fließenden Strom in Beziehung steht, und dem Abruf von Information aufweist, die mit einer Spannung des Systems in Beziehung steht.
Verfahren nach Anspruch 1 mit dem Schritt des Übertragens von Information auf den Datenbus, die den Betrieb des Elektrofahrzeugs beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 1 mit dem Schritt des Übertragens von Information auf den Datenbus, die den Betrieb eines Systems des Elektrofahrzeugs beeinflusst.
Verfahren nach Anspruch 1 mit dem Schritt des Bereitstellens einer Ausgabe für eine Bedienungsperson des Fahrzeugs, um die Bedienungsperson anzuweisen, das Fahrzeug auf eine Weise zu betreiben, gemäß der die Energieeffizienz erhöht wird.
Vorrichtung zum Prüfen eines Elektrofahrzeugs, mit: einem Datenbusverbinder, der dafür konfiguriert ist, mit einem Datenbus des Elektrofahrzeugs verbunden zu werden; einem Mikroprozessor, der dafür konfiguriert ist: Spannungsinformation vom Datenbus des Elektrofahrzeugs abzurufen, die durch einen mit einem System des Elektrofahrzeugs verbundenen Spannungssensor bereitgestellt wird; Strominformation vom Datenbus des Elektrofahrzeugs abzurufen, die durch einen mit dem System des Elektrofahrzeugs verbundenen Stromsensor bereitgestellt wird; und den Betrieb des Fahrzeugs basierend auf der abgerufenen Strominformation und der abgerufenen Spannungsinformation zu diagnostizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei der Mikroprozessor den überwachten Strom und die überwachte Spannung oder eine Funktion des überwachten Stroms und der überwachten Spannung mit Nennwerten vergleicht.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei der Datenbus ein OBD-Datenbus ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das System eine Batteriepackung des Fahrzeugs aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei der Mikroprozessor ein zweites System des Fahrzeugs überwacht.
Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei das zweite System ein regeneratives Bremssystem ist.
Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei der Mikroprozessor eine vom regenerativen Bremssystem ausgegebene Energie und eine der Batteriepackung zugeführte Energie überwacht.
Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei der Mikroprozessor ferner eine Übertragungseffizienz der vom regenerativen Bremssystem zurückgewonnenen und in der Batteriepackung gespeicherten Energie bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das System einen Zellenblock der Batteriepackung des Elektrofahrzeugs aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei der Miroprozessor einen zweiten Zellenblock der Batteriepackung überwacht.
Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei der Mikroprozessor einen Parameter des ersten Zellenblocks mit einem Parameter des zweiten Zellenblocks vergleicht.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei der Mikroprozessor einen Parameter des Systems mißt.
Vorrichtung nach Anspruch 36, wobei der Parameter einen dynamischen Parameter aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 25 mit einer Ausgabe für eine Bedienungsperson des Elektrofahrzeugs.
Vorrichtung nach Anspruch 38, wobei die Ausgabe Anweisungen aufweist, die mit dem Betrieb des Elektrofahrzeugs in Beziehung stehen und zum Ausführen einer Diagnose verwendet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das Elektrofahrzeug ein Hybridfahrzeug ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei das System einen mit einem Verbrennungsmotor des Elektrofahrzeugs verbundenen Stromgenerator aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei der Mikroprozessor ein zweites System des Elektrofahrzeugs überwacht, wobei das zweite System eine Batteriepackung aufweist, und wobei der Mikroprozessor den Speicherwirkungsgrad der Batteriepackung für die durch den Stromgenerator erzeugte Energie bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei der Mikroprozessor eine Verzögerung kompensiert zwischen dem Abruf von Information, die mit einem in das System fließenden Strom in Beziehung steht, und dem Abruf von Information, die mit einer Spannung des Systems in Beziehung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei der Mikroprozessor dafür konfiguriert. ist, Information auf den Datenbus zu übertragen, die den Betrieb des Elektrofahrzeugs beeinflusst.