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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Fahrzeugbatterie und insbesondere ein Verfahren zum genauen Schätzen eines oder mehrerer Fahrzeugbatterieparameter, etwa eines Ladezustands (SOC).
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HINTERGRUND
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Der Ladezustand (SOC) einer Hochspannungsbatterie, etwa von dem Typ, der in Hybridelektrofahrzeugen (HEVs) häufig zum Fahrzeugvortrieb verwendet wird, bezeichnet allgemein die Ladungs- oder Energiemenge, die in der Batterie verbleibt, und wird für gewöhnlich mithilfe eines Prozentsatzes ausgedrückt. Der Fachmann wird feststellen, dass es wünschenswert sein kann, bestimmte Arten von Batterien, wie etwa diejenigen, die auf einer Lithium-Ionen-Chemie beruhen, in einem vorbestimmten Ladezustandsbereich zu halten. Ein Überladen und/oder Unterladen bzw. übermäßiges Entladen der Batterie, sodass ihr Ladezustand über die Grenzen oder Grenzwerte des vorbestimmten Ladezustandsbereichs hinaus geht, kann zu einer verringerten Batterielebensdauer, Batterieleistung, Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs und/oder zu anderen ungewünschten Konsequenzen führen.
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Entsprechend ist es wünschenswert, über einen genauen Ladezustandsschätzwert (SOC-Schätzwert) für die Batterie zu verfügen, da es sich als schwierig erweisen kann, die Batterie im vorbestimmten Ladezustandsbereich auf korrekte Weise zu halten, wenn der gegenwärtige Ladezustandswert nicht genau bekannt ist. Ein Faktor, der die Genauigkeit des Ladezustandsschätzwerts potentiell beeinflussen kann, ist die Prozessorgeschwindigkeit; das heißt, die Geschwindigkeit der Steuerungsmodulprozessoren, welche diejenigen Vorrichtungen verwalten, die Energie verbrauchen, und die die Ladezustandsberechnungen durchführen. Wenn beispielsweise ein Federungssteuerungsmodul mit einer schnelleren Prozessorgeschwindigkeit als ein Batteriesteuerungsmodul arbeitet, welches die tatsächlichen Ladezustandsberechnungen durchführt, dann kann es sein, dass das Batteriesteuerungsmodul nicht die gesamte Energie berücksichtigt, die von den Federungsvorrichtungen unter der Verwaltung des Federungssteuerungsmoduls gerade verbraucht wird. Dies kann zu einem fehlerhaft niedrigen Ladezustandsschätzwert führen, was wiederum das Halten der Batterie im vorbestimmten Ladezustandsbereich erschwert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Schätzen eines Fahrzeugbatterieparameters bereitgestellt. Das Verfahren kann die Schritte umfassen, dass: (a) ein Anfangswert für den Fahrzeugbatterieparameter bestimmt wird, der geschätzt wird, wobei der Anfangswert auf Daten beruht, die mit einer ersten Abtastrate gesammelt wurden; (b) ein Justierungsfaktor für den Fahrzeugbatterieparameter bestimmt wird, der gerade geschätzt wird, wobei der Justierungsfaktor auf Daten beruht, die mit einer zweiten Abtastrate gesammelt wurden, die schneller als die erste Abtastrate ist; und (c) der Anfangswert mit dem Justierungsfaktor modifiziert wird, um einen Gesamtwert für den Fahrzeugbatterieparameter zu bestimmen, der gerade geschätzt wird. Der Gesamtwert kann Veränderungen bei dem Fahrzeugbatterieparameter berücksichtigen, die in den Daten dargestellt sind, die mit der zweiten Abtastrate gesammelt wurden, aber nicht in den Daten dargestellt sind, die mit der ersten Abtastrate gesammelt wurden.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren zum Schätzen eines Ladezustands (SOC) für eine Fahrzeugbatterie bereitgestellt. Das Verfahren kann die Schritte umfassen, dass: (a) ein Anfangswert für den Ladezustand bestimmt wird, wobei der Anfangswert auf Daten beruht, die von einer ersten Vorrichtung gesammelt wurden; (b) ein Justierungsfaktor für den Ladezustand bestimmt wird, wobei der Justierungsfaktor auf Daten beruht, die von einer zweiten Vorrichtung gesammelt wurden, welche Daten schneller als die erste Vorrichtung sammelt; und (c) der Anfangswert mit dem Justierungsfaktor modifiziert wird, um einen Gesamtwert für den Ladezustand zu bestimmen. Der Gesamtwert kann Veränderungen am Ladezustand berücksichtigen, die in den Daten dargestellt sind, die von der zweiten Vorrichtung gesammelt wurden, aber nicht in den Daten dargestellt sind, die von der ersten Vorrichtung gesammelt wurden.
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ZEICHNUNGEN
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Bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen werden hier nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:
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1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem beispielhaften Batteriesteuerungssystem ist;
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2 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens ist, das mit einem Batteriesteuerungssystem verwendet werden kann, etwa demjenigen, das in 1 gezeigt ist, um einen Fahrzeugbatterieparameter zu schätzen; und
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3 ein Graph ist, der den Energieverbrauch als Funktion der Zeit für eine beispielhafte Vorrichtung oder einen beispielhaften Aktor aufzeichnet und zur Veranschaulichung eines oder mehrerer der in 2 gezeigten Schritte beiträgt.
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BESCHREIBUNG
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Das Verfahren und System, die nachstehend beschrieben sind, können verwendet werden, um einen oder mehrere Fahrzeugbatterieparameter, etwa einen Ladezustand (SOC), genau zu schätzen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sammelt ein Batteriesteuerungsmodul Standardbatterielesewerte zum Schätzen des Ladezustands mit einer relativ langsamen Abtastrate. Das Batteriesteuerungsmodul empfängt Justierungsdaten von einem oder mehreren Steuerungsmodulen, die irgendwo im Fahrzeug angeordnet sind, wobei die Steuerungsmodule Lesewerte mit schnelleren Abtastraten sammeln und dann die Informationen an das langsamere Batteriesteuerungsmodul liefern. Die Justierungsdaten von den schnelleren Steuerungsmodulen stellen Energieverbrauchs- und/oder Erzeugungsereignisse dar, die zwischen den Lesewerten stattfinden, die von dem Batteriesteuerungsmodul mit der langsameren Abtastrate erfasst wurden, und ermöglichen dem Verfahren, eine genauere und vollständigere Schätzung des Ladezustands durchzuführen. Obwohl die folgende Beschreibung im Kontext eines Ladezustands (SOC) bereitgestellt ist und beispielhafte Federungs- und Bremsensteuerungssysteme umfasst, ist festzustellen, dass das vorliegende System und Verfahren verwendet werden können, um andere Batterieparameter (als den Ladezustand) zu schätzen, und mit anderen Modulen, Vorrichtungen, Systemen usw. irgendwo im Fahrzeug verwendet werden können (andere als Federungs- und Bremsensteuerungssysteme). Zum Beispiel können das vorliegende System und Verfahren mit Sicherheitssystemen, Stabilitätssystemen und Bremsenantiblockiersystemen (ABS) des Fahrzeugs verwendet werden, um ein paar Möglichkeiten aufzuzählen.
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Mit Bezug auf 1 ist eine allgemeine und schematische Ansicht eines beispielhaften Fahrzeugs 10 gezeigt, das ein Batteriesteuerungssystem 12 aufweist. Es ist festzustellen, dass das vorliegende System und Verfahren mit einer beliebigen Anzahl verschiedener Arten von Fahrzeugen verwendet werden können, welche Hybridelektrofahrzeuge (HEVs), Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs), Elektrofahrzeuge mit vergrößerter Reichweite (EREVs) und Batterieelektrofahrzeuge (BEVs) umfassen, um nur ein paar zu nennen. Dies sind nur einige der möglichen Anwendungen, da das System und Verfahren, die hier beschrieben sind, nicht auf die in 1 gezeigte beispielhafte Ausführungsform begrenzt sind und in einer beliebigen Anzahl anderer Fahrzeuge verwendet werden können. Gemäß einer Ausführungsform enthält das Batteriesteuerungssystem 12 eine Fahrzeugbatterie 20 und steht mit einem Bremsensteuerungsmodul 22 und einem Federungssteuerungsmodul 24 sowie mit anderen Steuerungsmodulen und Systemen irgendwo im Fahrzeug in Verbindung.
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Die Batterie 20 versorgt das Fahrzeug mit elektrischer Leistung zum Fahrzeugvortrieb und kann in Abhängigkeit von der speziellen Ausführungsform die primäre Quelle für elektrische Leistung für das Fahrzeug sein, oder sie kann in Verbindung mit einer anderen Leistungsquelle für Leistungsergänzungszwecke verwendet werden, um zwei Beispiele aufzuzählen. Es können viele verschiedene Batterietypen und Anordnungen verwendet werden, einschließlich der hier beispielhaft schematisch gezeigten, welche einen Batteriestapel 30, einen oder mehrere Batteriesensoren 32 und ein Batteriesteuerungsmodul 34 enthält. Der Batteriestapel 30 ist ein Hochspannungs-Batteriestapel und kann eine Ansammlung identischer oder einzelner Batteriezellen 40 enthalten, die in Reihe, parallel oder in einer Kombination daraus verbunden sind, um eine gewünschte Spannung, Stromstärke, Kapazität, Leistungsdichte und/oder andere Leistungscharakteristika zu liefern. Es ist allgemein wünschenswert, hohe Leistungs- und Energiedichten bereitzustellen, was zur Entwicklung und Verwendung von vielen Arten von Batterien geführt hat, welche chemische, nicht chemische und andere umfassen. Einige Beispiele für geeignete Batterietypen umfassen diejenigen, die auf den folgenden Technologien beruhen: Lithium-Ionen, Nickelmetallhydrid (NiMH), Nickelcadmium (NiCd), Natriumnickelchlorid (NaNiCl) oder eine andere Batterietechnologie. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beruht der Batteriestapel 30 auf einer Lithium-Ionen-Technologie und liefert in Abhängigkeit von seiner speziellen Konstruktion und Anwendung etwa 40 V–600 V. Beispielsweise kann ein Schwerlastwagen, der ein Hybridsystem mit zwei Modi verwendet, einen Batteriestapel benötigen, der hohe Spannungsniveaus bereitstellen kann, während ein leichteres Fahrzeug niedrigere Spannungsniveaus benötigen kann. Bei einer anderen Ausführungsform ist die Batterie 20 Teil eines Systems vom Riemengeneratorstarter(BAS)-Typ oder BAS-Plus-Typ und benötigt daher nur einen Batteriestapel, der niedrigere Spannungsniveaus liefert. Der Fachmann wird feststellen, dass das System und Verfahren, die hier beschrieben sind, nicht auf irgendeine spezielle Art von Batterie, Chemie und/oder Anordnung begrenzt sind, da eine Anzahl von verschiedenen Batterietypen verwendet werden kann.
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Die Batteriesensoren 32 können eine beliebige Kombination aus Hardware- und/oder Softwarekomponenten umfassen, welche Batterieparameter, wie etwa eine Batterietemperatur, eine Batteriespannung, einen Batteriestrom, einen Batterieladezustand (SOC), einen Batteriefunktionszustand (SOH), eine C-Rate usw. überwachen können. Diese Sensoren können im Batteriestapel 30 integriert sein (z. B. eine intelligente oder smarte Batterie), sie können externe Sensoren sein, die an der Außenseite des Batteriestapels angeordnet sind, oder sie können gemäß einer anderen bekannten Anordnung bereitgestellt sein. Die Batteriesensoren 32 können Batteriebedingungen auf einer Basis von Zelle zu Zelle, auf einer Mittelwert- oder kollektiven Basis, über einen Block oder eine Region von Zellen hinweg, auf der Basis des gesamten Batteriestapels oder auf einer repräsentativen Basis, bei der bestimmte Zellen gewählt werden, um den gesamten Batteriestapel darzustellen, oder gemäß einer anderen Basis oder Technik, die auf dem Gebiet bekannt ist, überwachen und bestimmen. Bei einem Beispiel sammeln die Batteriesensoren 32 Lesewerte für die Batteriespannung, den Batteriestrom und/oder die Batterietemperatur auf einer periodischen Basis und liefern diese an das Batteriesteuerungsmodul 34 oder eine andere geeignete Vorrichtung.
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Das Batteriesteuerungsmodul 34 kann eine beliebige Vielfalt von elektronischen Verarbeitungsvorrichtungen, Speichervorrichtungen, Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen (I/O-Vorrichtungen) und/oder andere bekannte Komponenten enthalten und kann verschiedene auf Steuerung und/oder Kommunikation bezogene Funktionen durchführen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Batteriesteuerungsmodul 34 eine elektronische Speichervorrichtung 42, die verschiedene Sensorlesewerte (z. B. Spannungs- und Stromlesewerte von den Sensoren 32 usw.), Nachschlagetabellen oder andere Datenstrukturen, Algorithmen usw. speichert. Die Speichervorrichtung 42 kann außerdem sachdienliche Batterieeigenschaften und Hintergrundinformationen speichern, welche die Chemie und Kapazität der Batteriezellen, obere und untere Batterieladezustandsgrenzen, Batteriespannungsgrenzen, Batteriestromgrenzen, Batterietemperaturgrenzen, Temperaturprofile, eine Batterieimpedanz, die Anzahl oder den Verlauf von Lade/Entlade-Zyklen usw. betreffen. Bei der beispielhaften Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, enthält das Batteriesteuerungsmodul 34 auch eine Prozessorvorrichtung 44 (z. B. einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) usw.), welche Anweisungen für Software, Firmware, Programme, Algorithmen, Skripten usw. ausführt und die hier beschriebenen Prozesse und Verfahren lenken kann. Das Batteriesteuerungsmodul 34 kann mithilfe einer geeigneten Fahrzeugkommunikationsverbindung mit anderen Fahrzeugvorrichtungen und Modulen elektronisch verbunden sein und kann bei Bedarf mit diesen interagieren. Dies sind selbstverständlich nur einige der möglichen Anordnungen, Funktionen und Fähigkeiten des Batteriesteuerungsmoduls 34, da auch andere Ausführungsformen verwendet werden können.
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Wie vorstehend erwähnt wurde, kann der Prozessor im Batteriesteuerungsmodul 34 nicht so schnell wie die Prozessoren in anderen Steuerungsmodulen sein, etwa den Bremsen- und Federungssteuerungsmodulen 22, 24. Ein möglicher Grund dafür besteht darin, dass es typischerweise nicht erforderlich ist, dass das Batteriesteuerungsmodul 34 schnelle transiente Ereignisse überwacht – wie diejenigen, die von den Bremsen- und Federungssteuerungsmodulen 22, 24 überwacht und angesprochen werden – und folglich gibt es keinen zwingenden Bedarf für eine schnellere und kostspieligere Hardware. Zum Beispiel kann ein beispielhaftes Batteriesteuerungsmodul eine Ladezustandsschätzung (SOC-Schätzung) in einer Schleife mit 100 ms laufen lassen, während ein beispielhaftes Federungssteuerungsmodul eine aktive Federungssteuerung in Übereinstimmung mit einer Schleife mit 0,25 ms laufen lassen kann; bei diesem Beispiel arbeitet das Federungssteuerungsmodul 400 Mal schneller als das Batteriesteuerungsmodul und steuert Aktoren und andere Vorrichtungen, die erhebliche Leistungsmengen verwenden können (z. B. 20–30 kW an potentieller Entnahme). Genaue Schätzungen des Ladezustands können ferner aufgrund von Synchronisationsproblemen zwischen Lesewerten der Batteriespannung und des Batteriestroms sowie von Aliasing-Problemen, wie der Fachmann feststellt, weiter verkompliziert werden.
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In Abhängigkeit von der speziellen Ausführungsform kann das Batteriesteuerungsmodul 34 ein eigenständiges elektronisches Fahrzeugmodul sein (z. B. ein integriertes Fahrzeugsteuerungsmodul (VCIM), ein Antriebs-Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (TPIM), ein Batterie-Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (BPIM), usw.), es kann in einem anderen elektronischen Fahrzeugmodul eingebaut oder enthalten sein (z. B. einem Antriebsstrangsteuerungsmodul oder einem Hybridsteuerungsmodul), oder es kann Teil eines größeren Netzwerks oder Systems sein (z. B. eines Batteriemanagementsystems (BMS), eines Fahrzeugenergiemanagementsystems usw.), um ein paar Möglichkeiten zu nennen. Das Batteriesteuerungsmodul 34 kann auch Teil eines Systems sein, das einen gewünschten Hybridbetriebsmodus bestimmt (z. B. Beschleunigen, Bremsen, Leerlauf, Anhalten usw.), oder damit interagieren, und kann elektrische Leistungsmanagementaktionen entsprechend implementieren. Viele verschiedene Architekturen und Anordnungen können mit dem nachstehend beschriebenen Verfahren verwendet werden; beispielsweise können der Fahrzeugbatteriestapel 30, die Sensoren 32 und das Steuerungsmodul 34 alle in ein Paket integriert und darin enthalten sein, oder sie können getrennt sein. Das vorliegende Verfahren ist nicht auf das in 1 gezeigte beispielhafte Batteriesteuerungssystem begrenzt, da dieses System nur zum Zweck der Darstellung einer möglichen Anwendung bereitgestellt ist.
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Das Bremsensteuerungsmodul 22 und das Federungssteuerungsmodul 24 sind zwei Beispiele für Steuerungsmodule, die mit einer schnelleren Geschwindigkeit als das Batteriesteuerungsmodul 34 arbeiten können und die Vorrichtungen verwalten, die erhebliche Leistung entnehmen können. Die Bremsen- und Federungssteuerungsmodule, die hier beschrieben sind, sind nur als Veranschaulichung für zwei derartige Steuerungsmodule gedacht, da andere Steuerungsmodule, welche diese Kriterien erfüllen, im Fahrzeug existieren und ebenfalls in das vorliegende Verfahren einbezogen sein können. Im Hinblick auf die Tatsache, dass Bremsen- oder Federungssteuerungsmodule in der Technik gut bekannt sind und da eine beliebige Anzahl verschiedener Ausführungsformen und Anordnungen der Steuerungsmodule verwendet werden können, sind die Steuerungsmodule 22, 24 hier nicht in größerem Detail beschrieben.
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Das Bremsensteuerungsmodul 22 steuert bestimmte Aspekte des Fahrzeugbremsens und kann periodisch Energiejustierungsdaten liefern, sodass eine genaue Bilanz der Energie aufgestellt werden kann, die von dem Fahrzeugbremsensystem verbraucht und/oder erzeugt wird. Das Bremsensteuerungsmodul 22 kann Daten von einer Anzahl verschiedener Quellen wie einem Bremspedalsensor, einem Bremsenantiblockiersystem (ABS), einem Hybridsteuerungsmodul usw. empfangen und diese Daten verwenden, um Bremsbefehlssignale zu formulieren, die es dann an einen oder mehrere Aktoren 50 aussendet, welche Bremsenvorrichtungen 60–66 steuern, die an den vier Ecken des Fahrzeugs angeordnet sind. Einige Beispiele eines geeigneten Aktors 50 umfassen ein Solenoid, ein Ventil, eine Pumpe usw., und Beispiele für geeignete Bremsenvorrichtungen 60–66 umfassen Scheiben-, Trommel- oder regenerative Bremskomponenten, elektrische Sättel usw. Die Bremsenbefehlssignale können das Bremsdrehmoment vorgeben, das von den Bremsenvorrichtungen 60–66 ausgeübt wird, und sie können außerdem die Menge der elektrischen Energie beeinflussen, die von dem Fahrzeugbremsensystem verbraucht und/oder erzeugt wird. Der Fachmann wird feststellen, dass bei nicht regenerativen Bremsereignissen das Fahrzeugbremsensystem typischerweise Energie verbraucht, während das Fahrzeugbremsensystem bei regenerativen Bremsereignissen Energie erzeugt. Das Bremsensteuerungsmodul 22 kann in Verbindung mit einem regenerativen Bremssystem, einem nicht regenerativen Bremssystem, einem elektrohydraulischen Bremssystem, einem elektromechanischen Bremssystem, einem Brake-By-Wire-System oder einem beliebigen anderen geeigneten Bremssystem, das in der Technik bekannt ist, verwendet werden.
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Das Federungssteuerungsmodul 24 steuert bestimmte Aspekte der Fahrzeugfederung und Handhabung und kann periodisch Energiejustierungsdaten liefern, sodass die Energie, die vom Fahrzeugfederungssystem verbraucht wird, besser berücksichtigt werden kann. Bei einem Beispiel empfängt das Federungssteuerungsmodul 24 Eingaben und Daten von verschiedenen Quellen irgendwo im Fahrzeug und verwendet diese Informationen, um Federungsbefehlssignale zu entwickeln, die es an Vorrichtungen wie die Aktoren 52–58 liefert, welche dann Justierungen am Fahrzeugfederungssystem auf der Grundlage der Befehlssignale vornehmen. Einige Beispiele für geeignete Aktoren 52–58 umfassen Dämpfer, Stoßdämpfer, elektromagnetische Komponenten, magnetorheologische Komponenten und/oder andere Vorrichtungen in einem aktiven oder halbaktiven Fahrzeugfederungssystem. Zum Beispiel kann das Steuerungsmodul 24 die Dämpfung an einem speziellen Rad justieren, indem es die Strom- und/oder Spannungsmenge verändert, die an einen Elektromagnet in den Aktoren 52–58 geliefert wird; ein Erhöhen des Stroms erhöht für gewöhnlich die Kompressions-/Rückprallraten des Dämpfers, während ein Verringern des Stroms den Effekt des Dämpfers mildert.
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Wieder sind die vorstehenden Beschreibungen und die Zeichnung in 1 nur zur Veranschaulichung einer potentiellen Ausführungsform gedacht und das folgende Verfahren ist nicht auf eine Verwendung nur mit dieser Ausführungsform begrenzt. Eine beliebige Anzahl anderer Systemanordnungen, Kombinationen und Architekturen, welche diejenigen umfassen, die von der in 1 gezeigten erheblich abweichen, können stattdessen verwendet werden.
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Mit Bezug nun auf 2 ist ein beispielhaftes Verfahren 100 gezeigt, das mit dem Batteriesteuerungssytem 12 verwendet werden kann, um einen Fahrzeugbatterieparameter, etwa den Ladezustand (SOC) zu schätzen. Wie vorstehend erläutert wurde, können einige Vorrichtungen wie etwa das Batteriesteuerungsmodul 34 mit einer relativ langsamen Geschwindigkeit arbeiten und daher nicht in der Lage sein, den gesamten Verbrauch und/oder die gesamte Erzeugung von Energie zu detektieren, der bzw. die bei Vorrichtungen stattfindet, die mit schnelleren Geschwindigkeiten arbeiten. Dies trifft insbesondere zu, wenn es einen schnellen momentanen Anstieg beim Verbrauch und/oder bei der Erzeugung von Energie gibt, der zwischen den langsameren Datenlesewerten stattfindet, die vom Batteriesteuerungsmodul 34 aufgenommen werden; Veränderungen beim Ladezustand, die auf dem momentanen Anstieg beruhen, können nicht vollständig wahrgenommen oder berücksichtigt werden, wenn nur das langsamere Batteriesteuerungsmodul zur Aufnahme von Datenlesewerten verwendet wird. Obwohl die folgende Beschreibung im Kontext des Ladezustands (SOC) erfolgt, ist festzustellen, dass das Verfahren 100 auch verwendet werden kann, um andere Fahrzeugbatterieparameter zu schätzen.
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Mit Schritt 110 beginnend sammelt das Verfahren Datenlesewerte gemäß einer ersten Abtastrate. Die Datenlesewerte können verschiedene Arten von Informationen enthalten und können auf verschiedene Weisen beschafft werden, sofern sie verwendet werden können, um einen Anfangswert für den Fahrzeugbatterieparameter zu bestimmen, der gerade geschätzt wird. Wenn das Verfahren beispielsweise versucht, den Ladezustand (SOC) zu schätzen, dann kann das Batteriesteuerungsmodul 34 Batteriespannungs- und Batteriestromlesewerte von den Batteriesensoren 32 sammeln (der Fachmann stellt fest, dass der Ladezustand aus Spannungs- und Stromlesewerten geschätzt werden kann). Bei diesem Beispiel werden die Spannungs- und Stromlesewerte mit einer ersten Abtastrate gesammelt (z. B. alle 100 ms), wobei die erste Abtastrate allgemein durch die Geschwindigkeit des Batteriesteuerungsmoduls 34 vorgegeben ist. Die Datenlesewerte können auf einer Basis von Zelle zu Zelle, auf einer Basis von Zellengruppe zu Zellengruppe, auf einer Basis mit repräsentativen Zellen oder einer Gesamtstapelbasis oder gemäß einer anderen geeigneten Basis wie vorstehend beschrieben gesammelt werden. Es ist außerdem möglich, dass Schritt 110 die Datenlesewerte indirekt von einer anderen Vorrichtung, einem anderen Modul oder einem anderen System im Fahrzeug sammelt statt sie direkt von den Batteriesensoren zu sammeln.
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Schritt 114 verwendet dann die Datenlesewerte vom vorherigen Schritt, um einen Anfangswert für den Ladezustand (SOC) zu bestimmen. Es gibt verschiedene Wege zum Schätzen des Ladezustands, einschließlich solcher, die Nachschlagetabellen, Berechnungsverfahren, Modellierungstechniken und/oder andere bekannte Techniken verwenden. Die Ladezustandsberechnungen in diesem Schritt können auf einer periodischen Basis durchgeführt werden, sodass ein Ladezustandsschätzwert kontinuierlich aktualisiert wird. Bei einer Ausführungsform verwendet Schritt 114 die Lesewerte für Batteriespannung und Batteriestrom vom vorherigen Schritt, sowie die aufgelaufenen Amperestunden, um eine Veränderung beim Ladezustand seit dem letzten Einschalten des Fahrzeugs zu berechnen. Diese Veränderung beim Ladezustand wird dann von dem letzten bekannten Ladezustandsschätzwert subtrahiert oder zu diesem addiert (z. B. einen Schätzwert, der im Speicher gespeichert wurde, bevor das Fahrzeug ausgeschaltet wurde), um zu einem Anfangswert für den Ladezustand zu gelangen. Selbstverständlich können andere Techniken verwendet werden, um einen Ladezustandsanfangswert zu bestimmen, da dieser Schritt nicht auf irgendeine spezielle Technik begrenzt ist. Schritt 114 kann einen Anfangswert für den Ladezustand jedes Mal bestimmen, wenn Schritt 110 Datenlesewerte liefert; das heißt, die Schritte 110 und 114 können synchronisiert sein und arbeiten mit der gleichen ersten Abtastrate. Oder die Schritte 110 und 114 arbeiten bei einem anderen Beispiel mit unterschiedlichen Abtastraten. In beiden Fällen berücksichtigt der Anfangswert für den Ladezustand, der bei Schritt 114 erzeugt wird, allgemein keine Veränderungen, die zwischen den langsameren Datenlesewerten der ersten Abtastrate stattfinden, wie nachstehend erläutert wird.
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3 ist eine Kurve, die den Energieverbrauch durch ein beispielhaftes Fahrzeugfederungssystem zeigt (ausgedrückt als Strom (I) als Funktion der Zeit (t)), wobei das Batteriesteuerungsmodul 34 Datenlesewerte gemäß einer ersten Abtastrate von 100 ms aufnimmt, aber das Federungssteuerungsmodul 24 die Aktoren 52–58 auf einer viel schnelleren Grundlage steuert. Es wird ein Energieverbrauchsereignis 220 betrachtet (gestrichelt gezeigt), welches die Situation darstellt, dass das Fahrzeug im Augenblick über ein Schlagloch in der Straße fährt. In Ansprechen darauf steuert das Federungssteuerungsmodul 24 die Aktoren 52–58 sehr schnell an, sodass es eine temporäre Spitze bei deren Energieverwendung oder Energieverbrauch gibt. Da das Batteriesteuerungsmodul 34 Datenlesewerte zum Zeitpunkt 0 ms und zum Zeitpunkt 100 ms aufnimmt, nimmt es nicht wahr, dass das Energieverbrauchsereignis 220 etwa 20 ms lang zwischen den Lesewerten stattgefunden hat. Wenn das Verfahren einen Datenlesewert zu Beginn des Zyklus (0 ms) und am Ende des Zyklus (100 ms) aufnimmt und annimmt, dass der Energieverbrauch in der Zwischenzeit gleich demjenigen an einem dieser zwei Punkte ist, dann wird es den Energieanstieg nicht berücksichtigen, der aufgrund des Energieverbrauchsereignisses 220 stattfindet. Nun wird das Beispiel betrachtet, bei dem das Fahrzeug über einen großen Buckel in der Straße fährt, der veranlasst, dass das Fahrzeugfederungssteuerungsmodul 24 die Aktoren 52–58 über eine längere, dauerhaftere Periode von etwa 40 ms elektrisch ansteuert; das Energieverbrauchsereignis 230. Dieses Energieverbrauchsereignis verläuft über einen der Datenabtastpunkte (200 ms) oder überspannt diesen. Wenn das Verfahren daher bei diesem Zeitpunkt Datenlesewerte sammelt, würde es zu Unrecht annehmen, dass der Energieverbrauch über die gesamte benachbarte Zeitspanne höher ist, als er tatsächlich war. In 3 betreffen die Energieverbrauchsereignisse 220 und 230 eine Energie, die in den Federungsaktoren oder Vorrichtungen 52–58 verbraucht wird, jedoch können andere Vorrichtungen Energie verbrauchen oder sogar Energie erzeugen (z. B. regeneratives Bremsen), da diese Grafik nur zur Veranschaulichung einiger der Probleme gedacht ist, die von dem vorliegenden Verfahren angesprochen werden.
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Als nächstes bestimmt das Verfahren einen Justierungsfaktor für den Fahrzeugbatterieparameter, der gerade geschätzt wird, in diesem Fall den Ladezustand (SOC). Der Justierungsfaktor beruht auf Sensorlesewerten, die von einem oder mehreren Steuerungsmodulen irgendwo im Fahrzeug geliefert werden, wie etwa dem Bremsensteuerungsmodul 22 oder dem Federungssteuerungsmodul 24, wobei die Steuerungsmodule die Sensorlesewerte mit Abtastraten sammeln, die schneller als die Abtastrate sind, die bei Schritt 110 verwendet wurde. Beispielsweise schätzt der Ladezustandsanfangswert, der in dem vorherigen Schritt bestimmt wurde, einen Anfangswert für den Ladezustand auf der Grundlage von Datenlesewerten, die alle 100 ms aufgenommen wurden, während der Ladezustandsjustierungsfaktor, der in den folgenden Schritten bestimmt wird, Änderungen beim Ladezustand berücksichtigt, die zwischen den Datenlesewerten alle 100 ms stattfinden. Ein beispielhafter Weg, damit das vorliegende Verfahren eine Justierungsfaktor bestimmt, besteht darin, dass das Verfahren ein oder mehrere Steuerungsmodule identifiziert, die für bestimmte Vorrichtungen verantwortlich sind, welche den Ladezustand beeinflussen oder beeinträchtigen können (Schritt 118), und dann Justierungsdaten für alle diese Vorrichtungen empfängt, die unter der Kontrolle dieser Steuerungsmodule stehen (Schritte 122–132). Sobald die Justierungsdaten gesammelt und verwendet wurden, um einen Justierungsfaktor zu erzeugen, kann dieser Faktor zu dem Ladezustandsanfangswert addiert oder davon subtrahiert werden (in Abhängigkeit davon, ob er Energie darstellt, die verbraucht oder erzeugt wurde), um zu einem genaueren Ladezustandsgesamtwert zu gelangen.
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Mit Schritt 118 beginnend identifiziert das Verfahren ein oder mehrere Steuerungsmodule, welche Vorrichtungen oder Aktoren steuern, die den Ladezustand (SOC) beeinflussen. Bei einer Ausführungsform identifiziert Schritt 118 Steuerungsmodule, die nicht nur Vorrichtungen oder Aktoren steuern, die den Ladezustand beeinflussen, sondern auch solche, die mit einer schnelleren Geschwindigkeit als das Batteriesteuerungsmodul 34 arbeiten und daher möglicherweise nicht berücksichtigt werden. Zum Beispiel arbeiten sowohl das beispielhafte Bremsensteuerungsmodul 22 als auch das Federungssteuerungsmodul 24 mit schnelleren oder höheren Geschwindigkeiten als das Batteriesteuerungsmodul 34, und diese Steuerungsmodule verwalten beide Vorrichtungen, welche den Ladezustand der Batterie erhöhen oder verringern können (die Aktoren 50–58 verbrauchen Energie und können daher den Ladezustand verringern, während die Bremsenvorrichtungen 60–66 Energie entweder verbrauchen oder erzeugen und dadurch den Ladezustand verringern oder erhöhen können). Wenn ein spezielles Steuerungsmodul mit der gleichen Geschwindigkeit oder einer langsameren Geschwindigkeit als derjenigen des Batteriesteuerungsmoduls 34 arbeitet, dann kann angenommen werden, dass es bereits durch die Schritte 110 und/oder 114 berücksichtigt worden ist. Bei einem Beispiel ohne Einschränkung holt Schritt 118 aus der Speichervorrichtung 42 eine Liste von Steuerungsmodulen und/oder Vorrichtungen, die nach Justierungsdaten und dergleichen abgefragt werden sollen. Es ist nicht notwendig, dass das vorliegende Verfahren Justierungsdaten von jedem Steuerungsmodul und/oder jeder Vorrichtung im Fahrzeug holt, das bzw. die in der Lage ist, den Ladezustand der Batterie zu beeinflussen, da es bevorzugt sein kann, derartige Daten nur von denjenigen Steuerungsmodulen zu holen, von denen erwartet wird, dass sie die signifikanteste Auswirkung auf den Ladezustand aufweisen. Der Fachmann wird feststellen, dass auch andere Ausführungsformen möglich sind.
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Bei Schritt 122 empfängt das Verfahren Justierungsdaten von einem oder mehreren Steuerungsmodulen. Der spezielle Inhalt, die spezielle Form und Quelle, das spezielle Ziel usw. der Justierungsdaten können variieren, sofern sie nur verwendet werden können, um die Veränderungen beim Ladezustand (SOC) zu berücksichtigen, die in den Schritten 110 und 114 möglicherweise verpasst worden sind. Bei einem Beispiel holt Schritt 122 Justierungsdaten vom Bremsensteuerungsmodul 22, vom Federungssteuerungsmodul 24 und/oder von einer anderen Vorrichtung im Fahrzeug, wobei die Justierungsdaten auf Datenlesewerten beruhen, die mit einer schnelleren Abtastrate als derjenigen gesammelt wurden, die vom Batteriesteuerungsmodul 34 verwendet wird. Die Justierungsdaten können Energieverbrauchs- und/oder Energieerzeugungswerte enthalten, die sind: für jede Vorrichtung unter der Kontrolle eines speziellen Steuerungsmoduls, für alle Vorrichtungen unter der Kontrolle eines speziellen Steuerungsmoduls, für Vorrichtungen unter der Kontrolle von mehreren Steuerungsmodulen, periodisch an das Batteriesteuerungsmodul 34 ausgesendet, oder in Ansprechen auf eine Anforderung vom Batteriesteuerungsmodul 34 ausgesendet, um ein paar Möglichkeiten zu zitieren. Allgemein gesprochen können die schnelleren Steuerungsmodule (z. B. die Bremsen- und Federungssteuerungsmodule 22, 24) einen Energieverbrauch und/oder eine Energieerzeugung durch Vorrichtungen unter ihrer Kontrolle intern überwachen und dann diese Informationen an das langsamere Steuerungsmodul (z. B. das Batteriesteuerungsmodul 34) berichten, das den Ladezustand berechnet. Die bei diesem Schritt empfangenen Justierungsdaten können verwendet werden, um einen Justierungs- oder Kompensationsfaktor zu erzeugen, oder sie können auf ein verteiltes Batterieschätzsystem erweitert werden, bei dem alle Lasten unter Verwendung der verwendeten Energie berechnet werden.
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Bei einem beispielhaften System kann Schritt 122 Justierungsdaten für kürzere Energieverbrauchsereignisse (z. B. Federungsereignisse wie das Reagieren auf ein Schlagloch, die Zeitdauern aufweisen, die kleiner als die erste Abtastrate sind) und für längere Energieverbrauchsereignisse (z. B. Federungsereignisse wie die Niveauregulierung um eine Kurve, die Zeitdauern aufweisen, die größer als die erste Abtastrate sind) empfangen. Die kürzeren Energieverbrauchsereignisse können einem auf Statistik beruhenden Justierungsfaktor zugewiesen werden, der hergeleitet wird, indem Parameter wie etwa die Energiemenge und die Dauer des Energieverbrauchsereignisses sowie die Abtastrate des Federungssteuerungsmoduls 24 (die zweite Abtastrate) und/oder des Batteriesteuerungsmoduls 34 (die erste Abtastrate) verwendet werden. In einigen Fällen müssen die längeren Energieverbrauchsereignisse nicht auf die gleiche Weise justiert werden, weil sie vom Batteriesteuerungsmodul 34 unter Verwendung der ersten Abtastrate detektiert werden können.
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Die Schritte 122, 126 und 128 stellen sicher, dass alle Vorrichtungen oder Aktoren, die mit einem ersten Steuerungsmodul verbunden sind, berücksichtigt worden sind. Wenn man beispielsweise das Bremsensteuerungsmodul 22 hernimmt, können die Schritte 122, 126 und 128 mit dem Durchlaufen der Schleife fortfahren, bis Datenlesewerte oder andere Informationen von allen Bremsenvorrichtungen 60–66 gesammelt worden sind. Sobald alle diese Vorrichtungen korrekt berücksichtigt worden sind, geht das Verfahren zu Schritt 130 weiter, um festzustellen, ob es irgendwelche anderen Steuerungsmodule gibt, die berücksichtigt werden müssen. Mit dem vorstehenden Beispiel fortfahrend kann dann das Federungssteuerungsmodul 24 abgefragt werden, sodass jeglicher Energieverbrauch durch die Aktoren 50–58 berücksichtigt wird. Auf diese Weise wirken die Schritte 122, 126, 128, 130 und 132 wie eingebettete Schleifen, die zyklisch durchlaufen werden, bis alle Vorrichtungen, die von allen interessierenden Steuerungsmodulen gesteuert werden, angesprochen worden sind. Diese Schritte können wiederholt werden, bis alle Vorrichtungen und/oder Steuerungsmodule berücksichtigt worden sind und ihre entsprechenden Energieverbräuche in der Form von Justierungsdaten an das Batteriesteuerungsmodul 34 gesendet wurden. Auf diese Weise werden Informationen hinsichtlich des Energieverbrauchs und/oder der Energieerzeugung durch Vorrichtungen, die von den Steuerungsmodulen gesteuert werden, die zuvor bei Schritt 118 gewählt wurden, beim Batteriesteuerungsmodul 34 gesammelt.
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Bei einer Ausführungsform wird eine oder werden mehrere kumulierte Meldungen gemäß der ersten Abtastrate des Batteriesteuerungsmoduls (z. B. 100 ms) gesendet, wobei die kumulierte Meldung Justierungsdaten enthält, welche die gesamte erste Abtastperiode überspannen. Bei einer anderen Ausführungsform werden einzelne Meldungen mit der Abtastrate von einem oder mehreren der Steuerungsmodule (z. B. 4 ms, 10 ms usw.) gesendet, wobei die einzelnen Meldungen nur Daten enthalten, die einen Teil der ersten Abtastperiode betreffen. Es ist möglich, dass die verschiedenen Steuerungsmodule einfach die Justierungs-Rohdaten an das Batteriesteuerungsmodul 34 liefern, sodass das Batteriesteuerungsmodul den Justierungsfaktor berechnet, oder die Steuerungsmodule können den Justierungsfaktor selbst berechnen und den resultierenden Justierungsfaktor an das Batteriesteuerungsmodul senden. Der genaue Ort, an dem der Justierungsfaktor tatsächlich berechnet wird, ist nicht kritisch, solange nur Schritt 134 die Justierungsdaten verwendet, um den Justierungsfaktor zu bestimmen.
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Schritt 136 modifiziert den Anfangswert mit dem Justierungsfaktor, um einen Gesamtwert für den Fahrzeugbatterteparameter zu bestimmen, der gerade geschätzt wird, welcher in diesem Fall der Ladezustand (SOC) ist. Der Gesamtwert für den Ladezustand berücksichtigt Veränderungen am Ladezustand, die in den Daten dargestellt sind, die mit der höheren Abtastrate gesammelt wurden, aber nicht in den Daten dargestellt sind, die mit der niedrigeren Abtastrate gesammelt wurden, und stellt daher eine genauere Ladezustandsschätzung bereit. Bei einer Ausführungsform addiert das Batteriesteuerungsmodul 34 den Ladezustandsjustierungsfaktor zum Ladezustandsanfangswert, um zu einem Ladezustandsgesamtwert zu gelangen (der Justierungsfaktor kann ein positiver oder negativer Wert in Abhängigkeit davon sein, ob es Energieverbrauchsereignisse oder Energieerzeugungsereignisse gab). Wenn die Vorrichtungen oder Aktoren primär Energie zwischen den langsameren Abtastperioden verbrauchen (ein Energieverbrauchsereignis), dann wird der Ladezustandsgesamtwert niedriger als der Ladezustandsanfangswert sein. Wenn die Vorrichtungen im Gegensatz dazu primär Energie zwischen den langsameren Abtastperioden erzeugen (ein Energieerzeugungsereignis), wie im Fall des regenerativen Bremsens, dann wird der Ladezustandsgesamtwert größer als der Ladezustandsanfangswert sein. Bei einer anderen Ausführungsform wird der Anfangswert mit einem Justierungsfaktor in der Form eines Bruchteils, eines Prozentsatzes und/oder eines anderen Werts multipliziert. Andere mathematische Techniken zum Modifizieren des Anfangswerts mit dem Justierungsfaktor sind möglich und können hier verwendet werden.
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Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung keine Definition der Erfindung, sondern eine Beschreibung einer oder mehrerer bevorzugter beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung ist. Die Erfindung ist nicht auf hier offenbarten speziellen Ausführungsformen begrenzt, sondern stattdessen nur durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Außerdem betreffen die Aussagen, die in der vorstehenden Beschreibung enthalten sind, spezielle Ausführungsformen, und dürfen nicht als Begrenzungen für den Umfang der Erfindung oder für die Definition von Begriffen, die in den Ansprüchen verwendet werden, aufgefasst werden außer dort, wo ein Begriff oder ein Ausdruck vorstehend explizit definiert ist. Verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Veränderungen und Modifikationen an den offenbarten Ausführungsformen werden sich dem Fachmann ergeben. Zum Beispiel ist die spezielle Kombination und Reihenfolge von Schritten nur eine Möglichkeit, da das vorliegende Verfahren eine Kombination von Schritten enthalten kann, die weniger, mehr oder andere Schritte als hier gezeigt aufweist. Alle derartigen anderen Ausführungsformen, Veränderungen und Modifikationen sollen im Umfang der beigefügten Ansprüche liegen.
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So, wie die Begriffe ”zum Beispiel”, ”z. B.”, ”beispielsweise”, ”wie etwa” und ”wie” und die Verben ”umfassend”, ”aufweisend”, ”enthaltend” und ihre anderen Verbformen in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, sollen sie alle, wenn sie in Verbindung mit einer Aufzählung aus einer oder mehreren Komponenten oder anderen Gegenständen verwendet werden, 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 breitesten vernünftigen Bedeutung aufgefasst werden, sofern sie nicht in einem Kontext verwendet werden, der eine andere Interpretation erfordert.
