DE102011113754B4

DE102011113754B4 - Überwachungsvorrichtung für die Energiekapazität und das Energiepotential eines Energiespeichersystems

Info

Publication number: DE102011113754B4
Application number: DE102011113754.1A
Authority: DE
Inventors: Monika A. Minarcin; Brian J. Koch
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2011-09-19
Publication date: 2022-06-23
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: US8405355B2; US20120074960A1; CN102412630A; CN102412630B; DE102011113754A1

Abstract

Verfahren zum Berichten der Charakteristika eines Energiespeichersystems (5) zum Speichern elektrischer Energie, wobei das Verfahren umfasst, dass:ein gegenwärtiger Ladezustand (SOC) des Energiespeichersystems (5) ermittelt wird;ein Ladezustandsmittelwert (SOC_mean) für das Energiespeichersystem (5) berechnet wird;der Ladezustandsmittelwert (SOC_mean) in einen Leerlaufspannungsmittelwert (OCV_mean) umgewandelt wird;ein Spannungsversatz (Voffset) des Energiespeichersystems (5) aus einem Stromschätzwert (IEQ) und einem Gesamtwiderstand (RTotal) des Energiespeichersystems (5) ermittelt wird;eine Leerlaufspannung (Vmean) des Energiespeichersystems (5) auf der Grundlage des Leerlaufspannungsmittelwerts (OCV_mean) und des Spannungsversatzes (Voffset) ermittelt wird;ein Coulomb-Potential, das den gegenwärtigen Ladungsgehalt des Energiespeichersystems (5) darstellt, und eine Coulomb-Kapazität, die das Ladungslieferungsgesamtpotential des Energiespeichersystems (5) darstellt, auf der Grundlage der Leerlaufspannung (Vmean) bereitgestellt werden;ein Energiepotential, das den gegenwärtigen Energiegehalt des Energiespeichersystems (5) darstellt, und/oder eine Energiekapazität des Energiespeichersystems (5) auf der Grundlage der Coulomb-Kapazität und/oder des Coulomb-Potentials oder von Kombinationen daraus ermittelt werden; unddas Energiepotential und/oder die Energiekapazität in Echtzeit an einen Controller (14) berichtet werden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Berichten der Charakteristika eines Energiespeichersystems, und insbesondere ein Verfahren, das zum Berichten des Energiepotentials und der Energiekapazität eines Energiespeichersystems eines Fahrzeugs auf eine Weise in der Lage ist, dass es die Arbeitsweise und die Effizienz eines Fahrzeugs verbessert.
HINTERGRUND
Viele Einrichtungen benötigen ein genaues Berichten der Charakteristika einer Batterie, eines Kondensators oder eines ähnlichen Energiespeichersystems (ESS), um zu erkennen, wenn ein zusätzliches Aufladen benötigt wird. Eine Technik zum Berichten der Charakteristika eines ESS betrifft den Ladezustand (SOC), der die Menge elektrischer Ladung im System darstellt. Das Problem beim Berichten des SOC als einem Charakteristikum des ESS besteht darin, dass dieser nur einen Prozentsatz der Energie angibt, der für den Bediener des Fahrzeugs zur Verfügung steht. Daher stellt der SOC das tatsächliche Potential oder die tatsächliche Kapazität des ESS nicht genau dar und versagt somit beim Berücksichtigen der Größe, des Alters und des aktuellen Betriebsverlaufs des ESS. Zum Beispiel kann der SOC die speziellen Nutzlasten, Fahrmuster und Betriebszyklen, die durchlaufen wurden, nicht berücksichtigen. Die Ungenauigkeiten einer SOC-Charakterisierung werden vergrößert, wenn sie in die Steuersysteme von Hybrid- und Elektrofahrzeugen aufgenommen wird, welche ausgestaltet sind, um Charakterisierungen des ESS nur in Einheiten der Energie zu verarbeiten.
Für einen optimalen Fahrzeugbetrieb ist ein genaues Berichten des Zustands des ESS wichtig. Betroffene Fahrzeugoperationen können eine Aufladeoperation, Berechnungen der erhöhten elektrischen Reichweite, Modi mit regenerativer Energiegewinnung, Gangschaltungskalibrierungen und andere umfassen. Ein ungenaues Berichten des Zustands kann spezielle Konsequenzen nach sich ziehen, wenn die Reichweite eines Elektrofahrzeugs berechnet wird, da es dazu führen kann, dass einem Fahrer die Antriebsleistung vorzeitig ausgeht. Unglücklicherweise wird ein genaues Berichten des Zustands des ESS durch die hochgradig unvorhersagbaren Grundlasten erschwert, die aus veränderten Fahrstilen, Verhaltensweisen und Bedingungen resultieren.
Folglich bleibt ein Bedarf für eine Weise zum genauen Berichten der verfügbaren Energie, die in einem Energiespeichersystem, das in einem Fahrzeug verwendet wird, übrig ist.
Die Druckschrift DE 10 2009 042 531 A1 offenbart Verfahren und Systeme zur Bestimmung eines Ladezustands einer Batterie, bei denen ein Strom, eine Spannung oder eine Kombination daraus gemessen wird und der Ladezustand der Batterie basierend auf der Messung und basierend auf einer Übergangsfunktion der Batterie bestimmt wird.
In der Druckschrift US 2009 / 0 322 283 A1 ist ein Verfahren zur Batteriekapazitätsschätzung offenbart, bei dem ein Ladezustand der Batterie zu zwei Zeitpunkten gemessen wird und eine Ladezustandsänderung dazwischen bestimmt wird. Ein Netto-Ladungsfluss zwischen den beiden Zeitpunkten wird berechnet und die Batteriekapazität wird als Funktion der Ladezustandsänderung und des Netto-Ladungsflusses bestimmt.
Die Druckschrift US 2008 / 0 197 807 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung einer Energiekapazität einer Batterie, bei dem die Leerlaufspannung zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten gemessen wird, wobei dazwischen eine Änderung des Energieniveaus stattfindet. Die beiden Leerlaufspannungen werden mit einem Ladezustandsniveau korreliert und der gemessene Energieänderungsbetrag wird durch die Änderung beim Ladezustand dividiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Berichten der Charakteristika eines Energiespeichersystems bereitgestellt. Das Verfahren umfasst, dass ein gegenwärtiger Ladezustand des Energiespeichersystems ermittelt wird, ein Ladezustandsmittelwert für das Energiespeichersystem berechnet wird, der Ladezustandsmittelwert in einen Leerlaufspannungsmittelwert umgewandelt wird, ein Spannungsversatz des Energiespeichersystems aus einem Stromschätzwert und einem Gesamtwiderstand des Energiespeichersystems ermittelt wird, eine Leerlaufspannung des Energiespeichersystems auf der Grundlage des Leerlaufspannungsmittelwerts
und des Spannungsversatzes ermittelt wird, ein Coulomb-Potential, das den gegenwärtigen Ladungsgehalt des Energiespeichersystems darstellt, und eine Coulomb-Kapazität, die das Ladungslieferungsgesamtpotential des Energiespeichersystems darstellt, auf der Grundlage der Leerlaufspannung bereitgestellt werden, ein Energiepotential, das den gegenwärtigen Energiegehalt des Energiespeichersystems darstellt, und/oder eine Energiekapazität des Energiespeichersystems auf der Grundlage der Coulomb-Kapazität und/oder des Coulomb-Potentials oder von Kombinationen daraus ermittelt werden, und das Energiepotential und/oder die Energiekapazität in Echtzeit an einen Controller berichtet werden.
Optional kann das Verfahren auch umfassen, dass aus dem Energiepotential ein Energieverwendungs-Zielfenster ermittelt wird. Das Energieverwendungs-Zielfenster enthält eine maximale und eine minimale Energieverwendungsgrenze derart, dass das Gebiet zwischen der maximalen und der minimalen Energieverwendungsgrenze ein tragfähiges Energieverwendungsband umfasst.
Optional kann das Verfahren umfassen, dass sowohl das Energiepotential als auch die Energiekapazität ermittelt werden. Das Ermitteln des Energiepotentials des Energiespeichersystems kann umfassen, dass die um den Stromwiderstand kompensierte Spannung für das Energiespeichersystem ermittelt wird und das Energiepotential des Energiespeichersystems auf der Grundlage der Leerlaufspannung, des Coulomb-Potentials und der um den Stromwiderstand kompensierten Spannung berechnet wird. Das Ermitteln der um den Stromwiderstand kompensierten Spannung kann umfassen, dass ein Spannungsversatz des Energiespeichersystems ermittelt wird und eine um den Stromwiderstand kompensierte Spannung auf der Grundlage einer Summe der Leerlaufspannung und des Spannungsversatzes berechnet wird. Das Ermitteln des Spannungsversatzes des Energiespeichersystems kann umfassen, dass der Widerstand des Energiespeichersystems ermittelt wird, der geschätzte Strom des Energiespeichersystems berechnet wird und der Spannungsversatz auf der Grundlage des Widerstands und des Stroms des Energiespeichersystems ermittelt wird.
Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Schätzen der Reichweite eines Fahrzeugs bereitgestellt, das mindestens einen Teil seiner Antriebsleistung von einem Energiespeichersystem empfängt, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein gegenwärtiger Ladezustand des Energiespeichersystems ermittelt wird; ein Ladezustandsmittelwert für das Energiespeichersystem berechnet wird; der Ladezustandsmittelwert in einen Leerlaufspannungsmittelwert umgewandelt wird; ein Spannungsversatz des Energiespeichersystems aus einem Stromschätzwert und einem Gesamtwiderstand des Energiespeichersystems ermittelt wird; eine
Leerlaufspannung des Energiespeichersystems auf der Grundlage des Leerlaufspannungsmittelwerts und des Spannungsversatzes ermittelt wird; ein Coulomb-Potential, das den gegenwärtigen Ladungsgehalt des Energiespeichersystems darstellt, und eine Coulomb-Kapazität, die das Ladungslieferungsgesamtpotential des Energiespeichersystems darstellt, auf der Grundlage der Leerlaufspannung bereitgestellt werden; ein Energiepotential, das den gegenwärtigen Energiegehalt des Energiespeichersystems darstellt, und/oder eine Energiekapazität des Energiespeichersystems auf der Grundlage der Coulomb-Kapazität und/oder des Coulomb-Potentials oder Kombinationen daraus ermittelt werden; und eine effektive Fahrreichweite des Fahrzeugs auf der Grundlage des Energiepotentials ermittelt wird.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Einrichtung zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs bereitgestellt, das zumindest einen Teil seiner Antriebsleistung von einem Energiespeichersystem empfängt. Die Einrichtung umfasst ein Steuersystem, welches eine Speichereinrichtung und einen Controller umfasst, wobei der Controller programmiert ist, um: einen gegenwärtigen Ladezustand des Energiespeichersystems zu ermitteln; einen Ladezustandsmittelwert für das Energiespeichersystem zu
berechnen; den Ladezustandsmittelwert in einen Leerlaufspannungsmittelwert umzuwandeln; einen Spannungsversatz des Energiespeichersystems aus einem Stromschätzwert und einem Gesamtwiderstand des Energiespeichersystems zu ermitteln; eine Leerlaufspannung des Energiespeichersystems auf der Grundlage des Leerlaufspannungsmittelwerts und des Spannungsversatzes zu ermitteln; ein Coulomb-Potential, das den gegenwärtigen Ladungsgehalt des Energiespeichersystems darstellt, und eine Coulomb-Kapazität, die das Ladungslieferungsgesamtpotential des Energiespeichersystems darstellt, auf der Grundlage der Leerlaufspannung bereitzustellen; und ein Energiepotential, das den gegenwärtigen Energiegehalt des Energiespeichersystems darstellt, und/oder eine Energiekapazität des Energiespeichersystems auf der Grundlage der Coulomb-Kapazität und/oder des Coulomb-Potentials oder von Kombinationen daraus zu ermitteln.
Optional kann der Controller programmiert sein, um ein Energieverwendungs-Zielfenster aus der Energiekapazität zu ermitteln. Alternativ kann der Controller programmiert sein, um ein Energieverwendungs-Zielfenster aus dem Energiepotential zu ermitteln. Die Einrichtung kann in einem Fahrzeug bereitgestellt sein.
Figurenliste
Die folgende genaue Beschreibung spezieller Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann am besten verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen gelesen wird, wobei gleiche Strukturen durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind und bei denen:

1A ein Fahrzeug zeigt, das eine Energiespeichersystem-Überwachungsvorrichtung gemäß mindestens einer der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet;
1B eine Fahrzeugplattform mit einer diagrammartigen Darstellung verschiedener Komponenten zeigt, welche Antriebsleistung dorthin liefern;
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Berichten der Charakteristika eines ESS gemäß einer Ausführungsform ist; und
3 eine Darstellung eines Energieverwendungs-Zielfensters gemäß einer weiteren Ausführungsform ist.

GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug zunächst auf 1A und 1B ist ein Fahrzeug 1 gezeigt, das mit den verschiedenen Komponenten ausgestaltet ist, um Antriebsleistung dorthin zu liefern. Obwohl es optional als Auto gezeigt ist, werden Fachleute auf dem Gebiet feststellen, dass die hier offenbarten Verfahren auf anderen Plattformen bereitgestellt werden können, welche Lastwägen, Motorräder, Busse, Schiffe und dergleichen umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Das Fahrzeug kann einen Frontantrieb, einen Heckantrieb oder Kombinationen daraus aufweisen. Ein ESS 5 kann einen Bereich von Energiespeichereinrichtungen umfassen, der Lithium-Batterien, alkaline Batterien und andere chemische Energiespeichereinrichtungen enthält. Das ESS kann in einem Fahrzeug 1 verwendet werden, das einen Teil seiner Antriebsleistung aus dem ESS 5 herleitet, oder es kann bei anderen Fahrzeugen und Einrichtungen angewendet werden, die der Fachmann kennt.
Zusätzlich zum ESS 5 kann das Fahrzeug 1 eine Speichereinrichtung 12 und einen Controller 14 enthalten. Das Fahrzeug 1 kann auch einen Hybridsystemcontroller 16, einen Vorderrad- und Hinterradsatz 20, 22, eine Vielzahl von DC-Wandlern 24, ein Differential 26 und ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul 28 umfassen, wie der Fachmann feststellt. Das Fahrzeug kann auch eine Brennkraftmaschine 18 und eine Vielzahl von Sensoren 30, die ausgestaltet sind, um die vorherrschenden Bedingungen des ESS 5 zu detektieren, umfassen. Das Fahrzeug 1 kann auch andere Komponenten enthalten, die hier nicht beschrieben sind, welche in Kombination mit einem Hybrid/Elektrofahrzeug nützlich sind.
Das ESS 5 kann eine Vielzahl von Modulen umfassen, wobei jedes der Vielzahl von Zellenmodulen eine Vielzahl von Energiespeicherzellen 5a-5h umfasst. Zum Beispiel kann das ESS 5 in der Form einer Bank von Lithium-Ionen-Batterien bereitgestellt sein. Das ESS 5 ist ausgestaltet, um Leistung an das Fahrzeug 1 zu liefern. Es wird in Betracht gezogen, dass das ESS 5 sowohl Antriebsleistung als auch Unterstützungsleistung für verschiedene Systeme eines Fahrzeugs 1 liefern kann, wie der Fachmann feststellt. Die hier beschriebenen Verfahren können auf der makroskopischen Ebene angewendet werden, bei der das Energiepotential und die Energiekapazität des gesamten ESS 5 ermittelt werden; oder auf der Zellenebene oder der Modulebene, wobei das Energiepotential und die Energiekapazität für jede Zelle und jedes Modul 5a-5h, die das ESS bilden, ermittelt werden können.
Das Fahrzeug 1 kann ein Hybridfahrzeug enthalten, das einen Teil seiner Antriebsleistung aus der Brennkraftmaschine 18 und einen Teil seiner Antriebsleistung aus dem ESS 5 herleitet. Alternativ kann das ESS 5 in anderen Fahrzeugen 1 bereitgestellt werden, die zumindest einen Teil ihrer Leistung aus dem ESS 5 herleiten. Das ESS 5 kann auch verwendet werden, um Energie an andere Einrichtungen als an Fahrzeuge zu liefern.
Die hier offenbarte Erfindung verbessert die Effizienz des ESS 5 und minimiert die notwendige Entwurfsreserve, indem sie verbesserte Informationen über seinen Zustand bereitstellt. Die kleinere Entwurfsreserve verringert die Kosten und verbessert die Leistung des ESS 5. Die Entwurfsreserve für das ESS 5 kann mithilfe des Überschusses an aktivem Material ausgedrückt werden, der benötigt wird, um die Energie- und Leistungslieferungsanforderungen über die Lebensdauer des Systems hinweg zu erfüllen. Der Überschuss an aktivem Material entspricht den Kosten der Rohmaterialien, die zur Produktion des ESS 5 notwendig sind. Die Lebensdauer des Systems ist wiederum eine Funktion der typischen Verwendung, die als die Energie-Nennschwankung und Rate der Energie-Verwendung (Leistung) für einen repräsentativen Arbeitszyklus definiert ist.
Im Fall eines ESS 5 ist die Lebensdauer zu diesen beiden Faktoren umgekehrt proportional. Die Energieschwankung wird größtenteils durch die Bedürfnisse der Anwendung, für die das ESS 5 verwendet wird, vorgegeben, muss aber auch eine Toleranz für Fehler im Hybridsteuersystem 16 umfassen, das seinen Betrieb regelt. Zum Beispiel umfasst ein hypothetisches Steuersystem 16 Sensoren, Zustandsschätzalgorithmen und ein Mittel zum Beeinflussen des Flusses von Energie in das ESS 5 hinein und aus diesem heraus, das in der Lage ist, über den SOC eines ESS 5 innerhalb eines Fehlers von +/-5% Bescheid zu wissen. Wenn das ESS 5 die gewünschte Lebensdauer nur liefern kann, wenn die typische Energieschwankung auf ein Fenster von 20% SOC beschränkt ist, dann muss das tatsächliche Betriebsfenster auf 10% SOC verringert werden, um die Ungenauigkeit des Hybridsteuersystems 16 zu berücksichtigen. Alternativ kann das ESS 5 überdimensioniert werden, um einen Energiepuffer für den Steuersystemfehler bereitzustellen. In diesem letzteren Fall führt dies zu einem ESS 5, das überdimensioniert ist, was zu überschüssigem Gewicht und überschüssiger Größe sowie zu zusätzlichen Kosten führt.
Die Quellen des Steuerfehlers sind über die Komponenten des Hybridsteuersystems 16 hinweg verteilt, wobei einige von ihnen der Erfassungshardware zugeschrieben werden und einige dem Wesen der Algorithmen, die den Ladezustand schätzen. Diese Erfindung beschäftigt sich mit den Letzteren, speziell mit dem Mittel zum Berichten der Energie, die vom ESS 5 zu jedem gegebenen Zeitpunkt verfügbar ist. Da die meisten Einrichtungen (z.B. Motoren, Wechselrichter oder dergleichen), die mit dem ESS 5 gekoppelt sein können, auf der Grundlage der Leistung charakterisiert und gesteuert werden, die sie verbrauchen oder erzeugen, wird der Energiefluss durch diese hindurch am besten durch das Integral der Leistung mit Bezug auf die Zeit (Energie = Leistung x Zeit) definiert. Die häufig berichtete Variable des ESS 5, der SOC, stellt einen Prozentsatz der Gesamtkapazität des ESS 5 dar, und ist nicht konsistent mit dem Berechnen des Energieflusses durch die anderen Einrichtungen im System. Außerdem liefert das Berichten nur des SOC eine unvollständige Beschreibung des Zustands des ESS 5, da der einfache Prozentsatz nichts über die relative Größe des ESS 5 aussagt. Entsprechend ermitteln die hier beschriebenen Verfahren und Systeme das Energiepotential und die Energiekapazität in Einheiten der Energie (kWh, kJ oder dergleichen), indem sie die Spannung berücksichtigen, mit der das ESS 5 arbeitet. Diese Energiepotential- und Energiekapazitätsinformationen in Energieeinheiten geben die Energiemenge, die zur Verrichtung von Nutzarbeit tatsächlich zur Verfügung steht, und die Energiemenge wieder, die als Wärme verloren geht. Das Energiepotential kann auch als der Energiestatus bezeichnet werden.
Die Energiekapazität wird hier so verstanden, dass sie das gesamte Energielieferungspotential des ESS 5 ist, das bis zum äußersten seiner Möglichkeiten aufgeladen wurde, um Energie unter den vorherrschenden Betriebsbedingungen aufzunehmen. Die Energiekapazität berücksichtigt die Spannung, bei der die Ladungsübertragung stattfindet. Die tatsächliche Energiekapazität des ESS 5 kann von der durch den Hersteller ermittelten klassifizierten Kapazität erheblich abweichen, da sie durch dessen speziellen Lade- und Entladeverlauf, die Hardwareeffizienz sowie durch dessen Alter beeinflusst werden kann.
Das Energiepotential wird hier so verstanden, dass es der gegenwärtige Energiegehalt des ESS 5 ist, der entnommen werden kann, um praktische Arbeit unter vorherrschenden Bedingungen zu verrichten, d.h. bis dort, wo die Last und die Abschaltspannung als leer definiert sein können. Das Energiepotential ist das gegenwärtige Energielieferungspotential des ESS 5 bei jedem Punkt während seines Betriebs, und stellt folglich eine Echtzeitcharakteristik dar.
Die Coulomb-Kapazität wird hier als das Ladungslieferungsgesamtpotential des ESS 5 verstanden, das auf das äußerste seiner Möglichkeiten zur Energieaufnahme aufgeladen wurde. Das Coulomb-Potential ist der gegenwärtige Ladungsgehalt des ESS 5, der dem ESS 5 entnommen werden kann. Die Coulomb-Kapazität und das Coulomb-Potential, die mithilfe von Coulomb (C), Amperesekunden (As), Amperestunden (Ah) usw. ausgedrückt werden, betreffen nur die Anzahl übertragener Elektronen, wohingegen die Energiekapazität und das Energiepotential, die mithilfe von Joule (J), Wattsekunden (Ws), Wattstunden (Wh) usw. ausgedrückt werden, die Spannung berücksichtigen, bei der die Übertragung stattfindet. Die berücksichtigte Spannung umfasst eine thermodynamische (reversible) Komponente und eine Verlust- (irreversible) Komponente. Die Details zur Ermittlung der Spannung werden nachstehend genau erörtert.
Mit Bezug als nächstes auf 2 wird bei einer Ausführungsform eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Berichten der Charakteristika des ESS 5 bereitgestellt. Das Verfahren kann umfassen, dass eine Leerlaufspannung des ESS 5 beschafft wird (102). Das Verfahren kann auch umfassen, dass ein Coulomb-Potential und eine Coulomb-Kapazität des ESS 5 auf der Grundlage der Leerlaufspannung bereitgestellt werden (104) und dass ein Energiepotential und/oder eine Energiekapazität des Energiespeichersystems auf der Grundlage der Coulomb-Kapazität und/oder des Coulomb-Potentials oder von Kombinationen daraus ermittelt werden (106).
Das Verfahren kann umfassen, dass sowohl ein Energiepotential als auch eine Energiekapazität des ESS 5 ermittelt werden. Das Energiepotential oder die Energiekapazität können einzeln ermittelt werden oder sie können abhängig von den Anforderungen des Fahrzeugs und des Anwenders beide gleichzeitig ermittelt werden. Alternativ kann das Energiepotential automatisch ermittelt werden, wenn ein Coulomb-Potential geliefert wird; auf ähnliche Weise kann eine Energiekapazität ermittelt werden, wenn eine Coulomb-Kapazität geliefert wird. Es werden auch verschiedene Kombinationen der vorstehend beschriebenen Szenarien in Betracht gezogen, etwa dass die Verfahren und Systeme das Energiepotential und/oder die Energiekapazität für das ESS 5 oder beide ermitteln können. Die Energiekapazität kann mit anderen Systemen und Algorithmen bereitgestellt werden, wie der Fachmann feststellt.
Der Leerlaufspannungsmittelwert (OCV_mean) des ESS 5 kann auf eine Vielzahl verschiedener Weisen berechnet werden. Bei einer Ausgestaltung kann die Leerlaufspannung direkt gemessen werden. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Leerlaufspannung durch eine Ableitung der SOC-Berechnung berechnet werden. Darüber hinaus kann die Leerlaufspannung aus den Daten des Batterielieferanten (die in der Form einer Nachschlagetabelle bereitgestellt sein können) oder aus chemischen Tests ermittelt werden. Auch andere Wege zur Berechnung der Leerlaufspannung können sich einem Fachmann offenbaren und können in Verbindung mit den hier offenbarten Verfahren und Systemen verwendet werden. Zum Beispiel kann der OCV_mean aus einer Kombination von chemischen Parameterabbildungsdaten und einem Ersatzschaltungsmodell ermittelt werden.
Bei einer Ausführungsform kann der OCV_mean durch eine SOC-Berechnung unter Verwendung des gegenwärtigen SOC berechnet werden. Der gegenwärtige SOC kann als das Ladungsniveau innerhalb des ESS 5 bei einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt definiert sein. Der SOC wird so verstanden, dass er das gegenwärtige Coulomb-Lieferungspotential des ESS 5 ist, das als ein Prozentsatz des Coulomb-Lieferungsgesamtpotentials ausgedrückt wird, wenn es bis aufs äußerste seiner Kapazität aufgeladen ist. Wie in der nachstehenden Gleichung (1) gezeigt ist, ist der SOC eine dimensionslose Größe und eine Funktion des Ladungspotentials und der Ladungskapazität des ESS 5: $SOC = [Potential (Ah) /Kapazit \ddot{a} t (Ah)] * 100 %$
Der gegenwärtige SOC kann auf eine Vielfalt von Weisen ermittelt werden, wie der Fachmann feststellt. Bei einer Ausgestaltung kann der gegenwärtige SOC durch einen Batteriezustandsschätzalgorithmus bereitgestellt werden. Alternativ kann der gegenwärtige SOC durch eine Ah-Integration oder durch physikalisches Testen ermittelt werden.
Vorherrschende Bedingungen werden so verstanden, dass sie die Umgebungsbedingungen zum Betriebszeitpunkt des ESS 5 bedeuten, die neben anderen Faktoren die Temperatur, das Alter und die Höhe über dem Meeresspiegel umfassen. Die vorherrschenden Bedingungen können unter Verwendung einer Vielzahl von Sensoren beschafft werden, die ausgestaltet sind, um eine Spannung, einen Strom und eine Temperatur des ESS 5 auf der Ebene des Stapels, des Moduls oder der Zelle zu detektieren.
Nach der Detektion können die Sensoren 30 die vorherrschenden Bedingungen an einen Controller 14 zur Signalaufbereitung übermitteln. Das Fahrzeug 1 kann eine Speichereinrichtung 12 umfassen, die ausgestaltet ist, um die Daten der detektierten vorherrschenden Bedingungen zu speichern. Der Controller 14 und die Speichereinrichtung 12 können die vorherrschenden Bedingungen an ein Hybridüberwachungs-Steuersystem 16 berichten, um sich auf diese Informationen beim Steuern des Betriebs des Fahrzeugs 1 stützen.
Aus der Berechnung des gegenwärtigen SOC kann ein SOC_mean-Wert ermittelt werden. Der SOC_mean kann den Mittelpunkt zwischen dem minimal und maximal zulässigen SOC des ESS umfassen. Der minimale (SOC_min) und der maximale (SOC_max) SOC können aus Hardwarebeschränkungen, Empfehlungen des Herstellers oder experimentellen Daten ermittelt werden. Die folgenden Gleichungen zeigen zwei potentielle Wege, die zur Ermittlung des SOC_mean verwendet werden können: $SOC_mean = SOC - (SOC - SOC_min) / 2 f \ddot{u} r Entladung$
$SOC_mean = (SOC_max - SOC) / 2 + SOC f \ddot{u} r Aufladung$
Bei einer Ausführungsform kann der SOC_mean in eine Leerlaufspannung umgewandelt werden (OCV _mean). Vom SOC_mean ausgehend wird angenommen, dass die Abhängigkeit der Leerlaufspannung vom SOC festgelegt wurde und bekannt ist, sodass der SOC_mean in einen entsprechenden OCV_mean-Wert umgewandelt werden kann. Die Umwandlung kann durch die Verwendung von kalibrierten Labortabellen, Algorithmen oder chemischen Zuordnungsdaten erreichen werden. Bei einer anderen Ausgestaltung kann der OCV mean auch gemessen werden.
Das Verfahren kann auch umfassen, dass der Spannungsversatz des ESS 5 ermittelt wird. Der Spannungsversatz und OCV_mean können im gleichen Zeitschritt ermittelt werden. Bei einer Ausgestaltung umfasst der Spannungsversatz (V_offset) das Produkt aus einem Stromschätzwert (I_Eq) und dem Gesamtwiderstand (R_Total) des ESS. Der V_offset stellt eine Kalibrierung zur Berücksichtigung der Auswirkung des Stroms auf das ESS dar. Der V_offset des ESS kann aus dem Stromschätzwert und dem Widerstand ermittelt werden: $V_{offset} = I_{EQ} * R_{Total}$
Der Stromschätzwert (I_Eq) kann neben anderen Verfahren, die der Fachmann feststellen wird, gemäß einem der folgenden Verfahren ermittelt werden. Der Stromschätzwert kann auf der Grundlage des gemessenen Stroms geschätzt werden, der in das ESS 5 hinein und aus diesem heraus fließt, welcher von einem Augenblick zum nächsten erheblich variieren kann. Der Stromschätzwert kann eine Strommenge darstellen, sodass, wenn der Strom festgelegt wäre und kontinuierlich an das ESS 5 angelegt würde, die Nennspannung bei dem Stromschätzwert die gleiche wäre, wie sie es unter den tatsächlichen Bedingungen mit variierendem Strom gewesen ist. Bei einer Ausgestaltung kann ein Stromschätzwert unter den vorherrschenden Bedingungen des ESS 5 bereitgestellt werden.
Bei einer Ausführungsform kann der Stromschätzwert den quadratischen Mittelwert (RMS) des Stroms des ESS 5 umfassen. Alternativ kann der Stromschätzwert den Mittelwert des Stroms für das ESS 5 über eine kalibrierte Zeitspanne hinweg umfassen. Die Zeitspanne kann so eingestellt werden, dass sie einen typischen Bereich des Betriebs des ESS 5 darstellt. Der Stromschätzwert kann über einen Bereich von Zeitspannen berechnet werden. Die Länge der Zeit für den Stromschätzwert kann auf der Grundlage der speziellen Chemie des verwendeten ESS 5, der Betriebsregion, der gewünschten Leistungscharakteristika oder Kombinationen daraus gewählt werden. Es wird auch in Betracht gezogen, dass der Stromschätzwert mit anderen Verfahren ermittelt werden kann, wie der Fachmann feststellt.
Der Gesamtwiderstand (R_Total) des ESS 5 kann auf eine Vielfalt von Wegen berechnet werden. Der Gesamtwiderstand (R_Total) kann den Ladungstransferwiderstand (R_ct), den Ohmschen Widerstand (R_ohm), den Diffusionswiderstand (R_diff) und Kombinationen daraus umfassen. Daher umfasst der Gesamtwiderstand (R_Total) bei einer Ausgestaltung eine Kombination aus R_ct, R_ohm und R_diff. Es wird auch in Betracht gezogen, dass nur bestimmte Widerstandskomponenten des Gesamtwiderstands bei bestimmten Ausführungsformen verwendet werden können. Jede der vorstehend erwähnten Widerstandskomponenten kann aus Ersatzschaltungsmodellen, chemischen Zuordnungsdaten oder Algorithmen berechnet werden, wie der Fachmann feststellt. Bei einer Ausgestaltung können die Widerstandskomponenten unter Verwendung eines Vorhersageschaltungsmodells berechnet werden, das die vorherrschenden Bedingungen berücksichtigt. Der Algorithmus kann chemische Parameterzuordnungsdaten und die Ergebnisses mindestens eines Vorhersageschaltungsmodells mischen. Andere Formen zur Ermittlung der Widerstandskomponenten werden auch in Betracht gezogen. Der Schaltungsmodellalgorithmus kann die Spannung, den Strom, und Widerstandselemente berücksichtigen, die in einem ESS 5 bereitgestellt werden, und einen Ausgang einer Vielzahl von Widerstandswerten, wie der Fachmann feststellt.
Der Widerstand des ESS 5 ist dynamisch und kann sich im Lauf der Zeit verändern. Zum Beispiel kann der Widerstand von der sich verändernden chemischen Zusammensetzung, vom Alter von vom Durchsatz des ESS 5 beeinflusst werden. Folglich ist das Ermitteln des Widerstands des ESS 5 auf genaue Weise, um diese Faktoren zu umfassen, wichtig für die Ermittlung einer sinnvollen Charakterisierung des Energiepotentials und der Energiekapazität des ESS 5.
Die um den Stromwiderstand kompensierte Spannung (Vmean) berücksichtigt den V_offset und den OCV_mean des ESS 5. Die um den Stromwiderstand kompensierte Spannung kann die Summe aus dem Voffset und der Leerlaufspannung umfassen. Bei einer Ausführungsform kann das Ermitteln der um den Stromwiderstand kompensierten Spannung umfassen, dass der Leerlaufspannungsmittelwert für das ESS ermittelt wird und der V_offset des ESS 5 ermittelt wird. Aus dem Leerlaufspannungsmittelwert und dem V_offset kann der Vmean ermittelt werden. Bei einer möglichen Ausgestaltung kann die folgende Gleichung verwendet werden, um V_mean zu ermitteln: $V_{mean} = OCV_mean + V_{offset}$
Sobald V_mean ermittelt ist, können das Energiepotential und die Energiekapazität ermittelt werden. Um das Energiepotential und die Energiekapazität zu ermitteln, müssen das Coulomb-Potential bzw. die Coulomb-Kapazität des ESS 5 geliefert oder ermittelt werden. Wenn nur die Energiekapazität des ESS 5 ermittelt werden soll, kann es sein, dass nur die Coulomb-Kapazität benötigt wird. Wenn auf ähnliche Weise nur das Energiepotential des ESS 5 ermittelt werden soll, kann es sein, dass nur das Coulomb-Potential benötigt wird. Es wird auch in Betracht gezogen, dass sowohl das Energiepotential als auch die Energiekapazität ermittelt werden können und daher können sowohl das Coulomb-Potential als auch die Coulomb-Kapazität des ESS 5 von den hier offenbarten Verfahren und Systemen ermittelt und verwendet werden. Sowohl das Coulomb-Potential als auch die Coulomb-Kapazität werden in Einheiten der elektrischen Ladung bereitgestellt und stellen nur die Anzahl übertragener Elektronen dar. Daher berücksichtigen sie nicht die Spannung, bei welcher die Übertragung von Elektronen im ESS 5 stattfindet, und Vmean muss erfasst werden, um das ESS 5 genau zu charakterisieren.
Bei einer Ausgestaltung kann das Energiepotential gemäß der folgenden Gleichung berechnet werden: $Energiepotential = Coulomb - Kapazit \ddot{a} t * V_{mean} * gegenw \ddot{a} rtiger SOC/ 100$
Auf ähnliche Weise kann die Energiekapazität unter Verwendung der folgenden Gleichung ermittelt werden: $Energiekapazit \ddot{a} t = Coulomb - Kapazit \ddot{a} t * V_{mean}$
Mit Bezug auf 3 umfasst das Verfahren bei einer Ausführungsform, dass ein Potential-Energieverwendungs-Zielfenster 110 aus dem Energiepotential des ESS 5 ermittelt wird. Das Potential-Energieverwendungs-Zielfenster umfasst eine maximale 110A und eine minimale 110B Energieverwendungsgrenze. Das Verfahren kann umfassen, dass die Energielade- und Entladeraten des ESS im Fahrzeug so gesteuert werden, dass sie innerhalb des Energieverwendungs-Zielfensters 110 bleiben. Der Controller 14 von 1B kann so programmiert sein, dass er die Energielade- und Entladerate innerhalb der maximalen 110A und minimalen 110B Energieverwendungsgrenzen hält. Das Verfahren kann auch umfassen, dass das Fahrzeug 1 so gesteuert wird, dass es bei oder in der Nähe einer Ladungserhaltungs-Energieverbrauchsrate 114 innerhalb des Energieverwendungs-Zielfensters arbeitet. Die Rate der Energieladung und
-Entladung kann als Energie über die Zeit dargestellt werden, wie durch die Kurve 116 angezeigt ist, wobei eine Anfangsperiode 116A einem Ladungsentleerungs-Betriebsmodus entspricht und eine spätere Periode 116B einer Ladungserhaltungs-Betriebsperiode entspricht.
Bei einer Ausführungsform bezeichnet die Anfangsperiode 116A einen Ladungsentleerungsbetrieb. Der Ladungsentleerungsmodus bezeichnet einen Modus, bei dem der SOC oder das Energiepotential schwanken können, aber im Mittelwert abnimmt, während das Fahrzeug gefahren wird. Die spätere Periode 116B bezeichnet einen Ladungserhaltungsmodus. Der Ladungserhaltungsmodus ist ein Betriebsmodus, bei dem der SOC oder das Energiepotential des ESS schwanken kann, aber im Mittelwert bei einem bestimmten Niveau gehalten wird, während das Fahrzeug gefahren wird. Bei sowohl dem Ladungserhaltungsmodus als auch dem Ladungsentleerungsmodus kann es gewünscht sein, die Schwankung des Energiepotentials zu begrenzen. Beispielsweise kann ein unbeschränktes Aufladen im Ladungsentleerungsmodus zugelassen werden, aber ein begrenztes Aufladen im Ladungserhaltungsmodus. Das Aufladen kann durch irgendeine Art von regenerativem Mechanismus bewerkstelligt werden, d.h. einem regenerativen Bremsen oder einer Energieerfassung beim Ausrollen, wie der Fachmann feststellt. Bei einer Ausgestaltung kann das Verfahren ausgestaltet sein, um ein großes anschließendes Laden und dann Entladen zu verhindern, dem man begegnen kann, wenn ein EV/HEV mit regenerativem Potential bei starkem Verkehr oder über eine Reihe von welligen Bergen gefahren wird, wobei das ESS dazu neigt, relativ große Zyklen zu durchlaufen. Ein derartiger Betrieb kann bewirken, dass das ESS bei einigen Chemien schnell altert. Entsprechend kann das Verfahren umfassen, dass der Ladungsentleerungsmodus und der Ladungserhaltungsmodus so gesteuert werden, dass die Laderaten beschränkt werden.
Die maximale und minimale Potential-Energieverwendungsgrenze 110A und 110B können aus chemischen Zuordnungsdaten, Hardwarebeschränkungen und Beschränkungen ermittelt werden, die als notwendig für eine verbesserte Lebensdauer und Systemleistung des ESS 5 ermittelt wurden. Bei einer Ausgestaltung können die maximale und minimale Energieverwendungsgrenze mit den am Ende der Lebensdauer (EOL) und am Beginn der Lebensdauer (BOL) erwarteten Energiekapazitätsgrenzen für das ESS 5 korreliert sein. Die EOL- und BOL-Grenzen werden typischerweise durch den Arbeitszyklus, die Umgebung, die Regelung und die chemische Zusammensetzung der Zellen/Batterien und ESS-Hardwarebeschränkungen ermittelt. In Abhängigkeit von der Energieverwendungsstrategie des Fahrzeugs können die BOL-Grenzen mehr oder weniger restriktiv als die EOL-Grenzen sein. Beispielsweise können die Grenzen geöffnet werden, wenn sich das ESS verschlechtert, um zu ermöglichen, dass die gleiche Menge an verbrauchbarer Energie für das Hybridbetriebssystem bei EOL verfügbar ist, die bei BOL verfügbar war. Diese Grenzen können dann stark eingeschränkt werden, sobald das EOL des ESS nahe ist, um die maximale Verwendung des ESS zu ermöglichen, bis es ausgetauscht oder repariert werden kann. Das Verfahren kann auch umfassen, dass maximale 118A und minimale 118B Energieverwendungs-Schutzgrenzen bereitgestellt werden, die einen Puffer darstellen, um eine Beschädigung des ESS 5 zu verhindern. Die maximalen und minimalen Energieverwendungs-Schutzgrenzen können in Abhängigkeit von der Zellenchemie und den Bedingungen der Zellenoperation auf geeignete Energieniveaus gesetzt werden. Bei einer möglichen Ausgestaltung kann das Maximum 118A bei etwa 95 % der Kapazität liegen, während das Minimum 118B bei etwa 10 % der Kapazität für einen Hybrid mit Ladungsentleerung liegen kann. Das Minimum und Maximum können in Abhängigkeit vom Status des ESS variieren und in Abhängigkeit davon, ob es lädt oder entlädt. Es wird in Betracht gezogen, dass das Maximum 118A von etwa 20 % bis etwa 100 % der Kapazität reichen kann. Auf ähnliche Weise kann das Minimum 118B von etwa 10 % bis etwa 80 % der Kapazität reichen. Die maximalen und minimalen Schutzgrenzen können jedoch so kalibriert sein, dass sie zu dem verwendeten Typ von Energiespeichersystem passen, oder um ein spezielles Ziel zu erreichen, etwa maximale Kraftstoffsparsamkeit, Zellenlanglebigkeit oder dergleichen.
Das Verfahren kann ferner umfassen, dass eine Reichweite eines Fahrzeugs 1 auf der Grundlage des Energiepotentials des ESS ermittelt wird. Die Reichweite kann auf der Grundlage des Energiepotentials berechnet werden und kann auf der Grundlage der Energie, die verwendet wird, um das Fahrzeug unter den aktuellen Bedingungen anzutreiben, in Entfernungseinheiten umgewandelt werden. Der Controller 14 eines Fahrzeugs 1 kann ausgestaltet sein, um dessen Reichweite in Entfernungseinheiten einem Fahrer anzuzeigen. Der Controller 14 eines Fahrzeugs 1 kann auch ausgestaltet sein, um einen Fahrer zu warnen, wenn die Reichweite des Fahrzeugs unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt.
Bei einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren ferner, dass ein Kapazitäts-Energieverwendungs-Zielfenster aus der Kapazität des ESS 5 in Energieeinheiten ermittelt wird. Das Verfahren kann auch umfassen, dass ein Altersparameter des ESS 5 auf der Grundlage des Kapazitäts-Energieverwendungs-Zielfensters ermittelt wird. Der Altersparameter kann bezüglich des Alters des Energiespeichersystems justiert werden, um die Beschränkungen eines älteren oder wiederaufbereiteten ESS zu kompensieren. Zum Beispiel können die Module innerhalb des ESS 5 aufgrund eines Austauschs oder anderer Faktoren eine variierende verringerte Kapazität und ein variierendes verringertes Potential anzeigen und der Altersparameter kann eine Justierung der maximalen und minimalen Grenzen sowie eine Justierung des Energieverwendungs-Zielfensters umfassen, was ermöglicht, dass das ESS 5 als Ganzes optimal verwendet wird, um die Lebensdauer zu verlängern.
Das Kapazitäts-Energieverwendungs-Zielfenster kann eine maximale und minimale Kapazitätsgrenze umfassen. Die maximale und minimale Energieverwendungs-Kapazitätsgrenze können aus chemischen Parameterzuordnungsdaten und anderen Begrenzungen ermittelt werden, die als notwendig für eine verbesserte Lebensdauer des ESS 5 oder eine verbesserte Systemleistung ermittelt wurden. Bei einer Ausgestaltung können die maximale und minimale Energieverwendungsgrenze mit den Lebensdauerende-(EOL) und Lebensdauerbeginn-(BOL) Werten korreliert sein.
Das Verfahren kann auch umfassen, dass der Vielzahl von Zellen/Modulen 5a - 5h auf der Grundlage des Energiepotentials oder der Energiekapazität jeder der Vielzahl von Zellen/Modulen 5a - 5h eine Gesamtmenge an befohlener Auflade- und Entladeleistung zugeteilt wird. Bei einer potentiellen Ausgestaltung wird das Modul, welches das höchste Energiepotential aufweist, eingeteilt, um als erstes entladen zu werden, und das Modul, das das niedrigste Energiepotentialniveau aufweist, wird eingeteilt, um als erstes wiederaufgeladen zu werden. Alternativ kann das Verfahren umfassen, dass mindestens zwei Module, die das höchste Ladungsniveau aufweisen, entladen werden und die mindestens zwei Module, die das niedrigste Ladungsniveau aufweisen, wieder aufgeladen werden. Zudem kann das Verfahren alternative Präferenzen bei der Reihenfolge des Entladens und Wiederaufladens in Abhängigkeit vom Energiepotential und der Energiekapazität des ESS umfassen.
Das Fahrzeug 1 kann einen Controller 14 umfassen. Das Energiepotential und die Energiekapazität des ESS 5 in Energieeinheiten können, so wie sie hier berechnet sind, in Echtzeit an den Controller 14 berichtet werden. Das Berichten in Echtzeit ermöglicht, dass ein Anwender über ein genaues Abbild dessen verfügt, wie viel Energie im ESS 5 zu jedem Zeitpunkt während des Betriebs des Fahrzeugs übrig ist. Der Controller 14 kann in den Hybridsystemcontroller 16 und in andere Systeme des Fahrzeugs 1 integriert sein und das Energiepotential, die Energiekapazität und das Energieverwendungs-Zielfenster an andere Systeme des Fahrzeugs übermitteln, was derartigen Systemen ermöglicht, das Fahrzeug so zu betreiben, dass die Leistung, die Effizienz, die Langlebigkeit oder andere optimierbare Parameter maximiert werden.
Bei einem anderen Aspekt wird ein Produktionsartikel zum Berichten der Charakteristika eines ESS 5 erörtert. Der Produktionsartikel umfasst eine Vielzahl kommunizierender computerverwendbarer Medien. In mindestens einem der computerverwendbaren Medien ist ein computerlesbarer Programmcode enthalten, um die Leerlaufspannung des ESS 5 zu beschaffen. Mindestens eines der computerverwendbaren Medien umfasst ein darin ausgeführtes Mittel mit einem computerlesbaren Programmcode, um ein Coulomb-Potential und eine Coulomb-Kapazität des ESS 5 bei der Leerlaufspannung bereitzustellen. Mindestens eines der computerverwendbaren Medien umfasst ein darin ausgeführtes Mittel mit einem computerlesbaren Programmcode, um ein Energiepotential und/oder eine Energiekapazität des ESS 5 auf der Grundlage der Coulomb-Kapazität und/oder des Coulomb-Potentials oder Kombinationen daraus zu ermitteln. Der Produktionsartikel kann auch andere computerverwendbare Medien umfassen, die einen computerlesbaren Programmcode umfassen, der ausgestaltet ist, um andere Schritte der hier offenbarten Verfahren durchzuführen.
Zum Zweck des Beschreibens und Definierens der vorliegenden Erfindung wird angemerkt, dass hier ein Bezug auf eine Variable, die eine Funktion eines Parameters oder einer anderen Variable ist, nicht dazu gedacht ist, festzustellen, dass die Variable ausschließlich eine Funktion des aufgeführten Parameters oder der Variable ist. Stattdessen soll hier ein Bezug auf eine Variable, die eine Funktion eines aufgeführten Parameters ist, offen sein, so dass die Variable eine Funktion eines einzigen Parameters oder mehrerer Parameter sein kann.
Es wird auch angemerkt, dass hier das Zitieren „mindestens einer“ Komponente, eines Elements, usw. nicht verwendet werden soll, um zu folgern, dass die alternative Verwendung der Artikel „ein“, oder „eine“ auf eine einzige Komponente, Element usw. begrenzt sein soll.
Es wird angemerkt, dass hier Zitierungen einer Komponente der vorliegenden Offenbarung, die auf eine spezielle Weise „programmiert“ ist, „ausgestaltet“ oder „programmiert“ ist, um eine spezielle Eigenschaft auszuführen, oder auf eine spezielle Weise zu funktionieren, Zitierungen der Struktur sind, im Gegensatz zu Zitierungen der beabsichtigten Verwendung. Insbesondere bezeichnen hier die Bezüge auf die Weise, in der eine Komponente „programmiert“ oder „ausgestaltet“ ist, eine existierende physikalische Bedingung der Komponente und müssen daher als eine definite Zitierung der strukturellen Charakteristika der Komponente aufgefasst werden.
Es wird angemerkt, dass Begriffe wie „vorzugsweise“, „üblicherweise“ und „typischerweise“, wenn sie hier verwendet werden, nicht verwendet werden, um den Umfang der beanspruchten Erfindung zu begrenzen oder um zu implizieren, dass bestimmte Merkmale kritisch, wesentlich oder nur wichtig für die Struktur oder Funktion der beanspruchten Erfindung sind. Stattdessen sind diese Begriffe nur zur Kennzeichnung spezieller Aspekte einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung oder zur Betonung alternativer oder zusätzlicher Merkmale gedacht, die bei einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können oder auch nicht.
Nachdem der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung im Detail und durch Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen desselben beschrieben wurde, wird angemerkt, dass die hier offenbarten vielfältigen Details nicht so aufgefasst werden sollen, dass sie implizieren, dass diese Details Elemente betreffen, die essentielle Komponenten der hier beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen sind, auch in Fällen, bei denen ein spezielles Element in jeder der Zeichnungen dargestellt ist, die der vorliegenden Beschreibung beiliegen. Stattdessen sollen die hier beigefügten Ansprüche als die einzige Darstellung des Umfangs der vorliegenden Offenbarung und des entsprechenden Schutzumfangs der verschiedenen hier beschriebenen Erfindungen aufgefasst werden. Außerdem ist festzustellen, dass Modifikationen und Variationen möglich sind, ohne den Schutzumfang der durch die beigefügten Ansprüche definierten Erfindung zu verlassen. Obwohl einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung hier als bevorzugt oder besonders vorteilhaft gekennzeichnet sind, wird insbesondere in Betracht gezogen, dass die vorliegende Offenbarung nicht unbedingt auf diese Aspekte beschränkt ist.
Es wird angemerkt, dass einer oder mehrere der folgenden Ansprüche den Begriff „wobei“ als einen Übergangsbegriff verwenden. Zum Zweck der Definition der vorliegenden Erfindung wird angemerkt, dass dieser Begriff in die Ansprüche als ein offener Übergangsbegriff eingeführt ist, der verwendet wird, um eine Aufzählung einer Reihe von Charakteristika der Struktur einzuleiten und auf die gleiche Weise interpretiert werden soll, wie der häufiger verwendete offene Oberbegriff „umfassend“.

Claims

Verfahren zum Berichten der Charakteristika eines Energiespeichersystems (5) zum Speichern elektrischer Energie, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein gegenwärtiger Ladezustand (SOC) des Energiespeichersystems (5) ermittelt wird; ein Ladezustandsmittelwert (SOC_mean) für das Energiespeichersystem (5) berechnet wird; der Ladezustandsmittelwert (SOC_mean) in einen Leerlaufspannungsmittelwert (OCV_mean) umgewandelt wird; ein Spannungsversatz (V_offset) des Energiespeichersystems (5) aus einem Stromschätzwert (I_EQ) und einem Gesamtwiderstand (R_Total) des Energiespeichersystems (5) ermittelt wird; eine Leerlaufspannung (V_mean) des Energiespeichersystems (5) auf der Grundlage des Leerlaufspannungsmittelwerts (OCV_mean) und des Spannungsversatzes (V_offset) ermittelt wird; ein Coulomb-Potential, das den gegenwärtigen Ladungsgehalt des Energiespeichersystems (5) darstellt, und eine Coulomb-Kapazität, die das Ladungslieferungsgesamtpotential des Energiespeichersystems (5) darstellt, auf der Grundlage der Leerlaufspannung (V_mean) bereitgestellt werden; ein Energiepotential, das den gegenwärtigen Energiegehalt des Energiespeichersystems (5) darstellt, und/oder eine Energiekapazität des Energiespeichersystems (5) auf der Grundlage der Coulomb-Kapazität und/oder des Coulomb-Potentials oder von Kombinationen daraus ermittelt werden; und das Energiepotential und/oder die Energiekapazität in Echtzeit an einen Controller (14) berichtet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Energiespeichersystem (5) als Teil eines Fahrzeugs (1) bereitgestellt wird, das zumindest einen Teil seiner Antriebsleistung aus dem Energiespeichersystem (5) herleitet.
Verfahren zum Schätzen der Reichweite eines Fahrzeugs (3), das zumindest einen Teil seiner Antriebsleistung aus einem Energiespeichersystem (5) zum Speichern elektrischer Energie empfängt, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein gegenwärtiger Ladezustand (SOC) des Energiespeichersystems (5) ermittelt wird; ein Ladezustandsmittelwert (SOC_mean) für das Energiespeichersystem (5) berechnet wird; der Ladezustandsmittelwert (SOC_mean) in einen Leerlaufspannungsmittelwert (OCV_mean) umgewandelt wird; ein Spannungsversatz (V_offset) des Energiespeichersystems (5) aus einem Stromschätzwert (I_EQ) und einem Gesamtwiderstand (R_Total) des Energiespeichersystems (5) ermittelt wird; eine Leerlaufspannung (V_mean) des Energiespeichersystems (5) auf der Grundlage des Leerlaufspannungsmittelwerts (OCV_mean) und des Spannungsversatzes (V_offset) ermittelt wird; ein Coulomb-Potential, das den gegenwärtigen Ladungsgehalt des Energiespeichersystems (5) darstellt, und eine Coulomb-Kapazität, die das Ladungslieferungsgesamtpotential des Energiespeichersystems (5) darstellt, auf der Grundlage der Leerlaufspannung (V_mean) bereitgestellt werden; ein Energiepotential, das den gegenwärtigen Energiegehalt des Energiespeichersystems (5) darstellt, und/oder eine Energiekapazität des Energiespeichersystems (5) auf der Grundlage der Coulomb-Kapazität und/oder des Coulomb-Potentials oder Kombinationen daraus ermittelt werden; und eine effektive Fahrreichweite des Fahrzeugs (1) auf der Grundlage des Energiepotentials ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner umfasst, dass die effektive Fahrreichweite des Fahrzeugs (1) einem Anwender angezeigt wird.
Einrichtung zum Steuern des Betriebs eines Fahrzeugs (1), das zumindest einen Teil seiner Antriebsleistung aus einem Energiespeichersystem (5) zum Speichern elektrischer Energie empfängt, wobei die Einrichtung ein Steuersystem umfasst, welches eine Speichereinrichtung (12) und einen Controller (14) umfasst, wobei der Controller (14) programmiert ist, um: einen gegenwärtigen Ladezustand (SOC) des Energiespeichersystems (5) zu ermitteln; einen Ladezustandsmittelwert (SOC_mean) für das Energiespeichersystem (5) zu berechnen; den Ladezustandsmittelwert (SOC_mean) in einen Leerlaufspannungsmittelwert (OCV_mean) umzuwandeln; einen Spannungsversatz (V_offset) des Energiespeichersystems (5) aus einem Stromschätzwert (I_EQ) und einem Gesamtwiderstand (R_Total) des Energiespeichersystems (5) zu ermitteln; eine Leerlaufspannung (V_mean) des Energiespeichersystems (5) auf der Grundlage des Leerlaufspannungsmittelwerts (OCV_mean) und des Spannungsversatzes (V_offset) zu ermitteln;; ein Coulomb-Potential, das den gegenwärtigen Ladungsgehalt des Energiespeichersystems (5) darstellt, und eine Coulomb-Kapazität, die das Ladungslieferungsgesamtpotential des Energiespeichersystems (5) darstellt, auf der Grundlage der Leerlaufspannung (V_mean) bereitzustellen; und ein Energiepotential, das den gegenwärtigen Energiegehalt des Energiespeichersystems (5) darstellt, und/oder eine Energiekapazität des Energiespeichersystems (5) auf der Grundlage der Coulomb-Kapazität und/oder des Coulomb-Potentials oder von Kombinationen daraus zu ermitteln.
Einrichtung nach Anspruch 5, wobei der Controller (14) programmiert ist, um ein Energieverwendungs-Zielfenster zur Verbesserung der Lebensdauer des Energiespeichersystems (5) oder der Systemleistung aus der Energiekapazität zu ermitteln.
Einrichtung nach Anspruch 5, wobei der Controller (14) programmiert ist, um ein Energieverwendungs-Zielfenster (110) zur Begrenzung von Schwankungen des Energiepotentials aus dem Energiepotential zu ermitteln.
Fahrzeug (1), das die Einrichtung nach Anspruch 5 enthält.