-
TECHNISCHES GEBIET
-
Diese Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren zum Schätzen der Energiekapazität eines Batteriesystems. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, betreffen die hier offenbarten Systeme und Verfahren das Schätzen der Energiekapazität eines Batteriesystems auf der Grundlage eines verbleibenden Ladezustands des Batteriesystems, einer Leerlaufspannungskurve, die dem Batteriesystem zugeordnet ist, und/oder einer Spannung, bei welcher Ladung zuvor aus dem Batteriesystem entfernt worden ist.
-
HINTERGRUND
-
Personenfahrzeuge enthalten oft elektrische Batterien zum Betreiben von Merkmalen von elektrischen Systemen und Antriebsstrangsystemen eines Fahrzeugs. Beispielsweise enthalten Fahrzeuge üblicherweise eine Bleisäure-Kraftfahrzeugbatterie mit 12 V, die ausgestaltet ist, um elektrische Energie an Startersysteme (zum Beispiel einen Startermotor), Beleuchtungssysteme und/oder Zimtsysteme des Fahrzeugs zu liefern. In Elektrofahrzeugen, Brennstoffzellenfahrzeugen (FC-Fahrzeugen) und/oder Hybridfahrzeugen kann ein Hochspannungs-Batteriesystem (HV-Batteriesystem) (zum Beispiel ein HV-Batteriesystem mit 360 V) verwendet werden, um elektrische Antriebsstrangkomponenten des Fahrzeugs (z. B. Elektrische Antriebsmotoren und dergleichen) mit Leistung zu versorgen. Beispielsweise kann ein wiederaufladbares HV-Energiespeichersystem (ESS), das in einem Fahrzeug enthalten ist, verwendet werden, um elektrische Antriebsstrangkomponenten des Fahrzeugs mit Leistung zu versorgen.
-
Informationen hinsichtlich der Energie, die in einem Batteriesystem gespeichert ist, können beim Modellieren des Verhaltens eines Batteriesystems und/oder in Verbindung mit Steuerungs- und/oder Managemententscheidungen eines Batteriesystems verwendet werden. Zum Beispiel können Informationen hinsichtlich der Energie, die in einem Batteriesystem gespeichert ist, das in einem Fahrzeug enthalten ist, beim Schätzen einer Reichweite des Fahrzeugs verwendet werden. Ein System zum Schätzen eines Batteriezustands (BSE-System) kann verwendet werden, um bestimmte Informationen hinsichtlich der Energie, die in einem Batteriesystem gespeichert ist, vorherzusagen, welche in Verbindung mit dem Schätzen einer Reichweite eines Fahrzeugs verwendet werden können. Herkömmliche Verfahren zum Schätzen einer Reichweite eines Fahrzeugs können einen Prozentsatz des Ladezustands (SOC) eines Batteriesystems und/oder eine geschätzte Reichweite des Fahrzeugs bei vollständiger Ladung in Verbindung mit dem Schätzen der Reichweite des Fahrzeugs bei einem speziellen Ladezustand des Batteriesystems verwenden. Derartige Verfahren berücksichtigen möglicherweise jedoch nicht die geringere Energie, die mit Ladungseinheiten bei niedrigeren geschätzten Ladezuständen eines Batteriesystems verbunden ist. Darüber hinaus berücksichtigen derartige Verfahren möglicherweise nicht die Profilstrenge und/oder Temperaturveränderungen, die den geschätzten Ladezustand eines Batteriesystems beeinflussen können.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Hier offenbarte Systeme und Verfahren können für ein verbessertes Schätzen von Informationen hinsichtlich der Energiekapazität eines Batteriesystems sorgen. Informationen hinsichtlich der Energiekapazität eines Batteriesystems können in Verbindung mit einer Vielfalt von Anwendungen verwendet werden, welche ohne Einschränkung das Modellieren des Verhaltens eines Batteriesystems und/oder Steuerungs- und/oder Managemententscheidungen eines Batteriesystems umfassen. Beispielsweise können bei bestimmten Ausführungsformen Informationen hinsichtlich der Energiekapazität eines Batteriesystems, das mit einem Fahrzeug verbunden ist, in Verbindung mit dem Schätzen einer Reichweite des Fahrzeugs verwendet werden.
-
In Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen kann ein Energiezustand (SOE) eines Batteriesystems zumindest teilweise auf der Grundlage eines verbleibenden Ladezustands des Batteriesystems, einer Leerlaufspannungskurve (OCV-Kurve), die dem Batteriesystem zugeordnet ist, und/oder einer Spannung, bei welcher Ladung zuvor aus dem Batteriesystem entfernt worden ist, ermittelt werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Energiezustand (SOE) ein Verhältnis der Energie, die in einem Batteriesystem verbleibt, zu einer Gesamtenergie, die von dem Batteriesystem gespeichert werden kann, darstellen.
-
Unter anderem können die hier offenbarten Systeme und Verfahren aktuelle Betriebsspannungen eines Batteriesystems in Verbindung mit dem Schätzen zukünftiger Betriebsbedingungen und/oder eines SOE des Batteriesystems berücksichtigen. Ausführungsformen können ferner ermöglichen, dass Anpassungen einer Leerlaufspannungskurve, die einem Batteriesystem zugeordnet ist, in Verbindung mit dem ermitteln einer Energiekapazität des Batteriesystems verwendet werden. Zum Beispiel können bei einigen Ausführungsformen Veränderungen an der Leerlaufspannungskurve, wenn das Batteriesystem altert, in Verbindung mit dem Ermitteln eines verbleibenden Ladezustands des Batteriesystems berücksichtigt werden.
-
Ein Verfahren zum Ermitteln einer Energiekapazität eines Batteriesystems in einem Fahrzeug kann umfassen, dass ein Spannungsversatz des Batteriesystems auf der Grundlage eines Vergleichs einer geschätzten Leerlaufspannung des Batteriesystems und einer gemessenen Spannung des Batteriesystems ermittelt wird. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Spannungsversatz auf der Grundlage einer Differenz zwischen der geschätzten Leerlaufspannung des Batteriesystems und der gemessenen Spannung des Batteriesystems ermittelt werden.
-
Eine geschätzte gesamte Stapelenergie und eine verbleibende Stapelenergie des Batteriesystems können auf der Grundlage des Spannungsversatzes ermittelt werden. Zum Beispiel kann bei bestimmten Ausführungsformen die geschätzte gesamte Stapelenergie des Batteriesystems auf der Grundlage eines Ergebnisses einer Integration eines Produkts aus Amperesekunden (Coulombs) des Batteriesystems mit einer Spannung, bei welcher die Amperesekunden aus dem Batteriesystem von einem vollen Ladezustand bis zur Entleerung entladen werden. In einigen Ausführungsformen kann die geschätzte gesamte Stapelenergie ermittelt werden, indem eine Leerlaufspannungskurve, die dem Batteriesystem zugeordnet ist (zum Beispiel eine Kurve, die eine Leerlaufspannungskennlinie des Batteriesystems mit einer Ladezustandskennlinie in Beziehung setzt) mit dem Spannungsversatz integriert wird. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Integration einen konstanten SOC-Schrittwert (zum Beispiel einen interpolierten Wert) verwenden. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Integration einen variablen SOC-Schrittwert verwenden, der auf der Grundlage von Kennlinien-Datenpunkten ermittelt wird, die in der Leerlaufspannungskurve enthalten sind.
-
Auf analoge Weise kann die geschätzte verbleibende Stapelenergie ermittelt werden, indem eine Leerlaufspannungskurve, die dem Batteriesystem zugeordnet ist, mit dem Spannungsversatz von einem speziellen SOC (zum Beispiel einem gegenwärtigen SOC) integriert wird. Zum Beispiel kann bei bestimmten Ausführungsformen das Ermitteln der geschätzten verbleibenden Stapelenergie des Batteriesystems auf einem Ergebnis einer Integration eines Produkts aus Amperesekunden (Coulomb) des Batteriesystems und einer Spannung beruhen, bei welcher die Amperesekunden aus dem Batteriesystem von einem gegenwärtigen SOC bis zur Entleerung entladen werden. In einigen Ausführungsformen kann die Integration einen konstanten SOC-Schrittwert (zum Beispiel einen interpolierten Wert) verwenden. In weiteren Ausführungsformen kann die Integration einen variablen SOC-Schrittwert verwenden, der auf der Grundlage von Kennlinien-Datenpunkten ermittelt wird, die in der Leerlaufspannungskurve enthalten sind.
-
Bei bestimmten Ausführungsformen können die geschätzten gesamten und verbleibenden Stapelenergien geschätzte verwendbare gesamte und verbleibende Stapelenergien umfassen, die mit einem verwendbaren SOE des Batteriesystems verbunden sind. Auf der Grundlage der geschätzten verbleibenden Stapelenergie und der geschätzten gesamten Stapelenergie kann eine Energiekapazität (zum Beispiel eine verwendbare Energiekapazität) des Systems ermittelt werden, indem zum Beispiel ein Verhältnis der geschätzten verbleibenden Stapelenergie zu der geschätzten gesamten Stapelenergie ermittelt wird.
-
In bestimmten Ausführungsformen kann das Verfahren ferner umfassen, dass eine Steuerungsmaßnahme in einem Fahrzeug, das mit dem Batteriesystem verbunden ist, auf der Grundlage der ermittelten Energiekapazität implementiert wird. Zum Beispiel kann eine geschätzte Reichweite des Fahrzeugs auf der Grundlage der ermittelten Energiekapazität ermittelt werden und eine Steuerungsmaßnahme, die einen Betrieb des Fahrzeugs betrifft, kann auf der Grundlage der geschätzten Reichweite ausgeführt werden.
-
Bei bestimmten Ausführungsformen kann das vorstehend erwähnte Verfahren von einem BSE-System und/oder einem beliebigen anderen Rechensystem ausgeführt werden und/oder unter Verwendung eines nicht vorübergehenden computerlesbaren Mediums implementiert werden, das zugehörige ausführbare Anweisungen speichert. Bei einigen Ausführungsformen können die hier offenbarten Systeme und Verfahren eine verfügbare Batterieleistung erhöhen, die in Verbindung mit Steuerungs- und/oder Managemententscheidungen des Batteriesystems über ein größeres Fenster von Betriebsbedingungen hinweg verwendet wird.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Es werden nicht einschränkende und nicht erschöpfende Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben, welche verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung mit Bezug auf die Figuren umfassen, in denen:
-
1 ein beispielhaftes System zum Ermitteln einer Energiekapazität eines Batteriesystems, das in einem Fahrzeug enthalten ist, in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen veranschaulicht.
-
2 eine grafische Darstellung veranschaulicht, die eine Beziehung zwischen einem Ladezustand (SOC) und einem Energiezustand (SOE) eines beispielhaften Batteriesystems über die Zeit in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
-
3 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Schätzen der Energiekapazität eines Batteriesystems in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen veranschaulicht.
-
4 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Schätzen einer gesamten Stapelenergie und einer verbleibenden Stapelenergie eines Batteriesystems in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen veranschaulicht.
-
5 ein beispielhaftes System zum implementieren bestimmter Ausführungsformen der hier offenbarten Systeme und Verfahren veranschaulicht.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
-
Nachstehend wird eine genaue Beschreibung von Systemen und Verfahren in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Obwohl mehrere Ausführungsformen beschrieben werden, versteht es sich, dass die Offenbarung nicht auf eine beliebige Ausführungsform eingeschränkt ist, sondern stattdessen zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente umfasst. Obwohl zahlreiche spezielle Details in der folgenden Beschreibung offen gelegt sind, um ein gründliches Verständnis der hier offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, können darüber hinaus einige Ausführungsformen ohne einige oder alle diese Details die Praxis umgesetzt werden. Außerdem wurde der Klarheit halber bestimmtes technisches Material, das in dem zugehörigen technischen Gebiet bekannt ist, nicht im Detail beschrieben, um ein unnötiges Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden.
-
Die Ausführungsformen der Offenbarung werden durch Bezugnahme auf die Zeichnungen am besten verstanden werden, bei denen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sein können. Die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, die in den Figuren hier allgemein beschrieben und veranschaulicht sind, können in einer großen Vielfalt anderer Konfigurationen angeordnet und konstruiert sein. Daher ist die folgende genaue Beschreibung der Ausführungsformen der Systeme und Verfahren der Offenbarung nicht dafür gedacht, den beanspruchten Umfang der Offenbarung einzuschränken, sondern sie stellt nur mögliche Ausführungsformen der Offenbarung dar. Zudem müssen die Schritte eines Verfahrens nicht unbedingt in einer beliebigen speziellen Reihenfolge oder auch nur sequenziell ausgeführt werden, noch müssen die Schritte nur einmal ausgeführt werden, sofern es nicht anderweitig angegeben ist.
-
Hier offenbarte Systeme und Verfahren können für ein verbessertes Schätzen und/oder Ermitteln von Informationen hinsichtlich einer Energiekapazität eines Batteriesystems sorgen. Ermittlungen der Energiekapazität können von einem BSE-System und/oder einem anderen Batteriesteuerungs-, Überwachungs- und/oder Managementsystem ausgeführt werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein SOC eines Batteriesystems zumindest teilweise auf der Grundlage eines verbleibenden SOC des Batteriesystems, einer Leerlaufspannungskurve, die dem Batteriesystem zugeordnet ist, und/oder einer Spannung, bei welcher Ladung zuvor aus dem Batteriesystem entfernt wurde, ermittelt werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein Spannungsversatz auf der Grundlage eines Vergleichs einer geschätzten Leerlaufspannung und einer gemessenen Spannung eines Batteriesystems ermittelt werden. Eine gesamte Stapelenergie eines Batteriesystems kann geschätzt werden, indem die Leerlaufspannungskurve des Batteriesystems mit dem ermittelten Spannungsversatz integriert wird. Eine verbleibende Stapelenergie des Batteriesystems kann geschätzt werden, indem die Leerlaufspannungskurve von einem gemessenen SOC des Stapels mit dem ermittelten Spannungsversatz integriert wird. Auf der Grundlage der geschätzten gesamten Stapelenergie und der geschätzten verbleibenden Stapelenergie kann eine Energiekapazität des Batteriesystems ermittelt werden (zum Beispiel eine Energiekapazität, die mithilfe eines SOE des Batteriesystems ausgedrückt wird). In einigen Ausführungsformen können die offenbarten Systeme und Verfahren zum Schätzen einer Energiekapazität eines Batteriesystems eine verbesserte Schätzung einer Fahrzeugreichweite ermöglichen, wodurch der Betrieb eines zugehörigen Fahrzeugs verbessert wird.
-
1 veranschaulicht ein beispielhaftes System zum Ermitteln einer Energiekapazität eines Batteriesystems 102 in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Batteriesystem 102 in einem Fahrzeug 100 enthalten sein. Das Fahrzeug 100 kann ein Kraftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug und/oder eine beliebige andere Art von Fahrzeugs ein und es kann einen Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine (ICE-Antriebsstrang), einen Antriebsstrang mit einem Elektromotor, einen Antriebsstrang mit einer Hybridkraftmaschine, einen Brennstoffzellen-Antriebsstrang und/oder eine beliebige andere Art von Antriebsstrang enthalten, der geeignet ist, um die hier offenbarten Systeme und Verfahren aufzunehmen. Das Fahrzeug 100 kann ein Batteriesystem 102 enthalten, das bei bestimmten Ausführungsformen ein HV-Batteriesystem sein kann. Das HV-Batteriesystem kann verwendet werden, um elektrische Antriebsstrangkomponenten (zum Beispiel in einem elektrischen, hybriden oder Brennstoffzellen-Leistungssystemen) mit Leistung zu versorgen. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Batteriesystem 102 eine Niederspannungsbatterie (zum Beispiel eine Bleisäure-Kraftfahrzeugbatterie mit 12 V) sein und es kann ausgestaltet sein, um elektrische Energie an eine Vielfalt von Systemen des Fahrzeugs 100 zu liefern, die beispielsweise Fahrzeugstartersysteme (zum Beispiel einen Startermotor), Beleuchtungssysteme, Zündsysteme und/oder der gleichen umfassen.
-
Das Batteriesystem 102 kann ein Batteriesteuerungssystem 104 enthalten. Das Batteriesteuerungssystem 104 kann ausgestaltet sein, um bestimmte Operationen des Batteriesystems 102 zu überwachen und zu steuern. Zum Beispiel kann das Batteriesteuerungssystem 104 ausgestaltet sein, um Auflade- und Entladeoperationen des Batteriesystems 102 zu überwachen und zu steuern. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Batteriesteuerungssystem 104 in Verbindung mit den hier offenbarten Verfahren verwendet werden, um eine Energiekapazität des Batteriesystems zu schätzen, zu modellieren und/oder auf andere Weise zu ermitteln. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Batteriesteuerungssystem 104 mit einem oder mehreren Sensoren 106 (zum Beispiel Spannungssensoren, Stromsensoren und/oder dergleichen usw.) und/oder anderen Systemen (zum Beispiel einem Fahrzeugcomputersystem 108, einem externen Computersystem 110 usw.) kommunikationstechnisch gekoppelt sein, die ausgestaltet sind, um zu ermöglichen, dass das Batteriesteuerungssystem 104 Operationen des Batteriesystems 102 überwacht und steuert und/oder bestimmte hier offenbarte Verfahren ausführt. Zum Beispiel können die Sensoren 106 das Batteriesteuerungssystem 104 mit Informationen versorgen, die verwendet werden, um einen SOC und/oder einen SOE zu schätzen, um eine Impedanz zu schätzen, um einen Strom zu messen, um eine Spannung eines Batteriestapels 112 und/oder von einzelnen Batteriezellen 114 zu messen, und/oder beliebige andere Informationen, die in Verbindung mit den offenbarten Ausführungsformen verwendet werden können.
-
Das Batteriesteuerungssystem 104 kann ferner ausgestaltet sein, um Informationen an andere Systeme (z. B. dem Fahrzeugcomputersystem 108), die in dem Fahrzeug 100 enthalten sind, zu liefern und/oder um Informationen von diesen zu empfangen. Zum Beispiel kann das Batteriesteuerungssystem 104 mit einem internen Fahrzeugcomputersystem 108 und/oder einem externen Computersystem 110 kommunikationstechnisch gekoppelt sein (zum Beispiel über ein drahtgebundenes und/oder drahtloses Telekommunikationssystem oder dergleichen). Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Batteriesteuerungssystem 104 zumindest teilweise ausgestaltet sein, um Informationen hinsichtlich des Batteriesystems 102 (zum Beispiel Informationen, die von den Sensoren 106 gemessen und/oder von dem Steuerungssystem 104 ermittelt werden) an einen Benutzer, an Testpersonal, an Wartungspersonal und/oder dergleichen des Fahrzeugs 100, an das Fahrzeugcomputersystem 108 und/oder an das externe Computersystem 110 zu liefern. Diese Informationen können ohne Einschränkung Informationen zum SOC, zum SOE und/oder zu einem Funktionszustand (SOH) der Batterie, Informationen zur Energiekapazität der Batterie, Informationen zur Betriebszeit der Batterie, Informationen zu Batteriezyklen, Informationen zur Betriebstemperatur der Batterie, Informationen zur Reichweite des Fahrzeugs und/oder beliebige andere Informationen hinsichtlich des Batteriesystems 102 umfassen, die in Verbindung mit dem Ermitteln von Informationen zur Energiekapazität des Batteriesystems verwendet werden können, und/oder Informationen, die in Verbindung mit Management- und/oder Steuerungsoperationen des Batteriesystems 102 und/oder des Fahrzeugs 100 verwendet werden.
-
Das Batteriesystem 102 kann einen oder mehrere Batteriestapel 112 enthalten, die geeignet dimensioniert sind, um elektrische Leistung für das Fahrzeug 100 bereitzustellen. Jeder Batteriestapel 112 kann eine oder mehrere Batteriezellen 114 enthalten. Die Batteriezellen 114 können eine beliebige geeignete Batterietechnologie oder eine Kombination daraus verwenden. Geeignete Batterietechnologien können zum Beispiel Bleisäure, Nickelmetallhydrid (NiMH), Lithium-Ionen (Li-Ion), Lithium-Ionen-Polymer, Zink-Luft, Lithium-Luft, Nickel-Cadmium (NiCad), ventilgeregelte Bleisäure (VRLA) mit einem absorbieren Glasvlies (AGM), Nickel-Zink (NiZn), Salzschmelze (z. B. Eine Na-NiICl2-Batterie) und/oder andere geeignete Batterietechnologien umfassen. Jeder Batteriezelle 114 können Sensoren 106 zugeordnet sein, die ausgestaltet sind, um einen oder mehrere Parameter (zum Beispiel eine Spannung, einen Strom, eine Temperatur usw.) zu messen, die jeder Zelle 114 zugeordnet sind. Obwohl 1 separate Sensoren 106 veranschaulicht, die jeder Batteriezelle 114 zugeordnet sind, kann in einigen Ausführungsformen auch ein Sensor verwendet werden, der ausgestaltet ist, um verschiedene elektrische Parameter zu messen, die einer Vielzahl von Zellen 114 zugeordnet sind.
-
Von den Sensoren 106 gemessene Informationen können an das Batteriesteuerungssystem 104 und/oder an ein oder mehrere andere Systeme (z. B. das Fahrzeugcomputersystem 108 und/oder das externe Computersystem 110) geliefert werden. Unter Verwendung der Informationen können das Batteriesteuerungssystem 104 und/oder ein beliebiges anderes geeignetes System den Betrieb des Batteriesystems 102 (zum Beispiel Aufladeoperationen, Entladeoperationen, Ausgleichsoperationen usw.) koordinieren. Das Batteriesteuerungssystem 104, das Fahrzeugcomputersystem 108, das externe Computersystem 110 und/oder ein beliebiges anderes geeignetes System, das BSE-Verfahren implementiert, können derartige Informationen ferner in Verbindung mit den offenbarten Ausführungsformen verwenden, um die Energiekapazität des Batteriesystems 102 als Teil von Überwachungs-, Steuerungs-, Kennlinienerfassungs- und/oder Modellierungsaktivitäten zu ermitteln.
-
2 veranschaulicht eine grafische Darstellung 200, die eine Beziehung zwischen einem SOC und einem SOE eines beispielhaften Batteriesystems über die Zeit 204 in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen zeigt. Speziell veranschaulicht die grafische Darstellung 200 eine beispielhafte SOC-Kurve 206 und eine SOE-Kurve 208, die einem beispielhaften Batteriesystem zugeordnet sind, welche von einem Prozentsatz des SOC und SOE 202 relativ zu einem gesamten SOC bzw. einem gesamten SOC gemessen wurde. Wie dargestellt ist, können bei bestimmten Umständen 50% eines gesamten SOE eines Batteriesystems, wie durch Punkt 210 angezeigt ist, von einem Batteriesystem während eines Entladezyklus früher als 50% eines gesamten SOC des Batteriesystems, wie durch Punkt 212 angezeigt ist, erreicht werden. Dies kann unter anderem auf weniger Energie zurückzuführen sein, die in einem unteren Abschnitt einer Leerlaufspannungskurve enthalten ist, welche dem Batteriesystem zugeordnet ist, als in einem oberen Abschnitt der Leerlaufspannungskurve. In Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen können derartige Bedingungen berücksichtigt werden, um die Energiekapazität des Batteriesystems 102 als Teil von Überwachungs-, Steuerungs-, Kennlinienerfassungs- und/oder Modellierungsaktivitäten zu ermitteln, wobei die Genauigkeit dieser Ermittlungen und/oder Aktivitäten verbessert wird.
-
3 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zum Schätzen der Energiekapazität eines Systems (zum Beispiel eines Batteriesystemstapels) in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen. In bestimmten Ausführungsformen kann eines oder können mehrere der dargestellten Elemente des Verfahrens 300 von einem Batteriesteuerungssystem, einem Fahrzeugcomputersystem, einem externen Computersystem und/oder einem beliebigen anderen System oder einer Kombination von Systemen, die ausgestaltet sind, um BSE-Verfahren zu implementieren und/oder um die Energiekapazität eines Batteriesystems zu überwachen, zu modellieren und/oder auf andere Weise zu charakterisieren, ausgeführt werden und/oder durch diese implementiert werden.
-
Bei 302 kann das Verfahren starten. Bei 304 kann ein Spannungsversatz auf der Grundlage eines Vergleichs einer geschätzten Leerlaufspannung eines Batteriesystemstapels mit einer gemessenen Spannung des Batteriesystemstapels ermittelt werden. In einigen Ausführungsformen kann die geschätzte Leerlaufspannung des Batteriesystemstapels auf der Grundlage einer Leerlaufspannungskurve ermittelt werden, die dem Batteriesystemstapel zugeordnet ist. Zum Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen die geschätzte Leerlaufspannung auf der Grundlage einer Leerlaufspannungskurve (zum Beispiel einer Kurve, welche die Leerlaufspannung in Beziehung zu dem SOC setzt) ermittelt werden, welche auf der Grundlage eines Tests und/oder einer Kennlinienerfassung eines Batteriesystemstapels hergeleitet wurde. In bestimmten Ausführungsformen kann dieser Vergleich umfassen, dass eine Differenz zwischen der geschätzten Leerlaufspannung und der gemessenen Spannung ermittelt wird.
-
Der bei 304 ermittelte Spannungsversatz kann in Verbindung mit dem Schätzen einer gesamten Stapelenergie und einer verbleibenden Stapelenergie eines Batteriesystemstapels verwendet werden. Zum Beispiel kann bei 306 eine gesamte Stapelenergie eines Batteriesystems geschätzt werden, indem eine Leerlaufspannungskurve des Batteriesystemstapels mit dem bei 304 ermittelten Spannungsversatz integriert wird. Eine verbleibende Stapelenergie des Batteriesystems kann bei 308 geschätzt werden, indem die Leerlaufspannungskurve des Batteriesystemstapels von einem geschätzten Stapel-SOC und/oder einer Stapelspannung mit dem bei 304 ermittelten Spannungsversatz integriert wird. Auf der Grundlage der geschätzten gesamten Stapelenergie und der geschätzten verbleibenden Stapelenergie kann bei 310 eine Energiekapazität des Batteriesystems ermittelt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Energiekapazität geschätzt werden, in dem ein Verhältnis der geschätzten verbleibenden Stapelenergie zu der geschätzten gesamten Stapelenergie berechnet wird und/oder mithilfe eines SOE des Batteriesystemstapels ausgedrückt wird.
-
In bestimmten Ausführungsformen kann das Verfahren 300 einen Abschnitt der Leerlaufspannungskurve und/oder ein zugehöriges SOC-Fenster in Verbindung mit dem Ermitteln einer Energiekapazität eines Batteriesystemstapels verwenden. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen ein engeres Fenster des SOC in Verbindung mit dem Ermitteln der gesamten Stapelenergie und der verbleibenden Stapelenergie im Verfahren 300 verwendet werden. Als Beispiel kann es sein, dass ein Batteriesystemstapel nur zwischen 30% und 60% des tatsächlichen SOC verwendet wird (zum Beispiel, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern oder dergleichen). Folglich kann ein verwendbarer SOC-Bereich (das heißt 0–100% des verwendbaren SOC) in dem Fenster zwischen 30% bis 60% des tatsächlichen SOC definiert werden. Ein verwendbarer SOE und/oder eine geschätzte verwendbare Energiekapazität kann bzw. können unter Verwendung des Verfahrens 300 auf der Grundlage eines derartigen verwendbaren SOC-Bereichs ermittelt werden.
-
Auf der Grundlage der geschätzten Energiekapazität kann eine Vielfalt von Aktivitäten zur Modellierung eines Batteriesystemverhaltens und/oder zur Steuerung und zum Management eines Batteriesystems ausgeführt werden. Zum Beispiel können in bestimmten Ausführungsformen Informationen hinsichtlich der Energiekapazität eines Batteriesystemstapels, der mit einem Fahrzeug verbunden ist, die unter Verwendung von Ausführungsformen des Verfahrens 300 ermittelt wurden, in Verbindung mit dem Schätzen einer Reichweite des Fahrzeugs und/oder dem Implementieren einer Steuerungsmaßnahme in Verbindung damit verwendet werden (zum Beispiel Anzeigen einer Reichweite des Fahrzeugs für einen Bediener, Verändern von Antriebsstrangsbetriebsbedingungen wie etwa der Geschwindigkeit und/oder der Beschleunigung auf der Grundlage einer geschätzten Fahrzeugreichweite usw.). Das Verfahren 300 kann fortfahren, um bei 312 zu enden.
-
4 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zum Schätzen einer gesamten Stapelenergie und einer verbleibenden Stapelenergie eines Batteriesystems in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein oder können mehrere der veranschaulichten Elemente des Verfahrens 400 unter Verwendung eines Batteriesteuerungssystems, eines Fahrzeugcomputersystems, eines externen Computersystems und/oder eines beliebigen anderen Systems oder einer Kombination von Systemen, die ausgestaltet sind, um BSE-Verfahren zu implementieren und/oder um die Energiekapazität eines Batteriesystems zu überwachen, zu modellieren und/oder auf andere Weise zu charakterisieren, ausgeführt und/oder durch diese implementiert werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann eines oder können mehrere der veranschaulichten Elemente des Verfahrens 400 ausgestaltet sein, um bei bestimmten Elementen der Schritte 306 und/oder 308 implementiert zu werden, welche vorstehend mit Bezug auf 3 veranschaulicht und beschrieben wurden. Zum Beispiel können bei bestimmten Ausführungsformen bestimmte Elemente des Verfahrens 400 eine Integrationsberechnung ermöglichen, die in Verbindung mit dem Ermitteln einer Energiemenge verwendet wird, die von einem Batteriesystemstapel gespeichert wird.
-
Bei 402 kann das Verfahren beginnen. Bei 404 kann ein anfänglicher SOC, der in einem Batteriesystemstapel übrig ist, auf eine Differenz zwischen einem gegenwärtig gemessenen SOC (zum Beispiel einem SOC, der auf der Grundlage von Informationen einer gemessenen Spannung oder dergleichen geschätzt wurde) und einem minimalen SOC des Batteriesystems (zum Beispiel einem bekannten minimalen SOC oder dergleichen) gesetzt werden. Auch kann eine geschätzte Energiekapazität des Batteriesystems (die zum Beispiel mithilfe von Kilowatt (kW) oder dergleichen ausgedrückt wird) auf Null gesetzt werden.
-
Bei 406 kann festgestellt werden, dass der gesetzte SOC, der in dem Batteriesystemstapel verbleibt bzw. übrig ist (d. h. der SOC, der anfänglich bei 404 gesetzt wurde) größer als Null ist. Wenn der gesetzte SOC, der in dem Batteriesystem verbleibt, größer als Null ist, kann das Verfahren 400 zu 408 weitergehen. Bei 408 kann ein oberer Berechnungspunkt für den SOC, der bei der Integration verwendet wird, auf die Summe aus den in dem Batteriesystem verbleibenden gesetzten SOC und dem minimalen SOC des Batteriesystems gesetzt werden. Bei 410 kann festgestellt werden, ob eine Differenz zwischen dem in dem Batteriesystem verbleibenden gesetzten SOC und der SOC-Schrittgröße, die in Verbindung mit der Integration verwendet wird, größer als Null ist. Wenn die Differenz größer als Null ist, kann das Verfahren 400 zu 414 weitergehen, bei dem ein unterer SOC-Berechnungspunkt, der in der Integration verwendet wird, auf den in dem Batteriesystem verbleibenden gesetzten SOC minus der SOC-Schrittgröße plus dem minimalen SOC des Batteriesystems gesetzt werden kann. Wenn die Differenz nicht größer als Null ist, kann das Verfahren 400 zu 412 weitergehen, bei dem der untere SOC-Berechnungspunkt, der in der Integration verwendet wird, auf den minimalen SOC des Batteriesystems gesetzt werden kann.
-
Bei bestimmten Ausführungsformen kann der SOC-Schritt auf einer Leerlaufspannungskurve beruhen, die dem Batteriesystem zugeordnet ist. Wie vorstehend erörtert wurde kann eine Leerlaufspannungskurve (zum Beispiel eine Kurve, welche die Leerlaufspannung in Beziehung zu dem SOC setzt) eines Batteriesystems auf der Grundlage von Test- und/oder Kennlinieninformationen hergeleitet werden, die ein Batteriesystem betreffen (zum Beispiel das gleiche und/oder ein ähnliches Batteriesystem oder dergleichen). Bei einigen Ausführungsformen kann der SOC-Schritt interpolierte SOC-Punkte bei konstanten Intervallen zwischen konkreten Test- und/oder Kennlinien-Datenpunkten entlang der Leerlaufspannungskurve umfassen. Bei weiteren Ausführungsformen kann der SOC-Schritt variabel sein und konkreten Test- und/oder Kennlinien-Datenpunkten entlang der Leerlaufspannungskurve zugeordnet sein (zum Beispiel Punkten, die ohne Interpolation ermittelt wurden). In bestimmten Ausführungsformen kann dies prozessorintensive Interpolationsoperationen reduzieren.
-
Bei 416 kann ein SOC-Anfragepunkt für die Integration als Mittelpunkt zwischen dem oberen SOC-Berechnungspunkt und dem unteren SOC-Berechnungspunkt gesetzt werden. Bei 418 kann eine Leerlaufspannung des SOC-Anfragepunkts ermittelt werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der SOC-Anfragepunkt auf der Grundlage einer Leerlaufspannungskurve ermittelt werden, die dem Batteriesystem zugeordnet ist (zum Beispiel ein diskreter Punkt, der Daten zugeordnet ist, die verwendet werden, um die Leerlaufspannungskurve und/oder einen interpolierten Punkt zu erzeugen).
-
Bei 420 kann ein Spannungsschritt auf die Summe aus der Leerlaufspannung des SOC-Anfragepunkts und einer Polarisationsspannung des Batteriesystems gesetzt werden. In einigen Ausführungsformen kann der Spannungsschritt eine Spannung umfassen, die einem SOC-Schritt zugeordnet ist, und er kann eine mittlere Spannung repräsentieren, bei welcher Amperestunden des SOC-Schritts aus der Batterie entladen werden. Die Polarisationsspannung kann auf der Grundlage einer gemessenen Spannung des Batteriesystems minus einer geschätzten Leerlaufspannung ermittelt werden. Diese berechnete Spannung kann gefiltert werden, um eine mittlere Spannung zu erzeugen, die als Polarisationsspannung verwendet wird. Bei bestimmten Ausführungsformen kann diese Polarisationsspannung unter anderem Batteriekennlinien widerspiegeln, die einen Widerstand, Temperatureffekte (zum Beispiel können kühlere Temperaturen zu einer höheren Polarisationsspannung führen), eine Fahreraktion eines zugehörigen Fahrzeugs (zum Beispiel kann eine starke Beschleunigung zu einer höheren Polarisation führen) und/oder der gleichen umfassen.
-
Bei 422 kann ein Amperesekundenschritt auf der Grundlage eines Produkts aus der Batteriekapazität und der Differenz zwischen dem oberen SOC-Berechnungspunkt anhand des Prozentsatzes der Gesamtkapazität und dem unteren SOC-Berechnungspunkt anhand des Prozentsatzes der Gesamtkapazität berechnet werden. Ein Energiekapazitätsschritt, der der Batterie zugeordnet ist, kann bei 424 als das Produkt aus dem bei 420 ermittelten Spannungsschritt und dem bei 422 ermittelten Amperesekundenschritt berechnet werden. Bei 426 kann der Energiekapazitätsschritt zu der geschätzten Energiekapazität des Batteriesystems addiert werden, (zum Beispiel anhand von Kilowatt ausgedrückt).
-
Der in dem Batteriesystem verbleibende gesetzte SOC kann bei 428 um die SOC-Schrittgröße reduziert werden. Das Verfahren 400 kann mit dem Integrieren fortfahren, bis bei 406 festgestellt wird, dass der in dem Batteriesystemstapel verbleibende gesetzte SOC nicht größer als Null ist. Sobald dies festgestellt wird, kann das Verfahren 400 zu 430 weitergehen, bei dem die geschätzte Energiekapazität des Batteriesystems ausgegeben werden kann. Das Verfahren 400 kann fortfahren, um bei 434 zu enden.
-
5 veranschaulicht ein beispielhaftes System 500 zum Implementieren bestimmter Ausführungsformen der hier offenbarten Systeme und Verfahren. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Computersystem 500 ein Personalcomputersystem, ein Server-Computersystem, ein Bordcomputer des Fahrzeugs, ein Batteriesteuerungssystem, ein externes Computersystem und/oder eine beliebige andere Art von System sein, das zum Implementieren der offenbarten Systeme und Verfahren geeignet ist. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Computersystem 500 ein beliebiges tragbares elektronisches Computersystem oder eine elektronische Vorrichtung sein, die zum Beispiel einen Notebook-Computer, ein Smartphone und/oder einen Tablet-Computer umfasst.
-
Wie dargestellt ist, kann das Computersystem 500 unter anderem einen oder mehrere Prozessoren 502, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) 504, eine Kommunikationsschnittstelle 506, eine Benutzerschnittstelle 508 und ein nicht vorübergehendes computerlesbares Speichermedium 510 enthalten. Der Prozessor 502, das RAM 504, die Kommunikationsschnittstelle 506, die Benutzerschnittstelle 508 und das computerlesbare Speichermedium 510 können über einen gemeinsamen Datenbus 512 kommunikationstechnisch miteinander gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen können die verschiedenen Komponenten des Computersystems 500 unter Verwendung von Hardware, Software, Firmware und/oder einer beliebigen Kombination daraus implementiert sein.
-
Die Benutzerschnittstelle 508 kann eine beliebige Anzahl von Vorrichtungen enthalten, die es einem Benutzer ermöglichen, mit dem Computersystem 500 zu interagieren. Zum Beispiel kann die Benutzerschnittstelle 508 verwendet werden, um eine interaktive Schnittstelle für einen Benutzer anzuzeigen. Die Benutzerschnittstelle 508 kann ein separates Schnittstellensystem sein, das mit dem Computersystem 500 kommunikationstechnisch gekoppelt ist, oder es kann alternativ ein integriertes System sein, wie etwa eine Anzeigeschnittstelle für einen Laptop oder eine andere ähnliche Vorrichtung. In bestimmten Ausführungsformen kann die Benutzerschnittstelle 508 auf einer Anzeige mit einem berührungsempfindlichen Bildschirm erzeugt werden. Die Benutzerschnittstelle 508 kann außerdem eine beliebige Anzahl anderer Eingabevorrichtungen umfassen, welche beispielsweise eine Tastatur, einen Trackball und/oder Zeigervorrichtungen umfassen.
-
Die Kommunikationsschnittstelle 506 kann eine beliebige Schnittstelle sein, die zum Kommunizieren mit anderen Computersystemen, peripheren Vorrichtungen und/oder anderen Geräten, die mit dem Computersystem 500 kommunikationstechnisch gekoppelt sind, in der Lage ist. Zum Beispiel kann die Kommunikationsschnittstelle 506 ermöglichen, dass das Computersystem 500 mit anderen Computersystemen kommuniziert (zum Beispiel mit Computersystemen, die mit externen Datenbanken und/oder dem Internet verbunden sind), wodurch das Übertragen sowie das Empfangen von Daten von diesen Systemen ermöglicht wird. Die Kommunikationsschnittstelle 506 kann unter anderem ein Modem, ein Satelliten-Datenübertragungssystem, eine Ethernetkarte und/oder eine beliebige andere geeignete Vorrichtung umfassen, die ermöglicht, dass sich das Computersystem 500 mit Datenbanken und Netzwerken verbindet, etwa LANs, MANs, WANs und dem Internet.
-
Der Prozessor 502 kann einen oder mehrere Universalprozessoren, anwendungsspezifische Prozessoren, programmierbare Mikroprozessoren, Mikrocontroller, digitale Signalprozessoren, FPGAs, andere kundenspezifische oder programmierbare Verarbeitungsvorrichtungen und/oder beliebige andere Vorrichtungen oder eine Anordnung von Vorrichtungen umfassen, die in der Lage sind, die hier offenbarten Systeme und Verfahren zu implementieren.
-
Der Prozessor 502 kann ausgestaltet sein, um computerlesbare Anweisungen auszuführen, die in dem nicht vorübergehenden computerlesbaren Speichermedium 510 gespeichert sind. Das computerlesbare Speichermedium 510 kann nach Wunsch andere Daten oder Informationen speichern. In einigen Ausführungsformen können die computerlesbaren Anweisungen von einem Computer ausführbare funktionale Module 514 enthalten. Zum Beispiel können die computerlesbaren Anweisungen ein oder mehrere funktionale Module enthalten, die ausgestaltet sind, um die gesamte oder einen Teil der Funktionalität der vorstehend beschriebenen Systeme und Verfahren zu implementieren. Spezielle funktionale Module, die in dem computerlesbaren Speichermedium 510 gespeichert sein können, können Module zum Testen, Überwachen und/oder Modellieren der Energiekapazität eines Batteriesystems und/oder ein oder mehrere beliebige andere Module umfassen, die ausgestaltet sind, um die hier offenbarten Systeme und Verfahren zu implementieren.
-
Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren können unabhängig von der Programmiersprache implementiert werden, die zum Erzeugen der computerlesbaren Anweisungen verwendet wurde, und/oder von einem beliebigen Betriebssystem, das auf dem Computersystem 500 läuft. Zum Beispiel können die computerlesbaren Anweisungen in einer beliebigen geeigneten Programmiersprache geschrieben sein, wobei Beispiele dafür C, C++, Visual C++ und/oder Visual Basic, Java, Perl oder eine beliebige andere geeignete Programmiersprache umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Ferner können die computerlesbaren Anweisungen und/oder die funktionalen Module in der Form einer Sammlung separater Programme oder Module und/oder eines Programmmoduls innerhalb eines größeren Programms oder eines Abschnitts eines Programmmoduls vorliegen. Das Verarbeiten von Daten durch das Computersystem 500 kann in Ansprechen auf Benutzerbefehle, auf Ergebnisse einer vorherigen Verarbeitung oder auf eine Anforderung, die von einer anderen Verarbeitungsmaschine gestellt wurde, erfolgen. Es ist festzustellen, dass das Computersystem 500 ein beliebiges geeignetes Betriebssystem verwenden kann, welches zum Beispiel Unix, DOS, Android, Symbian, Windows, iOS, OSX, Linux und/oder dergleichen umfasst.
-
Obwohl das Vorstehende zum Zweck der Klarheit in einigem Detail beschrieben wurde, ist festzustellen, dass bestimmte Veränderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne die Prinzipien desselben zu verlassen. Es wird angemerkt, dass es viele alternative Wege gibt, um sowohl die Prozesse als auch die Systeme, die hier beschrieben sind, zu implementieren. Folglich müssen die vorliegenden Ausführungsformen als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung betrachtet werden und die Erfindung darf nicht auf die hier angegebenen Details beschränkt werden, sondern sie kann innerhalb des Umfangs und der äquivalente der beigefügten Ansprüche modifiziert werden.
-
Die vorstehende Beschreibung wurde mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben. Jedoch wird der Fachmann auf dem Gebiet feststellen, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Zum Beispiel können verschiedene Betriebsschritte sowie Komponenten zum Ausführen von Betriebsschritten auf alternative Weise in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung oder bei Berücksichtigung einer beliebigen Anzahl von Kostenfunktionen, die dem Betrieb des Systems zugeordnet sind, implementiert werden. Folglich kann ein beliebiger oder können mehrere der Schritte gelöscht, modifiziert oder mit anderen Schritten kombiniert werden. Ferner muss diese Offenbarung als Veranschaulichung statt als Einschränkung aufgefasst werden, und alle derartigen Modifikationen sollen Umfang derselben enthalten sein. Analog wurden Nutzen, andere Vorteile und Lösungen für Probleme vorstehend mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben. Jedoch dürfen Nutzen, Vorteile, Lösungen für Probleme und beliebige Elemente, die verursachen können, dass ein beliebiger Nutzen, ein beliebiger Vorteil oder eine beliebige Lösung auftritt oder besser hervorgehoben wird, nicht als kritisches, notwendiges oder wesentliches Merkmal oder Element aufgefasst werden.
-
Die Begriffe „umfasst” und „enthält” und beliebige andere Variationen derselben sollen, so wie sie hier verwendet werden, eine nicht exklusive Inklusion abdecken, sodass ein Prozess, ein Verfahren, ein Artikel oder eine Vorrichtung, der/die/das eine Liste von Elementen umfasst, nicht nur diese Elemente umfasst, sondern auch andere Elemente enthalten kann, die nicht explizit aufgeführt sind oder für einen derartigen Prozess, ein derartiges Verfahren, ein derartiges System, einen derartigen Artikel oder eine derartige Vorrichtung inhärent sind. Außerdem sind die Begriffe „gekoppelt”, „koppeln” und beliebige andere Variationen derselben, so wie sie hier verwendet werden, dazu gedacht, eine physikalische Verbindung, eine elektrische Verbindung, eine magnetische Verbindung, eine optische Verbindung, eine Kommunikationsverbindung, eine funktionale Verbindung und/oder eine beliebige andere Verbindung abzudecken.
-
Der Fachmann auf dem Gebiet wird feststellen, dass viele Veränderungen an den Details der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne von den zugrunde liegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden.
