-
TECHNISCHES GEBIET
-
Diese Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren zum Ausgleichen eines Batteriesystems in einem Fahrzeug. Insbesondere aber nicht ausschließlich betrifft diese Offenbarung Systeme und Verfahren zum Ausgleichen von voneinander abweichenden Sektionen eines Fahrzeugbatteriestapels auf der Grundlage eines geschätzten Ladezustands der verschiedenen Sektionen.
-
HINTERGRUND
-
Personenfahrzeuge enthalten oft elektrische Batterien, um Merkmale von elektrischen Systemen und Antriebsstrangsystemen eines Fahrzeugs zu betreiben. Zum Beispiel enthalten Fahrzeuge für gewöhnlich eine Bleisäure-Kraftfahrzeugbatterie mit 12 V, die ausgestaltet ist, um elektrische Energie an Fahrzeugstartersysteme (z.B. einen Startermotor), Beleuchtungssysteme und/oder Zündsysteme zu liefern. Bei Elektro-, Brennstoffzellen(FC)- und/oder Hybridfahrzeugen kann ein Hochspannungs-Batteriesystem (HV-Batteriesystem) verwendet werden, um elektrische Antriebsstrangkomponenten des Fahrzeugs (z.B. elektrische Antriebsmotoren und dergleichen) mit Leistung zu versorgen.
-
Bei bestimmten Konstruktionen können in einem Fahrzeug enthaltene Batteriesysteme eine oder mehrere Sektionen enthalten. Beispielsweise kann ein Fahrzeugbatteriesystem einen Batteriestapel enthalten, der eine oder mehrere Sektionen aus Batteriezellen umfasst. In einem Batteriestapel können Batteriesektionen ausgetauscht und/oder zu diesem hinzugefügt werden, was zu Unterschieden bei Kapazitäten, dem Ladezustand, Entladeraten, Impedanzen und/oder Spannungen zwischen den neuen Batteriesektionen und den bestehenden Batteriesektionen führt. Auf ähnliche Weise kann eine Batteriezelle in einer Batteriesektion ausgetauscht und/oder zu dieser hinzugefügt werden, was zu Unterschieden bei Kapazitäten, dem Ladezustand, Entladeraten, Impedanzen und/oder Spannungen zwischen der neuen Batteriezelle und den bestehenden Batteriezellen führt. Das Entladen einer Batterie kann enden, wenn eine Sektion, die die niedrigste Kapazität aufweist, entleert ist, unabhängig davon, ob andere Batteriesektionen über ausreichend Kapazität für eine fortgeführte Entladung verfügen. Dieses Verhalten kann zur Unwirtschaftlichkeit, zu einer Verschlechterung und/oder einer permanenten Beschädigung des Batteriesystems führen.
-
Die Druckschrift
US 2011 / 0 254 502 A1 offenbart ein fehlertolerantes Batteriemanagementsystem für ein Batteriesystem, das mehrere Batteriesektionen mit jeweils mehreren Zellen umfasst. Das Batteriemanagementsystem schätzt mit Hilfe von mehreren Sensoren Ladezustände für die mehreren Batteriesektionen und berechnet einen relativen Ladezustand zwischen den mehreren Zellen, um einen Ladungsausgleich zwischen den Zellen durchzuführen.
-
In der Druckschrift
US 2010 / 0 052 614 A1 ist ein System zum Batterieladungsmanagement offenbart, das beim Laden von Batteriezellen einen individuellen Ladungsausgleich für die Batteriezellen durchführt. Durch Überwachen der Ströme und Temperaturen beim Laden wird übermäßiges Laden und Entladen und ein Aufheizen der Batteriezellen verhindert.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Es werden Systeme und Verfahren dargestellt, um eine oder mehrere Sektionen eines Batteriesystems, das in einem Fahrzeug enthalten ist, auszugleichen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein System zum Ausgleichen von Batterien ein Batteriesystem enthalten, das mehrere Batteriesektionen enthält. Jede Sektion der mehreren Batteriesektionen kann mehrere Zellen enthalten. Mehrere Sensoren können mit den mehreren Zellen gekoppelt sein und ausgestaltet sein, um Schätzwerte von Ladezuständen für jede der mehreren Sektionen/Zellen bereitzustellen (z.B. unter Verwendung von Spannungsmessungen oder dergleichen). Ein Zellenausgleichssystem kann mit den mehreren Zellen gekoppelt sein und kann ausgestaltet sein, um Energie zwischen den Zellen umzuverteilen. Eine Batteriesteuerungselektronik kann mit den Sensoren und dem Zellenausgleichssystem gekoppelt sein. In Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen kann die Batteriesteuerungselektronik ausgestaltet sein, um zu veranlassen, dass das Zellenausgleichssystem die Batteriesektionen (z.B. Zellen innerhalb der Batteriesektionen) in Übereinstimmung mit einem von mehreren verschiedenen Ausgleichsalgorithmen auf der Grundlage von geschätzten Ladezuständen für die mehreren Sektionen/Zellen, welche von den mehreren Sensoren geliefert werden, ausgleicht.
-
Bei weiteren Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Ausgleichen von mehreren Sektionen, die in einem Batteriesystem enthalten sind, umfassen, dass geschätzte Ladezustände der mehreren Sektionen des Batteriesystems empfangen werden. Ladezustände können von einem oder mehreren Sensoren, die einer oder mehreren der Batteriesektionen/zellen zugeordnet sind, beispielsweise unter Verwendung von Spannungsmessungen geschätzt werden. Auf der Grundlage der geschätzten Ladezustände kann festgestellt werden, dass die Batterie nicht ausglichen ist. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Feststellen, ob die Batterie nicht ausgeglichen ist, umfassen, dass die geschätzten Ladezustände verglichen werden, um festzustellen, ob die Batteriesektionen ausgeglichen bzw. nicht ausgeglichen sind.
-
Wenn ein Ausgleichen der Batterie notwendig ist, kann festgestellt werden, ob die geschätzten Ladezustände innerhalb einer ersten Ladezustandsregion, einer zweiten Ladezustandsregion oder einer dritten Ladezustandsregion liegen. Die erste Ladezustandsregion kann höhere Ladezustände über einem speziellen Schwellenwert enthalten, die zweite Ladezustandsregion kann Ladezustände unter einem speziellen Schwellenwert enthalten, und die dritte Ladezustandsregion kann Ladezustände zwischen der ersten und zweiten Region enthalten. Auf der Grundlage der Feststellung können die mehreren Sektionen der Batteriesysteme in Übereinstimmung mit einem von mehreren verschiedenen Ausgleichsalgorithmen ausgeglichen werden.
-
Bei noch weiteren Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Ausgleichen mehrerer Sektionen, die in einem Batteriesystem enthalten sind, umfassen, dass geschätzte Ladezustände der mehreren Sektionen des Batteriesystems empfangen werden. Auf der Grundlage der geschätzten Ladezustände kann festgestellt werden, dass die mehreren Sektionen des Batteriesystems nicht ausgeglichen sind. Es kann festgestellt werden, ob die geschätzten Ladezustände unter einem Schwellenwert liegen. Auf der Grundlage der Feststellung kann eine schwache Sektion der mehreren Sektionen zusammen mit Sektionen der mehreren Sektionen, die einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als derjenige der schwachen Sektion ist, und mit Sektionen der mehreren Sektionen, die einen Ladezustand aufweisen, der höher als derjenige der schwachen Sektion ist, unabhängig ausgeglichen werden.
-
Figurenliste
-
Es werden nicht einschränkende und nicht umfassende Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben, die verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung mit Bezug auf die Figuren enthalten, in denen:
- 1 ein beispielhaftes System zum Ausgleichen eines Batteriesystems in einem Fahrzeug in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen veranschaulicht.
- 2 eine graphische Konzeptdarstellung ist, die beispielhafte Verfahren zum Ausgleichen eines Batteriesystems in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen darstellt.
- 3 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Ausgleichen eines Batteriesystems in einem Fahrzeug in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen darstellt.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
-
Nachstehend wird eine genaue Beschreibung von Systemen und Verfahren, die mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen, bereitgestellt. Obwohl mehrere Ausführungsformen beschrieben werden, versteht es sich, dass die Offenbarung nicht auf eine beliebige Ausführungsform beschränkt ist, sondern stattdessen zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente umfasst. Zudem können, obwohl zahlreiche spezielle Details in der folgenden Beschreibung offengelegt werden, um ein gründliches Verständnis der hier offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, einige Ausführungsformen ohne einige oder alle diese Details in die Praxis umgesetzt werden. Darüber hinaus wurde der Klarheit halber bestimmtes technisches Material, das in dem zugehörigen technischen Gebiet bekannt ist, nicht im Detail beschrieben, um ein unnötiges Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden.
-
Die Ausführungsformen der Offenbarung werden durch Bezugnahme auf die Zeichnungen am besten verstanden werden, in denen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sein können. Die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, die in den Figuren hier allgemein beschrieben und veranschaulicht sind, können in einer großen Vielfalt unterschiedlicher Konfigurationen angeordnet und konstruiert sein. Daher ist die folgende genaue Beschreibung der Ausführungsformen der Systeme und Verfahren der Offenbarung nicht dazu gedacht, den beanspruchten Umfang der Offenbarung einzuschränken, sondern sie stellt nur mögliche Ausführungsformen der Offenbarung dar. Zudem müssen die Schritte eines Verfahrens nicht unbedingt in einer beliebigen speziellen Reihenfolge oder auch nur sequentiell ausgeführt werden, noch müssen die Schritte nur einmal ausgeführt werden, sofern es nicht anderweitig angegeben ist.
-
Ausführungsformen der hier offenbarten Systeme und Verfahren können ein oder mehrere Verfahren nutzen, um verschiedene Sektionen eines Batteriesystems in Abhängigkeit vom Ladezustand der Sektionen auszugleichen. Eine Batteriesektion kann, so wie der Begriff hier verwendet wird, eine beliebige Teilmenge eines Batteriesystems bezeichnen, die beispielsweise eine oder mehrere Batteriezellen umfasst, die im System enthalten sind. Das Ausgleichen der Sektionen des Batteriesystems kann erreicht werden, indem Energie von oder zu einzelnen Zellen übertragen wird, bis ein Ladezustand einer Sektion mimt der niedrigsten Kapazität gleich und/oder im Wesentlichen gleich dem Ladezustand des Batteriesystems ist. Um eine einzelne Sektion eines Batteriestapels auszugleichen, kann eine oder können mehrere Batteriezellen, die in der Sektion enthalten sind, ausgeglichen werden. Um mehrere Sektionen des Batteriestapels zusammen auszugleichen, können die Batteriezellen, die in den mehreren Sektionen enthalten sind, alle als eine Gruppe ausgeglichen werden. Folglich umfasst das Ausgleichen einer oder mehrerer Sektionen, so wie es hier verwendet wird, das Ausgleichen einer oder mehrerer zugehöriger Batteriezellen der einen oder der mehreren Sektionen. Das korrekte Ausgleichen eines Batteriesystems kann die Lebensdauer des Batteriesystems erhöhen und kann Bedingungen mit übermäßiger und/oder zu geringer Ladung verhindern.
-
Hier offenbarte Systeme und Verfahren können einen Ladezustand einer oder mehrerer Batteriesektionen schätzen, die in einem Batteriesystem enthalten sind. Auf der Grundlage dessen, ob die geschätzten Ladezustände in eine oder mehrere definierte Regionen fallen, können unterschiedliche Batterieausgleichsverfahren verwendet werden. Das Verwenden unterschiedlicher Ausgleichsverfahren beruhend darauf, ob geschätzte Batteriesektions-Ladezustände in eine oder mehrere definierte Regionen fallen, kann Batterieausgleichsoperationen im Vergleich zur Verwendung eines einzigen Ausgleichsverfahrens unabhängig von geschätzten Ladezuständen verbessern.
-
1 veranschaulicht ein beispielhaftes System zum Ausgleichen eines Batteriesystems in einem Fahrzeug 100 in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen. Das Fahrzeug 100 kann ein Kraftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug und/oder ein beliebiger anderer Fahrzeugtyp sein und kann einen Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine (ICE), einen Antriebsstrang mit einem Elektromotor, einen Antriebsstrang mit einer Hybridkraftmaschine, einen Brennstoffzellen-Antriebsstrang (FC-Antriebsstrang) und/oder einen beliebigen anderen Antriebsstrangtyp umfassen, der zum Integrieren der hier offenbarten Systeme und Verfahren geeignet ist. Das Fahrzeug 100 kann ein Batteriesystem 102 enthalten, das bei bestimmten Ausführungsformen ein HV-Batteriesystem sein kann. Das HV-Batteriesystem kann verwendet werden, um elektrische Antriebsstrangkomponenten mit Leistung zu versorgen (z.B. etwa in einem elektrischen, hybriden oder FC-Leistungssystem). Bei weiteren Ausführungsformen kann das Batteriesystem 102 eine Niederspannungsbatterie sein (z.B. eine Bleisäure-Kraftfahrzeugbatterie mit 12 V) und kann ausgestaltet sein, um elektrische Energie an eine Vielfalt von Systemen im Fahrzeug 100 zu liefern, welche beispielsweise Fahrzeugstartersysteme (z.B. einen Startermotor), Beleuchtungssysteme, Zündsysteme und/oder dergleichen umfassen.
-
Das Batteriesystem 102 kann eine Batterieelektronik 104 enthalten. Die Batterieelektronik 104 kann ausgestaltet sein, um bestimmte Operationen des Batteriesystems 102 zu überwachen und zu steuern. Beispielsweise kann die Batterieelektronik 104 ausgestaltet sein, um Auflade-, Entlade- und/oder Ausgleichsoperationen des Batteriesystems 102 zu überwachen und zu steuern. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Batterieelektronik 104 mit einem oder mehreren Sensoren (z.B. Sensoren 106), Betätigungsvorrichtungen (z.B. elektrischen Relais) und/oder Systemen, die ausgestaltet sind, um zu ermöglichen, dass die Batterieelektronik 104 Operationen des Batteriesystems 102 überwacht und steuert, kommunikationstechnisch gekoppelt sein. Die Batterieelektronik 104 kann ferner ausgestaltet sein, um Informationen an andere Systeme, die im Fahrzeug 100 enthalten sind, zu liefern und/oder von diesen zu empfangen. Beispielsweise kann die Batterieelektronik 104 mit einem fahrzeuginternen Computersystem 108 und/oder einem externen Computersystem 110 kommunikationstechnisch gekoppelt sein (z.B. über ein Funktelekommunikationssystem oder dergleichen). Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Batterieelektronik 104 zumindest teilweise ausgestaltet sein, um Informationen im Hinblick auf das Batteriesystem 102 für einen Benutzer des Fahrzeugs 100, für das Fahrzeugcomputersystem 108 und/oder das externe Computersystem 110 bereitzustellen. Derartige Informationen können beispielsweise Batterieladezustandsinformationen, Batteriebetriebszeitinformationen, Batteriebetriebstemperaturinformationen und/oder beliebige andere Informationen mit Hinblick auf das Batteriesystem 102 umfassen.
-
Das Batteriesystem 102 kann einen oder mehrere Batteriestapel 112 enthalten, die geeignet ausgelegt sind, um elektrische Leistung an das Fahrzeug 100 zu liefern. Jeder Batteriestapel 112 kann eine oder mehrere Batteriesektionen 114 enthalten. Die Batteriesektionen 114 können eine oder mehrere Batteriezellen umfassen, die eine beliebige geeignete Batterietechnologie nutzen, welche beispielsweise Bleisäure, Nickelmetallhydrid (NiMH), Lithium-Ionen (Li-Ion), Li-Ion-Polymer, Lithium-Luft, Nickelcadmium (NiCad), ventilgesteuerte Bleisäure (VRLA) mit absorbierendem Glasvlies (AGM), Nickel-Zink (NiZn), Flüssigsalz (z.B. eine ZEBRA-Batterie) und/oder andere geeignete Batterietechnologien umfassen. Um eine einzelne Sektion 114 des Batteriestapels 112 auszugleichen, kann eine oder können mehrere Batteriezellen, die in der Sektion 114 enthalten sind, ausgeglichen werden. Um mehrere Sektionen 114 des Batteriestapels 112 gemeinsam auszugleichen, können die Batteriezellen, die in den mehreren Sektionen enthalten sind, alle als eine Gruppe ausgeglichen werden. Folglich kann, wie es hier verwendet wird, das Ausgleichen einer oder mehrerer Sektionen 114 umfassen, dass eine oder mehrere zugehörige Batteriezellen der einen oder der mehreren Sektionen 114 ausgeglichen werden.
-
Jede Batteriesektion 114 und/oder die Zellen, die in den Batteriesektionen 114 enthalten sind, können mit einem Zellenausgleichssystem 116 kommunikationstechnisch gekoppelt sein. Das Zellenausgleichssystem 116 kann ausgestaltet sein, um Energie von oder an einzelne Zellen, die in den Batteriesektionen 114 enthalten sind, selektiv zu übertragen. Beispielsweise kann das Zellenausgleichssystem 116 ein Netzwerk aus Schaltern und/oder Durchgängen enthalten, die ausgestaltet sind, um den selektiven Energietransfer zwischen Zellen der Batteriesektionen 114 zu ermöglichen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann jede Sektion 114 mit einem diskreten Zellenausgleichssystem 116 verbunden sein, das so ausgestaltet ist, dass es den selektiven Energietransfer zwischen seinen zugehörigen Zellen ermöglicht. Bei weiteren Ausführungsformen können mehrere Sektionen 114 mit einem einzigen Zellenausgleichssystem 116 verbunden sein. Bestimmte Funktionalitäten des Zellenausgleichssystems 116 können von der Batterieelektronik 102, dem Fahrzeugcomputersystem 108 und/oder dem Computersystem 110 gesteuert werden.
-
Jede Batteriesektion 114 kann mit einem Sensor 106 verbunden sein, der ausgestaltet ist, um einen Ladezustand einer verbundenen Batteriesektion 114 beispielsweise unter Verwendung von Spannungsmessungen zu schätzen. Obwohl 1 separate Sensoren 106 veranschaulicht, die mit jeder Batteriesektion 114 verbunden sind, kann bei einigen Ausführungsformen auch ein einzelner Sensor verwendet werden, der ausgestaltet ist, um einen Ladezustand von mehreren Sektionen 114 zu schätzen. Von den Sensoren 106 geschätzte Ladezustandsinformationen (z.B. unter Verwendung gemessener Spannungen und/oder beliebiger anderer geeigneter gemessener Informationen) können an die Batterieelektronik 104 geliefert werden. Unter Verwendung der geschätzten Ladezustandsinformationen kann die Batterieelektronik 104 und/oder ein beliebiges anderes geeignetes System Batterieausgleichsoperationen koordinieren, wie nachstehend im Detail beschrieben ist.
-
In bestimmten Ausführungsformen können Batterieausgleichsoperationen beim Starten des Fahrzeugs 100, des Fahrzeugcomputers 108 und/oder des Batteriesystems 102 durchgeführt werden. Bei anderen Ausführungsformen können Batterieausgleichsoperationen durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug 100 und/oder das Batteriesystem 102 nicht benutzt werden. Bei weiteren Ausführungsformen können Batterieausgleichsoperationen nach der Installation einer neuen Batteriesektion 114 und/oder nach dem Austausch einer alten Batteriesektion 114 durchgeführt werden. Ein Batterieausgleichen kann beginnen, indem festgestellt wird, ob geschätzte Ladezustände von mehreren Batteriesektionen 114 gleich sind oder innerhalb eines speziellen Bereichs liegen. Wenn dies zutrifft, sind die mehreren Batteriesektionen 114 ausgeglichen. Wenn die Batteriesektionen 114 ausgeglichen sind, kann es sein, dass Ausgleichsoperationen nicht benötigt werden. Wenn die Batteriesektionen 114 jedoch nicht ausgeglichen sind, können Ausgleichsoperationen fortfahren.
-
Wie nachstehend mit Bezug auf 2 im größeren Detail erörtert wird, kann ein Ladezustandsfenster definiert werden, welches verschiedene Ladezustände für eine oder mehrere Batteriesektionen 114 darstellt und das drei Ladezustandsregionen enthält. Die erste Region kann höhere Ladezustände mit einer Untergrenze bei einem ersten Schwellenwert umfassen. In der ersten Region kann ein Aufladebeendigungspegel für das Batteriesystem 102 enthalten sein. Die zweite Region kann niedrigere Ladezustände mit einer Obergrenze bei einem zweiten Schwellenwert umfassen. In der zweiten Region kann ein Ladungserhaltungspegel für das Batteriesystem 102 enthalten sein. Die dritte Region kann Ladezustände enthalten, die in den Bereich zwischen der ersten und zweiten Region fallen (z.B. zwischen den ersten und zweiten Schwellenwert). Folglich fallen geschätzte Ladezustände der Batteriesektionen 114 in eine von drei definierten Ladezustandsregionen. Bei bestimmten Ausführungsformen können Schwellenwerte, welche die Regionen definieren, durch eine oder mehrere Kalibrierungen eines Batteriesystems bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Ladezustand nahe bei dem Aufladebeendigungspegel (z.B. die erste Region) auftreten, wenn ein geschätzter Ladezustand während einer Aufladung innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs um einen Zielladezustand liegt. In Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen können unterschiedliche Batterieausgleichsverfahren auf der Grundlage einer speziellen Region, in welche die geschätzten Ladezustände für die Batteriesektionen 114 fallen, eingesetzt werden.
-
Unter Verwendung der von den Sensoren 106 geschätzten Ladezustandsinformationen und/oder anderer Informationen, die von anderen Sensorsystemen empfangen wurden, kann eine schwache Sektion der Batteriesektionen 114 identifiziert werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine schwache Sektion auf der Grundlage einer Feststellung, dass eine Sektion eine höhere Impedanz oder einen höheren Widerstand aufweist, identifiziert werden. Beispielsweise kann die Batterieelektronik 104 zusätzlich zu den Ladezustandsinformationen Informationen mit Bezug auf geschätzte Innenwiderstände der mehreren Batteriesektionen 114 von einem oder mehreren (nicht gezeigten) Sensoren empfangen, die mit den Batteriesektionen 114 verbunden sind. Auf der Grundlage der geschätzten Innenwiderstände kann eine schwache Sektion identifiziert werden. Es kann auch ein beliebiges anderes geeignetes Verfahren zum Identifizieren einer schwachen Sektion genutzt werden (z.B. indem eine Sektion bestimmt wird, die eine verringerte Kapazität, Temperaturabweichungen außerhalb von bestimmten Toleranzen und/oder dergleichen aufweist). Bei bestimmten Ausführungsformen können mehrere Batterieparameter beim Identifizieren einer schwachen Sektion und/oder Zelle verwendet werden.
-
Wenn geschätzte Ladezustände für die Sektionen 114 in die erste Ladezustandsregion fallen (z.B. in die Nähe des Aufladebeendigungspegels), kann ein Ausgleichen durchgeführt werden, indem alle Sektionen 114 gemeinsam ausgeglichen werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das gemeinsame Ausgleichen aller Sektionen 114 in der ersten Region zu einer höheren Durchschnittsspannung des Batteriestapels 112 bei einer anschließenden Entladung führen, wodurch eine erhöhte Energielieferung durch das Batteriesystem 102 bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann das Ausgleichen aller Batteriesektionen 114 gemeinsam eine erhöhte Energielieferung durch das Batteriesystem 102 im Anschluss an das Austauschen einer der Sektionen 114 im Vergleich zur Energielieferung des Batteriesystems 102 vor dem Austausch der Sektion bereitstellen.
-
Wenn geschätzte Ladezustände für die Sektionen 114 in die zweite Ladezustandsregion fallen (z.B. in die Nähe des Ladungserhaltungspegels), kann ein Batterieausgleichen durchgeführt werden, indem alle Sektionen 114, die einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als derjenige der identifizierten schwachen Sektion ist, zusammen mit der schwachen Sektion ausgeglichen werden, und indem beliebige der Sektionen 114, die einen Ladezustand aufweisen, der höher als der der identifizierten schwachen Sektion ist, einzeln ausgeglichen werden. Bei bestimmten Umständen kann es sein, dass eine identifizierte schwache Sektion (z.B. eine Sektion, die als diejenige mit dem höchsten Innenwiderstand identifiziert wurde) relativ zu anderen Sektionen 114 nicht den niedrigsten Ladezustand aufweist. Folglich kann durch das Ausgleichen aller Sektionen, die einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als derjenige der schwachen Sektion ist, zusammen mit der schwachen Sektion ein übermäßiges Entladen der niedrigeren Sektionen abgemildert werden, speziell bei Umständen, wenn die schwache Sektion von der Batterieelektronik 104 als Steuerungsanzeige dessen verwendet werden kann, wann das Entladen aus dem Batteriestapel 112 beendet werden soll. Ein übermäßiges Entladen von Batteriesektionen kann zu einer permanenten Beschädigung der Batteriesektionen führen und folglich ist ein Abschwächen und/oder Verhindern von Bedingungen mit übermäßiger Entladung wünschenswert.
-
Wenn schließlich geschätzte Ladezustände für die Sektionen 114 in die dritte Ladezustandsregion fallen, können alle Batteriesektionen 114 einzeln ausgeglichen werden. Indem alle Batteriesektionen 114 in der dritten Ladezustandsregion einzeln ausgeglichen werden, werden die Zellen in den Sektionen 114 unabhängig ausgeglichen bleiben (z.B. ein Ausgleich innerhalb der Sektion), um einen Ausgleich zwischen Sektionen der Sektionen 114 in der Nähe des Aufladebeendigungspegels nicht zu unterbrechen, sobald die Batterie wiederaufgeladen wird. Die Benutzung unterschiedlicher Ausgleichsverfahren auf der Grundlage dessen, ob geschätzte Batteriesektionsladezustände in eine der drei Regionen fallen, kann Batterieausgleichsoperationen gegenüber der Benutzung eines einzigen Ausgleichsverfahrens unabhängig von geschätzten Ladezuständen verbessern, speziell in der zweiten Region, bei der andernfalls ein übermäßiges Entladen von Sektionen stattfinden kann, die niedriger als eine schwache Sektion sind.
-
Bei bestimmten Ausführungsformen können Informationen im Hinblick auf Batterieausgleichsoperationen von der Batterieelektronik 104 an das Fahrzeugcomputersystem 108 und/oder an das externe Computersystem 110 geliefert werden. Beispielsweise kann eine Anzeige im Hinblick auf die Ausgeglichenheit/die Nicht-Ausgeglichenheit zwischen einer oder mehreren Batteriesektionen 114 und/oder Batteriestapeln 112 des Batteriesystems 102 bereitgestellt werden. Mit diesen Informationen kann ein Benutzer des Fahrzeugs 100 und/oder das externe Computersystem 110 mögliche Probleme mit dem Batteriesystem 102 diagnostizieren, die Effektivität von Ausgleichsoperationen überwachen und/oder beliebige weitere geeignete Aktivitäten zur Diagnose, Überwachung und/oder Steuerung durchführen.
-
2 ist eine graphische Konzeptdarstellung, die beispielhafte Verfahren zum Ausgleichen eines Batteriesystems in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen darstellt. Speziell veranschaulicht die graphische Darstellung von 2 ein Ladezustandsfenster, das verschiedene Ladezustände 200 für beispielhafte Sektionen 202 (z.B. Sektionen A, B und C) unter drei verschiedenen Ladezustandsbedingungen darstellt. Das beispielhafte Ladezustandsfenster enthält drei Ladezustandsregionen: eine erste Region 204, eine zweite Region 206 und eine dritte Region 208. Wie vorstehend erörtert wurde, können auf der Grundlage der speziellen Region, in welche geschätzte Ladezustände 200 für die Batteriesektionen 202 fallen, unterschiedliche Batterieausgleichsverfahren eingesetzt werden.
-
Wie dargestellt ist, kann die erste Region 204 höhere Ladezustände 200 enthalten, die zweite Region 206 kann niedrigere Ladezustände 200 enthalten, und die dritte Region 208 kann Ladezustände 200 enthalten, die zwischen die erste und zweite Region 204, 206 fallen. Ein Aufladebeendigungspegel 210 für das Batteriesystem kann in der ersten Region 204 enthalten sein. Ein Ladungserhaltungspegel 212 für das Batteriesystem kann in der zweiten Region 206 enthalten sein.
-
Die Sektion B der in 2 dargestellten beispielhaften Sektionen 202 kann von einem Batteriesystem, das die Sektionen A, B und C enthält, als eine schwache Sektion identifiziert werden. Wenn, wie vorstehend erörtert wurde, geschätzte Ladezustände 200 für die Sektionen 202 in die erste Region 204 fallen (z.B. in die Nähe des Aufladebeendigungspegels 210), kann ein Batterieausgleich durchgeführt werden, indem alle Sektionen 202 gemeinsam ausgeglichen werden. Folglich können, wie dargestellt ist, die Sektionen A, B und C in der ersten Region 204 gemeinsam ausgeglichen werden. Wenn geschätzte Ladezustände 200 für die Sektionen 202 in die zweite Region 206 fallen (z.B. in die Nähe des Ladungserhaltungspegels 212), kann ein Batterieausgleich durchgeführt werden, indem alle Sektionen 202, die einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als derjenige der identifizierten schwachen Sektion ist, zusammen mit der schwachen Sektion ausgeglichen werden, und indem alle Sektionen, die einen Ladezustand aufweisen, der höher als derjenige der identifizierten schwachen Sektion ist, einzeln ausgeglichen werden. Folglich können in der zweiten Region 206 die Sektionen A und B gemeinsam ausgeglichen werden und die Sektion C kann einzeln ausgeglichen werden. Wenn geschätzte Ladezustände 200 für die Sektionen 202 in die dritte Region 208 fallen, können alle Batteriesektionen 202 einzeln ausgeglichen werden. Folglich können in der dritten Region 208 die Sektionen A, B und C einzeln ausgeglichen werden. Die Nutzung unterschiedlicher Ausgleichsverfahren auf der Grundlage dessen, ob geschätzte Ladezustände 200 der Sektionen 202 in eine der drei Regionen 204 - 208 fallen, kann Batterieausgleichsoperationen gegenüber der Nutzung eines einzigen Ausgleichsverfahrens unabhängig von geschätzten Ladezuständen 200 verbessern. Verbesserungen können speziell in der zweiten Region 206 dort realisiert werden, wo andernfalls ein übermäßiges Entladen von Sektionen auftreten kann, die niedriger als eine schwache Sektion sind.
-
3 veranschaulicht ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zum Ausgleichen eines Batteriesystems in einem Fahrzeug in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen. Das veranschaulichte Verfahren 300 kann durchgeführt werden, indem zumindest teilweise die Batterieelektronik, ein Zellenausgleichssystem, ein Fahrzeugcomputersystem und ein externes Computersystem verwendet werden. Bei 302 kann das Verfahren 300 initialisiert werden. Bei 304 können Ladezustandsschätzwerte, die mehreren Batteriesektionen eines Batteriesystems zugeordnet sind, empfangen werden. Bei bestimmten Ausführungsformen können die Ladezustandsschätzwerte von einem oder mehreren Sensoren empfangen werden, die den mehreren Batteriesektionen zugeordnet sind.
-
Auf der Grundlage der empfangenen Ladezustandsschätzwerte kann bei 306 festgestellt werden, ob die mehreren Batteriesektionen ein Ausgleichen benötigen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann diese Feststellung getroffen werden, indem festgestellt wird, dass geschätzte Ladezustände der mehreren Batteriesektionen nicht gleich sind oder nicht innerhalb eines speziellen Bereichs liegen. Wenn die Ladezustandsschätzwerte, die den mehreren Batteriesektionen zugeordnet sind, gleich sind, oder innerhalb eines speziellen Bereichs liegen, kann es sein, dass Batterieausgleichsoperationen nicht benötigt werden (z.B. kann die Batterie bereits ausgeglichen sein) und das Verfahren 300 kann bei 318 enden. Wenn die Ladezustandsschätzwerte nicht gleich sind oder innerhalb des speziellen Bereichs liegen, kann das Verfahren zu 308 weitergehen.
-
Bei 308 kann eine schwache Sektion der mehreren Batteriesektionen identifiziert werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann eine schwache Sektion auf der Grundlage einer Feststellung, dass eine Sektion eine höhere Impedanz oder einen höheren Widerstand als andere Sektionen aufweist, identifiziert werden (z.B. unter Verwendung von Informationen, die von einem oder mehreren Sensoren empfangen wurden, welche den Widerstand oder dergleichen schätzen). Bei 310 kann festgestellt werden, ob die Ladezustandsschätzwerte, die den mehreren Batteriesektionen zugeordnet sind, in eine von drei Regionen in einem Ladezustandsfenster fallen. Wie vorstehend erörtert wurde, kann eine erste Region höhere Ladezustände enthalten, eine zweite Region kann niedrigere Ladezustände enthalten, und eine dritte Region kann Ladezustände enthalten, die zwischen die erste und zweite Region fallen. Der Aufladebeendigungspegel für das Batteriesystem kann in der ersten Region enthalten sein und der Ladungserhaltungspegel für das Batteriesystem kann in der zweiten Region enthalten sein. Auf der Grundlage der Region, in welche die Ladezustandsschätzwerte für die Batteriesektionen fallen, kann eines/einer von drei Ausgleichsverfahren und/oder Ausgleichsalgorithmen verwendet werden.
-
Wenn geschätzte Ladezustände für die mehreren Batteriesektionen in die erste Region fallen, kann das Verfahren 300 zu Schritt 312 weitergehen, bei dem ein Batterieausgleich durchgeführt werden kann, indem alle Sektionen gemeinsam ausgeglichen werden. Wenn geschätzte Ladezustände für die mehreren Batteriesektionen in die zweite Region fallen, kann das Verfahren 300 zu 314 weitergehen. Bei 314 kann ein Batterieausgleich durchgeführt werden, indem alle Sektionen, die einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als derjenige der identifizierten schwachen Sektion ist, zusammen mit der schwachen Sektion ausgeglichen werden, und indem alle Sektionen, die einen Ladezustand aufweisen, der höher als derjenige der identifizierten schwachen Sektion ist, einzeln ausgeglichen werden. Wenn schließlich geschätzte Ladezustände für die Sektionen in die dritte Ladezustandsregion fallen, kann das Verfahren zu 316 weitergehen. Bei 316 können alle Batteriesektionen einzeln ausgeglichen werden. Indem unterschiedliche Ausgleichsverfahren auf der Grundlage der geschätzten Ladezustände der Batteriesektionen genutzt werden, können die Batterieausgleichsoperationen verbessert werden.
-
Bei bestimmten Ausführungsformen können die hier offenbarten Systeme und Verfahren zumindest teilweise unter Verwendung eines oder mehrerer Computersysteme implementiert sein. Beispielsweise können bestimmte Merkmale und Funktionalitäten der Batterieelektronik, des Fahrzeugcomputersystems und/oder des externen Computersystems unter Verwendung eines Computersystems implementiert werden. Die hier offenbarten Systeme und Verfahren sind nicht schon an sich auf irgendeinen speziellen Computer oder eine andere Vorrichtung bezogen und können durch eine geeignete Kombination aus Hardware, Software und/oder Firmware implementiert werden. Softwareimplementierungen können ein oder mehrere Computerprogramme umfassen, welche ausführbaren Code/Anweisungen umfassen, der bzw. die bewirken können, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, dass der Prozessor ein Verfahren durchführt, das zumindest teilweise durch die ausführbaren Anweisungen definiert ist. Das Computerprogramm kann in einer beliebigen Form von Programmiersprache geschrieben werden, einschließlich von kompilierten oder interpretierten Sprachen, und kann in einer beliebigen Form eingesetzt werden, einschließlich als eigenständiges Programm oder als Modul, Komponente, Unterroutine oder andere Einheit, die zur Verwendung in einer Rechnerumgebung geeignet ist. Darüber hinaus kann ein Computerprogramm verwendet werden, um an einem Computer oder an mehreren Computern an einem Ort oder über mehrere Orte hinweg verteilt und durch ein Kommunikationsnetzwerk verbunden ausgeführt zu werden. Softwareausführungsformen können als Computerprogrammprodukt implementiert werden, das ein nicht vorübergehendes Speichermedium umfasst, welches ausgestaltet ist, um Computerprogramme und Anweisungen zu speichern, welche ausgestaltet sind, um zu veranlassen, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, dass der Prozessor ein Verfahren in Übereinstimmung mit den Anweisungen durchführt. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das nicht vorübergehende Speichermedium eine beliebige Form annehmen, die geeignet ist, um von einem Prozessor lesbare Anweisungen in einem nicht vorübergehenden Speichermedium zu speichern. Ein nicht vorübergehendes Speichermedium kann durch eine Kompakt-Disk, eine Digital-Video-Disk, ein Magnetband, ein Bernoulli-Laufwerk, eine Magnetplatte, eine Lochkarte, Flash-Speicher, integrierte Schaltungen oder eine beliebige andere nicht vorübergehende Speichervorrichtung einer digitalen Verarbeitungsvorrichtung ausgeführt sein.
-
Obwohl das Vorstehende der Klarheit halber in einigem Detail beschrieben wurde, ist festzustellen, dass bestimmte Veränderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dessen Prinzipien abzuweichen. Beispielsweise können die Sensoren bei bestimmten Ausführungsformen so ausgestaltet sein, dass sie auch Merkmale enthalten, die eine Messung der Innenwiderstände der Batteriesektionen ermöglichen. Analog kann die Batterieelektronik so ausgestaltet sein, dass sie spezielle Merkmale und/oder Funktionalitäten des Zellenausgleichssystems enthält. Auf ähnliche Weise können bestimmte Merkmale der hier offenbarten Ausführungsformen in einer beliebigen geeigneten Konfiguration oder Kombination konfiguriert und/oder kombiniert werden. Zudem können bestimmte hier offenbarte Systeme und/oder Verfahren in Batteriesystemen benutzt werden, die nicht in einem Fahrzeug enthalten sind (z.B. ein Reserveleistungs-Batteriesystem oder dergleichen). Es wird angemerkt, dass es viele alternative Weisen zum Implementieren sowohl der Prozesse als auch der Vorrichtungen, die hier beschrieben sind, gibt. Folglich sollen die vorliegenden Ausführungsformen als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung aufgefasst werden und die Erfindung darf nicht auf die hier angegebenen Details beschränkt werden, sondern sie kann im Umfang und mit den Äquivalenten der beigefügten Ansprüche modifiziert werden.
-
Die vorstehende Beschreibung wurde mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben. Jedoch wird der Fachmann feststellen, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Beispielsweise können verschiedene Arbeitsschritte sowie Komponenten zum Ausführen von Arbeitsschritten in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung oder unter Berücksichtigung einer beliebigen Anzahl von Kostenfunktionen, die dem Betrieb des Systems zugeordnet sind, auf alternative Weise implementiert werden. Folglich kann ein bzw. können mehrere beliebige Schritte gelöscht, modifiziert oder mit anderen Schritten kombiniert werden. Darüber hinaus soll diese Offenbarung eher in einem veranschaulichenden als einem einschränkenden Sinn aufgefasst werden und alle derartigen Modifikationen sollen im Umfang derselben enthalten sein. Auf ähnliche Weise wurden Nutzen, andere Vorteile und Lösungen für Probleme vorstehend mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben. Jedoch dürfen Nutzen, Vorteile, Lösungen für Probleme und beliebige Elemente, die bewirken können, dass beliebige Nutzen, Vorteile oder Lösungen auftreten oder besser verdeutlicht werden, nicht als ein kritisches, ein notwendiges oder ein wesentliches Merkmal oder Element aufgefasst werden.
-
Die Begriffe „umfasst“ und „enthält“ und beliebige andere Variationen davon sollen, so wie sie hier verwendet werden, eine nicht ausschließende Inklusion abdecken, so dass ein Prozess, ein Verfahren, ein Artikel oder eine Vorrichtung, der/die/das eine Liste von Elementen umfasst, nicht nur diese Elemente enthält, sondern auch andere Elemente enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt oder für einen derartigen Prozess, ein derartiges Verfahren, ein derartiges System, einen derartigen Artikel oder eine derartige Vorrichtung schon an sich gegeben sind. Außerdem sollen die Begriffe „gekoppelt“, „koppeln“ und beliebige andere Variationen davon, so wie sie hier verwendet werden, eine physikalische Verbindung, eine elektrische Verbindung, eine magnetische Verbindung, eine optische Verbindung, eine Kommunikationsverbindung, eine Funktionsverbindung und/oder eine beliebige andere Verbindung abdecken.
-
Der Fachmann wird feststellen, dass viele Veränderungen an den Details der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne von den grundlegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden.
