DE102013209453A1

DE102013209453A1 - Verfahren und Vorrichtungen zum Bereitstellen von Informationen zu Wartungs- und Servicezwecken einer Batterieeinheit

Info

Publication number: DE102013209453A1
Application number: DE102013209453.1A
Authority: DE
Inventors: Jens Becker; Christoph Brochhaus
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2013-05-22
Filing date: 2013-05-22
Publication date: 2014-11-27
Also published as: CN104183875A; CN104183875B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Informationen zu Wartungs- und Servicezwecken einer Batterieeinheit, wobei Nutzungsdaten einer Batterieeinheit erfasst und quantisiert werden und Histogramme gebildet werden, wobei die Histogramme Häufigkeiten des Auftretens bestimmter Werte der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten oder daraus abgeleitete Werte aufweisen. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: a) Erstellen oder Aktualisieren eines Histogramms über einen Fahrzyklus; b) Ermittlung solcher Partitionen (22) des Histogramms, die aktualisierte Werte aufweisen; c) Speichern der Partitionen (22) des Histogramms, die aktualisierte Werte aufweisen, in einen nicht-flüchtigen Speicher (30). Es werden außerdem eine Datenstruktur, ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem angegeben, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind, sowie eine Batterie und ein Kraftfahrzeug, dessen Antriebssystem mit einer derartigen Batterie verbunden ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen von Informationen zu Wartungs- und Servicezwecken einer Batterieeinheit, wobei Nutzungsdaten einer Batterieeinheit erfasst und quantisiert werden und wobei Histogramme gebildet werden, die Häufigkeiten des Auftretens bestimmter Werte der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten oder daraus abgeleitete Werte aufweisen.
Weiterhin wird eine Datenstruktur mit derartigen Informationen angegeben, sowie ein Computerprogramm und ein Batteriemanagementsystem, die insbesondere zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind. Weiterhin werden eine Batterie und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterie angegeben.
Elektronische Steuergeräte werden im automobilen Umfeld heutzutage in zunehmender Zahl eingesetzt, Beispiele hierfür sind Motorsteuergeräte, ABS oder der Airbag. Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge ist ein heutiger Forschungsschwerpunkt die Entwicklung von leistungsfähigen Batteriepacks mit zugehörigen Batteriemanagementsystemen, d.h. Steuergeräten, welche mit einer Software zur Überwachung der Batteriefunktionalität ausgestattet sind. Batteriemanagementsysteme gewährleisten unter anderem die sichere und zuverlässige Funktion der eingesetzten Batteriezellen und Batteriepacks. Sie überwachen und steuern Ströme, Spannungen, Temperaturen, Isolationswiderstände und weitere Größen für einzelne Zellen und/oder den ganzen Batteriepack. Mit Hilfe dieser Größen lassen sich Managementfunktionen realisieren, die die Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Sicherheit des Batteriesystems steigern.
DE 10 2010 031 337 A1 zeigt ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruchs. Zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer von Batteriezellen werden physikalische Größen und/oder die Anzahl von Durchführungen von in den Batteriezellen stattfindenden Vorgängen für mehrere Betriebszyklen ermittelt und die Häufigkeit des Auftretens bestimmter Werte der physikalischen Größe und/oder die Häufigkeit der Anzahl der Durchführungen wenigstens eines bestimmten Vorgangs gespeichert. Hierdurch lassen sich unter anderem Zelldefekte frühzeitig erkennen, verhindern und genaue Erkenntnisse hinsichtlich der voraussichtlichen Lebensdauer der Batteriezelle gewinnen.
Offenbarung der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bereitstellen von Informationen zu Wartungs- und Servicezwecken einer Batterieeinheit umfasst die folgenden Schritte:

a) Erstellen oder Aktualisieren eines Histogramms über einen Fahrzyklus;
b) Ermitteln solcher Partitionen des Histogramms, die aktualisierte Werte aufweisen;
c) Speichern der Partitionen des Histogramms, die aktualisierte Werte aufweisen, in einen nicht-flüchtigen Speicher.

Vorteilhaft wird eine Historie über die Nutzung der Batterie geführt, welche sowohl im Rahmen von Gewährleistungsansprüchen als auch zur Auswertung der Nutzung der Batterie, beispielsweise zur Ermittlung der voraussichtlichen Lebensdauer oder des Gesundheitszustands (SOH) der Batterieeinheit ausgelesen und herangezogen kann. Dabei werden Histogramme gebildet, wobei die Histogramme den einzelnen quantisierten Nutzungsdaten zuordnungsfähige Anzahlen von Erfassungen des jeweiligen quantisierten Nutzungsdatums oder daraus abgeleitete Werte aufweisen. Die Histogramme eignen sich besonders vorteilhaft zur Ermittlung der Lebensdauer und des Gesundheits- und Alterungszustands der Batterieeinheit. Durch Verwendung eines Zählers für die Fahrzyklen können außerdem Rückschlüsse auf die durchschnittliche Nutzung der Batterieeinheit pro Fahrzyklus gezogen werden. Somit gibt es einen Gesamtüberblick über die Verwendung der Batterie während der bisherigen Lebensdauer. Auch im Rahmen von Gewährleistungsansprüchen kann das Histogramm aus dem nichtflüchtigen Speicher des Steuergeräts ausgelesen und zur Auswertung der Nutzung der Batterie herangezogen werden.
Die Aktualisierung des Histogramms erfolgt nach jedem Fahrzyklus. Ein Histogramm umfasst somit die Häufigkeiten des Auftretens bestimmter Werte der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten des letzten Fahrzyklus und der vorherigen Fahrzyklen. Die einen Beginn und ein Ende des Fahrzyklus auslösenden Ereignisse können beispielsweise Ladeimpulse sein, ein Zustandswechsel der Batterie von "Betrieb" (Drive) nach "Laden" (Charge), Auswertung eines Signals „Laden aktiv“ oder auch eine Auswertung eines Zustandswechsels an Klemme 15, d. h. des Zündungsplus. Ebenso kann das den Beginn und das Ende des Fahrzyklus auslösende Ereignis durch Detektion des so genannten Batteriebalancing definiert sein. Der Fahrzyklus kann beispielsweise definiert werden, dass er einen daran anschließenden Ladevorgang mit umfasst oder diesen nicht mit umfasst.
Eine Erfassungsrate der Nutzungsdaten der Batterieeinheit weist bevorzugt einen definierten Wert zwischen 6/s und 6/h auf, bevorzugt zwischen 1/s und 1/min, besonders bevorzugt 6/min oder 1/min. Nach den definierten Zeitintervallen werden beispielsweise die aktuelle Temperatur und die aktuelle Spannung der Zellen in dem Histogramm vermerkt. Für Messwerte wie Temperatur und SOC können weitere bevorzugte Abtastraten zwischen 1/min und 6/h liegen. Für Spannungen wird bevorzugt ein gefilterter Wert gespeichert, beispielsweise ein Mittelwert über einen definierten Zeitraum, wobei bevorzugte Zeiträume ebenfalls bei ca. 1 min liegen. Die Erfassungsrate der jeweiligen Nutzungsdaten der Batterieeinheit liegt bevorzugt in einem Bereich, welcher eine On-Board-Diagnose (OBD) unterstützt.
Die Nutzungsdaten der Batterie umfassen beispielsweise die Temperatur, den Ladezustand, den abgegebenen Strom oder die bereitgestellte Spannung. Ebenso können Nutzungsdaten hieraus abgeleitete Größen umfassen, beispielsweise zeitlich aufsummierte oder integrierte Größen, miteinander multiplizierte Größen oder aggregierte Größen, wie beispielsweise auch der so genannte Gesundheitszustand (SOH) der Batterie in geeigneten quantifizierbaren Einheiten. Außerdem können Differenzwerte zwischen minimalen und maximalen Zuständen, beispielsweise von Ladungszuständen, relative Batterieleistungen oder Anzahl von Durchführungen von Lade- und Entladezyklen in den Nutzungsdaten umfasst sein.
Mit abgeleiteten Werten können beispielsweise relative Häufigkeiten, systematische Verschiebungen oder Wichtungen der Erfassungen der Nutzungsdaten bezeichnet sein, die geeignet sind, die Aussage- oder Vergleichskraft der erfassten Nutzungsdaten zu vergrößern.
Mit der Quantisierung der erfassten Nutzungsdaten wird bezeichnet, dass Stützstellen definiert werden, die jeweils Grenzen von Intervallen darstellen, und die erfassten Nutzungsdaten den Intervallen zugeordnet werden. Die Intervalle können dabei unterschiedlich groß oder regelmäßig definiert sein. Beispielsweise kann ein Temperaturbereich zwischen –40 °C und +80 °C definiert und in Intervallen von 10 °C, 5 °C, 2 °C oder 1 °C unterteilt sein. Bei der Größe und Anzahl der Intervalle wird zum einen der dabei vom Histogramm eingenommene Speicher berücksichtigt und zum anderen die Aussagekraft der derart quantisierten erfassten Nutzungsdaten.
Während des Fahrzyklus wird das Histogramm bevorzugt im flüchtigen Speicher aktualisiert. Nach dem Fahrzyklus wird das Histogramm in einen nichtflüchtigen Speicher des Steuergeräts geschrieben. Ein solcher nichtflüchtiger Speicher ist z.B. ein so genannter EEPROM, d.h. ein elektrisch löschbarer, programmierbarer Nur-Lesespeicher.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens sind durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen möglich.
Das Histogramm wird in zumindest zwei Partitionen zerlegt, wobei eine erste Partition Bereiche umfasst, die voraussichtlich oder nachgewiesenermaßen überdurchschnittlich oft erhöht werden und eine zweite Partition Bereiche umfasst, welche voraussichtlich oder nachgewiesenermaßen unterdurchschnittlich oft erhöht werden. Vorteilhaft kann somit ein schnelles und wenig speicherintensives Histogramm-Update erfolgen, wenn in einem Fahrzyklus erwartungsgemäß nur die erste Partition von Änderungswerten betroffen ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren den weiteren Schritt

d) Auslesen eines Histogramms aus einem nicht-flüchtigen Speicher.

Der weitere Schritt d) erfolgt vor dem Schritt a), so dass ein Aktualisieren des ausgelesenen Histogramms erfolgt. Gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung werden in Schritt d) außerdem Partitionsinformationen zu dem Histogramm aus dem nicht-flüchtigen Speicher ausgelesen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt in Schritt a) das Erstellen eines Histogramms und in Schritt b) werden nur diejenigen Partitionen des erstellten Histogramms ermittelt, die Werte ungleich Null aufweisen. Diejenigen Partitionen, die Werte ungleich Null aufweisen, sind diejenigen Partitionen eines im nicht-flüchtigen Speicher gespeicherten Histogramms, welche zu aktualisieren sind. Dementsprechend weist das Verfahren gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die weiteren Schritte auf:

e) Auslesen von zu aktualisierenden Partitionen eines Histogramms aus einem nicht-flüchtigen Speicher,
f) Aktualisieren der zu aktualisierenden Partitionen des ausgelesenen Histogramms mit den Werten des erstellten Histogramms.

Im Schritt c) werden nur die aktualisierten Partitionen des ausgelesenen Histogramms gespeichert. Bei dieser Ausführungsform wird ermöglicht, dass sowohl die Anzahl der Schreibvorgänge im nicht-flüchtigen Speicher, als auch die Anzahl der Lesevorgänge im nicht-flüchtigen Speicher reduziert werden, was weitere Zeitersparnis für den Vorgang bringt.
Im Schritt b) werden Informationen über die Partitionen werden benötigt, um zu ermitteln, welche Partition des erstellten oder aktualisierten Histogramms aktualisierte Werte aufweisen. Die Partitionsinformation zu den Histogrammen können dabei sowohl in einem Batteriemanagementsystem, als auch gemeinsam mit dem abgelegten Histogramm in einer dafür eingerichteten Datenstruktur gespeichert werden.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform hängt die Zerlegung in Partitionen von Betriebsbedingungen der Batterie ab. Besonders bevorzugt ist, die Partitionen dynamisch entsprechend den Betriebsbedingungen der Batterie anzupassen. Besonders bevorzugt wird der gesamte Datenbereich des Histogramms in Partitionen zerlegt, und zwar so, dass die am häufigsten beschriebenen Teile des Histogramms in einer einzigen oder in wenigen, etwa zwei bis fünf Partitionen liegen.
Erfindungsgemäß wird außerdem eine Datenstruktur vorgeschlagen mit Informationen zu Nutzungsbedingungen einer Batterie in Form der hierin beschriebenen Histogramme und Partitionsinformationen zu den Histogrammen, wobei die Datenstruktur bei der Durchführung eines der zuvor beschriebenen Verfahren erstellt wurde. Die Datenstruktur wird beispielsweise von einer Computereinrichtung zu Wartungs- und Servicezwecken oder zum Aktualisieren der Informationen ausgelesen.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zur Implementierung einer Einrichtung zur Bereitstellung von Informationen zu Wartungs- und Servicezwecken einer Batterieeinheit und/oder ein um ein Modul zur Implementierung eines Batteriemanagementsystems eines Fahrzeugs handeln. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung, beispielsweise auf einem tragbaren Speicher, wie einer CD-ROM, DVD, einem USB-Stick oder einer Speicherkarte. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung, wie etwa auf einem Server oder einem Cloud-Server, zum Herunterladen bereitgestellt werden, beispielweise über ein Datennetzwerk, wie das Internet, oder eine Kommunikationsverbindung, wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Batteriemanagementsystem (BMS) bereitgestellt, mit einer Einheit zur Erfassung von Nutzungsdaten einer Batterieeinheit, einer Einheit zur Quantisierung der erfassten Nutzungsdaten, einer Einheit zum Erstellen oder Aktualisieren eines Histogramms über einen Fahrzyklus, wobei das Histogramm Häufigkeiten des Auftretens bestimmter Werte der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten oder daraus abgeleitete Werte aufweist, eine Einheit zur Ermittlung solcher Partitionen des Histogramms, die aktualisierte Werte aufweisen und eine Einheit zum Speichern der Partitionen des Histogramms, die aktualisierte Werte aufweisen, in einen nicht-flüchten Speicher.
Erfindungsgemäß wird außerdem eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionenbatterie oder ein Nickel-Metallhydridbatterie, zur Verfügung gestellt, die ein Batteriemanagementsystem umfasst und mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs verbindbar ist, wobei das Batteriemanagementsystem wie zuvor beschrieben ausgebildet ist und/oder eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Die Begriffe "Batterie" und "Batterieeinheit" werden in der vorliegenden Beschreibung dem üblichen Sprachgebrauch angepasst für Akkumulator bzw. Akkumulatoreinheit verwendet. Die Batterie umfasst bevorzugt eine oder mehrere Batterieeinheiten, die eine Batteriezelle, ein Batteriemodul, ein Modulstrang oder ein Batteriepack umfassen können. Die Batteriezellen sind dabei vorzugsweise räumlich zusammengefasst und schaltungstechnisch miteinander verbunden, beispielsweise seriell oder parallel zu Modulen, Strängen und einem Batteriepack verschaltet.
Auch das vorgestellte Verfahren kann insbesondere an Lithium-Ionenbatterien und an Nickel-Metallhydridbatterien Anwendung finden. Vorzugsweise findet es Anwendung an mehreren und insbesondere an allen Zellen einer oder mehrerer Batterien, die im Wesentlichen gleichzeitig betrieben werden.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Batterie zur Verfügung gestellt, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Bevorzugt wird das Verfahren bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen angewendet, bei welchen eine Zusammenschaltung einer Vielzahl von Batteriezellen zur Bereitstellung der nötigen Antriebsspannung erfolgt.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäße Partitionierung des Histogramms kann erreicht werden, dass nach jedem Fahrzyklus nicht das komplette Histogramm, sondern nur Teile des Histogramms neu gespeichert werden müssen, nämlich gerade die Partitionen, die während des Fahrzyklus aktualisiert wurden. Durch eine geschickte Partitionierung kann die Anzahl der Lesezyklen, und vor allem die Anzahl der Schreibzyklen auf dem nicht-flüchtigen Speicher über die Lebensdauer des Steuergeräts gering gehalten werden. Die Partitionierung wird beispielsweise zu Beginn des Betriebs des Batteriemanagementsystems definiert, auf einen batterieinternen Speicher geschrieben und gegebenenfalls dynamisch angepasst. Dabei können Partitionen so gewählt werden, dass häufig geänderte Einträge in den Histogrammen auch in einer gemeinsamen Partition liegen.
Besonders vorteilhaft erweist sich dabei die Reduktion der zu speichernden Datenmenge. Durch Aufteilen der Histogramme in Bereiche, die häufig bzw. selten genutzt werden, wird die Menge der zu schreibenden Daten reduziert, indem nur die Bereiche beschrieben werden müssen, die sich auch im Fahrzyklus geändert haben. Da nach jedem Fahrzyklus nur eine Teilmenge des Histogramms gespeichert werden muss, unterliegt der nicht-flüchtige Speicher einer reduzierten Belastung. Dennoch geht keine Information verloren, denn es werden pro Fahrzyklus sämtliche geänderte Daten geschrieben. Ein weiterer Vorteil ist die Zeiteinsparung, da weniger Daten ausgelesen und geschrieben werden müssen.
Vorteilhaft ist zudem die Skalierbarkeit des Systems. Die Anzahl der zu erfassenden Messgrößen, welche den Dimensionen des Histogramms entsprechen, kann beliebig festgelegt und erweitert werden. Gerade bei höheren Anzahlen an Dimensionen erweist sich das vorgestellte Verfahren als besonders effektiv, da größere Bereiche des Histogramms ohne Einträge sind und nur kleine Teilmengen des Histogramms am Ende der Fahrzyklen gespeichert werden müssen. Auch die Anzahl der Partitionen kann beliebig gewählt werden. Eine zunehmende Anzahl an Partitionen bringt einen höheren Vorbau (overhead) mit sich, das heißt die Partitionstabelle wird größer bzw. der Datensatz, wenn vorgesehen ist, dass die Partitionsinformationen zu den einzelnen Daten gespeichert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Beispiel für ein zweidimensionales Histogramm,
2 ein Beispiel für eine Aktualisierung eines zweidimensionalen Histogramms,
3 ein Beispiel für eine Histogrammentwicklung nach verschiedenen Fahrzyklen,
4 ein Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren,
5 ein Beispiel für eine Anpassung der Partitionierung, und
6 ein weiteres Beispiel für eine Anpassung der Partitionierung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt zwei eindimensionales Histogramm 2 in einer dreidimensionalen Darstellung, in welchem Anzahlen 6 von Erfassungen von bestimmten Größen, d. h. in welchem Häufigkeiten 6 des Auftretens bestimmter Werte 7, 8 von Größen dargestellt sind, die auf der Ordinate des Histogramms 2 abgetragen werden. Das Histogramm 2 kann während eines oder mehrerer Fahrzyklen eines Kraftfahrzeugs erstellt worden sein. Die Größen sind beispielhaft erfasste Temperaturwerte und Spannungswerte einer Batterieeinheit.
Im dargestellten Beispiel wird ein Gesamtintervall 4 von Temperaturen von –20 °C bis +70 °C in zehn Einzelintervallen 4-1, 4-2, ... 4-10 eingeteilt, wobei die einzelnen Intervalle 4-1, 4-2, ... 4-10 hier beispielhaft eine Intervallbreite von 10 °C aufweisen. Die angegebenen Temperaturwerte 8 können sich beispielsweise auf die Mittelwerte der durch die Intervallgrenzen gegebenen Werte beziehen, oder auch auf den Wert der linken oder der rechten Grenze.
Im dargestellten Beispiel wird außerdem ein Gesamtintervall 5, welches hier beispielhaft Spannungswerte von 3,9 V bis 4 V umfasst, in zehn Einzelintervallen 5-1, 5-2, ... 5-10 eingeteilt, wobei die einzelnen Intervalle 5-1, 5-2, ... 5-10 hier beispielhaft eine Intervallbreite von 0,1 V aufweisen. Die angegebenen Spannungswerte 7 können sich ebenfalls auf die Mittelwerte der durch die Intervallgrenzen gegebenen Werte beziehen, oder auch auf den Wert der linken oder der rechten Grenze.
2 zeigt ein zweidimensionales Histogramm 12 vor und nach einem Aktualisierungsschritt, der hier beispielhaft als ein Pfeil 14 dargestellt ist. Das Histogramm 12 enthält beispielhaft Informationen über die Nutzung einer Fahrzeugbatterie bei bestimmten Temperaturen und Spannungen, wobei die Intervalleinteilung wie mit Bezug zu 1 beschrieben ausgeprägt sein kann. Aus dem Histogramm 12 ist beispielsweise ersichtlich, dass die Batterie bei 20 °C und 3,5 V Spannung bei 8 Messungen betrieben wurde, oder auch dass die Batterie kein Mal bei 0 °C betrieben wurde.
Bei der Erstellung des Histogramms 12 werden mit einer definierten Erfassungsrate die Temperatur und die Spannung ermittelt und der entsprechende Histogrammzähler um 1 erhöht. Im Beispiel wird ein Update-Schritt 14 mit einer Erhöhung der Häufigkeit der Messung 16 „20°/3,5 Volt“ dargestellt.
In 3 wird beispielhaft eine Aktualisierung von Histogrammen 12 über zwei Fahrzyklen dargestellt, wobei Histogramme verwendet werden, welche Spannungs- und Temperaturinformationen aufweisen, wie mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben. Ein erstes Histogramm 12-1 liegt nach einer bestimmten Anzahl von Fahrzyklen vor und umfasst Häufigkeiten des Auftretens bestimmter Werte 7, 8 von Temperaturen und Spannungen. Das Histogramm 12-1 ist in zwei Partitionen 20-a, 20-b partitioniert. Eine erste Partition 20-a umfasst Histogrammeinträge, die regelmäßig erhöht werden. Eine zweite Partition 20-b umfasst Histogrammeinträge, die selten erhöht werden.
Ob ein Histogrammeintrag 9 zu der ersten oder zu der zweiten Partition gehört, kann das Ergebnis einer Schätzung oder von Erfahrungswerten sein, wobei etwa der Batterietyp einfließt, ob es sich um Lithium-Ionen-Batterien oder um Nickel-Hybrid-Batterien handelt, welche Dimensionen die Batterie aufweist, und Informationen über ein voraussichtliches Einsatzgebiet der Batterie, das heißt über die voraussichtlichen Betriebsbedingungen, unter welchen die Batterie betrieben wird.
Das Histogramm 12-2 zeigt die Situation nach einem Fahrzyklus. Bei jedem Fahrzyklus erfolgen mehrere der mit Bezug zu 2 beschriebenen Aktualisierungen, so dass sich insgesamt ein Änderungsbereich 22 mit aktualisierten Werten 24a ergibt, die in 3 fett dargestellt sind. Im dargestellten Beispiel haben sich nur Werte im Bereich der ersten Partition 20-a verändert, nämliche typische häufig veränderte Werte. In diesem Fall wird erfindungsgemäß nur eine der Partitionen gespeichert werden, nämlich die Partition 20-a.
Das Histogramm 12-3 zeigt die Situation nach einem weiteren Fahrzyklus. Nach dem weiteren Fahrzyklus wurden in beiden Partitionen 20-a und 20-b Werte geändert, so dass der Änderungsbereich 22 Werte 24a in der ersten Partition 20-a und Werte 24b in der zweiten Partition 20-b umfasst. Beide Partitionen 20-a und 20-b müssen folglich neu gespeichert werden. Die Situation aus dem zweiten Fahrzyklus bedeutet keine Verbesserung im Vergleich zu dem Fall, dass das komplette Histogramm abgespeichert wird. Durch geschickte Wahl der Partitionierung kann dieser nicht gewünschte Fall jedoch häufig vermieden werden.
Die Anzahl der Partitionen ist im Prinzip beliebig. 4 zeigt ein Beispiel für eine Zerlegung des Histogramms in 5 Partitionen 22-1, 22-2, ..., 22-5. 4 zeigt außerdem einige Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einigen Ausführungsformen.
Zunächst liegt eine Initialpartitionierung des Histogramms in 5 Partitionen 22-1, 22-2, ..., 22-5 vor. Nach einem ersten Fahrzyklus werden in einem Schritt b) solche Partitionen des Histogramms ermittelt, die aktualisierte Werte aufweisen. Hierbei wird festgestellt, dass die ersten drei Partitionen 22-1, 22-2, 22-3 neue Einträge erhalten. In einem weiteren Schritt c) und werden die ersten drei Partitionen 22-1, 22-2, 22-3 in einem nicht-flüchtigen Speicher 30 abgespeichert. Die vierte und die fünfte Partition 22-4, 22-5 bleiben im nicht-flüchtigen Speicher 30 unangetastet.
Zu Beginn, während oder nach einem zweiten Fahrzyklus werden in einem weiteren Schritt d) die Partitionen 22-1, 22-2, ... 22-5 aus dem nicht-flüchtigen Speicher 30 geladen. Im Schritt b) werden wiederum die Partitionen des Histogramms ermittelt, die aktualisierte Werte aufweisen. In diesem Fall erhält lediglich die dritte Partition 22-3 neue Einträge und wird am Ende des Fahrzyklus im Schritt c) abgespeichert. Die erste, zweite, vierte und fünfte Partition bleiben unangetastet. Zu Beginn, während oder nach einem dritten Fahrzyklus werden im Schritt d) alle Partitionen 22-1, 22-2, ... 22-5 aus dem nicht-flüchtigen Speicher 30 geladen. Nach dem dritten Fahrzyklus wird im Schritt b) festgestellt, dass alle Partitionen neue Einträge in einem Schritt b) solche Partitionen des Histogramms ermittelt, die aktualisierte Werte aufweisen und werden im Schritt c) abgespeichert.
In 5 sind wiederum beispielhaft zweidimensionale Histogramme mit Spannungs- und Temperaturwerten dargestellt, wie mit Bezug zu den vorigen Figuren beschrieben. 5 zeigt, wie über die Lebensdauer des Steuergeräts die Partitionierung angepasst wird, um den Nutzen der Partitionierung zu maximieren. Dabei werden Partitionen so gewählt, dass häufig geänderte Einträge in den Histogrammen auch in einer gemeinsamen Partition liegen.
Ein Histogramm 12-4 weist eine beispielhafte initiale Zerlegung in zwei Partitionen 20-c, 20-d auf, welche beispielsweise auf Erfahrungswerten beruht. Ein Histogramm 12-5 zeigt eine überwiegende Nutzung der Batterie im mittleren Temperatur- und Spannungsbereich. Da in der initialen Partitionierung 20-c, 20-d der mittlere Temperatur- und Spannungsbereich in einer einzigen Partition liegen, liegt in diesem Fall der Änderungsbereich 22 überwiegend innerhalb der ersten Partitionierung 20-c mit häufig veränderten Werten, d. h. der Änderungsbereich 22 umfasst relativ wenig Werte 24d, welche in der zweiten Partition 20d mit selten veränderten Werten liegt. In diesem Beispiel wurde die Partitionierung bis auf wenige Ausnahmen gut gewählt.
Ein weiteres Histogramm 12-6 zeigt eine überwiegende Nutzung im niedrigen Temperatur- und Spannungsbereich. Der Änderungsbereich 22 umfasst ebenso viele Werte in der ersten Partition 20-c als in der zweiten Partition 20-d. In diesem Fall bringt die Partitionierung keinen Vorteil, da beide Partitionen 20-d, 20-c gleichmäßig beschrieben werden müssen.
Ein weiteres Histogramm 12-7 zeigt eine überwiegende Nutzung der Batterie im hohen Spannungsbereich. Wie im vorgenannten Fall umfasst der Änderungsbereich 22 annähernd gleich viele Positionen 24c in der ersten Partition 20-c wie Position 24d in der zweiten Partition 20-d. Hier bringt die Partitionierung ebenfalls keinen Vorteil, da beide Partitionen 20-c, 20-d gleichmäßig beschrieben werden müssen.
Bei den letzteren Fällen ist es vorteilhaft, nach einer bestimmten Anzahl von Fahrzyklen, beispielsweise nach 3, 5, 10, 20 oder 50 Fahrzyklen, die Partitionierung anzupassen. Entsprechend umfasst als Reaktion auf die Situation des Histogramms 12-6 ein Histogramm 12-8 eine erste Partition 20-e, welche niedrige Temperaturwerte und niedrige Spannungswerte umfasst, und eine zweite Partition 20-f, welche hohe Temperatur- und hohe Spannungswerte umfasst. Nach der Änderung der Partitionierung sind die häufig geänderten Werte wieder in der Partition 20-e zusammengefasst. Entsprechend zeigt außerdem ein weiteres Histogramm 12-9 eine adäquate Reaktion auf die Situation des Histogramms 12-7, so dass eine Partition 20-g eingeführt wird, welche die Nutzung im hohen Spannungsbereich angibt und eine weitere Partition 20-h, welche Werte im Randbereich der Temperaturen und niedrige Spannungswert umfasst. Nach der Ändern der Partitionierung sind die häufig geänderten Werte wieder in einer Partition 20-g zusammengefasst.
6 zeigt ein Beispiel für eine Anpassung der Partitionierung anhand eines mit drei Partitionen 20-i, 20-j, 20-k initialisierten Histogramms 12-10. Die Darstellung 28-1 zeigt die Partitionsinformationen des Histogramms 12-10. Eine erste Partition 20-i umfasst niedrige und hohe Temperaturwerte sowie hohe Spannungswerte. Eine zweite Partition 20-j umfasst mittlere Temperatur- und Spannungswerte. Eine dritte Partition 20-k umfasst niedrige Spannungswerte. Die Partitionsinformationen können den einzelnen Einträgen des Histogramms als weiteres Attribut beigefügt sein, beispielsweise ein Wert P1 für Elemente auf der ersten Partition, ein Wert P2 für Elemente auf der zweiten Partition und ein Wert P3 für Elemente auf der dritten Partition 20-k.
In 6 wird nach jeweils drei Fahrzyklen geprüft wird, ob die Partitionsinformationen noch ausreichend gut gewählt sind. Das Histogramm 12-12 zeigt beispielhaft nach einem ersten Fahrzyklus einen Änderungsbereich 22, welcher vollständig in die zweite Partition 20-j fällt. Das Histogramm 12-13 weist nach einem weiteren Fahrzyklus einen Änderungsbereich 22 mit Werten 24-i auf, welche in die erste Partition 20-i fallen und mit Werten 24-j, die in die zweite Partition 20-j fallen. Das Histogramm 12-14 nach einem dritten Fahrzyklus bildet ein erstes Referenzhistogramm. Der Änderungsbereich 22 hat sich dabei nach dem dritten Fahrzyklus gegenüber dem Änderungsbereich 22 des Histogramms 12-13 nach dem zweiten Fahrzyklus nicht geändert. Das Histogramm 12-15 zeigt die Werte nach einem vierten Fahrzyklus. Der Änderungsbereich 22 umfasst Werte in allen drei Partitionen 20-i, 20-j, 20-k. Das Histogramm 12-16 zeigt die Werte nach dem fünften Fahrzyklus und weist einen Änderungsbereich 22 auf, welcher dem Änderungsbereich 22 des Histogramms 12-15 nach dem vierten Fahrzyklus entspricht. Ebenso weist das Histogramm 12-17 nach dem sechsten Fahrzyklus einen Änderungsbereich 22 wie zuvor auf.
Das Histogramm 12-18 wird als Differenzhistogramm bezeichnet. Es wird aus Differenzen der Werte vom Histogramm 12-17 nach dem sechsten Fahrzyklus zum Referenzhistogramm 12-14 nach dem dritten Fahrzyklus gebildet. Anhand des Differenzhistogramms 12-18 kann erkannt werden, welche Einträge im Histogramm sich seit der letzten Referenznahme am meisten geändert haben. Mittels der Differenzwerte wird eine neue Partitionierung gebildet.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass Differenzwerte mit größeren Beträgen, beispielsweise größer als 5, 6, 10 einer neuen ersten Partition zugeordnet werden, Differenzwerte zwischen 0 und 5 einer neuen dritten Partition zugeordnet werden und Differenzwerte gleich 0 einer neuen zweiten Partition zugeordnet werden. Die neue Partitionierung wird gespeichert, wobei 28-2 die Partitionsinformationen der neuen Partition zeigt. Eine erste Partition 20-l umfasst hier beispielsweise hohe Temperaturen und mittlere Spannungsbereiche. Die Elemente, die zur ersten neuen Partition 20-l gehören, werden entsprechend mit P1 gekennzeichnet. Die Elemente, welche zur zweiten neuen Partition 20-m gehören, die hier beispielhaft im Wesentlichen aus Tieftemperaturbereichen besteht, werden mit P2 gekennzeichnet. Die Elemente, welche zur neuen dritten Partition 20-n gehören, werden entsprechen mit P3 gekennzeichnet. Die Partitionen, welche auf diese Weise erstellt wurden, müssen nicht notwendigerweise zusammenhängende Bereiche bilden, was anhand der Elemente der dritten Partition 20-n erkennbar ist.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010031337 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Bereitstellen von Informationen zu Wartungs- und Servicezwecken einer Batterieeinheit, wobei Nutzungsdaten einer Batterieeinheit erfasst und quantisiert werden und Histogramme (2, 12) gebildet werden, wobei die Histogramme (2, 12) Häufigkeiten (6) des Auftretens bestimmter Werte (7, 8) der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten oder daraus abgeleitete Werte aufweisen, mit den folgenden Schritten: a) Erstellen oder Aktualisieren eines Histogramms (2, 12) über einen Fahrzyklus; b) Ermittlung solcher Partitionen (20) des Histogramms (2, 12), die aktualisierte Werte (22) aufweisen; c) Speichern der Partitionen des Histogramms (2, 12), die aktualisierte Werte (22) aufweisen, in einen nicht-flüchtigen Speicher (30).
Verfahren nach Anspruch 1, mit dem weiteren Schritt: d) Auslesen eines Histogramms (2, 12) aus einem nicht-flüchtigen Speicher (30), wobei daraufhin in Schritt a) ein Aktualisieren des ausgelesenen Histogramms (2, 12) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei in Schritt d) außerdem Partitionsinformationen zu dem Histogramm (2, 12) aus dem nicht-flüchtigen Speicher (30) ausgelesen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt a) ein Erstellen eines Histogramms (2, 12) erfolgt und in Schritt b) die Partitionen (20) des erstellten Histogramms (2, 12) ermittelt werden, die Werte (7, 8) ungleich Null aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verfahren die weiteren Schritte aufweist: e) Auslesen von zu aktualisierenden Partitionen (20) eines Histogramms (2, 12) aus einem nicht-flüchtigen Speicher (30), f) Aktualisieren der zu aktualisierenden Partitionen des ausgelesenen Histogramms (2, 12) mit dem Werten (7, 8) des erstellten Histogramms (2, 12), und wobei in Schritt c) die aktualisierten Partitionen (20) des ausgelesenen Histogramms (2, 12) gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partitionsinformationen zu den Histogrammen (2, 12) in einem Batteriemanagementsystem oder in einer Datenstruktur gemeinsam mit den Histogrammen (2, 12) gespeichert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zerlegung in Partitionen (20) dynamisch angepasst wird.
Datenstruktur mit Informationen zu Nutzungsbedingungen einer Batterie und mit Partitionsinformationen, wobei die Datenstruktur bei der Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 erstellt wurde, wenn die Datenstruktur von einer Computereinrichtung ausgelesen wird.
Computerprogramm zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird.
Batteriemanagementsystem mit einer Einheit zur Erfassung von Nutzungsdaten einer Batterieeinheit, einer Einheit zur Quantisierung der erfassten Nutzungsdaten, einer Einheit zum Erstellen oder Aktualisieren eines Histogramms (2, 12) über einen Fahrzyklus, wobei das Histogramm (2, 12) Häufigkeiten (6) des Auftretens bestimmter Werte (7, 8) der einzelnen quantisierten Nutzungsdaten oder daraus abgeleitete Werte aufweist, einer Einheit zur Ermittlung solcher Partitionen (20) des Histogramms (2, 12), die aktualisierte Werte (22) aufweisen und einer Einheit zum Speichern der Partitionen (20) des Histogramms (2, 12), die aktualisierte Werte (22) aufweisen, in einen nicht-flüchtigen Speicher (30).
Batterie, die mehrere Batteriezellen und ein Batteriemanagementsystem nach Anspruch 10 umfasst, und die mit einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs verbindbar ist.
Kraftfahrzeug mit einer Batterie nach Anspruch 11, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.