DE102012215302A1 - Verfahren und System zur Verwendung mit einer Fahrzeugbatterie - Google Patents

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Kurt M. Johnson
Joseph BISBING
Damon R. Frisch
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Abstract

Ein Verfahren und ein System zur Verwendung mit einem Fahrzeugbatteriestapel, der eine Anzahl einzelner Batteriezellen aufweist, wobei das Verfahren einzelne Zellenwiderstandswerte schätzt, extrapoliert oder anderweitig bestimmt. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform verwenden das Verfahren und das System einen Spannungs- und einen Temperaturlesewert für jede der einzelnen Batteriezellen sowie einen Spannungs- und einen Stromlesewert für den Gesamtbatteriestapel, um einen oder mehrere Zellenwiderstandswerte zu bestimmen, wie etwa einen minimalen und einen maximalen Zellenwiderstandswert für den Batteriestapel. Dieser Ansatz stützt sich auf Temperaturabweichungen im Batteriestapel, um Annahmen oder Schätzwerte hinsichtlich von Widerstandswerten einzelner Batteriezellen zu treffen. Durch die Verfügbarkeit von Widerstandswerten einzelner Zellen – statt einen Gesamtstapelwiderstandswert zu verwenden und einen Puffer einzubauen, um Zellenvariationen zu berücksichtigen – können bessere und genauere Daten auf Zellenebene beschafft werden, die wiederum Lade-, Entlade-, Zellenausgleichs- und/oder andere batteriebezogene Prozesse verbessern können.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeugbatterien und insbesondere Verfahren und Systeme zum Schätzen oder anderweitigen Bestimmen bestimmter Fahrzeugbatterieparameter, wie etwa Widerstandswerte einzelner Batteriezellen.
  • HINTERGRUND
  • Bei Fahrzeugbatterien, die eine große Anzahl einzelner Batteriezellen aufweisen, kann es manchmal schwierig sein, Daten auf Zellenebenenbasis auf genaue und effiziente Weise zu sammeln. Zum Beispiel können rechentechnische Beschränkungen und Datensynchronisationsprobleme verhindern, dass das Fahrzeug in der Lage ist, die einzelnen Zellenwiderstandswerte für jede Batteriezelle auf eine schnelle Weise, die sowohl genau als auch wirtschaftlich machbar ist, direkt zu berechnen. Eine mögliche Lösung dieser Herausforderungen besteht darin, häufig Messwerte von Batterieparametern auf Stapelebenenbasis zu erfassen und dann die Messwerte auf eine Zellenebenenbasis zu extrapolieren. Wenn Zellendaten jedoch auf der Grundlage von Stapeldaten geschätzt werden, wird oft eine konservative Schätzung benötigt, die einen Puffer verwendet, um Diskrepanzen zwischen einzelnen Batteriezellen zu berücksichtigen. Konservative Schätzungen können den Gesamtwirkungsgrad des Systems reduzieren, da die Kapazitäten jeder der Batteriezellen nicht vollständig genutzt werden können.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verwendung mit einem Fahrzeugbatteriestapel, der eine Vielzahl von Batteriezellen aufweist, bereitgestellt. Das Verfahren kann die Schritte umfassen, dass: (a) eine Vielzahl von Batteriezellentemperaturen (Tcell) gemessen wird; (b) eine Batteriestapelspannung (Vpack) und ein Batteriestapelstrom (Ipack) gemessen werden; (c) die Batteriestapelspannung (Vpack) und der Batteriestapelstrom (Ipaek) verwendet werden, um einen Batteriestapelwiderstandswert (Ωpack) zu bestimmen; und (d) die Vielzahl von Batteriezellentemperaturen (Tcell) und der Batteriestapelwiderstandswert (Ωpack) verwendet werden, um Widerstandswerte (Ωcell) von einer oder mehreren Batteriezellen zu schätzen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Verwendung mit einem Fahrzeugbatteriestapel, der eine Vielzahl von Batteriezellen aufweist, bereitgestellt. Das Verfahren kann die Schritte umfassen, dass: (a) Lesewerte auf Zellenebene gesammelt werden, wobei die Lesewerte auf Zellenebene Informationen umfassen, die eine Temperatur betreffen, die sich über den Fahrzeugbatteriestapel hinweg verteilt; (b) Lesewerte auf Stapelebene gesammelt werden; (c) die Leswerte auf Zellenebene und die Lesewerte auf Stapelebene verwendet werden, um Widerstandswerte (Ωcell) von einer oder mehreren Batteriezellen zu schätzen; und (d) die Widerstandswerte (Ωcell) der Batteriezellen verwendet werden, wenn ein Lade-, Entlade- oder Zellenausgleichsprozess der Batterie gesteuert wird.
  • ZEICHNUNGEN
  • Bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen werden hier nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und bei denen:
  • 1 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeugs (PHEV) ist;
  • 2 ein schematisches Blockdiagramm eines Teils eines beispielhaften Fahrzeugbatteriestapels ist, der eine Anzahl einzelner Batteriezellen aufweist und in einer Anzahl verschiedener Fahrzeuge verwendet werden kann, wie etwa demjenigen, das in 1 dargestellt ist; und
  • 3 ein Flussdiagramm ist, das einige der Schritte eines beispielhaften Verfahrens zur Verwendung mit einem Fahrzeugbatteriestapel, der eine Anzahl einzelner Batteriezellen aufweist, wie derjenige, der in 2 dargestellt ist, zeigt.
  • BESCHREIBUNG
  • Das Verfahren und das System, die hier beschrieben sind, können mit einem Fahrzeugbatteriestapel verwendet werden, der eine Anzahl einzelner Batteriezellen aufweist, und sie können insbesondere verwendet werden, um Widerstandswerte einzelner Zellen zu schätzen, zu extrapolieren oder anderweitig zu bestimmen. Wie vorstehend erwähnt wurde, ist es manchmal nicht möglich, den Widerstandswert und/oder andere Parameter auf einer Basis von Zelle zu Zelle direkt zu messen oder auch zu berechnen; ein derartiger Prozess kann rechentechnisch zu aufwändig sein, speziell wenn er mit einer hohen Rate oder Frequenz wiederholt werden muss. Das vorliegende Verfahren und System können eine Kombination aus Daten auf Stapelebene und Daten auf Zellenebene verwenden, um einen Zellenwiderstandswert für jede der einzelnen Batteriezellen zu schätzen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform verwenden das Verfahren und System einen Spannungs- und Temperaturlesewert für jede der einzelnen Batteriezellen sowie einen Spannungs- und Stromlesewert für den Gesamtbatteriestapel, um einen oder mehrere Zellenwiderstandswerte zu bestimmen, wie etwa den minimalen und maximalen Zellenwiderstandswert über den Batteriestapel hinweg. Dieser Ansatz kann sich auf Temperaturabweichungen im Batteriestapel stützen, um Annahmen oder Schätzungen hinsichtlich der Widerstandswerte einzelner Batteriezellen durchzuführen (die Temperatur kann den Zellenwiderstandswert beeinflussen). Wenn Widerstandswerte einzelner Zellen vorhanden sind – statt dass ein Gesamtstapelwiderstandswert verwendet wird und ein Puffer eingebaut wird, um Zellenabweichungen zu berücksichtigen – können bessere und genauere Daten auf Zellenebene beschafft werden, die wiederum das Aufladen, das Entladen, den Zellenausgleich und/oder andere batteriebezogene Prozesse verbessern können.
  • Mit Bezug auf 1 sind einige der Komponenten eines beispielhaften Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeugs (PHEV) 10 gezeigt, das mit dem Verfahren und System, die hier beschrieben sind, verwendet werden kann. Obwohl die folgende Beschreibung im Kontext dieses speziellen PHEV bereitgestellt wird, ist festzustellen, dass dieses Fahrzeug nur ein Beispiel ist und dass andere Fahrzeuge selbstverständlich stattdessen verwendet werden können. Zum Beispiel können das Verfahren und das System, die nachstehend beschrieben sind, mit einem beliebigen Typ von Fahrzeug verwendet werden, der einen Hochspannungs-Fahrzeugbatteriestapel aufweist, einschließlich eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV), eines Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeugs (PHEV), eines Elektrofahrzeugs mit erhöhter Reichweite (EREV) oder eines Batterieelektrofahrzeugs (BEV), um ein paar Möglichkeiten aufzuzählen. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Fahrzeug 10 allgemein eine Fahrzeugbatterie 30, einen Elektromotor 32, einen Wechselrichter/Umsetzer 34, eine Kraftmaschine 36, einen Generator 38 und ein Steuermodul 40.
  • 1 und 2 veranschaulichen Teile einer beispielhaften Fahrzeugbatterie 30, die elektrische Energie zum Fahrzeugantrieb sowie zur Erfüllung der anderen elektrischen Bedürfnisse des Fahrzeugs speichern kann. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Batterie 30 einen Hochspannungsbatteriestapel 50 (z. B. 40 V–600 V) mit einer Anzahl einzelner Batteriezellen 52–56, einer Anzahl von Zellenblöcken 62–66 und einem Batteriesteuermodul 70. Der Batteriestapel 50 enthält eine Ansammlung einzelner Batteriezellen 52–56, die seriell, parallel oder in einer Kombination aus beiden verbunden sein können, um eine gewünschte Spannung, Stromstärke, Kapazität, Leistungsdichte und/oder andere Leistungskennlinien zu liefern. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel sind drei Batteriezellen 52a, 52b und 52c parallel verdrahtet, um einen Zellenblock 62 zu bilden; auf ähnliche Weise bilden Batteriezellen 54a, 54b und 54c einen Zellenblock 64 und Batteriezellen 56a, 56b und 56c bilden einen Zellenblock 66. Die Zellenblöcke 62–66 wiederum sind in Reihe verdrahtet, um Teile des Batteriestapels 50 zu bilden. 2 veranschaulicht nur eine mögliche Ausführungsform des Batteriestapels 50, da andere Anordnungen, Verbindungen und/oder Ausführungsformen ebenfalls möglich sind. Zum Beispiel können mehr oder weniger als drei Batteriezellen einen Zellenblock bilden oder die Zellenblöcke können mit einer Kombination aus parallelen und seriellen Verbindungen miteinander verdrahtet sein, statt dass sie nur in Reihe miteinander verdrahtet sind.
  • Der Batteriestapel 50 kann eine beliebige geeignete Batteriechemie verwenden, einschließlich derjenigen, die auf den folgenden Technologien beruhen: Lithium-Ionen, Nickelmetallhydrid (NiMH), Nickelcadmium (NiCd), Natriumnickelchlorid (NaNiCl) oder eine andere Batterietechnologie. Gemäß einem Beispiel enthält der Batteriestapel 50 eine Anzahl von Lithium-Ionen-Batteriezellen. Der Batteriestapel 50 sollte so konstruiert sein, dass er wiederholte Lade- und Entladezyklen aushält, und er kann in Verbindung mit anderen Energiespeichervorrichtung wie etwa Kondensatoren, Superkondensatoren, Induktivitäten usw. verwendet werden. Der Fachmann wird feststellen, dass die Fahrzeugbatterie gemäß einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Ausführungsformen bereitgestellt sein kann, in einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Konfigurationen verbunden sein kann und eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Teilkomponenten enthalten kann, wie zum Beispiel Sensoren, Steuereinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die in der Technik bekannt sind.
  • Das Batteriesteuermodul 70 kann eine beliebige Vielfalt von elektronischen Verarbeitungsvorrichtungen, Speichervorrichtungen, Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen (I/O-Vorrichtungen) und anderen bekannten Komponenten umfassen und kann verschiedene Funktionen mit Bezug auf Steuerung und/oder Kommunikation durchführen. Zum Beispiel kann das Batteriesteuermodul 70 Sensorsignale von verschiedenen Batteriesensoren 100 empfangen und die Sensorsignale im Bemühen, einen oder mehrere Aspekte der Batterie 30 zu steuern, auswerten, analysieren und/oder verarbeiten. Bei einem Beispiel empfängt das Batteriesteuermodul 70 die Sensorsignale von den Batteriesensoren 100 und verpackt sie in eine Sensormeldung, und sendet die Sensormeldung dann über eine geeignete Verbindung, wie etwa einen CAN-Bus, einen Systemmanagementbus (SMBus), eine proprietäre Kommunikationskopplung usw. an das Steuermodul 40 oder eine andere Vorrichtung. Es ist möglich, dass das Batteriesteuermodul 70 Batteriesensorlesewerte sammelt und sie zusammen mit sachdienlichen Batteriekennlinien und Hintergrundinformationen, welche die Chemie der Batteriezellen, die Zellenkapazität, obere und untere Batteriespannungsgrenzen, Batteriestromgrenzen, Batterietemperaturgrenzen, Temperaturprofile, eine Batterieimpedanz, die Anzahl oder den Verlauf von Lade/Entladeereignissen usw. betreffen, in einem lokalen Speicher speichert. Es ist festzustellen, dass das Batteriesteuermodul 70 ein eigenständiges elektronisches Modul sein kann, es in ein anderes elektronisches Modul im Fahrzeug eingebaut oder darin enthalten sein kann (z. B. dem Steuermodul 40), es Teil eines größeren Netzwerks oder Systems sein kann, es in der Fahrzeugbatterie angeordnet sein kann oder außerhalb der Batterie sein kann, um ein paar Möglichkeiten aufzuzählen. Das Batteriesteuermodul 70 ist nicht auf die schematische Darstellung beschränkt, die in 2 gezeigt und vorstehend beschrieben ist. Bei einer Ausführungsform umfasst das Batteriesteuermodul 70 einen oder mehrere Batteriesensoren 100.
  • Die Batteriesensoren 100 können eine beliebige Vielfalt unterschiedlicher Erfassungskomponenten oder Elemente umfassen und können eine Vielfalt von Batteriezuständen, wie etwa Spannung, Strom, Ladezustand (SOC), Funktionszustand (SOH), Temperatur usw. überwachen. Die Batteriesensoren 100 können Sensoren umfassen, die in die Fahrzeugbatterie 30 integriert sind (z. B. eine intelligente oder smarte Batterie), extern außerhalb der Batterie angeordnet sind oder gemäß irgendeiner anderen bekannten Anordnung bereitgestellt sind. Die Batteriesensoren 100 können Batteriezustände auf einer Basis von Zelle zu Zelle, als einen Mittelwert einer Ansammlung oder eines Blocks von Zellen oder einer Region des Batteriestapels oder als einen Mittelwert des gesamten Batteriestapels oder gemäß irgendeinen anderen Verfahren, das in der Technik bekannt ist, überwachen, erfassen oder anderweitig bestimmen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfassen die Batteriesensoren 100 Spannungssensoren 102–108 zur Erfassung der Spannung einer einzelnen Batteriezelle oder eines Zellenblocks, einen Stromsensor 110 zur Erfassung eines Stromflusses durch den Batteriestapel, einen Spannungssensor (nicht gezeigt) zur Erfassung einer Gesamtstapelspannung, und eine beliebige Anzahl anderer Sensoren wie etwa Temperatursensoren 122–126 zur Erfassung der Temperatur einzelner Zellen oder Blöcke usw. Die Sensoren 102–126 können mit dem Batteriesteuermodul 70, dem Steuermodul 40 und/oder einer beliebigen anderen geeigneten Vorrichtung verbunden sein.
  • Der Elektromotor 32 kann elektrische Energie verwenden, die in der Fahrzeugbatterie 30 gespeichert ist, um ein oder mehrere Fahrzeugräder anzutreiben, was wiederum das Fahrzeug antreibt. Obwohl 1 den Elektromotor 32 schematisch als eine einzelne diskrete Vorrichtung darstellt, kann der Elektromotor mit einem Generator kombiniert sein (ein so genannter ”Mogen”) oder er kann mehrere Elektromotoren umfassen (z. B. separate Motoren für die Vorder- und Hinterräder, separate Motoren für jedes Rad, separate Motoren für unterschiedliche Funktionen usw.), um ein paar Möglichkeiten aufzuzählen. Das Fahrzeug 10 ist nicht auf irgendeinen speziellen Typ von Elektromotor begrenzt, da viele unterschiedliche Motortypen, Größen, Technologien usw. verwendet werden können. Bei einem Beispiel enthält der Elektromotor 32 einen AC-Motor (z. B. einen dreiphasigen AC-Induktionsmotor, einen mehrphasigen AC-Induktionsmotor usw.) sowie einen Generator, der bei einem regenerativen Bremsen verwendet werden kann. Der Elektromotor 32 kann gemäß einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Ausführungsformen bereitgestellt sein (z. B. AC- oder DC-Motoren, Motoren mit Bürsten oder bürstenlose Motoren, Permanentmagnetmotoren usw.), er kann in einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Konfigurationen verbunden sein und er kann eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Komponenten enthalten, wie etwa Kühlmerkmale, Sensoren, Steuereinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die in der Technik bekannt sind.
  • Der Wechselrichter/Umsetzer 34 kann als Vermittler zwischen der Fahrzeugbatterie 30 und dem Elektromotor 32 wirken, da diese zwei Vorrichtungen oftmals so konstruiert sind, dass sie in Übereinstimmung mit unterschiedlichen Betriebsparametern funktionieren. Zum Beispiel kann während eines Fahrzeugvortriebs der Wechselrichter/Umsetzer 34 die Spannung von der Batterie 30 hochtransformieren und den Strom von Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, um den Elektromotor 32 anzutreiben, während der Gleichrichter/Wechselrichter bei einem regenerativen Bremsen die von einem Bremsereignis erzeugte Spannung niedertransformieren kann und den Strom von Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln kann, sodass er korrekt durch die Batterie gespeichert werden kann. In gewisser Weise verwaltet der Wechselrichter/Umsetzer 34, wie diese unterschiedlichen Betriebsparameter (d. h. Wechselstrom gegenüber Gleichstrom, verschiedene Spannungsniveaus usw.) zusammenarbeiten. Der Wechselrichter/Umsetzer 34 kann einen Wechselrichter zum Umsetzen von DC in AC, einen Gleichrichter zum Umsetzen von AC in DC, einen Aufwärtswandler oder Transformator zum Erhöhen der Spannung, einen Abwärtswandler oder Transformator zum Verringern der Spannung, andere geeignete Energiemanagementkomponenten oder irgendeine Kombination daraus umfassen. Bei der gezeigten beispielhaften Ausführungsform sind Wechselrichter- und Umsetzereinheiten in eine einzige bidirektionale Vorrichtung integriert; jedoch sind andere Ausführungsformen selbstverständlich möglich. Es sollte erkannt werden, dass der Wechselrichter/Umsetzer 34 gemäß einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Ausführungsformen bereitgestellt sein kann (z. B. mit separaten Wechselrichter- und Umsetzereinheiten, bidirektional oder unidirektional usw.), er in einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Konfigurationen verbunden sein kann und eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Komponenten enthalten kann, wie etwa Kühlsysteme, Sensoren, Steuereinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die in der Technik bekannt sind.
  • Die Kraftmaschine 36 kann den Generator 38 unter Verwendung herkömmlicher Brennkraftmaschinentechniken antreiben und kann einen beliebigen geeigneten Typ von Kraftmaschine, der in der Technik bekannt ist, umfassen. Einige Beispiele geeignete Kraftmaschinen umfassen Benzinkraftmaschinen, Dieselkraftmaschinen, Ethanolkraftmaschinen, Kraftmaschinen mit flexiblem Kraftstoff, selbstansaugende Kraftmaschinen, Turbolader-Kraftmaschinen, Superlader-Kraftmaschinen, rotatorische Kraftmaschinen, Kraftmaschinen mit Otto-Zyklus, Attkins-Zyklus und Miller-Zyklus sowie einen beliebigen anderen geeigneten Kraftmaschinentyp, der in der Technik bekannt ist. Gemäß der hier gezeigten speziellen Ausführungsform ist die Kraftmaschine 36 eine kleine kraftstoffsparende Kraftmaschine (z. B. eine Vierzylinder-Turbolader-Kraftmaschine mit kleinem Hubraum), die ihre mechanische Ausgabe zum Drehen des Generators 38 verwendet. Der Fachmann wird feststellen, dass die Kraftmaschine 36 gemäß einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Konfigurationen bereitgestellt werden kann, in einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Konfigurationen verbunden sein kann (beispielsweise kann die Kraftmaschine 36 Teil eines parallelen Hybridsystems sein, bei dem die Kraftmaschine außerdem mit den Fahrzeugrädern mechanisch gekoppelt ist, statt dass sie ausschließlich verwendet wird, um Elektrizität zu erzeugen), und eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Komponenten umfassen kann, wie etwa Sensoren, Steuereinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die in der Technik bekannt sind.
  • Der Generator 38 ist mit der Kraftmaschine 36 mechanisch so gekoppelt, dass die mechanische Ausgabe der Kraftmaschine bewirkt, dass der Generator elektrische Energie erzeugt, die an die Fahrzeugbatterie 30, den Elektromotor 32 oder an beide geliefert werden kann. Es soll erwähnt werden, dass der Generator 38 gemäß einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Ausführungsformen bereitgestellt sein kann (z. B. können der Generator des Motors 32 und der Generator 38 zu einer einzigen Einheit kombiniert sein), er in einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Konfigurationen verbunden sein kann und eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Komponenten enthalten kann, wie etwa Sensoren, Steuereinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die in der Technik bekannt sind. Der Generator 38 ist nicht auf irgendeinen speziellen Generatortyp oder irgendeine spezielle Ausführungsform beschränkt.
  • Das Steuermodul 40 kann verwendet werden, um bestimmte Operationen oder Funktionen des Fahrzeugs 10 zu steuern, zu lenken oder anderweitig zu managen, und es enthält gemäß einer beispielhaften Ausführungsform eine Verarbeitungsvorrichtung 46 und eine Speichervorrichtung 48. Die Verarbeitungsvorrichtung 46 kann einen beliebigen Typ eines geeigneten elektronischen Prozessors umfassen (z. B. einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) usw.), der Anweisungen für Software, Firmware, Programme, Algorithmen, Skripten usw. ausführt. Dieser Prozessor ist nicht auf einen beliebigen Typ von Komponente oder Vorrichtung beschränkt. Die Speichervorrichtung 48 kann einen beliebigen Typ eines geeigneten elektronischen Speichermittels umfassen und kann eine Vielfalt von Daten und Informationen speichern. Diese umfassen beispielsweise: erfasste Batteriezustände; Nachschlagetabellen und andere Datenstrukturen; Software, Firmware, Programme, Algorithmen, Skripten und andere elektronische Anweisungen; Komponentenkennlinien und Hintergrundinformationen usw. Das vorliegende Verfahren – sowie beliebige andere elektronische Anweisungen und/oder Informationen, die für derartige Aufgaben benötigt werden – kann auch in der Speichervorrichtung 48 gespeichert oder auf andere Weise gehalten werden. Das Steuermodul 40 kann mit anderen Fahrzeugvorrichtungen und Modulen über I/O-Vorrichtungen und geeignete Verbindungen, wie etwa einem Kommunikationsbus, elektronisch verbunden sein, sodass sie nach Bedarf interagieren können. Dies sind selbstverständlich nur einige der möglichen Anordnungen, Funktionen und Fähigkeiten des Steuermoduls 40, da andere selbstverständlich möglich sind. In Abhängigkeit von der speziellen Ausführungsform kann das Steuermodul 40 ein eigenständiges elektronisches Modul sein (z. B. ein Fahrzeugintegrationssteuermodul (VICM), ein Traktions-Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (TPIM), ein Batterie-Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (BPIM) usw.), es kann in ein anderes elektronisches Modul im Fahrzeug eingebaut oder darin enthalten sein (z. B. einem Antriebsstrangsteuermodul, einem Kraftmaschinensteuermodul, einem Hybridsteuermodul usw.), oder es kann Teil eines größeren Netzwerks oder Systems sein (z. B. ein Batteriemanagementsystem (BMS), ein Fahrzeugenergiemanagementsystem usw.), um ein paar Möglichkeiten zu erwähnen.
  • Wieder sind die vorstehende Beschreibung des beispielhaften Steckdosen-Elektrofahrzeugs 10 und die Zeichnung in 1 nur dazu gedacht, eine mögliche Fahrzeuganordnung zu veranschaulichen, und dies in einer allgemeinen Weise zu tun. Eine beliebige Anzahl anderer Fahrzeuganordnungen und Architekturen, welche diejenigen umfassen, die von der in 1 gezeigten erheblich abweichen, kann stattdessen verwendet werden.
  • Mit Bezug nun auf 3 sind einige der Schritte eines beispielhaften Verfahrens 200 zur Verwendung mit einer Fahrzeugbatterie gezeigt, die eine Anzahl einzelner Batteriezellen aufweist, wie etwa diejenige, die in 1 und 2 dargestellt ist. Das Verfahren 200 kann verwendet werden, um Zellenwiderstandswerte für die einzelnen Batteriezellen zu schätzen, zu extrapolieren oder anderweitig zu bestimmen, welche wiederum genauere Daten auf Zellenebene bereitstellen können und verschiedene Prozesse mit Bezug auf eine Batterie verbessern können, wie etwa Laden, Entladen und Zellenausgleich. Wie nachstehend beschrieben wird, können Zellentemperaturen Zellenwiderstandswerte auf eine ziemlich signifikante Weise beeinflussen; dies trifft speziell bei niedrigen Temperaturen zu, bei denen die Kurve des Widerstandswerts über der Temperatur viel steiler ist. Das vorliegende Verfahren verwendet eine Kombination aus Daten auf Zellenebene und Stapelebene, die Temperaturen einzelner Zellen umfassen, um genaue Schätzungen hinsichtlich der Widerstandswerte einzelner Zellen durchzuführen, die dann verwendet werden können, um eine Steuerung und Prozesse auf Zellenebene zu verbessern.
  • Mit Schritt 210 beginnend bestimmt das Verfahren eine Batteriezellenspannung Vcell und eine Batteriezellentemperatur Tcell für eine oder mehrere der Zellen im Batteriestapel. Schritt 210 kann diese Lesewerte in einer Anzahl unterschiedlicher Weisen beschaffen. Zum Beispiel kann das Batteriesteuermodul 70 die Sensorlesewerte von den geeigneten Sensoren periodisch (z. B. alle 200 Millisekunden) anfordern, die verschiedenen Sensoren können so programmiert sein, dass sie die Sensorlesewerte periodisch an das Steuermodul 70 senden, ohne dass sie aufgefordert werden, oder die Sensoren können das Steuermodul 70 mit den Sensorlesewerten versorgen, wenn sie eine bestimmte Veränderung bei den zugrunde liegenden Zellenparametern erfassen (z. B. einen bestimmten Temperaturanstieg oder -abfall, einen Spannungsanstieg oder -abfall usw.), um ein paar Möglichkeiten zu erwähnen. Gemäß einer Ausführungsform messen die Spannungssensoren 102–104, 104–106 und 106–108 Batteriezellenspannungen Vcell für die Zellen 52a–52c, 54a–54c bzw. 56a–56c, und die Temperatursensoren 122, 124 und 126 messen Batteriezellentemperaturen Tcell für die Zellen 52a–52c, 54a–54c bzw. 56a–56c. Die Spannungs- und Temperatursensoren können die Zellenparameter jeder Zelle im Batteriestapel 50 messen oder anderweitig beschaffen, oder sie können die Zellenparameter nur für eine Stichprobe oder einen Teilsatz der Batteriezellen messen. Selbstverständlich sind andere Anordnungen möglich, etwa dort, wo alle Batteriezellen miteinander in Reihe verbunden sind, statt dass sie die in 2 dargestellten parallel verbundenen Zellenblöcke aufweisen.
  • Es ist festzustellen, dass die Frequenz, mit der die Sensorlesewerte abgetastet oder gesammelt werden, in Abhängigkeit von einer Anzahl von Batteriekennlinien variieren kann (z. B. Batteriechemie, Anzahl der Zellen, ob sich die Batterie in einem Lade- oder Entlademodus befindet, usw.). Wenn zum Beispiel eine Zellentemperatur oder -spannung im Lauf der Zeit nicht signifikant variiert, dann kann die Abtastrate niedriger sein als diejenige eines Parameters, der sich schneller ändert. Dies erklärt, warum einige der Daten auf Zellenebene mit einer ersten Rate abgetastet oder gesammelt werden können (z. B. sammelt Schritt 210 Sensorlesewerte alle 200 Millisekunden), und einige der Daten auf Stapelebene mit einer zweiten schnelleren Rate gesammelt werden (z. B. sammelt Schritt 220 Sensorlesewerte alle 25 Millisekunden). Obwohl die Beschreibung hier in Verbindung mit Daten auf Zellenebene bereitgestellt ist (z. B. Zellentemperatur, Zellenspannung usw.), kann Schritt 210 genauso leicht auf Basis einer Blockebene funktionieren, bei der die Parameter repräsentativ für einen ganzen Zellenblock sind, wie etwa die Zellenblöcke 62–66. In einigen Fällen werden die Daten auf Zellenebene und Blockebene gleich sein. Der Fachmann wird erkennen, dass die Verwendung von Blöcken aus parallel verbundenen Zellen ein Kostenvorteil sein kann, da diese die Anzahl der verwendeten Sensoren und die benötigen Verarbeitungs- und Speicherressourcen minimieren wird.
  • Als nächstes bestimmt Schritt 220 die Batteriestapelspannung Vpack und den Batteriestapelstrom Ipack und kann dies in einer Vielfalt von Weisen tun. Die Batteriestapelspannung kann durch Messen des Gesamtspannungsabfalls über den gesamten Batteriestapel 50 hinweg bestimmt werden, während der Batteriestapelstrom mit dem Stromsensor 110 oder einem anderen geeigneten Sensorelement gemessen werden kann. Wie bei dem vorherigen Schritt kann auch Schritt 220 Messwerte auf Stapelebene periodisch, nicht periodisch, an Ansprechen auf eine Anforderung vom Steuermodul 70, ohne vom Steuermodul aufgefordert zu werden, oder gemäß einer beliebigen anderen geeigneten Anordnung, die in der Technik bekannt ist, sammeln. Alle vorstehend in Verbindung mit Schritt 210 offenbarten potentiellen Techniken und Ausführungsformen sind auf Schritt 220 ebenfalls anwendbar. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform für Schritt 220 messen Spannungssensoren die Batteriestapelspannung Vpack, während der Stromsensor 110 den Batteriestapelstrom Ipack synchron misst. Diese Messwerte können mit einer schnelleren Rate (z. B. alle 25 Millisekunden) als derjenigen aufgenommen werden, die von Schritt 210 verwendet wird. Anders ausgedrückt kann Schritt 220 Messwerte oder Lesewerte auf Stapelebene mit einer schnelleren Rate sammeln, als Schritt 210 Messwerte oder Lesewerte auf Zellenebene sammelt. Eine mögliche Erklärung für die unterschiedlichen Raten besteht darin, dass sich bestimmte Lesewerte auf Stapelebene aufgrund des Verbundeffekts aller miteinander verbundenen Zellen schneller ändern können als Lesewerte auf Zellenebene. Die Sensorlesewerte auf Stapelebene für die Spannung und den Strom müssen möglicherweise auf synchrone Weise beschafft werden, damit sie bei der Berechnung des Batteriestapelwiderstandswerts korrekt verwendet werden können.
  • Schritt 230 führt Justierungen oder Modifikationen an einem oder mehreren Sensorlesewerten durch, etwa der Batteriestapelspannung (Vpack) und/oder dem Batteriestapelstrom (Ipack) um Phänomene wie etwa Hysterese und Polarisierung zu berücksichtigen. Es gibt viele unterschiedliche Techniken zum Durchführen von Schritt 230, welche umfassen, dass Justierungen an den Daten durch die Verwendung von Nachschlagetabellen, Rechenalgorithmen (z. B. Nernst-Gleichung), Modellierungsalgorithmen usw. vorgenommen werden. Bei diesem Schritt kann eine beliebige geeignete Technik zum Entfernen der Auswirkungen der Hysterese, der Polarisierung oder beliebiger anderer nicht idealer Komponenten, welche die Sensorlesewerte oder Daten verfälschen können, verwendet werden. Das Ausmaß der Hysterese und/oder Polarisierung kann durch die Batteriechemie, die Anzahl der Zellen, das Alter der Batterie sowie eine große Menge anderer Faktoren beeinflusst werden. Zum Beispiel kann eine Lithium-Ionen- oder NiMH-Batterie durch Hysterese beeinflusst werden, wenn ein Leerlaufspannungs-Messwert (OCV-Messwert) aufgenommen wird, die eine Folge thermodynamischer Entropieeffekte, von mechanischer Belastung, mikroskopischen Verzerrungen usw. sein kann. Auf ähnliche Weise kann die Batterie aufgrund von sehr schnellen und/oder sehr langsamen Lade- oder Entladeraten durch Polarisierung oder andere makroskopische Effekte beeinflusst werden. Diese Effekte können dazu führen, dass Batteriedaten viele überlagerte Effekte umfassen, von denen jeder für den interessierenden Widerstandsschätzwert sachdienlich sein kann oder nicht. Es ist zu erkennen, dass Schritt 230 optional und nicht zwingend ist, da es nicht immer notwendig sein muss, diese Komponenten aus den Sensorlesewerten aktiv zu entfernen.
  • Als nächstes verwendet Schritt 240 einen oder mehrere der Sensorlesewerte, um den Widerstandswert Ωpack des Batteriestapels zu bestimmen.
  • Der Widerstandwert des Batteriestapels stellt allgemein den Gesamtwiderstandwert des gesamten Batteriestapels 50 dar und enthält daher die kombinierten oder kollektiven Widerstandswerte der einzelnen Batteriezellen. Eine mögliche Ausführungsform der Durchführung von Schritt 240 umfasst, dass das Steuermodul 70 den Widerstandswert Ωpack des Batteriestapels berechnet oder schätzt, indem es die Werte für die Batteriestapelspannung Vpack und den Batteriestapelstrom Epack in den mathematischen Ausdruck für das ohmsche Gesetz (V = I·R) einspeist. Die Berechnung kann unter Verwendung von Regressionstechniken durchgeführt werden, welche vorherige Werte für Vpack und Ipack verwenden (z. B. Werte oder Daten, die mehrere Minuten zurückreichen). Der Fachmann wird erkennen, dass derartige Regressionstechniken für gewöhnlich in hohem Maß synchron sein müssen und schnell gemessene Sensorlesewerte umfassen. Derartige Techniken können geeignet sein, um einen einzigen Widerstandswert des gesamten Stapels zu bestimmen, aber sie sind oftmals rechentechnisch zu aufwändig, um die Widerstandswerte aller einzelnen Batteriezellen zu bestimmen. Andere Techniken können zur Ausführung von Schritt 240 verwendet werden, da dieser Schritt nicht auf die regressive Widerstandswertberechnung des Batteriestapels begrenzt ist, die vorstehend offenbart ist.
  • Schritt 250 bestimmt einen oder mehrere Widerstandswerte einzelner Batteriezellen, wie etwa einen minimalen Zellenwiderstandswert Ωcellmin und/oder einen maximalen Zellenwiderstandswert Ωcellmax. Bei einer beispielhaften Ausführungsform schätzt Schritt 250 einen Batteriezellenwiderstandswert für jede einzelne Batteriezelle im Batteriestapel 50 oder bestimmt ihn auf andere Weise; bei einer anderen Ausführungsform bestimmt Schritt 250 einen Batteriezellenwiderstandswert nur für bestimmte Zellen, wie etwa die Zellen, von denen erwartet wird, dass sie die höchsten und niedrigsten Widerstandswerte aufweisen. Das Schätzen nur der maximalen und minimalen Zellenwiderstandswerte im Gegensatz zum Schätzen der Widerstandswerte aller Zellen kann die Komplexität, die benötigte Verarbeitungszeit und die benötigten Verarbeitungsressourcen reduzieren. Es gibt mehrere mögliche Wege zum Durchführen von Schritt 250, einschließlich der Verwendung eines ersten Schätzwerts und zweiter Schätzwerte.
  • Gemäß dem ersten Schätzwert dividiert das Verfahren den Widerstandswert Ωpack des Gesamtbatteriestapels einfach durch die Anzahl der betroffenen Batteriestapeleinheiten (zur Bestimmung der Widerstandswerte einzelner Batteriezellen kann der Stapelwiderstandswert Ωpack durch die Anzahl der Zellen im Stapel dividiert werden; zur Bestimmung der Widerstandswerte von Zellenblöcken kann der Stapelwiderstandswert Ωpack durch die Anzahl der Zellenblöcke im Stapel dividiert werden). Der erste Schätzwert kann einen Schätzwert vom Grundlinientyp für den Zellenwiderstandswert liefern, der dann verbessert werden kann, indem andere Batterieparameter verwendet werden. Zum Beispiel kann der erste Schätzwert für den Batteriezellenwiderstandswert Ωcell verbessert oder genauer gemacht werden, indem der mittlere Zellenwiderstandswert für den Batteriestapel auf der Grundlage der einzelnen Batteriezellenspannungen Vcell, die zuvor bei Schritt 210 erfasst wurden, nach oben oder nach unten justiert wird. Es können andere Techniken verwendet werden, um die Genauigkeit des ersten Schätzwerts zu justieren oder zu verbessern oder bei einer anderen Ausführungsform kann der erste Schätzwert einfach der Widerstandswert Ωpack des Gesamtbatteriestapels dividiert durch die Anzahl der Batteriezellen sein. Der erste Schätzwert kann einen in etwa genauen Schätzwert hinsichtlich des Widerstandswerts einzelner Batteriezellen liefern, aber er berücksichtigt die Temperaturverteilung über den Batteriestapel hinweg nicht; die Temperaturverteilung kann durch den zweiten Schätzwert angesprochen werden.
  • Gemäß dem zweiten Schätzwert bestimmt das Verfahren einen oder mehrere Batteriezellenwiderstandswerte Ωcell unter Verwendung der Temperaturverteilung über den Batteriestapel hinweg. Die ersten und zweiten Schätzwerte können separat oder unabhängig voneinander verwendet werden, oder wie im Fall der nachstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform können die ersten und zweiten Schätzwerte in einem zweistufigen oder zweiphasigen Prozess, der die Genauigkeit der Schätzwerte des Zellenwiderstandswerts verbessert, zusammen verwendet werden. Gemäß einer möglichen Ausführungsform für einen derartigen zweistufigen Prozess ist der erste Schätzwert ein anfänglicher Grundlinienschätzwert und der zweite Schätzwert ist ein anschließend verfeinerter Schätzwert, der die Genauigkeit der Batteriezellenwiderstandswerte Ωcell weiter verbessert, indem er die Temperatur der einzelnen Zellen mit ihrem Widerstandswert korreliert. Der zweite Schätzwert kann eine oder mehrere Nachschlagetabellen, Multiplikatoren, Versatzwerte und/oder andere Werkzeuge auf der Grundlage von empirischen oder anderen Temperatur/Widerstandswert-Daten verwenden, um die Grundlinienschätzwerte für den Batteriezellenwiderstandswert nach oben oder nach unten zu justieren.
  • Es wird das Beispiel betrachtet, bei dem der mittlere Batteriezellenwiderstandswert Ωcell für den Gesamtbatteriestapel 1,0 Ω beträgt, wie durch den ersten Schätzwert bestimmt wurde, die mittlere Batteriezellentemperatur Tcell über den Stapel hinweg 30°C beträgt und das Verfahren versucht, den Zellenwiderstandswert für eine erste Zelle, die eine Temperatur von 32°C aufweist, und eine zweite Zelle, die eine Temperatur von 29°C aufweist, zu bestimmen. Unter Verwendung einer Nachschlagetabelle oder einer anderen Datenstruktur kann Schritt 250 bestimmen, dass der ersten Batteriezelle, weil ihre Temperatur um 2°C höher oder wärmer als die mittlere Zellentemperatur ist, ein Versatzwert von –0,25 Ω oder –25% zugeordnet werden soll, was zu einem geschätzten Zellenwiderstandswert Ωcell von 0,75 Ω führt. Im Allgemeinen weisen wärmere Batteriezellen niedrigere Zellenwiderstandswerte als kältere auf. Im Gegensatz dazu weist die zweite Batteriezelle eine Temperatur auf, die um 1°C niedriger oder kühler als die mittlere Zellentemperatur ist, und daher kann ihr ein Versatzwert von +0,15 Ω oder +15% zugeordnet werden, was zu einem geschätzten Zellenwiderstandswert Ωcell von 1,15 Ω führt. Der Versatzwert, der vom zweiten Schätzwert verwendet wird, um den Zellenwiderstandwert nach oben oder nach unten zu justieren, kann ein Absolutwert sein (z. B. 0,25 Ω, 0,15 Ω usw.), es kann ein Prozentsatz, ein Verhältnis oder ein Bruchteil (z. B. 25%, 15% usw.) sein, oder es kann ein positiver oder ein negativer Wert sein, um mehrere Möglichkeiten zu erwähnen. Darüber hinaus kann die Beziehung zwischen Versatzwert und Temperaturdifferenz nicht linear sein, da die Beziehung exponentiell werden kann, wenn die Batteriezellentemperatur weiter vom Mittelwert abweicht oder sich in extremere Temperaturbereiche bewegt. Dies kann besonders beim unteren oder kälteren Ende des Temperaturspektrums zutreffen.
  • Wie vorstehend angegeben wurde, ist es nicht notwendig, dass Schritt 250 den Zellenwiderstandswert für jede Batteriezelle im Batteriestapel 50 schätzt, da er stattdessen nur den Zellenwiderstandswert für bestimmte Zellen schätzen kann. Zum Beispiel kann Schritt 250 die minimalen und maximalen Zellenwiderstandswerte (Ωcellmin und Ωcellmax) für den Batteriestapel auf der Grundlage der Batteriezellen mit den höchsten bzw. niedrigsten Temperaturen (Tcellhigh und Tcelllow) schätzen, und er kann dies unter Verwendung einer beliebigen der vorstehend beschriebenen Techniken tun. Bei einer Ausführungsform wählt Schritt 250 die wärmsten und kältesten Batteriezellen aus, verwendet eine Nachschlagetabelle oder dergleichen, um einen Versatzwert zu bestimmen und bestimmt dann unter Verwendung der abgeleiteten Versatzwerte die maximalen und minimalen Zellenwiderstandswerte. Die Kenntnis der minimalen und maximalen Zellenwiderstandswerte innerhalb eines Batteriestapels kann hilfreich sein, speziell wenn der Fluss elektrischer Leistung in den Batteriestapel hinein oder aus diesem heraus gesteuert wird oder wenn der Batteriestapel auf Probleme hin diagnostiziert wird. Zur Veranschaulichung sind viele Fahrzeugbatteriesteuerungen für eine Stapelebene statt eine Zellenebene konstruiert und verwenden oftmals Puffer oder Totzonen, die in ihre Ladeschwellenwerte eingebaut sind, um diejenigen Zellen zu schützen, die Widerstandswerte über dem Mittelwert aufweisen. Ohne diese Puffer könnten die Batteriezellen mit einem höheren Widerstandswert bei einem Ladeprozess überladen und beschädigt werden, jedoch erfolgt dieser Schutz auf Kosten der Leistung. Das vorliegende Verfahren kann in der Lage sein, Batterielade- und/oder Entladeprozesse effizienter zu steuern, indem es die Schwellenwerte direkt bis zu den Grenzen verschiebt, die durch die minimalen und maximalen Zellenwiderstandswerte (Ωcellmin und Ωcellmax) festgelegt sind, statt mit konservativen Puffer übermäßig kompensieren zu müssen. Außerdem sind im Bereich der Batteriediagnose zusätzliche Vorteile möglich, da Spannungsabweichungen von Zelle zu Zelle eine Anzeige dafür sein können, dass ein Batteriestapel ausfällt. Eine gewisse Zellenspannungsvariation ist jedoch aufgrund von Variationen beim Zellenwiderstandswert naturgegeben, die durch die Temperaturverteilung über den Stapel hinweg verursacht werden. Folglich kann das vorliegende Verfahren eine zuverlässigere Anzeige der Funktionsfähigkeit oder des Zustands des Batteriestapels liefern und unnötige Batteriestapelaustauschkosten vermeiden.
  • Das vorliegende Verfahren kann auf einer Einzelzellenbasis oder auf einer Zellenblockbasis verwendet werden, wie vorstehend erörtert wurde. Bei dem Beispiel, bei dem ein Batteriestapel mit parallel verbundenen Zellen in der Form von Zellenblöcken angeordnet ist, wie in 2 dargestellt ist, können die Zellen eines Blocks so betrachtet werden, dass sie alle den gleichen Widerstandswert aufweisen. Geeignete Techniken zur Bestimmung des kombinierten Widerstandswerts von Zellen, die parallel und/oder in Reihe verbunden sind, sind in der Technik umfassend bekannt und können verwendet werden. Auf den kombinierten Widerstandswert des Zellenblocks kann ein Versatzwert oder Multiplikator angewendet werden, um einen genaueren Zellenblockwiderstandswert zu bestimmen, wenn ein derartiger Wert benötigt wird. Die Temperaturverteilung über den Batteriestapel 50 hinweg kann ein guter Parameter zur Verwendung beim vorliegenden Verfahren aufgrund ihrer sich langsam ändernden Natur sein, welche die Schätzung des Widerstandswerts einzelner Zellen mit verringerter Prozessorzusatzbelastung ermöglicht.
  • Bei Schritt 260 kann das Verfahren zurückspringen und die Schritte 220–250 wiederholen. Dieser Prozess kann andauern, solange das Fahrzeug ”eingeschaltet” ist, da das Verfahren seine Schätzwerte für einen oder mehrere Batteriezellenwiderstandswerte konstant aktualisiert. Bei einer Ausführungsform werden Lesewerte Vcell und Tcell für die Zellenspannung und die Zellentemperatur mit einer langsameren Rate (z. B. alle 100 Millisekunden, 200 Millisekunden usw.) als die Lesewerte Vpack und Ipack für die Stapelspannung und den Stapelstrom (z. B. alle 10 Millisekunden, alle 25 Millisekunden) gemessen. Dies kann dazu führen, dass Vpack und Ipack für jeden Lesewert von Vcell und Tcell mehrmals gemessen werden, und dies kann zu aktuellen Werten für Ωcellmin und Ωcellmax führen, da deren Werte falls notwendig jedes Mal aktualisiert werden, wenn Vpack und Ipack neu gemessen werden. Der Fachmann wird feststellen, dass die Beziehung von Batteriewiderstandswert zur Temperatur speziell bei niedrigen Temperaturen eine steile Beziehung aufweisen kann (d. h. eine kleine Temperaturvariation kann zu einer großen Veränderung beim Widerstandswert führen). Das Aktualisieren von Ωcellmin und Ωcellmax kann zur genauen Einstellung von Steuerpunkten oder Schwellenwerten auf Stapelebene oft von Vorteil sein (verbesserte Kraftstoffeffizienz) und zur Unterscheidung realer Zellenabweichungen von temperaturbasierten (verringerte Batterieaustauschkosten), um einige mögliche Vorteile zu nennen.
  • Schritt 270 verwendet die minimalen und maximalen Zellenwiderstandswerte Ωcellmin und Ωcellmax bei einer oder mehreren Operationen, die mit der Fahrzeugbatterie verbunden sind. Wie bereits erläutert wurde, können die Zellenwiderstandsschätzwerte für Lade-, Entlade-, Zellenausgleichs- und/oder andere Batteriesteuerprozesse verwendet werden, bei denen ein Leistungsfluss oder Energiefluss in die Fahrzeugbatterie hinein oder aus dieser heraus vorliegt. Die Zellenwiderstandsschätzwerte können außerdem zur Diagnose der Fahrzeugbatterie verwendet werden. Es sich auch andere potentielle Verwendungen oder Anwendungen für die minimalen und maximalen Zellenwiderstandswerte Ωcellmin und Ωcellmax möglich. Schritt 270 kann auf der Grundlage einer Unterbrechung (z. B. wenn das Fahrzeug eine regenerative Bremsoperation erfährt), einer periodischen Basis oder einer anderen geeigneten Basis durchgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung keine Definition der Erfindung ist, sondern eine Beschreibung einer oder mehrerer bevorzugter beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf die hier offenbarten speziellen Ausführungsformen begrenzt, sondern ist stattdessen nur durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Darüber hinaus betreffen die in der vorstehenden Beschreibung enthaltenen Aussagen spezielle Ausführungsformen und dürfen nicht als Beschränkungen des Umfangs der Erfindung oder der Definition von Begriffen, die in den Ansprüchen verwendet werden, aufgefasst werden, außer dort, wo ein Begriff oder ein Ausdruck vorstehend explizit definiert ist. Dem Fachmann werden sich verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Veränderungen und Modifikationen an den offenbarten Ausführungsformen offenbaren. Zum Beispiel ist die spezielle Kombination und Reihenfolge von Schritte nur eine Möglichkeit, da das vorliegende Verfahren eine Kombination von Schritten umfassen kann, die weniger, mehr oder andere Schritte als diejenigen, die hier gezeigt sind, aufweist. Alle derartigen anderen Ausführungsformen, Veränderungen und Modifikationen sollen im Umfang der beigefügten Ansprüche liegen.
  • Die Begriffe ”zum Beispiel”, ”z. B.”, ”beispielsweise”, ”wie etwa” und ”wie” und die Verben ”umfassend”, ”aufweisend”, ”enthaltend” und deren weitere Verbformen müssen, so wie sie in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, wenn sie in Verbindung mit einer Aufzählung einer oder mehrerer Komponenten oder anderer Gegenstände verwendet werden, jeweils als offen aufgefasst werden, was bedeutet, dass die Aufzählung nicht so aufgefasst werden darf, dass sie andere zusätzliche Komponenten oder Gegenstände ausschließt. Andere Begriffe müssen unter Verwendung ihrer weitesten vernünftigen Bedeutung betrachtet werden, sofern sie nicht in einem Kontext verwendet werden, der eine andere Interpretation erfordert.

Claims (13)

  1. Verfahren zur Verwendung mit einem Fahrzeugbatteriestapel, der eine Vielzahl von Batteriezellen aufweist, das die Schritte umfasst, dass: (a) eine Vielzahl von Batteriezellentemperaturen (Tcell) gemessen wird; (b) eine Batteriestapelspannung (Vpack) und ein Batteriestapelstrom (Ipack) gemessen werden; (c) die Batteriestapelspannung (Vpack) und der Batteriestapelstrom (Ipack) verwendet werden, um einen Batteriestapelwiderstandswert (Ωpack) zu bestimmen; und (d) die Vielzahl von Batteriezellentemperaturen (Tcell) und der Batteriestapelwiderstandswert (Ωpack) verwendet werden, um einen oder mehrere Batteriezellenwiderstandswerte (Ωcell) zu schätzen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner umfasst, dass eine Vielzahl von Batteriezellentemperaturen (Tcell) und eine Vielzahl von Batteriezellenspannungen (Vcell) gemessen werden; und Schritt (d) ferner umfasst, dass die Vielzahl von Batteriezellentemperaturen (Tcell), die Vielzahl von Batteriezellenspannungen (Vcell) und der Batteriestapelwiderstandswert (Ωpack) verwendet werden, um einen oder mehrere Batteriezellenwiderstandswerte (Ωcell) zu schätzen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner umfasst, dass eine Vielzahl von Batteriezellentemperaturen (Tcell) gemessen wird, wobei jede Batteriezellentemperatur (Tcell) einen Zellenblock darstellt, der eine Vielzahl einzelner Batteriezellen umfasst, die parallel verbunden sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (a) ferner umfasst, dass die Vielzahl von Batteriezellentemperaturen (Tcell) mit einer ersten Rate gemessen wird; und Schritt (b) ferner umfasst, dass die Batteriestapelspannung (Vpack) und der Batteriestapelstrom (Ipack) mit einer zweiten Rate gemessen werden, wobei die zweite Rate schneller als die erste Rate ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (b) ferner umfasst, dass die Batteriestapelspannung (Vpack) und der Batteriestapelstrom (Ipack) auf synchrone Weise gemessen werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (c) ferner umfasst, dass eine Hysteresekomponente und/oder eine Polarisierungskomponente entfernt werden, bevor die Batteriestapelspannung (Vpack) und der Batteriestapelstrom (Ipack) verwendet werden, um den Batteriestapelwiderstandswert (Ωpack) zu bestimmen.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (c) ferner umfasst, dass eine Regressionstechnik und vorherige Lesewerte für die Batteriestapelspannung (Vpack) und den Batteriestapelstrom (Ipack) verwendet werden, um den Batteriestapelwiderstandswert (Ωpack) zu bestimmen.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (d) ferner umfasst, dass ein erster und ein zweiter Schätzwert verwendet werden, um einen Zellenwiderstandswert zu bestimmen, wobei der erste Schätzwert den Batteriestapelwiderstandswert (Ωpack) verwendet, um einen Grundlinienschätzwert für den Zellenwiderstandswert bereitzustellen, und der zweite Schätzwert eine oder mehrere Batteriezellentemperaturen (Tcell) verwendet, um den Grundlinienschätzwert nach oben oder nach unten zu justieren.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der zweite Schätzwert eine Nachschlagetabelle und eine Temperaturdifferenz zwischen einer Zellentemperatur und einer mittleren Zellentemperatur über die Fahrzeugbatterie hinweg verwendet, um einen Versatzwert zum Justieren des Grundlinienschätzwerts nach oben oder nach unten zu bestimmen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Versatzwert für Zellentemperaturen, die größer als die mittlere Zellentemperatur über die Fahrzeugbatterie hinweg sind, negativ ist und für Zellentemperaturen, die kleiner als die mittlere Zellentemperatur über die Fahrzeugbatterie hinweg sind, positiv ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt (d) ferner umfasst, dass die Vielzahl von Batteriezellentemperaturen (Treu) und der Batteriestapelwiderstandswert (Ωpack) verwendet werden, um einen minimalen Batteriezellenwiderstandswert (Ωcellmin) und einen maximalen Batteriezellenwiderstandswert (Ωcellmax) zu schätzen, ohne alle Batteriezellenwiderstandswerte dazwischen zu schätzen.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfasst, dass: (e) der eine oder die mehreren Batteriezellenwiderstandswerte (Ωcell) verwendet wird bzw. werden, um den Batteriestapel zu diagnostizieren und beschädigte Batteriezellen zu identifizieren.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfasst, dass: (e) der eine oder die mehreren Batteriezellenwiderstandswerte (Ωcell) verwendet wird bzw. werden, um die Steuersignale zu bestimmen, die zum Laden und/oder Entladen des Batteriestapels verwendet werden.
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