DE102011116779A1

DE102011116779A1 - Adaptive An-Bord-Batteriekerntemperaturabschätzung

Info

Publication number: DE102011116779A1
Application number: DE102011116779A
Authority: DE
Inventors: Jian Lin; Rezina S. Nabi; Gary M. Insana; Mahendra M. Kenkre; Wenbo Wang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2012-05-03
Anticipated expiration: 2031-10-25
Also published as: CN102539016A; CN102539016B; US8775105B2; US20120109554A1; DE102011116779B4

Abstract

Verfahren und Systeme zum dynamischen Abschätzen der Kerntemperatur zumindest einer Zelle in einer Batterie. In einem Aspekt umfasst das Verfahren, dass eine Kombination von Abschätzungen verwendet wird, die eine auf der Basis eines Ohm'schen Widerstandes und eine andere auf der Basis einer Funktion der Wärmeenergieübertragung durch die Batterie hindurch umfassen. Es kann ein Gewichtungsfaktor für jede der Abschätzungen als eine Möglichkeit verwendet werden, um eine Kerntemperatur zu berechnen. Die auf dem Ohm'schen Widerstand basierende Abschätzung kann unabhängig von einer gemessenen Oberflächentemperatur der Batterie oder irgendeiner der Zellen in der Batterie bestimmt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Batterien, die in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen verwendet werden, und betrifft im Spezielleren Verfahren und Systeme zum Abschätzen der Kerntemperatur zumindest einer Zelle in der Batterie.
Hintergrund
Der steigende Bedarf, die Fahrzeugkraftstoffökonomie zu verbessern und Fahrzeugemissionen zu reduzieren, hat zu der Entwicklung von sowohl Hybridfahrzeugen als auch reinen Elektrofahrzeugen geführt. Reine Elektrofahrzeuge können von einem Batteriesatz (der aus vielen kleineren Modulen oder Zellen besteht) gespeist sein, während Hybridfahrzeuge zwei oder mehr Energiequellen umfassen, wie z. B. einen Benzinmotor (auch als Verbrennungsmotor bezeichnet), der entweder als Unterstützung zu oder in Zusammenwirken mit einem Batteriesatz verwendet wird. Derzeit befinden sich zwei verbreitete Versionen von Hybridfahrzeugen in Verwendung. In einer ersten Version (bekannt als eine ladungserschöpfende Hybridarchitektur) kann die Batterie von einem herkömmlichen Stromnetz wie z. B. einer 120 V-Wechselstrom- oder 240 V-Wechselstromleitung geladen werden. In einer zweiten Version (als ladungserhaltende Hybridarchitektur bekannt) empfängt die Batterie ihre gesamte elektrische Ladung von einem oder beiden von dem Verbrennungsmotor und einer Nutzbremsung. In beiden Konfigurationen können verschiedene, dem Batteriesatz zugeordnete Parameter überwacht werden, um einen einwandfreien Betrieb sicherzustellen.
Ein solcher Parameter, der zum Überwachen des einwandfreien Betriebes eines Batteriesatzes (oder einer Batterie) geeignet ist, ist die Temperatur einer Zelle in dem Batteriesatz. Ein Verfahren zum Bestimmen der Temperatur einer Zelle in einem Batteriesatz besteht darin, einen Sensor in den Kern der Zelle zu setzen; dieses Verfahren hat sich als kostspielig und unzuverlässig erwiesen. Ein anderes Verfahren umfasst das direkte Messen der Temperatur der Oberfläche der Zelle mit einem Sensor. Die Temperatur der Oberfläche einer Zelle in einem Batteriesatz unterscheidet sich jedoch oft von der Temperatur des Kerns einer Zelle in einem Batteriesatz, in manchen Fällen um bis zu 30°C. Diese und andere Probleme machen es schwierig, die Kerntemperatur eines Batteriesatzes genau und verlässlich abzuschätzen.
Zusammenfassung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bestimmen der Kerntemperatur einer Batterie, die aus vielen Zellen besteht, dass eine erste Abschätzung der Kerntemperatur ausgeführt wird, wobei die erste Abschätzung unabhängig von der Oberflächentemperatur der Batterie ist, eine zweite Abschätzung der Kerntemperatur als eine Funktion der Wärmeenergieübertragung durch die Batterie hindurch ausgeführt wird, ein Gewichtungsfaktor auf jede von der ersten und der zweiten Abschätzung angewendet wird und dann eine abgeschätzte Kerntemperatur als eine Funktion der gewichteten ersten und zweiten Abschätzung berechnet wird. In dem vorliegenden Kontext bezieht sich der Ausdruck „unabhängig von der Oberflächentemperatur” auf das Bestimmen der Kerntemperatur auf der Basis von Parametern, die der Batterie zugeordnet sind und die keine Messung der Oberflächentemperatur der Batterie oder der verschiedenen Zellen innerhalb der Batterie umfassen müssen. Ebenso entsprechen die erste und die zweite Abschätzung einer schnellen und einer langsamen Abschätzung, wobei die Erstere für Berechnungen verwendet wird, die ohne Verzögerung auf Änderungen in der Kerntemperatur der Batterie ansprechen, so dass die dynamische Abschätzung die aktuelle Temperatur des Kerns genau widerspiegelt. In ähnlicher Weise wird die langsame Abschätzung verwendet, um sich auf das Bestimmen der Kerntemperatur der Batterie auf der Basis von Parameter zu beziehen, die der Batterie zugeordnet sind und die mit einer Verzögerung auf Änderungen in der Kerntemperatur der Batterie ansprechen, was typischerweise bei Berechnungen auf der Basis der Wärmeleitfähigkeit stattfindet.
Der Gewichtungsfaktor wird optional als eine Funktion der Umgebungstemperaturänderung und der Luftströmungsrate bestimmt. In einer weiteren Option gelangt man zu der ersten Abschätzung, indem der Klemmenstrom und die Klemmenspannung einer oder mehrerer Zellen in der Batterie gemessen wird, ein Ohm'scher Widerstand (R_Ohm) und ein Ladezustand (SOC, von stete of charge) der Zelle auf der Basis des gemessenen Klemmenstroms und der gemessenen Klemmenspannung über eine rekursive Formel bestimmt werden und dann die erste Abschätzung auf der Basis von R_Ohm und SOC bestimmt wird. Bevorzugt gehen R_Ohm und SOC, die in der ersten und zweiten Abschätzung verwendet werden, von derselben rekursiven Formel hervor.
In einer weiteren Option werden R_Ohm und SOC in der ersten Abschätzung in einer Nachschlagetabelle miteinander in Beziehung gebracht. Die Nachschlagetabelle kann aktualisiert werden. Beispiele von Situationen, in denen das Aktualisieren der Nachschlagetabelle angemessen sein kann, umfassen, dass die Auswirkung einer Batteriealterung auf R_Ohm berücksichtigt wird und dass wesentliche klimatische oder Umweltveränderungen berücksichtigt werden, da R_Ohm von der Temperatur abhängig ist. Es kann beispielsweise eine gegebene Ruhespannung (die unter anderem auf der Basis der/des gemessenen Spannung, Stromes und Widerstandes bestimmt werden kann) mit einem SOC innerhalb der Nachschlagetabelle korreliert werden. Des Weiteren ist innerhalb eines bevorzugten Batteriebetriebsbereiches (wie z. B. ein SOC zwischen ungefähr 10% und 90%) eine SOC-Abschätzung im Wesentlichen temperaturunabhängig (insbesondere in einem vorhergesagten Betriebsbereich der Batterie zwischen –20°C und +50°C); die Schwankung des SOC als solche ist innerhalb der Betriebsspannung relativ gering (z. B. weniger als 2%), wodurch eine einfache Bestimmung des SOC aus der Nachschlagetabelle, welche die Temperatur, die Ruhespannung und den SOC korreliert, ermöglicht wird. Um die vorliegende Erfindung zu beschreiben und zu definieren, werden die Ausdrücke „etwa” und „im Wesentlichen” hierin verwendet, um den natürlichen Grad von Unsicherheit darzustellen, der einem/r beliebigen quantitativen Vergleich, Wert, Messung oder anderen Darstellung zugeordnet werden kann. Als solche werden diese Ausdrücke hierin auch verwendet, um den Grad darzustellen, um den eine quantitative Darstellung von einer angegebenen Referenz abweichen kann, ohne dass dies zu einer Änderung in der grundlegenden Funktion des betrachteten Gegenstandes führt. In einer Form umfasst das Aktualisieren der Nachschlagetabelle das Messen der Oberflächentemperatur der Batterie nach dem Ende einer stabilen Ruheperiode, das Vergleichen der gemessenen Oberflächentemperatur zu der berechneten Kerntemperatur und das Ersetzen der berechneten Kerntemperatur durch die gemessene Oberflächentemperatur, wenn die gemessene Oberflächentemperatur von der berechneten Kerntemperatur um mehr als eine Temperaturdifferenzschwelle verschieden ist.
In einer noch weiteren Option wird die erste Abschätzung über ein Zeitintervall wiederholt. Solch ein Zeitintervall kann auf den speziellen Bedürfnissen des Systems basieren. In einer weiteren Option kann die zweite Abschätzung erreicht werden, indem der Klemmenstrom einer oder mehrerer der Zellen der Batterie gemessen wird, wobei R_Ohm mit einer rekursiven Formel beschafft wird, eine Oberflächentemperatur gemessen wird und die zweite Abschätzung auf der Basis des gemessenen Klemmenstroms, des beschafften R_Ohm und der gemessenen Oberflächentemperatur bestimmt wird. Es wird einzusehen sein, dass im vorliegenden Kontext die Messung der Oberflächentemperatur der Batterie oder den Zellen oder einem anderen Abschnitt der Batterie entspricht, welche/r dem Temperaturwert entspricht/en, der benötigt wird, um die gewünschte Abschätzung auszuführen. Es wird demzufolge einzusehen sein, dass die relevante Temperaturmessung der Batterie oder eines Abschnittes davon jene ist, die dieser Abschätzung genüge tut.
Eine noch weitere Option umfasst, dass die zweite Abschätzung mithilfe einer Beziehung zwischen dem gemessenen Klemmenstrom, dem beschafften Rohm, zumindest einem von einem Wärmeleitkoeffizienten und einem Konvektionskoeffizienten und zumindest zwei von einer Kerntemperatur der zumindest einen Zelle, einer Oberflächentemperatur der zumindest einen Zelle und einer Umgebungstemperatur ausgezeichnet wird. Die zweite Abschätzung kann sich optional durch eine Wärmekapazitätskonstante auszeichnen, die einer Änderung der Kerntemperatur mit der Zeit entspricht. Das Berechnen der Kerntemperatur als eine Funktion der gewichteten ersten und zweiten Abschätzung kann optional in Übereinstimmung mit einer linearen Beziehung zwischen der berechneten Kerntemperatur (T_core), dem Gewichtungsfaktor (ω) und der ersten und der zweiten Abschätzung (T₁) und (T₂) ausgeführt werden. Aus den Erwähnungen „zumindest einer/s” Komponente, Elements oder dergleichen hierin sollte nicht der Schluss gezogen werden, dass die alternative Verwendung der Artikel „eine/einer/eines” auf die Einzahl beschränkt sein soll.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zur dynamischen Abschätzung der Kerntemperatur einer Batterie, dass eine erste Abschätzung der Kerntemperatur auf der Basis von R_Ohm – und SOC-Werten in einer Nachschlagetabelle ausgeführt wird und eine zweite Abschätzung der Kerntemperatur auf der Basis der Wärmeenergieübertragung durch die Batterie hindurch ausgeführt wird, so dass die zweite Abschätzung einen Hauptprädiktor der dynamischen Abschätzung bildet und die erste Abschätzung einen Korrektor für die zweite Abschätzung bildet. In solch einer Konfiguration spricht die zweite Abschätzung (welche auf der Wärmeübertragung durch die Batterie hindurch basiert) relativ langsam an, während die erste Abschätzung Korrekturen mit einem schnellen Ansprechverhalten bereitstellen kann. Im vorliegenden Kontext ist ein dynamischer Prozess einer, der Aktualisierungen auf der Basis von äußeren Ereignissen gestattet. Somit können Echtzeit- und rekursive Formelberechnungen sowie rückkopplungsbasierte Aktualisierungen verwendet werden, um solch ein dynamisches Verhalten zu erreichen. Der Ausdruck „dynamisch” als solcher wird hierin verwendet, um auf die variable oder sich ändernde Abschätzung der Kerntemperatur Bezug zu nehmen. Beispielsweise wird die Kerntemperatur der Zellen in einer Batterie dynamisch abgeschätzt, so dass die Kerntemperatur in Echtzeit ohne Verzögerung bestimmt wird. Solch eine Abschätzung kann in periodischen Zeitintervallen aktualisiert werden, wobei Beispiele dafür Bereiche von etwa 0,01 Sekunden bis etwa 10 Sekunden, von etwa 0,1 Sekunden bis etwa 1 Sekunde oder andere geeignete Zeitintervalle umfassen können.
Optional umfasst das Verfahren außerdem das Messen einer Oberflächentemperatur der Batterie, so dass Faktoren, die verwendet werden, um die zweite Abschätzung auszuführen, aus der Gruppe gewählt sind, welche aus dem Klemmenstrom, R_Ohm, einer Wärmekapazität der Batterie, einem thermischen Widerstand der Batterie und der gemessenen Oberflächentemperatur der Batterie besteht. Das Verfahren kann ferner umfassen, dass die Oberflächentemperatur und eine Umgebungstemperatur gemessen werden, so dass Faktoren, die verwendet werden, um die zweite Abschätzung auszuführen, aus der Gruppe gewählt sind, welche aus dem thermischen Widerstand der Batterie, einem Konvektionskoeffizienten, der gemessenen Oberflächentemperatur und der Umgebungstemperatur besteht. Der Konvektionskoeffizient kann abhängig davon variieren, ob eine zusätzliche Quelle einer Zwangsluftströmung vorhanden ist. Wenn z. B. ein Gebläse (wie z. B. jene, die verwendet werden, um eine Konvektionskühlung für einen Kraftfahrzeugkühler in einem herkömmlichen Verbrennungsmotor (ICE) bereitzustellen) verwendet wird, kann die Luftströmung als erzwungen angesehen werden, was für ein anderes Niveau des Konvektionskoeffizienten sorgen wird als in Fällen, in denen nur eine natürliche Konvektion [engt. convention] vorhanden ist. In jedem Fall sind die Konvektionskoeffizienten eine Funktion von Temperaturdaten, die in einer Nachschlagetabelle verfügbar sind, wobei der Konvektionskoeffizient, welcher der Zwangskonvektion entspricht, zusätzlich auch eine Funktion der Zwangskonvektionsluftströmung ist, die ebenfalls in einer Nachschlagetabelle oder ähnlichen Vorrichtung verfügbar ist. In dem vorliegenden Kontext kann der natürliche Konvektionskoeffizient alternativ als ein erster Konvektionszustand bezeichnet werden, während der Zwangskonvektionskoeffizient alternativ als ein zweiter Konvektionszustand bezeichnet werden kann. Die Nachschlagetabelle kann allgemein in einer der oben in Verbindung mit der ersten Ausführungsform erläuterten Nachschlagetabelle ähnlichen Weise ausgebildet sein. Wie bei der oben erläuterten ersten Ausführungsform kann das Verfahren auch umfassen, dass die erste und zweite Abschätzung gewichtet werden, um zu der dynamischen Abschätzung der vorliegenden Ausführungsform zu gelangen. Im Spezielleren wird die Kerntemperatur in Übereinstimmung mit einer linearen Beziehung zwischen den gewichteten Werten der ersten und der zweiten Abschätzung bestimmt. In einer weiteren Option umfasst das Verfahren ferner, dass die bestimmte Kerntemperatur aktualisiert wird, indem die verschiedenen erfassten und berechneten Daten über die Zeit wiederholt werden. Die Erwähnungen hierin, dass eine Komponente in einer speziellen Weise „ausgebildet” ist, „ausgebildet”, um eine besondere Eigenschaft zum Ausdruck zu bringen oder in einer speziellen Weise zu funktionieren, sind strukturelle Erwähnungen im Gegensatz zu Erwähnungen der vorgesehenen Verwendung. Im Spezielleren bezeichnen die Bezugnahmen hierin auf die Art und Weise, in der eine Komponente „ausgebildet” ist, einen vorhandenen physikalischen Zustand der Komponente und sind als solche als eine eindeutige Erwähnung der strukturellen Eigenschaften der Komponente zu betrachten.
In einer noch weiteren Ausführungsform ist ein System zum dynamischen Abschätzen der Kerntemperatur zumindest einer Zelle in einem Fahrzeugbatteriesatz als eine Funktion der Wärmeenergieübertragung offenbart. Das System umfasst viele Sensoren, die Information in Bezug auf eines oder mehrere von der Oberflächentemperatur der Zelle und der Umgebungstemperatur, der Klemmenspannung der Zelle und des Klemmenstromes der Zelle übertragen. Das System umfasst außerdem einen Controller (auch als Steuerungssystem bezeichnet), der in Signalverbindung mit den Sensoren steht. In dem vorliegenden Kontext kann der Controller eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software-, Firmware- oder ähnlichen Komponenten umfassen, die ausgebildet sind, um die spezifizierten Funktionen auszuführen. Der Controller als solcher kann verschiedene integrierte Schaltkreiskomponenten, umfassend Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder dergleichen verwenden, um eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines Mikroprozessors oder einer ähnlichen Vorrichtung auszuführen. Des Weiteren kann eine beliebige Anzahl von Fachleuten bekannten Datenübertragungsprotokollen verwendet werden, um ein Verkoppelungsvermögen zwischen den verschiedenen Teilen des Controllers wie auch zwischen dem Controller und den hierin beschriebenen Sensoren herzustellen. In einer bevorzugten Form kann der Controller als eine digitale Vorrichtung wie z. B. als ein rudimentärer Digitalcomputer ausgebildet sein. Wie Fachleute einsehen werden, kann solch ein Computersystem einen Eingang, einen Ausgang, den zuvor erwähnten Mikroprozessor (auch als Verarbeitungseinheit, Zentraleinheit (CPU) oder dergleichen bezeichnet) und einen Speicher umfassen, der in der Lage ist, solch ein/en Code, Programm oder Algorithmus temporär oder permanent zu speichern, so dass die in dem Code enthaltenen Anweisungen von der Verarbeitungseinheit auf der Basis der Eingangsdaten abgearbeitet werden, um Ausgangsdaten, die von dem Code und der Verarbeitungseinheit erzeugt werden, über einen Ausgang an ein weiteres Programm oder einen Benutzer zu übermitteln. In einer Form wird ein Daten enthaltender Abschnitt des Speichers (auch als Arbeitsspeicher bezeichnet) als Direktzugriffsspeicher (RAM) bezeichnet, während ein Anweisungen enthaltender Abschnitt des Speichers (auch als Dauerspeicher oder Festspeicher (ROM) bezeichnet). Ein Datenbus oder ähnlicher Satz von Drähten und ein zugehöriger Schaltkreis bilden einen geeigneten Datenverbindungspfad, der in der Lage ist, den Eingang, den Ausgang, die CPU und den Speicher sowie jegliche Peripheriegeräte auf solch eine Weise zu verkoppeln, die es dem System ermöglicht, als ein integriertes Ganzes zu arbeiten. Auf diese Weise weist solch ein Computersystem Eigenschaften einer Von-Neumann-Architektur auf. In dem Kontext der vorliegenden Erfindung wirken die Vorrichtungen, die den Controller und seine Hilfsausstattung bilden, zusammen, um Anweisungen für die dynamische Abschätzung der Kerntemperatur zumindest einer Zelle in der Batterie bereitzustellen, wie hierin erläutert. Die Anweisungen sind geschrieben, um den Klemmenstrom der zumindest einen Zelle zu messen, den R_Ohm, der zumindest einen Zelle zu beschaffen, wobei der R_Ohm über eine rekursive Formel bestimmt wird, die Oberflächentemperatur der zumindest einen Zelle zu messen und die Kerntemperatur der zumindest einen Zelle auf der Basis des gemessenen Klemmenstromes, des beschafften R_Ohm und der gemessenen Oberflächentemperatur zu bestimmen. Abschnitte des Systems können als ein Fertigungsgegenstand ausgebildet sein, wobei der Gegenstand ein von einem Computer verwendbares Medium mit einem darin enthaltenen computerlesbaren Programmcode umfasst, um die verschiedenen Mess-, Erfassungs-, Berechnungs-, Bestimmungs- und ähnliche Funktionen in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung auszuführen.
Optional umfassen die Anweisungen, die ausgebildet sind, um die dynamische Abschätzung durch eine Temperaturabschätzung, die unabhängig von der Oberflächentemperatur der Batterie ist, zu korrigieren, einen Programmcode, um: den Klemmenstrom der zumindest einen Zelle zu messen; die Klemmenspannung der zumindest einen Zelle zu messen; den R_Ohm und den SOC der zumindest einen Zelle auf der Basis des gemessenen Klemmenstromes und der gemessenen Klemmenspannung mit einer rekursiven Formel zu bestimmen; und eine Kerntemperatur auf der Basis des bestimmten R_Ohm und SOC zu bestimmen. Die Anweisungen umfassen ferner einen Programmcode, um einen Gewichtungsfaktor anzuwenden, um das Ausmaß an Korrektur zu berücksichtigen, die der abgeschätzten Kerntemperatur hinzugefügt werden muss, welche eine Funktion der Wärmeenergie durch die abgeschätzte Kerntemperatur ist, die unabhängig von der Oberflächentemperatur ist. In einer weiteren Option ist das System in ein Fahrzeug eingebaut.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile dieser und weiterer verschiedener Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Hinblick auf die hierin bereitgestellte/n nachfolgende/n Zeichnungen, detaillierte Beschreibung und Ansprüche offensichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die in den Zeichnungen dargelegten Ausführungsformen sind illustrativ und rein beispielhaft und sollen den durch die Ansprüche definierten Erfindungsgegenstand nicht einschränken. Die nachfolgende detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist am besten beim Lesen in Verbindung mit den nachfolgenden Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Strukturen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und in denen:
1A ein Fahrzeug zeigt, das ein System zum dynamischen Abschätzen einer Batteriekerntemperatur gemäß zumindest einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anwendet;
1B eine Plattform des Fahrzeuges von 1A mit einer schematischen Darstellung der verschiedenen Komponenten zeigt, die eine Antriebsleistung und eine dynamische Kerntemperaturabschätzung an diese bereitstellen; und
2 ein Flussdiagramm ist, das die dynamische Abschätzung der Kerntemperatur einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit sowohl einer Abschätzung auf der Basis von Messungen und Berechnungen, die keine Vorkenntnis der Oberflächentemperatur der Batterie erfordern, als auch eine Abschätzung auf der Basis der Wärmeenergieübertragung durch die Batterie hindurch zeigt.
Detaillierte Beschreibung
Unter Bezugnahme zuerst auf die 1A und 1B ist ein Fahrzeug 400 gezeigt, das zumindest einen Teil seiner Antriebsleistung von einem Energiespeichersystem (ESS) 200 mit einem Batteriesatz, oder einfacher einer Batterie 210 empfängt, der/die zumindest einen Teil des ESS 200 bildet. Der Vorder- und der Hinterradsatz 440 und 442 sind mit einem Antriebsstrang derart gekoppelt, dass sie rotatorisch auf eine von der Batterie 210 erzeugte Antriebsleistung ansprechen. In einem Aspekt ist das Fahrzeug 400 ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug oder ein Elektro-Hybridfahrzeug. In einem alternativen Aspekt ist das System 300 zum dynamischen Abschätzen der Kerntemperatur der Zellen 210a–210h in anderen Vorrichtungen als einem Fahrzeug 400 vorgesehen, wobei die Vorrichtung zur findest einen Teil ihrer Leistung von der Batterie 210 bezieht. Ein Fachmann wird einsehen, dass das Fahrzeug 400 zusätzlich zu einer Batterie 200 einen Hybridsystemcontroller 410, einen Verbrennungsmotor 420, eine Vielzahl von antriebserzeugenden Mitteln 430, 432, eine Vielzahl von Gleichstromwandlern 450, ein Differential 460 und eine Vielzahl von Leistungswechselrichtermodulen 470 umfassen kann. Das Fahrzeug 400 kann ferner zusätzliche Komponenten umfassen, die hierin nicht erläutert sind und die in Kombination mit einem Hybridfahrzeug, einem Elektrofahrzeug oder einem Elektro-Hybridfahrzeug zweckdienlich wären. Fachleute werden einsehen, dass das Fahrzeug 400 durch einen Verbrennungsmotor betrieben sein kann, so dass das Fahrzeug 400 andere, nicht antreibende Formen von Leistung von der Batterie 210 empfängt.
Die Batterie 210 besteht aus vielen einzelnen Zellen 210a–210h. Während die vorliegende Erfindung in Verbindung mit Batterien 210 erläutert ist, die aus Lithium-Ionen hergestellt sind, wird ein Fachmann einsehen, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung auch mit Batterien 210 eines beliebigen Typs ausgeführt werden kann. In einem Aspekt kann ein Gebläse (wie z. B. ein elektrisch angetriebenes Gebläse, nicht gezeigt) verwendet werden, um eine konvektive Kühlung der Batterien 210 vorzusehen. Die Batterie 210 wie auch die Zellen 210a–210h umfassen eine Oberfläche und einen Kern. Ein Fachmann wird einsehen, dass das Verfahren zum dynamischen Abschätzen der Kerntemperatur mit der Batterie 210 und den Zellen 210a–210h einer beliebigen Form, Größe und Verschaltung durchgeführt werden kann. Die Form der Zellen 210a–210h kann z. B. eine im Wesentlichen zylindrische Form, eine im Wesentlichen prismatische Form oder dergleichen umfassen. Darüber hinaus kann die Verschaltung der Zellen 210a–210h eine parallele Schaltung oder eine serielle Schaltung umfassen.
Die/der Klemmenspannung und -strom der Zellen 210a–210h wird mit zumindest einem Sensor 310 gemessen, der Teil des Systems 300 ist. Der Sensor 310 kann eine beliebige geeignete Vorrichtung zum Messen von Strom, z. B. ein Amperemeter, ein Zangenmessgerät, ein Galvanometer oder Kombinationen davon umfassen. Ebenso kann die Klemmenspannung mit zumindest einem Voltmeter, einem Potentiometer oder Oszilloskop und Kombinationen davon gemessen werden. Ferner können die Sensoren 310 eine Temperaturmessvorrichtung wie z. B. einen Thermistor, ein Thermometer oder eine ähnliche Vorrichtung umfassen. Ein Steuerungssystem (auch als ein Controller bezeichnet) 320 koordiniert die Aktionen der Batterie 210 wie auch jene der erfassten, gemessenen, beschafften und verarbeiteten Daten, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Der Controller 320 steht in Signalverbindung mit den Sensoren 310, so dass ein Informationen weiterleitendes Signal übertragen und/oder empfangen wird. Das Signal kann durch ein leitfähiges Medium, über die Luft, optische Signale über optische Wellenleiter oder dergleichen übertragen werden.
Der Controller 320 umfasst eine Speichervorrichtung 340 und einen Prozessor 330, die miteinander in Signalverbindung stehen, zusammen mit Anweisungen für das dynamische Abschätzen der Kerntemperatur der Zellen 210a–210h in der Batterie 210. Der Prozessor 330 kann einen integrierten Schaltkreis, einen Mikrochip, einen Computer, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) umfassen. Des Weiteren kann die Speichervorrichtung 340 ein RAM, ein DRAM, ein SDRAM, ein ROM, einen Flash-Speicher, einen statischen Speicher oder andere Arten von Massendatenspeicherung umfassen. In einem speziellen Aspekt sind die Speichervorrichtung 340 und der Controller 330 eigenständige Komponenten; ein Fachmann wird jedoch einsehen, dass die Speichervorrichtung 340 und der Controller 330 auch eine integrale Einheit bilden können. Die Anweisungen sind geschrieben, um den Klemmenstrom der Zellen 210a–210h zu messen und den R_Ohm der zumindest einen Zelle 210a–210h zu beschaffen, wobei der R_Ohm über eine rekursive Formel bestimmt wird. Die Anweisungen sind ferner geschrieben, um die Oberflächentemperatur der Zellen 210a–210h zu messen (und auch, um eine die Batterie 210 umgebende Umgebungstemperatur zu messen) und um die Kerntemperatur der Zellen 210a–210h auf der Basis des gemessenen Klemmenstroms, des beschafften R_Ohm und der gemessenen Oberflächentemperatur zu bestimmen.
Der Controller 320 kann in Signalverbindung mit anderen Systemen des Fahrzeugs 400 stehen, so dass er Information, die sich auf die dynamisch abgeschätzte Kerntemperatur bezieht, an die Systeme weiterleiten kann, wodurch es den Systemen ermöglicht wird, das Fahrzeug 400 zu betreiben, um die Leistung, Effizienz, Langlebigkeit und andere optimierbare Parameter zu maximieren. Im Spezielleren kann das Weiterleiten von Information, die sich auf die abgeschätzte Kerntemperatur bezieht, an verschiedene Systeme in dem Fahrzeug 400 die folgenden Vorteile bieten, welche: (1) die Verbesserung der Batterieverfügbarkeit, um die Kraftstoffökonomie und Leistung im Fahrzeug 400 zu verbessern; (2) die Verbesserung der Abschätzung des Leistungsvermögens; (3) das Verhindern von Abwürgzuständen im Fahrzeug 400; (4) die Erhöhung der Verfügbarkeit einer Autostopp/startfunktion im Fahrzeug 400; (5) die Verbesserung der Gewährleistungen, da der Übergang zu verschiedenen verschleißbedingten Ausfallmodi eng mit der Kerntemperatur im Gegensatz zu der Oberflächentemperatur verbunden ist; (6) keinen Bedarf an zusätzlicher Hardware; (7) die Verwendung einer oder mehrerer Nachschlagetabellen 60; und (8) die Bereitstellung eines schnellen Ansprechverhaltens einschließen, jedoch nicht darauf beschränkt sind.
Unter Bezugnahme als Nächstes auf 2, zeigt ein Flussdiagramm Schritte, die zum Ausführen des Verfahrens 1 zum dynamischen Abschätzen der Kerntemperatur einer oder mehrerer Zellen 210a–210h in einer Batterie 210 gesetzt werden. Das Verfahren 1 umfasst zwei getrennte Abschätzungswege oder -subroutinen einschließlich der zuvor erwähnten ersten Abschätzung 100 und zweiten Abschätzung 150. Wie aus der nachfolgenden Erläuterung offensichtlich wird, sind einige der Schritte (und die resultierenden Daten oder dadurch beschafften Parameter) sowohl der ersten als auch der zweite Abschätzung 100, 150 gemein. Das Verfahren 1 umfasst, dass der Klemmenstrom 10 zumindest einer der Zellen gemessen wird, die Klemmenspannung 20 zumindest einer der Zellen gemessen wird, der R_Ohm zumindest einer der Zellen 210a–210h auf der Basis des gemessenen Klemmenstromes und der gemessenen Klemmenspannung über eine rekursive Formel bestimmt wird, der SOC 40 zumindest einer der Zellen auf der Basis des gemessenen Klemmenstroms und der gemessenen Klemmenspannung über eine rekursive Formel bestimmt wird und die Kerntemperatur 50 der Batterie 210 oder der Zellen 210a–210h auf der Basis des bestimmten R_Ohm und des bestimmten SOC 40 bestimmt wird.
Die Kerntemperatur der Zellen 210a–210h oder der Batterie 210 wird auf der Basis des bestimmten R_Ohm 30 und des bestimmten SOC 40 über eine Nachschlagetabelle 60 bestimmt. In einem weiteren Aspekt umfasst die Nachschlagetabelle (oder -tabellen) 60, die auf der Speichervorrichtung 340 gespeichert sein kann (können), Werte, die einem oder mehreren dieser Parameter entsprechen. Diese Messungen können als Basis für die schnelle und die langsame Abschätzung dienen, wobei die erste (d. h. schnelle) Abschätzung verwendet werden kann, um die zweite (d. h. langsame) Abschätzung zu korrigieren oder sonst wie mit dieser in Verbindung gebracht zu werden. Die Nachschlagetabelle 60 kann entweder aus einer einzelnen Tabelle oder aus vielen Tabellen bestehen, so dass in dieser letzteren Konfiguration eine oder mehrere Tabellen speziell für Daten und Parameter vorgesehen ist/sind, die einer oder der anderen der zwei Abschätzungs-Subroutinen zugeordnet sind. Der SOC 40 des Verfahrens 1 basiert auf dem gemessenen Klemmenstrom 10 und der gemessenen Klemmenspannung 20 über eine rekursive Formel. In einem speziellen Aspekt basiert die rekursive Formel auf einem Batterieersatzschaltungsmodell. In einem speziellen Aspekt werden der R_Ohm und der SOC 40 ermittelt, wie in der in Gemeinschaftsbesitz befindlichen U.S.-Patentanmeldung Nr. 11/876 497, eingereicht am 4. Oktober 2007, beschrieben, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
Wie oben erwähnt kann/können die Nachschlagetabelle 60 oder -tabellen aktualisiert werden. In einem speziellen Aspekt umfasst das Aktualisieren der Nachschlagetabelle 60, dass die Oberflächentemperatur 70 zumindest einer der Zellen 210a–210h am Ende einer stabilen Ruheperiode gemessen wird, die gemessene Oberflächentemperatur mit der bestimmten Kerntemperatur verglichen wird, 80, und die bestimmte Kerntemperatur durch die gemessene Oberflächentemperatur ersetzt wird, wobei sich die gemessene Oberflächentemperatur von der bestimmten Kerntemperatur deutlich unterscheidet. Im Allgemeinen sind die Oberflächentemperatur und die Kerntemperatur nicht vergleichbar. Nach einer stabilen Ruheperiode sind die Oberflächentemperatur und die Kerntemperatur jedoch vergleichbar; infolgedessen kann die Oberflächentemperatur als anfänglicher Wert der Kerntemperatur nach einer stabilen Ruheperiode verwendet werden. Der Ausdruck „stabile Ruheperiode” wird hierin verwendet, um sich auf eine Zeitspanne zu beziehen, die erforderlich ist, damit sich die Oberflächentemperatur der Zellen und die abgeschätzte Kerntemperatur der Zellen annähern, sobald ein Ereignis (wie z. B. ein Ende des Betriebes der Batterie) stattfindet. Während der stabilen Ruheperiode werden die Zellen in einer Batterie weder geladen noch entladen. Im Kontext mit einem Fahrzeug bezieht sich die stabile Ruheperiode in einem speziellen Aspekt auf eine Zeitspanne, in der das Fahrzeug abgeschaltet ist, so dass die Zellen in der Batterie weder geladen noch entladen werden. Gleichermaßen wird im Kontext mit der stabilen Ruheperiode der Ausdruck „Beginn” hierin verwendet, um sich auf den Zeitpunkt zu beziehen, zu dem die stabile Ruheperiode beginnt. Im Kontext mit einem Fahrzeug bezieht sich der Beginn auf den Zeitpunkt, zu dem der Schlüssel in die Aus-Position gedreht wird, oder „Schlüssel-Aus”, so dass der Controller aufhört, ein Laden oder Entladen der Zellen der Batterie zu initiieren. Ebenso wird im Kontext mit der stabilen Ruheperiode der Ausdruck „Ende” hierin verwendet, um den Zeitpunkt zu bezeichnen, zu dem die stabile Ruheperiode endet. Im Kontext mit einem Fahrzeug bezieht sich das Ende auf den Zeitpunkt, zu dem der Schlüssel aus der Aus-Position in eine Position oder „Schlüssel-Ein” gedreht wird, in der der Controller ein Laden oder Entladen der Zellen der Batterie initiiert. Der Schlüssel kann z. B. aus der Aus-Position in die Ein-Position oder eine beliebige der Nebenverbraucherpositionen gedreht werden.
In einem weiteren Aspekt umfasst das Aktualisieren der Nachschlagetabelle 60, dass die gemessene Oberflächentemperatur 80 mit der bestimmten Kerntemperatur 90 verglichen wird. In diesem speziellen Aspekt wird die Kerntemperatur der Zellen 210a–210h zum Ende der stabilen Ruheperiode bestimmt. In einem noch weiteren Aspekt umfasst das Aktualisieren der Nachschlagetabelle 60, dass die bestimmte Kerntemperatur 90 durch die gemessene Oberflächentemperatur 70 ersetzt wird, wenn ein wesentlicher Unterschied zwischen den beiden vorhanden ist. Nach einer stabilen Ruheperiode entspricht die Oberflächentemperatur der Kerntemperatur. In dem vorliegenden Kontext, kann eine Temperaturdifferenz dann als wesentlich betrachtet werden, wenn solch eine Differenz jenseits einer vorbestimmten Schwelle liegt. Ebenso können solche Differenzen auch an einen speziellen Temperaturbereich gebunden sein. Die Oberflächentemperatur unterscheidet sich z. B. wesentlich von der bestimmten Kerntemperatur im Bereich von etwa 0°C bis etwa 50°C.
In diesem speziellen Aspekt ist das Verfahren 1 zum dynamischen Abschätzen der Kerntemperatur unabhängig von der Oberflächentemperatur derart anpassbar, dass die Nachschlagetabelle 60 aktualisiert werden kann, um der Batterie 210 zugeordnete Parameter zu berücksichtigen, die sich mit dem Alter ändern. In einem speziellen Aspekt ist das Verfahren 1 z. B. insofern anpassbar, als die Nachschlagetabelle 60 aktualisiert werden kann, um einen der Alterung der Batterie 210 zugeordneten sich ändernden R_Ohm 30-Wert zu berücksichtigen. Da der R_Ohm 30 der Zellen 210a–210h in der Batterie 210 mit dem Alter zunehmen kann, kann die Nachschlagetabelle 60, die verwendet werden kann, um die Kerntemperatur aus einem bekannten SOC 40 und R_Ohm 30 zu extrahieren, periodisch aktualisiert werden, um diese Änderungen widerzuspiegeln. In einem Aspekt erhöht sich der R_Ohm 30 der Zellen 210a–210h in einer Batterie 210 über eine lange Zeitspanne, die Jahre umfasst. Unter solchen Umständen kann die Aktualisierung der Nachschlagetabelle 60 über eine wesentlich kürzere Zeitspanne wie z. B. wöchentlich, monatlich oder vierteljährlich ausgeführt werden. In Fällen, in denen sich das Klima häufig ändert, kann die Nachschlagetabelle 60 häufiger aktualisiert werden. Unter solchen Umständen wird die Nachschlagetabelle 60 nach jedem Ende der Ruheperiode aktualisiert. In einem weiteren Beispiel kann das Verfahren 1 zum dynamischen Abschätzen der Kerntemperatur umfassen, dass die bestimmte Kerntemperatur aktualisiert wird, indem das Messen des Klemmenstroms 10, der Klemmenspannung 20 und das Bestimmen des R_Ohm 30, SOC 40 und der Kerntemperatur 50 mit der Zeit wiederholt wird. Die Änderung des SOC 40 mit der Ruhespannung über verschiedene Temperaturen (z. B. zwischen –20°C und +50°C, die für eine batteriebetriebene Kraftfahrzeuganwendung typisch sein können) kann die Basis für eine entsprechende Nachschlagetabelle ähnlich der Nachschlagetabelle 60 sein.
Die Schritte des Verfahrens 1 zum dynamischen Abschätzen der Kerntemperatur, die unabhängig von der Oberflächentemperatur ist, können in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden. Das Messen des Klemmenstromes 10 und der Klemmenspannung 20 kann z. B. in einer beliebigen Reihenfolge einschließlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, so dass R_Ohm 30 und SOC 40 bestimmt werden können.
Die zweite Abschätzung 150, die das Verfahren 1 ausmacht, dient dazu, die Kerntemperatur der Zellen 210a–210h in der Batterie 210 als eine Funktion der Wärmeenergieübertragung durch die Zellen 210a–210h der Batterie 210 hindurch dynamisch abzuschätzen, wobei die Wärmeenergie aus dem inneren Ohm'schen Widerstand erzeugt wird. Der primäre Modus des Wärmeaustausches findet über Leitfähigkeit statt und es wird zumindest ein Teil der Wärmeenergie von der Oberfläche der Zellen 210a–210h in die umliegende Umgebung übertragen. Die zweite Abschätzung 150 umfasst, dass der Klemmenstrom 10 der Zellen 210a–210h auf eine Weise gemessen wird, die jener der ersten Abschätzung 100 allgemein ähnlich ist. Diese Messung wird verwendet, um R_Ohm zu beschaffen, der, wie oben angeführt, über eine rekursive Formel bestimmt wird, die auf dem gemessenen Klemmenstrom 10 und der gemessenen Klemmenspannung 20 basiert, wie in der in Gemeinschaftsbesitz befindlichen U.S.-Patentanmeldung Nr. 11/867 497, eingereicht am 4. Oktober 2007, beschrieben, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist. Als solcher wird R_Ohm 30 unabhängig von der Oberflächentemperatur bestimmt, wie oben stehend erläutert und beispielhaft ausgeführt wurde. In einer Form wird R_Ohm 30 in einer Speichervorrichtung 340 gespeichert. Weitere Schritte umfassen, dass die Oberflächentemperatur 70 der Zellen 210a–210h gemessen wird und die Kerntemperatur 50 auf der Basis des gemessenen Klemmenstroms 10, des beschafften R_Ohm 30 und der gemessenen Oberflächentemperatur 70 bestimmt wird. Im Unterschied zu der ersten Abschätzung 100 beinhaltet die zweite Abschätzung 150 die Verwendung der gemessenen Oberflächentemperatur und kann daher nicht als unabhängig von dieser Oberflächentemperatur bezeichnet werden.
In einem speziellen Aspekt der zweiten Abschätzung 150 wird die Kerntemperatur in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung bestimmt:
Wobei I der Klemmenstrom 10 ist, R R_Ohm 30 ist, C_th die Wärmekapazitätskonstante ist, T_core die Kerntemperatur 50 ist, K der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient ist und T_skin die gemessene Oberflächentemperatur 70 des relevanten Abschnitts der Batterie 210 ist. Die Wärmekapazitätskonstante C_th wird in Übereinstimmung mit den physikalischen Eigenschaften (einschließlich z. B. der Dichte oder ähnlicher Eigenschaften) der Zellen 210a–210h bestimmt, welche die Batterie 210 ausmachen, während der Wärmeleitfähigkeitskoeffizient K eine Eigenschaft des Materials derselben ist. Infolgedessen kann sich K als eine Funktion der Temperatur ändern; solch eine Funktion kann einfach in die Nachschlagetabelle 60 integriert werden. In Fällen, in denen eine Messung der Oberflächentemperatur verfügbar ist, stellt Gleichung (1) eine überlegene Lösung für die abgeschätzte Kerntemperatur der zweiten Abschätzung bereit.
In einem weiteren Aspekt der zweiten Abschätzung 150 wird die Kerntemperatur in Übereinstimmung mit den folgenden Beziehungen bestimmt:
K(T_core – T_skin) = H(T_skin – T_amb) (3) Wobei die Umgebungstemperatur T_amb als Komponente in solch einer Bestimmung gemessen und verwendet wird, während I, R, C_th, T_core, T_skin und K sind, wie oben in Verbindung mit Gleichung (1) beschrieben. Die Umgebungstemperatur T_amb wie in den Gleichungen (2) bis (3) dargestellt, ist bevorzugt eine gemessene Größe. Außerdem ist H ein Konvektionskoeffizient, welcher eine Funktion der Temperatur zumindest einer der Zellen 210a–210h in der Batterie 210 und des Grades der Zwangsluftbewegung neben der Batterie 210 ist. In Fällen, in denen Kühlgebläse entweder nicht vorhanden oder nicht in Betrieb sind, ist H nur eine Funktion der Temperatur der Zelle oder der Batterietemperatur und kann offline über die Nachschlagetabelle 60 ähnlich der oben beschriebenen und beispielhaft ausgeführten bestimmt werden. In Fällen, in denen ein Mittel (wie z. B. ein elektrisches Gebläse oder dergleichen) zur Bereitstellung von Zwangsluft betreibbar ist, können entsprechende Werte von H bestimmt werden. Wie zuvor ist eine Nachschlagetabelle 60 mit der Kerntemperatur versus R_Ohm 30 und SOC 40 dabei hilfreich, die Kerntemperatur abzuschätzen. Die Genauigkeit der Gleichungen (1)–(3) ist durch die Zwangsluftströmungsrate (d. h. die Gebläsedrehzahl) und die Änderungsrate der Umgebungstemperatur (hinsichtlich der Gleichungen (2) und (3)) begrenzt.
In dem Verfahren 1 ist die zweite Abschätzung 150 eine bestimmte Kerntemperatur als eine Funktion der Wärmeenergieübertragung in zumindest einer der Zellen 210a–210h, während die erste Abschätzung 100 auf R_Ohm 30 und SOC 40 basiert, und die Anpassung erfolgt ferner in Übereinstimmung mit der folgenden Beziehung: T_core = wT₁ + (1 – w)T₂ (4)
Wobei T_core ist wie oben beschrieben, ω ein Gewichtungsfaktor ist, T₁ die bestimmte Kerntemperatur als eine Funktion der Wärmeenergieübertragung in Übereinstimmung mit der zweiten Abschätzung ist, während T₂ die bestimmte Kerntemperatur unabhängig von der Oberflächentemperatur in Übereinstimmung mit der ersten Abschätzung ist. Der Gewichtungsfaktor ω ist eine Aktion der Umgebungstemperatur-Änderungsrate und der Luftströmungsrate infolge des Ausmaßes der oben erläuterten Zwangsluftkühlung. Wenn die Umgebungstemperatur-Änderungsrate z. B. hoch ist, sollte ω größer sein, während ω kleiner sein sollte, wenn die Umgebungstemperatur stabil ist. In diesem speziellen Aspekt sollte ω im Bereich von etwa 0,001 bis etwa 1 liegen.
Die oben stehende Beschreibung und die Zeichnungen sind nur als Illustration von beispielhaften Ausführungsformen zu betrachten, welche die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung mit sich bringen. Es können Abwandlungen und Substitutionen der beschriebenen Merkmale und Schritte vorgenommen werden, ohne von dem Zweck und dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Demzufolge soll die Erfindung nicht als durch die vorhergehende/n Beschreibung und Zeichnungen eingeschränkt betrachtet werden, sondern ist nur durch den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche begrenzt.
Bezugszeichenliste
Fig. 2

1: Motorstart
2: Schätze rekursiv Rohm, Rct & Vdl ab
3: DD > TH?
4: Wärmequelle dAHR → dVoc, Voc(k) = Voc(k – 1) + dVoc, P = (V – Voc)I
5: R = (V – Voc)/I
6: Merge & LPF
7: Suche T₁ aus Rohm T-Tabelle
8: Berechne rekursiv T₂ auf der Basis von Energieströmungen
9: Tcore = schnelle Dynamik + langsame Dynamik: Tcore(k) = wT₁(k) + (1 – w)T₂(k)
10: Ruhe > A Hr; T₂(60) – T₂(0) < B; DD > TH
11: Suche Rohm, Umschalten zu Aktualisierung der Nachschlagetabelle
12: Nachschlagetabelle
13: Messe Klemmenstrom und -spannung
14: Messe Oberflächentemperatur
15: Wärmequelle P = I²Rohm + Vdl²/Rct

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Kerntemperatur einer Batterie mit einer Vielzahl von Zellen, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine erste Abschätzung der Kerntemperatur ausgeführt wird, wobei die erste Abschätzung unabhängig von der Oberflächentemperatur der Batterie ist; eine zweite Abschätzung der Kerntemperatur als eine Funktion der Wärmeenergieübertragung durch die Batterie hindurch ausgeführt wird; ein Gewichtungsfaktor auf jede von der ersten und der zweiten Abschätzung angewendet wird; und eine Kerntemperatur als eine Funktion der gewichteten ersten und zweiten Abschätzung berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gewichtungsfaktor als eine Funktion der Umgebungstemperaturänderung und der Luftströmungsrate bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Abschätzung umfasst, dass: ein Klemmenstrom zumindest einer Zelle innerhalb der Batterie gemessen wird; eine Klemmenspannung der zumindest einen Zelle gemessen wird; ein Ohm'scher Widerstand und ein Ladungszustand der zumindest einen Zelle auf der Basis des gemessenen Klemmenstromes und der gemessenen Klemmenspannung über eine rekursive Formel beschafft werden; und die erste Abschätzung auf der Basis des Ohm'schen Widerstandes und des Ladungszustands bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste Abschätzung, der Ohm'sche Widerstand und der Ladungszustand in einer Nachschlagetabelle miteinander in Beziehung gebracht werden und insbesondere ferner umfassend, dass die Nachschlagetabelle aktualisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Aktualisieren der Nachschlagetabelle umfasst, dass: die Oberflächentemperatur der Batterie bei Beendigung einer stabilen Ruheperiode gemessen wird; die gemessene Oberflächentemperatur mit der berechneten Kerntemperatur verglichen wird; die berechnete Kerntemperatur durch die gemessene Oberflächentemperatur ersetzt wird, wenn sich die gemessene Oberflächentemperatur von der berechneten Kerntemperatur unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Abschätzung umfasst, dass: der Klemmenstrom der zumindest einen Zelle gemessen wird; ein Ohm'scher Widerstand zumindest einer Zelle innerhalb der Batterie mit einer rekursiven Formel beschafft wird; eine Oberflächentemperatur der Batterie gemessen wird; und die zweite Abschätzung auf der Basis des gemessenen Klemmenstromes, des beschafften Ohm'schen Widerstandes und der gemessenen Oberflächentemperatur bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei sich die zweite Abschätzung durch eine Beziehung zwischen dem gemessenen Klemmenstrom, dem beschafften Ohm'schen Widerstand, zumindest einem von einem Wärmeleitkoeffizienten und einem Konvektionskoeffizienten und zumindest zwei von einer Kerntemperatur der zumindest einen Zelle, einer Oberflächentemperatur der zumindest einen Zelle und einer Umgebungstemperatur auszeichnet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei sich die zweite Abschätzung ferner durch eine Wärmekapazitätskonstante auszeichnet, die einer Änderung der Kerntemperatur mit der Zeit entspricht.
System zum dynamischen Abschätzen der Kerntemperatur einer Batterie, die zumindest einen Teil eines Vortriebmittels in einem Fahrzeug bereitstellt, wobei die dynamische Abschätzung eine Funktion der Wärmeenergieübertragung in der Batterie ist, wobei das System umfasst: eine Vielzahl von Sensoren, die ausgebildet sind, um Information zu übertragen, die sich auf zumindest eines von der Oberflächentemperatur der Batterie, der Umgebungstemperatur, der Klemmenspannung der Batterie und dem Klemmenstrom der Batterie bezieht; einen Controller in Signalverbindung mit der Vielzahl von Sensoren, wobei der Controller einen Prozessor und eine Speichervorrichtung mit einer Signalverbindung zwischen diesen und der Vielzahl von Sensoren umfasst; Anweisungen, die mit dem Controller zusammenwirken, um die Kerntemperatur der Batterie dynamisch als eine Funktion der Wärmeenergieübertragung dadurch abzuschätzen, wobei die Anweisungen umfassen: einen Programmcode zum Messen eines Klemmenstromes zumindest einer Zelle innerhalb der Batterie; einen Programmcode zum Beschaffen eines Ohm'schen Widerstandes zumindest einer Zelle innerhalb der Batterie mit einer rekursiven Formel; einen Programmcode zum Messen zumindest einer von der Oberflächentemperatur der Batterie und der Umgebungstemperatur; und einen Programmcode zum Bestimmen der dynamischen Abschätzung auf der Basis des gemessenen Klemmenstromes, des beschafften Ohm'schen Widerstandes und zumindest einer von der Oberflächentemperatur und der Umgebungstemperatur; und Anweisungen, die mit dem Controller zusammenwirken und ausgebildet sind, um die dynamische Abschätzung über eine Temperaturabschätzung zu korrigieren, die unabhängig von der Oberflächentemperatur der Batterie ist.
System nach Anspruch 9, wobei die Anweisungen, die ausgebildet sind, um die dynamische Abschätzung über eine Temperaturabschätzung zu korrigieren, die unabhängig von der Oberflächentemperatur der Batterie ist, umfassen: einen Programmcode zum Messen des Klemmenstromes der zumindest einen Zelle; einen Programmcode zum Messen der Klemmenspannung der zumindest einen Zelle; einen Programmcode zum Bestimmen des Ohm'schen Widerstandes und eines Ladezustandes der zumindest einen Zelle auf der Basis des gemessenen Klemmenstromes und der gemessenen Klemmenspannung über eine rekursive Formel; und einen Programmcode zum Bestimmen der Kerntemperatur auf der Basis des bestimmten Ohm'schen Widerstandes und des bestimmten Ladezustandes.