DE102014100011A1

DE102014100011A1 - Systeme und Verfahren zum Erfassen und Verwenden von Temperaturinformationen in einem Batteriesystem

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Publication number: DE102014100011A1
Application number: DE102014100011.0A
Authority: DE
Inventors: John T. Guerin; Sudhakar INGUVA; Rashed S. Rabaa; Sanjay K. Mahajan; Ramesh Rebba
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2014-01-02
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2034-01-03
Also published as: CN103915659A; CN103915659B; DE102014100011B4; US20140195179A1; US9417270B2

Abstract

Es werden hier verschiedene Systeme und Verfahren zum Erfassen und Verwenden von Temperaturinformationen in einem Batteriestapel offenbart. Ein elektrisches Messsystem kann ausgestaltet sein, um einen elektrischen Untergruppenparameter zu bestimmen, der einer oder mehreren Untergruppen zugeordnet ist, und ein Temperaturmesssystem kann ausgestaltet sein, um einen Temperaturparameter, der einer oder mehreren Untergruppen zugeordnet ist, zu bestimmen und nachzuverfolgen. Ein Batteriemodell kann den Temperaturparameter und den elektrischen Parameter verwenden, um eine Eigenschaft von einer oder mehreren Batterieuntergruppen zu schätzen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Batteriemodell ferner einen zweiten Temperaturparameter einer zweiten Untergruppe auf der Grundlage einer Position der zweiten Untergruppe innerhalb des Batteriestapels und auf der Grundlage der geschätzten Eigenschaft einer ersten Untergruppe schätzen. Einige Ausführungsformen können ferner eine Lebensdauerbeurteilung einer oder mehrerer Untergruppen zumindest teilweise auf der Grundlage des elektrischen Untergruppenparameters und des Temperaturparameters schätzen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die hier offenbarten Systeme und Verfahren betreffen das Erfassen von Temperaturänderungen in einem Batteriesystem und das Verwenden dieser Informationen, um ein Batteriesystem zu steuern. Insbesondere betreffen die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung das Überwachen eines Batteriesystems und das Verwenden von Informationen mit Bezug auf Temperaturänderungen, um Batterieparameter und/oder -zustände zu schätzen und um Steuerungssysteme unter Verwendung dieser Informationen zu implementieren.
HINTERGRUND
Personenfahrzeuge enthalten oft elektrische Batterien zum Betreiben von elektrischen Systemen und Antriebsstrangsystemen eines Fahrzeugs. Beispielsweise enthalten Fahrzeuge üblicherweise 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 Elektrofahrzeugen, Brennstoffzellenfahrzeugen (FC-Fahrzeugen) 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.
Die Kapazität eines Batteriesystems, das in einem Elektrofahrzeug (EV) und einem Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) enthalten ist, kann die Reichweite des Fahrzeugs beschränken. Der Funktionszustand (SOH) eines Batteriesystems ist ein qualitatives Maß für die Fähigkeit einer Batterie, elektrische Energie zu speichern und zu liefern, während der Ladezustand (SOC) eines Batteriesystems ein Schätzwert für die elektrische Energie ist, die in der Batterie gespeichert ist. Batteriediagnose- und Prognoseverfahren können verwendet werden, um einen korrekten Betrieb der Batterie aufrecht zu erhalten und um einem Benutzer eine Anzeige bereitzustellen, wann die Batterie entleert sein wird. Die Batteriediagnose kann die Verschlechterung der Leistung einer Batterie mitverfolgen, um den Funktionszustand der Batterie zu schätzen und sie kann den Ladezustand nachverfolgen. Der Betrieb eines Batteriesystems ist dynamisch und die Leistung eines Batteriesystems verändert sich mit dem Alter und mit Betriebsbedingungen. Beispielsweise kann sich die Kapazität einer Batterie über die Lebensdauer der Batterie hinweg verschlechtern.
ZUSAMMENFASSUNG
Es werden hier verschiedene Systeme zum Erfassen und Verwenden von Temperaturinformationen in einem Batteriestapel offenbart. Ein elektrisches Messsystem kann ausgestaltet sein, um einen elektrischen Untergruppenparameter zu bestimmen, der einer oder mehreren Untergruppen zugeordnet ist, und ein Temperaturmesssystem kann ausgestaltet sein, um einen Temperaturparameter zu bestimmen und nachzuverfolgen, der einer oder mehreren Untergruppen zugeordnet ist. Ein Batteriemodell kann den Temperaturparameter und den elektrischen Parameter verwenden, um eine Eigenschaft von einer oder mehreren Batterieuntergruppen zu schätzen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Batteriemodell ferner einen zusätzlichen zweiten Temperaturparameter einer anderen Untergruppe auf der Grundlage einer Position der zweiten Untergruppe innerhalb des Batteriestapels und auf der Grundlage der geschätzten Eigenschaft einer ersten Untergruppe schätzen. Einige Ausführungsformen können ferner zumindest teilweise auf der Grundlage des elektrischen Untergruppenparameters und des Temperaturparameters eine Lebensdauerbeurteilung für eine oder mehrere Untergruppen schätzen.
Es werden hier außerdem verschiedene Verfahren zum Erfassen und Verwenden von Temperaturinformationen in einem Batteriestapel, der mehrere Untergruppen enthält, offenbart. Diese Verfahren können eine Bestimmung eines elektrischen Untergruppenparameters, der einer ersten Untergruppe zugeordnet ist, die aus den mehreren Untergruppen gewählt ist, und eine Bestimmung eines Temperaturparameters, der der ersten Untergruppe zugeordnet ist, umfassen. Auf der Grundlage des elektrischen Untergruppenparameters und des Temperaturparameters kann ein Schätzwert einer Eigenschaft der ersten Untergruppe erzeugt werden.
In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen kann ein System zum Erfassen und Verwenden von Temperaturinformationen in einem Batteriestapel ein Batteriemodell enthalten, das ausgestaltet ist, um die Eingabe eines elektrischen Parameters, die Eingabe einer Steuerungsvariable und die Eingabe einer Rauschvariable zu empfangen. Das Batteriemodell kann ausgestaltet sein, um auf der Grundlage dieser Eingaben für mindestens eine Untergruppe von mehreren Untergruppen eine Batteriemodellausgabe zu erzeugen, die eine Anschlussspannung und/oder eine Anschlussleistung und/oder eine Temperatur und/oder einen Ladezustand umfasst. Das System kann außerdem ein Batterielebensdauermodell enthalten, das ausgestaltet ist, um die Batteriemodellausgabe zu empfangen und um eine Batterielebensdauermodellausgabe zu erzeugen, die eine Kapazitätsänderung und/oder eine Temperaturänderung und/oder eine Widerstandsänderung über mehrere Lade- und Entladezyklen der mindestens einen Untergruppe umfasst. Außerdem kann die Batterielebensdauermodellausgabe als Eingabe an das Batteriemodell geliefert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es werden nicht beschränkende und nicht erschöpfende Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben, welche verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung mit Bezug auf die Figuren enthalten, in denen:
1 ein beispielhaftes Batteriesystem und Steuerungssystem in einem Fahrzeug in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen veranschaulicht.
2 eine Konzeptdarstellung eines Systems zum Erfassen und Verwenden von Temperaturinformationen in einem Batteriesystem in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen ist.
3 eine Konzeptdarstellung eines Systems zum Erfassen und Verwenden von Temperaturinformationen in einem Batteriesystem in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen veranschaulicht.
4 eine Konzeptdarstellung eines Temperaturmodells veranschaulicht, das in Verbindung mit verschiedenen hier offenbarten Ausführungsformen verwendet werden kann.
5 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Erfassen und Verwenden von Temperaturinformationen in einem Batteriestapel, der mehrere Untergruppen enthält, in Übereinstimmung mit verschiedenen hier offenbarten Ausführungsformen veranschaulicht.
6 eine Schaltung mit zwei Widerständen und Kondensatoren veranschaulicht, die verwendet werden kann, um die Temperaturantwort einer Batterieuntergruppe in Übereinstimmung mit verschiedenen hier offenbarten Ausführungsformen zu modellieren.
7 eine graphische Darstellung ist, die den Widerstand einer beispielhaften Batterieuntergruppe über die Zeit bei mehreren Temperaturen in Übereinstimmung mit verschiedenen hier offenbarten Ausführungsformen zeigt.
8 ein Blockdiagramm eines Computersystems zum Implementieren bestimmter Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
GENAUE BESCHREIBUNG
Eine genaue Beschreibung von Systemen und Verfahren in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend bereitgestellt. Obwohl mehrere Ausführungsformen beschrieben werden, versteht es sich, dass die Offenbarung nicht auf eine beliebige Ausführungsform begrenzt 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 auf dem zugehörigen technischen Gebiet bekannt ist, nicht im Detail beschrieben, um ein unnötiges Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden.
Batteriestapel für Hybrid- und reine Elektrofahrzeuge können mehrere Untergruppen enthalten. Beispielsweise kann ein Fahrzeugbatteriesystem einen Batteriestapel enthalten, der einen oder mehrere Teilstapel oder Batteriezellen umfasst. Der Begriff Untergruppe kann, so wie er hier verwendet wird, entweder einen Teilstapel oder eine Batteriezelle oder mehrere Teilstapel oder Batteriezellen, die zusammen einen Batteriestapel bilden, bezeichnen.
Eine Batterie mit mehreren Untergruppen kann Nutzwerte bei der Verpackung, der Herstellbarkeit und der Wartbarkeit bereitstellen. Bei Batteriestapeln, die mehrere Untergruppen umfassen, können die Untergruppen Unterschiede bei Betriebsbedingungen wie etwa der Temperatur zeigen, welche die Leistung und/oder Langlebigkeit der Untergruppe beeinträchtigen können. Für eine Schätzung der Leistung und/oder Langlebigkeit eines Batteriestapels kann es vorteilhaft sein, die Langzeitauswirkung derartiger Änderungen bei der Temperatur und die entsprechende Auswirkung auf einzelne Untergruppen zu berücksichtigen.
Die Temperatur ist ein Faktor, der die Gesamtleistung eines Batteriesystems und die Leistung einzelner Untergruppen in dem Batteriesystem beeinflusst. Die Leistung des Systems kann sich auf die Lebensdauer des Batteriesystems und andere Leistungsmetriken beziehen, welche Eigenschaften des Batteriesystems betreffen, etwa eine Energiespeicherkapazität, eine Spannung des Batteriesystems, die Menge an elektrischen Strom, die von dem Batteriesystem erzeugt werden kann, den Ladezustand des Batteriesystems usw. Zudem kann die Temperatur Prognose-, Ausgleichs- und Diagnoseoperationen beeinträchtigen, die von einem Batteriesystem verwendet werden.
Die Temperatur kann ein Batteriesystem sowohl kurzfristig (z. B. über eine kleine Anzahl von Lade/Entlade-Zyklen hinweg) als auch langfristig (z. B. über eine große Anzahl von Lade/Entlade-Zyklen hinweg) beeinflussen. Wenn ein Batteriesystem beispielsweise im Vergleich mit einem Batteriesystem, das in einem niedrigeren Temperaturbereich arbeitet, eine längere Zeitspanne lang in einem erhöhten Temperaturbereich arbeitet, werden sich die Leistungen der Systeme unterscheiden. Das Batteriesystem, das in der wärmeren Umgebung arbeitet, kann im Vergleich mit dem Batteriesystem, das in der kälteren Umgebung arbeitet, eine erhöhte Kapazität aufweisen. Außerdem kann die Temperatur die Leistung auch kurzfristig beeinflussen. Zum Beispiel kann ein Batteriesystem unterschiedliche Leistungseigenschaften, etwa die Energiespeicherkapazität, in Abhängigkeit davon aufweisen, ob das Batteriesystem bei einer Umgebungstemperatur von 30°C oder von 0°C betrieben wird. Bei diesem Beispiel kann das Batteriesystem eine größere Leistung und eine größere Kapazität zeigen, wenn es bei einer Umgebungstemperatur von 25°C betrieben wird, als wenn es bei einer Umgebungstemperatur von 0°C betrieben wird.
Zusätzlich zur Umgebungstemperatur kann eine Vielfalt anderer Faktoren die Temperatur von Batterieuntergruppen beeinflussen. Diese Faktoren können eine Luftströmungsmenge der Untergruppe, eine Luftströmungstemperatur, die Position der Untergruppe in der Luftströmungsstrecke, eine Position der Untergruppe, einen Typ der Untergruppe (z. B. die Chemie des Batteriesystems), eine Geometrie der Untergruppe, Herstellungsvariationen, Verschmutzung in einer Luftströmungsstrecke usw. umfassen.
In Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen kann ein Batteriesystem ein Messsystem enthalten, das ausgestaltet ist, um einen oder mehrere elektrische Untergruppenparameter und einen oder mehrere Temperaturparameter, die einer oder mehreren der mehreren Untergruppen zugeordnet sind, zu überwachen. Diese elektrischen Parameter können einen Strom, eine Spannung, eine elektrische Impedanz und dergleichen umfassen. Temperaturparameter können ein Maß der Temperatur umfassen.
Informationen mit Bezug auf die Kapazität eines Batteriesystems und einzelner Batterieuntergruppen können an ein Steuerungssystem geliefert werden, das ausgestaltet ist, um verschiedene Aspekte des Batteriesystems zu steuern. Beispielsweise kann ein Steuerungssystem ein übermäßiges Entladen des Batteriesystems und/oder ein übermäßiges Entladen einer oder mehrerer einzelner Untergruppen des Batteriesystems verhindern. Ein übermäßiges Entladen einer Batterie kann zu einer permanenten Beschädigung der Batterie führen und folglich ist ein Abmildern und/oder Verhindern einer übermäßigen Entladung einer Batterie wünschenswert. Wenn es ferner gegeben ist, dass einzelne Untergruppen in einer Batterie Unterschiede bei der Kapazität aufweisen können, können einige Untergruppen übermäßig entladen werden, bevor andere Sektionen übermäßig entladen sind und auch bevor die Batterie als Ganzes übermäßig entladen ist. Das Steuerungssystem kann ferner ausgestaltet sein, um das Aufladen des Batteriesystems, das Ausgleichen des Batteriesystems, das Einstellen von Diagnoseparametern usw. zu steuern.
Hier offenbarte Systeme und Verfahren können ausgestaltet sein, um eine Leistungsbeurteilung für eine oder mehrere Batterieuntergruppen auf der Grundlage eines elektrischen Parameters, der einer Untergruppe zugeordnet ist, und eines Temperaturparameters, der der Untergruppe zugeordnet ist, zu erzeugen. Der elektrische Parameter kann beispielsweise einen Strommesswert umfassen und der Temperaturparameter kann eine Umgebungstemperatur umfassen. Diese Parameter können Eingaben für ein Modell sein, das betrieben werden kann, um eine Temperatur der Untergruppe zu bestimmen.
Unter der Annahme, dass jede Batterieuntergruppe unabhängig von den anderen Untergruppen Wärme erzeugt und überträgt, kann eine Monte-Carlo-Simulation einer einzelnen Untergruppe verwendet werden, um Temperaturänderungen zwischen Untergruppen im Batteriestapel zu erfassen. Die Änderungen zwischen Untergruppen können auf die Position von Untergruppen innerhalb des Batteriestapels zurückzuführen sein. Bei einem luftgekühlten Batteriesystem beispielsweise kann die Temperatur einer Untergruppe auf der Grundlage eines Abstands zu einem Lufteinlass variieren. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen können die hier offenbarten Systeme und Verfahren verwendet werden, um Änderungen bei der Temperatur zwischen verschiedenen Untergruppen zu berücksichtigen.
Elektrische Parameter und Temperaturparameter können auch verwendet werden, um andere Parameter zu schätzen oder zu berechnen. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen kann beispielsweise eine Zellenspannungspolaritätsreaktion berechnet werden. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen kann ein Batterielebensdauermodell ausgestaltet sein, um eine Lebensdauerbeurteilung zu schätzen. Die Lebensdauerbeurteilung kann auch als der Funktionszustand der Batterie bezeichnet werden. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen kann bzw. können außerdem der elektrische Widerstand einer Untergruppe und/oder eine Verringerung der Kapazität einer Untergruppe bestimmt werden.
1 veranschaulicht ein beispielhaftes Batteriesystem und Steuerungssystem in einem Fahrzeug 100 in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen. Das Fahrzeug 100 kann ein Kraftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug und/oder eine beliebige andere Art von Fahrzeug sein und es kann einen Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine (ICE), einen Elektromotorantriebsstrang, einen Antriebsstrang mit einer Hybridkraftmaschine, einen Brennstoffzellen-Antriebsstrang und/oder eine beliebige andere Art von Antriebsstrang 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 Hochspannungs-Batteriesystem sein kann. Das Hochspannungs-Batteriesystem kann verwendet werden, um elektrische Antriebsstrangkomponenten (z. B. wie bei einem elektrischen, hybriden oder Brennstoffzellen-Leistungssystem) mit Leistung zu versorgen. 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 des Fahrzeugs 100 zu liefern, welche beispielsweise Fahrzeugstartersysteme (z. B. einen Startermotor), Beleuchtungssysteme, Zündsysteme und/oder dergleichen umfassen.
Das Batteriesystem 102 kann ein Batteriesteuerungssystem 104 enthalten. Das Batteriesteuerungssystem 104 kann ausgestaltet sein, um bestimmte Operationen des Batteriesystems 102 zu überwachen und steuern. Beispielsweise kann das Batteriesteuerungssystem 104 ausgestaltet sein, um Lade- und Entladeoperationen des Batteriesystems 102 zu überwachen und zu steuern. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Batteriesteuerungssystem 104 mit einem oder mehreren Sensoren 106 (z. B. Spannungssensoren, Stromsensoren, Temperatursensoren und/oder dergleichen, usw.) und/oder mit anderen Systemen kommunikationstechnisch gekoppelt sein, welche ausgestaltet sind, um zu ermöglichen, dass das Batteriesteuerungssystem 104 Operationen des Batteriesystems 102 überwacht und steuert. Beispielsweise können die Sensoren 106 das Batteriesteuerungssystem 104 mit elektrischen Informationen und/oder Temperaturinformationen, die einer oder mehreren Untergruppen 114 zugeordnet sind, versorgen.
Das Batteriesteuerungssystem 104 kann ferner ausgestaltet sein, um Informationen an andere Systeme, die im Fahrzeug 100 enthalten sind, zu liefern und/oder Informationen von diesen zu empfangen. Beispielsweise kann das Batteriesteuerungssystem 104 mit einem internen Fahrzeugcomputersystem 108 und/oder einem externen Computersystem 110 (z. B. über ein Funktelekommunikationssystem oder dergleichen) kommunikationstechnisch gekoppelt sein. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Batteriesteuerungssystem 104 ausgestaltet sein, um zumindest teilweise Informationen bezüglich des Batteriesystems 102 an einen Benutzer des Fahrzeugs 100, das Fahrzeugcomputersystem 108 und/oder das externe Computersystem 110 zu liefern. Diese Informationen können beispielsweise Batterieladezustandsinformationen, Batteriebetriebszeitinformationen, Batteriebetriebstemperaturinformationen und/oder beliebige andere Informationen mit Bezug auf das Batteriesystem 102 enthalten.
Das Batteriesystem 102 kann einen oder mehrere Batteriestapel 112 enthalten, die geeignet ausgelegt sind, um elektrische Leistung für das Fahrzeug 100 bereitzustellen. Jeder Batteriestapel 112 kann eine oder mehrere Untergruppen 114 enthalten. Die Untergruppen 114 können Teilstapel umfassen, von denen jeder eine oder mehrere Batteriezellen, die eine beliebige geeignete Batterietechnologie verwenden, umfassen kann. Geeignete Batterietechnologien können beispielsweise Bleisäure, Nickelmetallhydrid (NiMH), Lithium-Ionen (Li-Ion), Lithium-Ionen-Polymer, Lithium-Luft, Nickelcadmium (NiCad), ventilgesteuerte Bleisäure (VRLA) mit absorbierendem Glasvlies (AGM), Nickelzink (NiZn), Flüssigsalz (z. B. eine ZEBRA-Batterie) und/oder andere geeignete Batterietechnologien umfassen.
Jeder Untergruppe 114 kann ein Sensor 106 zugeordnet sein, der ausgestaltet ist, um einen oder mehrere elektrische Parameter (z. B. eine Spannung, einen Strom, eine Impedanz, einen Ladezustand usw.) und/oder Temperaturparameter (z. B. eine Temperatur) zu messen, die jeder Batterieuntergruppe 114 zugeordnet sind. Es können zusätzliche Sensoren bereitgestellt sein, die ausgestaltet sind, um Informationen über andere Parameter bereitzustellen, wie etwa die Temperatur eines Lufteinlasses in einem luftgekühlten Batteriesystem. Obwohl 1 separate Sensoren 106 veranschaulicht, die jeder Batteriesektion 114 zugeordnet sind, kann bei einigen Ausführungsformen auch ein Sensor verwendet werden, der ausgestaltet ist, um verschiedene elektrische Parameter zu messen, die mehreren Untergruppen 114 zugeordnet sind. Die von dem Sensor 106 gemessenen elektrischen Parameter können an das Batteriesteuerungssystem 104 geliefert werden. Unter Verwendung der elektrischen Parameter kann das Batteriesteuerungssystem 104 und/oder ein beliebiges anderes geeignetes System den Betrieb des Batteriesystems 102 koordinieren.
Bei bestimmten Ausführungsformen können Informationen bezüglich Lade-, Entlade-, Ausgleichs-, Prognose- und/oder Diagnoseoperationen der Batterie von dem Batteriesteuerungssystem 104 an das Fahrzeugcomputersystem 108 und/oder das externe Computersystem 110 geliefert werden. Beispielsweise kann eine Anzeige mit Bezug auf Unterschiede zwischen verschiedenen Untergruppen 114 geliefert werden. Diese Unterschiede können beispielsweise Änderungen bei der Spannung oder der Temperatur jeder Untergruppe 114, Unterschiede bei der Strommenge, die von jeder Untergruppe 114 geliefert werden kann, Unterschiede bei der Kapazität jeder Untergruppe 114 usw. umfassen. Mit diesen Informationen können ein Benutzer des Fahrzeugs 100 und/oder das externe Computersystem 110 potentielle Probleme bei dem Batteriesystem 102 diagnostizieren. Außerdem können diese Informationen von dem Batteriesteuerungssystem 104 verwendet werden, um den Betrieb des Batteriesystems 102 zu optimieren. Untergruppen 114, die ungewünschte Eigenschaften aufweisen, können ausgetauscht werden, um die Lebensdauer des Batteriesystems 102 als Ganzes zu verlängern.
2 ist eine Konzeptdarstellung eines Systems 200 zum Erfassen und Verwenden von Temperaturinformationen in einem Batteriesystem. Insbesondere veranschaulicht 2 die Eingaben und Ausgaben eines Batteriemodells 206, eines Batterielebensdauermodells 210 und eines Zellenwiderstands- und Wärmeübertragungskoeffizientenmodells 214.
Das Batteriemodell 206 kann als Eingaben Steuerungsvariablen 202, Eingaben 204 und Rauschvariablen 216 empfangen. Das Batteriemodell 206 kann ausgestaltet sein, um eine oder mehrere Ausgaben 208 zu erzeugen, welche die Antwort eines Batteriesystems auf die dargestellten Eingaben darstellt. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen können die Steuerungsvariablen 202 eine Nenn-Luftströmungsrate umfassen. Die Eingaben 204 können Informationen über das elektrische Stromprofil umfassen. Diese Informationen können in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen von einem elektrischen Messsystem geliefert werden. Die Rauschvariablen 216 können eine Vielfalt von gemessenen oder berechneten Werten enthalten, die Rauschen im System 200 berücksichtigen. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen können die Rauschvariablen 216 Werte des elektrischen Widerstands von Untergruppen und/oder Wärmeübertragungskoeffizienten umfassen.
Das Batteriemodell 206 kann Ausgaben 208 erzeugen, welche einen oder mehrere Batterieparameter repräsentieren. Diese Ausgaben 208 können eine Anschlussspannung, eine Anschlussleistung und/oder eine Temperatur umfassen. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen können die Ausgaben 208 nur eine Batterieuntergruppe repräsentieren, während in Übereinstimmung mit anderen Ausführungsformen die Ausgaben 208 alle Untergruppen eines Batteriesystems repräsentieren können. Das Batteriemodell 206 kann in einer Vielfalt von physikalischen Modellierungs- und/oder Simulationsplattformen ausgeführt sein. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen kann das Batteriemodell 206 ein proprietäres Modell sein, das ausgestaltet ist, um unter Verwendung von verfügbaren Rechenressourcen betrieben zu werden, die von einem Bordcomputer des Fahrzeugs bereitgestellt werden. In Übereinstimmung mit anderen Ausführungsformen kann das Batteriemodell 206 als ein universelles Modellierungs- und Simulationsmodell ausgeführt sein. Zum Beispiel kann die Saber-Plattform, die bei Synopsys, Inc. in Mountain View, California erhältlich ist, als Plattform zum Implementieren des Batteriemodells 206 dienen.
In Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen kann das Batteriemodell 206 ein Partikelfilterverfahren und/oder ein sequentielles Monte-Carlo-Verfahren enthalten. Ausführungsformen, die auf dem sequentiellen Monte-Carlo-Verfahren beruhen, können sich auf wiederholtes zufälliges Abtasten von Parametern stützen, die verwendet werden, um das Batteriesystem zu simulieren. Unter Verwendung von Messwerten von dem Batteriesystem zum Vergleich können aufeinanderfolgende Iterationen zunehmend genaue Schätzwerte des Batteriesystems liefern. Verbesserungen bei der Genauigkeit der Schätzwerte können auf die Abstimmung einer Vielfalt von Batterieparametern bei aufeinanderfolgenden Iterationen eines Algorithmus zurückzuführen zu sein. Das sequentielle Monte-Carlo-Verfahren kann eine einzelne Untergruppe unter Verwendung mehrerer Abtastungen modellieren und es kann ausgestaltet sein, um eine Temperaturantwort der Untergruppe zu modellieren. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen kann die Untergruppe als Netzwerk mit zwei Widerständen und zwei Kondensatoren modelliert werden. Eine beispielhafte Ausführungsform für ein Temperaturnetzwerk mit zwei Widerständen und zwei Kondensatoren ist in 6 veranschaulicht und wird nachstehend in größerem Detail beschrieben.
Wieder mit Bezug auf die Erörterung von 2 kann das Batterielebensdauermodell 210 als Eingabe die Ausgaben 208 aus dem Batteriemodell 206 empfangen. Das Batterielebensdauermodell 210 kann als Ausgabe eine oder mehrere Anzeigen für die Lebensdauer oder den Funktionszustand eines Batteriesystems erzeugen. Ähnlich wie das Batterie[lebensdauer]modell 206 kann das Batterielebensdauermodell 210 in einer Vielfalt von physikalischen Modellierungs- und/oder Simulationsplattformen ausgeführt sein. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen kann das Batterielebensdauermodell 210 ein proprietäres Modell sein, das ausgestaltet ist, um unter Verwendung von verfügbaren Rechenressourcen zu arbeiten, die von einem Bordcomputer des Fahrzeugs bereitgestellt werden. In Übereinstimmung mit anderen Ausführungsformen kann das Batterielebensdauermodell 210 als universelles Modellierungs- und Simulationsmodell ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Simulink-Plattform, die bei MathWorks, Inc. in Natick, Massachusetts, erhältlich ist, als Plattform zum Implementieren des Batterielebensdauermodells 210 dienen.
Das Batterielebensdauermodell 210 kann eine Anzeige für die Lebensdauer und/oder den Funktionszustand eines Batteriesystems an ein Widerstandsanstiegs- und Kapazitätsverschlechterungsmodell 212 liefern. Das Widerstandsanstiegs- und Kapazitätsverschlechterungsmodell 212 kann eine Ausgabe erzeugen, welche einen Anstieg beim elektrischen Widerstand von einer oder mehreren Untergruppen und/oder eine Verschlechterung bei der Kapazität der Untergruppe repräsentiert.
Die Ausgabe des Widerstandsanstiegs- und Kapazitätsverschlechterungsmodells 212 kann an ein Zellenwiderstands- und Wärmeübertragungskoeffizientenmodell 214 geliefert werden. Das Zellenwiderstands- und Wärmeübertragungskoeffizientenmodell 214 kann einen Schätzwert des Untergruppenwiderstands und eines Wärmeübertragungskoeffizienten erzeugen. Der Wärmeübertragungskoeffizient kann aus der Geometrie einer speziellen Batterieuntergruppe, einer Kühlmittelströmungsrate und einer Kühlmitteltemperatur hergeleitet werden. Die Kapazitätsverschlechterung und der Widerstandsanstieg können entweder von einem unabhängigen oder von einem integrierten Lebensdauermodell für eine oder mehrere Untergruppen der Batterie hergeleitet werden. Bei einer Ausführungsform kann das Lebensdauermodell eine Nachschlagetabelle verwenden, um die Kapazitätsverschlechterung und den Widerstandsanstieg einer Batterieuntergruppe zu schätzen. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung können auch alternative Techniken zum Bestimmen der Kapazitätsverschlechterung und des Widerstandsanstiegs einer Batterieuntergruppe in verschiedene Ausführungsformen integriert sein. Die Ausgabe des Zellenwiderstands- und Wärmeübertragungskoeffizientenmodells 214 kann die Rauschvariablen 216 bilden.
3 veranschaulicht eine Konzeptdarstellung eines Systems 300 zum Erfassen und Verwenden von Temperaturinformationen in einem Batteriesystem in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen. Das System 300 enthält ein Temperaturmodell 302, das verwendet werden kann, um Wärmeübertragungskoeffizienten 304 zu erzeugen.
Ein Batteriemodell 306 kann als Eingaben einen oder mehrere Wärmeübertragungskoeffizienten 304, ein Lastprofil 314 und Kapazitäts- und Widerstandswerte 312 empfangen. Das Batteriemodell 306 kann ausgestaltet sein, um die Antwort eines Batteriesystems auf die Eingaben 304, 312, 314 zu simulieren. Das Batteriemodell 306 kann als Ausgabe einen Zellenspannung-Ladezustand und eine Diagnosegrenze 316 erzeugen, welche in Verbindung mit einer Prognose und/oder einer Diagnosebeurteilung eines Batteriesystems verwendet werden können. Zudem kann das Batteriemodell 306 Ausgaben 308 erzeugen, welche eine Temperatur und einen Leistungsschätzwert einer Batterieuntergruppe enthalten können. Wie in Verbindung mit dem Batteriemodell 206 vorstehend erörtert wurde, kann das Batteriemodell 306 unter Verwendung einer Vielfalt von Simulations- und/oder Modellierungstechniken und -programme implementiert sein.
Die Ausgaben 308 aus dem Batteriemodell 306 können als Eingaben für ein Batterieuntergruppen-Lebensdauermodul 310 dienen. Das Batterieuntergruppen-Lebensdauermodell 310 kann Ausgaben 312 und 318 erzeugen. Die Ausgabe 312 kann als Teil eines Regelkreissystems in das Batteriemodell 306 zurückgeführt werden. Die Ausgabe 312 kann einen Schätzwert für die Kapazität von einer oder mehreren Batterieuntergruppen und einen Schätzwert des elektrischen Widerstands für eine oder mehrere Batterieuntergruppen enthalten. Zudem kann die Ausgabe 318 einen Schätzwert für die Kapazität, den Widerstand und/oder eine Temperaturänderung einer Batterieuntergruppe über deren Lebensdauer hinweg enthalten.
4 veranschaulicht eine Konzeptdarstellung eines Temperaturmodells 400, das in Verbindung mit verschiedenen hier offenbarten Ausführungsformen verwendet werden kann. Das Temperaturmodell 400 kann eine beliebige Anzahl von Batterieuntergruppen berücksichtigen, obwohl in 4 nur zwei dargestellt sind. Eine erste Stufe 410 des Modells 400 kann als Eingabe den Strom empfangen, der von einzelnen Zellenuntergruppen geliefert wird, und kann eine Ausgabe der Leistung erzeugen, die jeder Untergruppe zugeordnet ist, in Übereinstimmung mit Gleichung 1.
In Gleichung 1 ist
der ohmsche Widerstand einer Batterieuntergruppe. Die Reaktionswärme kann alle Wärmeerzeugungsquellen in einer Batterieuntergruppe umfassen, welche die thermische Energie umfassen, die von der elektrochemischen Reaktion in den Batterieuntergruppen erzeugt wird. Die in Übereinstimmung mit Gleichung 1 berechnete Leistung kann eine Eingabe für eine zweite Stufe 420 des Modells 400 sein, welche außerdem eine Umgebungstemperatur T_amb berücksichtigen kann.
Die Temperatur T einer Untergruppe n kann als Funktion der in Gleichung 2 gezeigten Parameter berechnet werden. T_n = f(R_n, I, R_ohm, C_n) Gleichung 2
Die Funktion, welche die Temperatur mit der Eingabe in Beziehung setzt, kann auf der Grundlage des Untergruppentyps, der Untergruppengeometrie, der Untergruppenchemie usw. variieren. Wenn angenommen werden kann, dass jede Batteriesystemuntergruppe unabhängig von den anderen Batteriesystemuntergruppen Wärme erzeugt und überträgt, kann eine Monte-Carlo-Simulation für eine einzelne Untergruppe verwendet werden, um Temperaturänderungen zwischen Untergruppen im Batteriestapel zu erfassen. Wenn die Unabhängigkeit nicht ersichtlich ist, dann kann die Simulation in Übereinstimmung mit bestimmten Ausführungsformen für mehrere Untergruppen ausgeführt werden.
5 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 500 zum Erfassen und Verwenden von Temperaturinformationen in einem Batteriestapel, der mehrere Untergruppen umfasst. Das Verfahren 500 kann bei 502 beginnen. Bei 504 kann das Verfahren 500 einen elektrischen Untergruppenparameter bestimmen, der einer Batterieuntergruppe zugeordnet ist. Die Batterieuntergruppe kann aus mehreren Untergruppen in einem Batteriestapel gewählt werden. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen kann der elektrische Parameter einen Spannungsmesswert, einen Strommesswert, einen Impedanzmesswert und dergleichen enthalten.
Bei 506 kann ein der Untergruppe zugeordneter Temperaturparameter bestimmt werden. Der Temperaturparameter kann gemessen oder berechnet werden. Beispielsweise kann der Temperaturparameter in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen durch einen Temperatursensor bestimmt werden, welcher der Untergruppe zugeordnet ist. In Übereinstimmung mit weiteren Ausführungsformen kann der Temperaturparameter auf der Grundlage eines oder mehrerer Parameter berechnet werden. Diese Parameter können beispielsweise ein ohmschen Widerstand, einen Stromfluss, eine Luftströmung usw. umfassen.
Bei 510 kann das Verfahren 500 eine geschätzte Batterieeigenschaft der Untergruppe auf der Grundlage des elektrischen Untergruppenparameters und des Temperaturparameters erzeugen. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen kann die Eigenschaft einen Ladezustand, eine Temperatur und/oder eine Anschlussspannung umfassen. Die Eigenschaft kann auf eine einzige Untergruppe anwendbar sein, sie kann auf mehrere Untergruppen anwendbar sein, oder sie kann auf alle Untergruppen im Batteriestapel anwendbar sein.
Das Verfahren 500 kann bei 512 optional eine räumliche Temperaturänderung von einer oder mehreren Untergruppen im Batteriestapel bestimmen. Mit anderen Worten kann das Verfahren 500 Änderungen zwischen Untergruppen in einem Batteriestapel bestimmen. In einem luftgekühlten Batteriesystem beispielsweise kann die Temperatur einer Untergruppe beruhend auf dem Abstand von einem Lufteinlass variieren. Bei anderen Beispielen kann die Position oder die räumliche Konfiguration von Untergruppen innerhalb eines Batteriestapels zu ungleichmäßigen Temperaturverteilungen zwischen verschiedenen Untergruppen führen.
Bei 514 kann zumindest teilweise auf der Grundlage des elektrischen Untergruppenparameters und des Temperaturparameters eine Lebensdauerbeurteilung erzeugt werden. Die Lebensdauerbeurteilung kann einen Funktionszustand eines Batteriestapels und/oder von einer oder mehreren Untergruppen innerhalb eines Batteriestapels repräsentieren. Der Funktionszustand oder die Lebensdauerbeurteilung kann auf eine Anzahl von Weisen ausgedrückt werden. Zum Beispiel kann die Lebensdauerbeurteilung als eine Prozentzahl ausgedrückt werden, welche eine aktuelle Energiespeicherkapazität mit Bezug auf eine maximale Energiekapazität eines Batteriestapels darstellt. Ferner kann die Lebensdauerbeurteilung als ein Anstieg beim Innenwiderstand einer Untergruppe ausgedrückt werden. Bei bestimmten Ausführungsformen kann es eine umgekehrt proportionale Beziehung zwischen dem Innenwiderstand einer Untergruppe und der Energiespeicherkapazität einer Untergruppe geben. Das Verfahren kann bei 516 enden.
6 veranschaulicht eine Schaltung 600 mit zwei Widerständen und zwei Kondensatoren, die zum Modellieren der Temperaturantwort einer Batterieuntergruppe verwendet werden kann. Die Schaltung 600 kann eine Widerstands-Kondensator-Schaltung 610 und eine Widerstands-Kondensator-Schaltung 620 enthalten. Die Widerstands-Kondensator-Schaltung 610 enthält einen Widerstand 612 und einen Kondensator 614, und die Widerstands-Kondensator-Schaltung 620 enthält einen Widerstand 622 und einen Kondensator 624. Die Kapazitätswerte der Kondensatoren 614 und 624 und die Widerstandswerte der Widerstände 612 und 622 können abgestimmt werden, um physikalische Parameter der Schaltung 600 an die physikalische Antwort des Systems, das modelliert wird, anzugleichen und/oder daran anzunähern. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen können mehrere Simulationen unter Verwendung unterschiedlicher Werte für die Kondensatoren 614 und 624 und die Widerstände 612 und 622 laufen gelassen werden, um die Antwort der Schaltung 600 abzustimmen. Bei bestimmten Ausführungsformen kann ein sequentielles Monte-Carlo-Verfahren verwendet werden, um die Parameter abzustimmen.
7 ist eine graphische Darstellung, die den Widerstand einer beispielhaften Batterieuntergruppe über die Zeit bei mehreren Temperaturen zeigt. Der Widerstand wird als Verhältnis eines aktuellen Widerstands zu einem Anfangswiderstand ausgedrückt. In Übereinstimmung mit der in 7 gezeigten graphischen Darstellung ist die Zeit in Jahren gezeigt. Jede der Linien 710, 712, 714, 716 und 718 repräsentiert seine andere durchschnittliche Betriebstemperatur. Eine höhere durchschnittliche Temperatur kann im Lauf der Zeit zu einem niedrigeren Innenwiderstand führen (z. B. Linie 718), während eine niedrigere durchschnittliche Temperatur im Lauf der Zeit zu einem höheren Innenwiderstand führen kann (z. B. Linie 710). Ein Batteriestapel oder eine Batterieuntergruppe kann eine höhere durchschnittliche Temperatur aufweisen, wenn das Batteriesystem in einem warmen Klima betrieben wird, und es kann eine niedrigere durchschnittliche Temperatur aufweisen, wenn das Batteriesystem in einem kühleren Klima betrieben wird.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform kann die in 7 gezeigte Temperaturvariation über die Zeit von einem Steuerungssystem berücksichtigt werden, das ausgestaltet ist, um verschiedene Aspekte des Betriebs eines Batteriesystems zu steuern. Temperaturdaten können über die Zeit erfasst und von dem Steuerungssystem verwendet werden, um Eigenschaften und/oder Parameter des Batteriesystems oder einer Batterieuntergruppe zu schätzen. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen können Temperaturdaten beispielsweise über eine Zeitspanne hinweg erfasst werden, die mehrere Lade- und Entladezyklen umfasst.
In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen können Temperaturdaten über die gesamte Lebensdauer der Batterie oder der Batterieuntergruppe gesammelt werden.
8 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Computersystems 800 zum Implementieren bestimmter Ausführungsformen der hier offenbarten Systeme und Verfahren. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Computersystem 800 ein Personalcomputersystem, ein Servercomputersystem und/oder ein beliebiger anderer Typ von System sein, der zum Implementieren der offenbarten Systeme und Verfahren geeignet ist. Bei weiteren Ausführungsformen kann das Computersystem 800 ein beliebiges tragbares elektronisches Computersystem oder eine beliebige tragbare elektronische Vorrichtung sein, die beispielsweise einen Notebook-Computer, ein Smartphone und/oder einen Tablet-Computer umfasst.
Wie dargestellt kann das Computersystem 800 unter anderem einen oder mehrere Prozessoren 802, Speicher 804 mit wahlfreiem Zugriff (RAM), Kommunikationsschnittstellen 806, Benutzerschnittstellen 808 und/oder nicht vorübergehende computerlesbare Speichermedien 810 enthalten. Der Prozessor 802, das RAM 804, die Kommunikationsschnittstelle 806, die Benutzerschnittstelle 808 und das computerlesbare Speichermedium 810 können über einen gemeinsamen Datenbus 812 miteinander kommunikationstechnisch gekoppelt sein. Bei einigen Ausführungsformen können die verschiedenen Komponenten des Computersystems 800 unter Verwendung von Hardware, Software, Firmware und/oder einer beliebigen Kombination daraus implementiert sein.
Die Benutzerschnittstelle 808 kann eine beliebige Anzahl von Geräten enthalten, die es einem Benutzer ermöglicht, mit dem Computersystem 800 zu interagieren. Beispielsweise kann die Benutzerschnittstelle 808 verwendet werden, um eine interaktive Schnittstelle für einen Benutzer anzuzeigen, welche alle hier offenbarten visuellen Schnittstellen umfasst. Die Benutzerschnittstelle 808 kann ein separates Schnittstellensystem sein, das mit dem Computersystem 800 kommunikationstechnisch gekoppelt ist, oder es kann alternativ ein integriertes System sein, etwa eine Anzeigeschnittstelle für einen Laptop oder ein anderes ähnliches Gerät. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Benutzerschnittstelle 808 an einer Anzeige mit einem berührungsempfindlichen Bildschirm erzeugt werden. Die Benutzerschnittstelle 808 kann außerdem eine beliebige Anzahl von anderen Eingabevorrichtungen enthalten, die beispielsweise eine Tastatur, einen Trackball und/oder Zeigervorrichtungen umfassen.
Die Kommunikationsschnittstelle 806 kann eine beliebige Schnittstelle sein, die zur Kommunikation mit anderen Computersystemen und/oder anderen Geräten (z. B. Geräten eines entfernten Netzwerks), die mit dem Computersystem 800 kommunikationstechnisch gekoppelt sind, in der Lage ist. Beispielsweise kann die Kommunikationsschnittstelle 806 ermöglichen, dass das Computersystem 800 mit anderen Computersystemen kommuniziert (z. B. mit Computersystemen, die mit externen Datenbanken und/oder dem Internet verbunden sind), was das Senden von Daten an derartige Systeme sowie das Empfangen von Daten von derartigen Systemen ermöglicht. Die Kommunikationsschnittstelle 806 kann unter anderem ein Modem, eine Ethernet-Karte und/oder eine beliebige andere geeignete Vorrichtung umfassen, die ermöglicht, dass das Computersystem 800 sich mit Datenbanken und Netzwerken, etwa LANs, MANs, WANs und dem Internet, verbindet.
Der Prozessor 802 kann einen oder mehrere Universalprozessoren, anwendungsspezifische Prozessoren, programmierbare Mikroprozessoren, Mikrocontroller, digitale Signalprozessoren, FPGAs, andere anpassbare oder programmierbare Verarbeitungsvorrichtungen und/oder beliebige andere Vorrichtungen oder Anordnungen von Vorrichtungen umfassen, die in der Lage sind, die hier offenbarten Systeme und Verfahren zu implementieren.
Der Prozessor 802 kann ausgestaltet sein, um computerlesbare Anweisungen auszuführen, die in dem nicht vorübergehenden computerlesbaren Speichermedium 810 gespeichert sind. Das computerlesbare Speichermedium 810 kann auf Wunsch andere Daten oder Informationen speichern. Bei einigen Ausführungsformen können die computerlesbaren Anweisungen von einem Computer ausführbare Funktionsmodule enthalten. Beispielsweise können die computerlesbaren Anweisungen ein oder mehrere Funktionsmodule enthalten, die ausgestaltet sind, um die gesamte oder einen Teil der Funktionalität der Systeme und Verfahren, die vorstehend beschrieben sind, zu implementieren. Es können spezielle Funktionsmodelle enthalten sein, die dem Batteriemodell, einem Temperaturnetzwerkmodell, einem Batterielebensdauermodell, einem Zellenwiderstand- und Wärmeübertragungskoeffizientenmodell, einem Widerstandsanstiegs- und Kapazitätsverschlechterungsmodell und dergleichen entsprechen.
Die hier beschriebenen Systeme und Verfahren können unabhängig von der verwendeten Programmiersprache, welche die computerlesbaren Anweisungen erzeugt hat, und/oder von einem beliebigen Betriebssystem, welches das Computersystem 800 betreibt, implementiert sein. Beispielsweise können die computerlesbaren Anweisungen in einer beliebigen geeigneten Programmiersprache geschrieben sein, wobei Beispiele dafür C, C++, Visual C++ und/oder Visual Basic, Java, Perl oder eine beliebige andere geeignete Programmiersprache umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Außerdem können die computerlesbaren Anweisungen und/oder Funktionsmodule in der Form einer Sammlung von separaten Programmen oder Modulen und/oder als Programmmodul in einem größeren Programm oder als ein Teil eines Programmmoduls vorliegen. Die Verarbeitung von Daten durch das Computersystem 800 kann in Ansprechen auf Benutzerbefehle, Ergebnisse einer vorherigen Verarbeitung, oder eine Anforderung, die von einer anderen verarbeitenden Maschine gestellt wurde, erfolgen. Es ist festzustellen, dass das Computersystem 800 ein beliebiges geeignetes Betriebssystem verwenden kann, das beispielsweise Unix, DOS, Android, Smybian, Windows, iOS, OSX, Linux und/oder dergleichen umfasst.
Obwohl das Vorstehende in einigem Detail zu Zwecken der Klarheit beschrieben wurde, ist festzustellen, dass bestimmte Veränderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von den Prinzipien desselben abzuweichen. Beispielsweise können bei bestimmten Ausführungsformen die Ladezustandssensoren so ausgestaltet sein, dass sie auch Merkmale enthalten, die eine Messung von Innenwiderständen von Batteriesektionen ermöglichen. Auf ähnliche Weise kann das Batteriesteuerungssystem so ausgestaltet sein, dass es bestimmte Merkmale und/oder Funktionalitäten des Zellenausgleichssystems enthält. Analog können bestimmte Merkmale der hier offenbarten Ausführungsformen in einer beliebigen geeigneten Konfiguration oder Kombination konfiguriert und/oder kombiniert sein. Zudem können bestimmte hier offenbarte Systeme und/oder Verfahren in Batteriesystemen verwendet, die nicht in einem Fahrzeug enthalten sind (z. B. ein Reserveleistungs-Batteriesystem oder dergleichen). Es wird angemerkt, dass es viele alternative Wege zum Implementieren sowohl der Prozesse als auch der Vorrichtungen gibt, die hier beschrieben sind. Entsprechend sollen die vorliegenden Ausführungsformen als Veranschaulichung und nicht als Beschränkung aufgefasst werden und die Erfindung soll nicht auf die Details begrenzt werden, die hier gegeben sind, sondern sie kann im Umfang und den Äquivalenten der beigefügten Ansprüche modifiziert werden.
Die vorstehende Beschreibung wurde mit Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben. Jedoch wird der Fachmann feststellen, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen 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 mit dem Betrieb des Systems verbunden sind, auf alternative Weisen implementiert sein. Folglich kann ein beliebiger oder können mehrere beliebige der Schritte gelöscht, modifiziert oder mit anderen Schritten kombiniert werden. Außerdem soll diese Offenbarung in einem veranschaulichenden statt einem restriktiven Sinn betrachtet werden und alle derartigen Modifikationen sollen im Umfang derselben enthalten sein. Auf ähnliche Weise wurden Nutzen, andere Vorteile und Lösungen für Probleme vorstehend mit Hinblick auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben. Jedoch dürfen Nutzen, Vorteile, Lösungen für Probleme und beliebige Elemente, die bewirken können, dass ein beliebiger Nutzen, Vorteil, oder eine Lösung auftritt oder deutlicher wird, nicht als ein kritisches, ein notwendiges oder ein wesentliches Merkmal oder Element aufgefasst werden.
Die Begriffe ”umfasst” und ”enthält” und eine beliebige andere Variation derselben sollen, so wie sie hier verwendet werden, eine nicht ausschließliche 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 andere Elmente enthalten kann, die nicht ausdrücklich aufgeführt oder für einen derartigen Prozess, ein derartiges Verfahren, ein derartiges System, einen derartigen Artikel oder eine derartige Vorrichtung naturgegeben sind.
Der Fachmann wird feststellen, dass viele Veränderungen an den Details der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne von den zugrundeliegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt sein.

Claims

System zum Erfassen und Verwenden von Temperaturinformationen in einem Batteriestapel, der mehrere Untergruppen umfasst, wobei das System umfasst: einen Batteriestapel, der mehrere Untergruppen umfasst; ein elektrisches Messsystem, das ausgestaltet ist, um einen elektrischen Untergruppenparameter zu bestimmen, der einer ersten Untergruppe zugeordnet ist, die aus den mehreren Untergruppen gewählt ist; ein Temperaturmesssystem, das ausgestaltet ist, um einen Temperaturparameter, welcher der ersten Untergruppe zugeordnet ist, über mehrere Lade- und Entladezyklen des Batteriestapels hinweg zu bestimmen und nachzuverfolgen; und ein Batteriemodell, das ausgestaltet ist, um eine Eigenschaft der ersten Untergruppe zumindest teilweise auf der Grundlage des elektrischen Untergruppenparameters und des Temperaturparameters zu schätzen.
System nach Anspruch 1, wobei das Batteriemodell ferner ausgestaltet ist, um einen zweiten Temperaturparameter einer zweiten Untergruppe auf der Grundlage einer Position der zweiten Untergruppe innerhalb des Batteriestapels und auf der Grundlage der geschätzten Eigenschaft der ersten Untergruppe zu schätzen.
System nach Anspruch 2, wobei das Batteriemodell ferner ausgestaltet ist, um eine Untergruppen-Lebensdauervariation zwischen der ersten Untergruppe und der zweiten Untergruppe zu schätzen.
System nach Anspruch 1, wobei das Modell eine Monte-Carlo-Simulation umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei ein Temperaturanstieg der ersten Untergruppe zumindest teilweise in einem Temperaturnetzwerkmodell mit zwei Widerständen und zwei Kondensatoren modelliert wird.
System nach Anspruch 1, das ferner ein Batterielebensdauermodell umfasst, das ausgestaltet ist, um eine Lebensdauerbeurteilung der ersten Untergruppe zumindest teilweise auf der Grundlage des elektrischen Untergruppenparameters und des Temperaturparameters zu schätzen.
System nach Anspruch 1, wobei jede der mehreren Untergruppen eine oder mehrere Batteriezellen umfasst.
Verfahren zum Erfassen und Verwenden von Temperaturinformationen in einem Batteriestapel, der mehrere Untergruppen umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein elektrischer Untergruppenparameter bestimmt wird, der einer ersten Untergruppe zugeordnet ist, die aus den mehreren Untergruppen gewählt ist; ein Temperaturparameter, der der ersten Untergruppe zugeordnet ist, bestimmt wird; und ein Schätzwert einer Eigenschaft der ersten Untergruppe auf der Grundlage des elektrischen Untergruppenparameters und des Temperaturparameters erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst, dass ein zweiter Temperaturparameter einer zweiten Untergruppe auf der Grundlage der Position der zweiten Untergruppe innerhalb des Batteriestapels und auf der Grundlage der geschätzten Eigenschaft der ersten Untergruppe bestimmt wird.
Computersystem, das umfasst: einen Prozessor; und ein nicht vorübergehendes computerlesbares Medium, das mit dem Prozessor kommunikationstechnisch gekoppelt ist, wobei das nicht vorübergehende computerlesbare Medium Anweisungen speichert, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, veranlassen, dass der Prozessor: ein Batteriemodell simuliert, das ausgestaltet ist, um die Eingabe eines elektrischen Parameters, die Eingabe einer Steuerungsvariable und die Eingabe einer Rauschvariable zu empfangen, wobei das Batteriemodell ferner ausgestaltet ist, um für mindestens eine Untergruppe der mehreren Untergruppen eine Batteriemodellausgabe zu erzeugen, die eine Anschlussspannung und/oder eine Anschlussleistung und/oder eine Temperatur und/oder einen Ladezustand umfasst; und ein Batterielebensdauermodell simuliert, das ausgestaltet ist, um die Batteriemodellausgabe zu empfangen und um eine Batterielebensdauermodellausgabe zu erzeugen, die eine Kapazitätsänderung und/oder eine Temperaturänderung und/oder eine Widerstandsänderung über mehrere Lade- und Entladezyklen der mindestens einen Untergruppe hinweg umfasst; wobei die Batterielebensdauermodellausgabe eine Eingabe in das Batteriemodell umfasst.