DE102014102667A1 - Verfahren und system zum schätzen der spannung eines batterieelements - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Schätzen der Spannung eines Batterieelements eines Batteriesystems bereitgestellt. Das Verfahren umfasst bei einer Ausführungsform, dass eine Ausgleichs/Erfassungsschaltung bereitgestellt wird, die eine serielle Kombination aus einem Ausgleichsschalter und einem resistiven Ausgleichselement aufweist, die mit dem Batterieelement elektrisch parallel verbunden ist, und dass die Spannung über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement gemessen wird, wenn angenommen wird, dass sich der Schalter in einem ”geschlossenen” Zustand befindet. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein kompensierter Wert für die gemessene Spannung durch Anwenden eines berechneten Kompensationsfaktors auf die gemessene Spannung hergeleitet wird, wobei der kompensierte Wert einen Spannungsabfall kompensiert, der in der Ausgleichs/Erfassungsschaltung auftritt, wenn sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” Zustand befindet, und einen Schätzwert für die Spannung des Batterieelements repräsentiert. Es wird auch ein Batteriesystem bereitgestellt, das ein Batterieelement, eine Ausgleichs/Erfassungsschaltung, einen Sensor und ein Steuerungsmodul umfasst, das ausgestaltet ist, um das vorstehend beschriebene Verfahren auszuführen.

Description

  • GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeugbatterien und insbesondere Verfahren und Systeme zum Schätzen der Spannung eines Batterieelements in einem Fahrzeug, etwa einem Steckdosen-Elektrofahrzeug, während einer Ladungsausgleichsoperation, die an dem Batterieelement durchgeführt wird.
  • HINTERGRUND
  • Es ist gut bekannt, dass zur Optimierung und Maximierung der Leistung und Lebensdauer einer Elektrofahrzeugbatterie die Ladungsniveaus der Bestandteile oder Elemente der Batterie, beispielsweise der einzelnen Zellen oder Zellengruppen eines Batteriestapels, periodisch ausgeglichen oder gleichgesetzt werden müssen. Derartige Ausgleichsoperationen, die nachstehend als ”Zellenausgleich” oder ”Zellenausgleichsoperationen” bezeichnet sein können, können unter Verwendung einer beliebigen Anzahl bekannter Methoden oder Techniken durchgeführt werden.
  • Eine derartige Technik ist eine passive/resistive Zellenausgleichstechnik, bei der bei einer Implementierung jede Zelle (oder Gruppen von Zellen) eines Batteriestapels mit einer jeweiligen Ausgleichs/Erfassungsschaltung elektrisch verbunden ist, welche ausgestaltet ist, um ein Mittel für sowohl das Ausgleichen der entsprechenden Zelle als auch für das Erfassen oder Messen elektrischer Parameter mit Bezug darauf (z. B. eine Zellenspannung) bereitzustellen. Insbesondere umfasst bei einer speziellen Implementierung jede Ausgleichs/Erfassungsschaltung eine serielle Kombination aus einem Ausgleichsschalter und einem resistiven Ausgleichselement (z. B. einem Widerstand), die durch ein Paar Erfassungsdrähte mit der entsprechenden Zelle elektrisch parallel verbunden ist. Zusätzlich kann einer der oder können beide Erfassungsdrähte der Ausgleichs/Erfassungsschaltung zum Zweck des Diagnostizierens, ob der Ausgleichsschalter funktionsfähig ist, ein resistives Element (z. B. einen Widerstand) enthalten, das elektrisch in Reihe mit sowohl der Zelle als auch der seriellen Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement verbunden ist. Die Aufnahme eines oder mehrerer serieller resistiver Elemente in den/die Erfassungsdrähte dient zur Ausbildung eines Spannungsteilers in der Ausgleichs/Erfassungsschaltung (d. h. die serielle Kombination aus dem seriellen resistiven Element und dem resistiven Ausgleichselement bildet einen Spannungsteiler) und verursacht als Folge einen Spannungsabfall, wenn sich der Ausgleichsschalter in einem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet und ein Strom von der Zelle durch das resistive Ausgleichselement hindurchfließt. Wenn ein Batteriesteuerungsmodul oder eine andere geeignete Fahrzeugkomponente diesen Spannungsabfall erfasst oder detektiert, kann es bzw. sie feststellen, dass der Ausgleichsschalter tatsächlich funktionsfähig ist, und andernfalls kann es bzw. sie feststellen, dass es möglicherweise ein Problem mit dem Ausgleichsschalter gibt.
  • Diese spezielle Zellenausgleichstechnik ist jedoch nicht ohne Nachteile. Aufgrund des Spannungsteilers beispielsweise, der in der Ausgleichs/Erfassungsschaltung ausgebildet ist, ist die Spannung, die über die serielle Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement gemessen wird, wenn ein Ausgleichsschalter, der einer speziellen Zelle entspricht, sich beispielsweise während einer Zellenausgleichsoperation in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet, niedriger als die tatsächliche Spannung der Zelle. Folglich sind alle Spannungsmessungen, die erfasst oder durchgeführt werden, während der Ausgleichsschalter geschlossen ist, und damit alle Spannungsmessungen, die während der Durchführung einer Zellenausgleichsoperation erfasst oder durchgeführt werden, für alle Zwecke, die genaue Zellenspannungsmesswerte benötigen (z. B. zum Zweck des Steuerns der Zellenausgleichsoperation) im Endeffekt nutzlos und müssen daher verworfen werden. Folglich werden die Verfügbarkeit von brauchbaren Zellenspannungsinformationen und die Geschwindigkeit mit der derartige Informationen erhalten werden können, sowie die Verfeinerung und Geschwindigkeit von Steuerungen, welche diese Informationen verwenden, durch die verringerten oder reduzierten Spannungsmessungen nachteilig beeinträchtigt.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Schätzen der Spannung eines Batterieelements eines Fahrzeugbatteriesystems bereitgestellt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das Verfahren den Schritt des Bereitstellens einer Ausgleichs/Erfassungsschaltung mit einer seriellen Kombination aus einem Ausgleichsschalter und einem resistiven Ausgleichselement, die mit dem Batterieelement elektrisch parallel verbunden ist, umfassen. Das Verfahren kann ferner den Schritt des Messens der Spannung über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement umfassen, wenn angenommen wird, dass sich der Ausgleichsschalter in einem ”geschlossenen” Zustand befindet. Das Verfahren kann außerdem weiter den Schritt des Herleitens eines kompensierten Werts für die gemessene Spannung durch Anwenden eines berechneten Kompensationsfaktors auf die gemessene Spannung umfassen, wobei der kompensierte Wert einen Spannungsabfall kompensiert, der in der Ausgleichs/Erfassungsschaltung auftritt, wenn sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” Zustand befindet, und dieser repräsentiert einen Schätzwert für die tatsächliche Spannung des Batterieelements. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der berechnete Kompensationsfaktor aus einem oder mehreren Messwerten von einem oder mehreren elektrischen Parametern, welche die Ausgleichs/Erfassungsschaltung betreffen, hergeleitet werden.
  • In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Schätzen der Spannung eines Batterieelements eines Fahrzeugbatteriesystems bereitgestellt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Bereitstellens einer Ausgleichs/Erfassungsschaltung mit einer seriellen Kombination aus einem Ausgleichsschalter und einem resistiven Ausgleichselement, die mit dem Batterieelement elektrisch parallel verbunden ist. Das Verfahren kann ferner den Schritt des Berechnens eines Kompensationsfaktors enthalten, um einen Spannungsabfall zu berücksichtigen, der in der Ausgleichs/Erfassungsschaltung auftritt, wenn sich der Ausgleichsschalter in einem ”geschlossenen” Zustand befindet. Das Verfahren kann ferner noch den Schritt des Messens der Spannung über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement umfassen, wenn angenommen wird, dass sich der Ausgleichsschalter in einem ”geschlossenen” Zustand befindet. Das Verfahren kann außerdem noch weiter den Schritt des Herleitens eines kompensierten Werts für die gemessene Spannung umfassen, indem der berechnete Kompensationsfaktor auf die gemessene Spannung angewendet wird, wobei der kompensierte Wert einen Spannungsabfall kompensiert, der in der Ausgleichs/Erfassungsschaltung auftritt, wenn sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” Zustand befindet, und dieser repräsentiert einen Schätzwert für die tatsächliche Spannung des Batterieelements.
  • In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform wird ein Batteriesystem für ein Fahrzeug bereitgestellt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das Batteriesystem ein Batterieelement und eine Ausgleichs/Erfassungsschaltung enthalten, welche eine serielle Kombination aus einem Ausgleichsschalter und einem resistiven Ausgleichselement aufweist, die mit dem Batterieelement elektrisch parallel verbunden ist. Das System kann ferner einen Sensor, der mit der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement elektrisch parallel verbunden ist und ausgestaltet ist, um die Spannung darüber zu messen, und ein Steuerungsmodul enthalten. Das Steuerungsmodul kann ausgestaltet sein, um ein elektrisches Signal zu empfangen, das eine Spannung darstellt, die von dem Sensor über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement gemessen wird, wenn angenommen wird, dass sich der Ausgleichsschalter in einem ”geschlossenen” Zustand befindet, und um einen kompensierten Wert für die gemessene Spannung herzuleiten, indem es einen berechneten Kompensationsfaktor auf die gemessene Spannung anwendet, wobei der kompensierte Wert einen Spannungsabfall kompensiert, der in der Ausgleichs/Erfassungsschaltung auftritt, wenn sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” Zustand befindet, und dieser repräsentiert einen Schätzwert für die tatsächliche Spannung des Batterieelements. Ferner kann bei einer beispielhaften Ausführungsform der berechnete Kompensationsfaktor, der von dem Steuerungsmodul auf die gemessene Spannung angewendet wird, aus einem oder mehreren Messwerten von einem oder mehreren elektrischen Parametern, welche die Ausgleichs/Erfassungsschaltung betreffen, berechnet werden.
  • ZEICHNUNGEN
  • Nachstehend werden hier bevorzugte beispielhafte Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und wobei:
  • 1 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Steckdosenelektrofahrzeugs ist;
  • 2 ein schematisches Blockdiagramm eines Teils eines beispielhaften Fahrzeugbatteriesystems ist, das eine Anzahl einzelner Batteriezellen aufweist und in einer Anzahl unterschiedlicher Fahrzeuge verwendet werden kann, etwa demjenigen, das in 1 dargestellt ist;
  • 3 ein Flussdiagramm ist, das einige der Schritte eines Beispielhaften Verfahrens zum Schätzen der Spannung eines Batterieelements zeigt, etwa einer einzelnen Batteriezelle, welches mit einem Batteriesystem verwendet werden kann, etwa demjenigen, das in 2 dargestellt ist; und
  • 4 eine graphische Darstellung ist, welche die gemessene Spannungsantwort darauf veranschaulicht, dass ein Ausgleichsschalter des in 2 veranschaulichten Batteriesystems einen ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand annimmt, um die Veranschaulichung des in 3 dargestellten Verfahrens zu unterstützen; und
  • 5 ein weiteres Flussdiagramm ist, das einige der Schritte eines beispielhaften Verfahrens zum Schätzen der Spannung eines Batterieelements zeigt, einschließlich bestimmter optionaler Schritte, die in 3 nicht gezeigt sind, das mit einem Batteriesystem, wie etwa demjenigen, das in 2 dargestellt ist, verwendet werden kann.
  • BESCHREIBUNG
  • Das hier beschriebene Verfahren und System können verwendet werden, um die Spannung eines Batterieelements (z. B. eines Teils eines Batteriestapels, einer Gruppe von Zellen innerhalb eines Batteriestapels, einer einzelnen Zelle usw.) in einem Fahrzeug beispielsweise während des Ausgleichens oder eines Diagnosetests dieses speziellen Batterieelements zu schätzen oder anderweitig zu bestimmen. Der Fachmann wird feststellen, dass das Verfügen über einen genauen Spannungsschätzwert für ein Batterieelement für bestimmte Funktionen oder Merkmale in einem Fahrzeug, etwa einem Steckdosenelektrofahrzeug, nützlich sein kann. Beispielsweise sind Zellenausgleichsoperationen ein Beispiel für eine Funktion, die sich auf Batterieelementspannungsschätzwerte stützt und fordert, dass diese ein notwendiges Genauigkeitsniveau aufweisen. Selbstverständlich gibt es andere derartige Funktionen und Merkmale.
  • Zu Veranschaulichungs- und Klarheitszwecken ist die folgende Beschreibung allgemein auf eine Ausführungsform gerichtet, bei der das Batterieelement eine einzelne Zelle eines Batteriestapels ist und daher ist die Spannung, die geschätzt wird, diejenige einer einzelnen Batteriezelle. Es ist jedoch festzustellen, dass das vorliegende Verfahren und System nicht so eingeschränkt sein sollen, da sie auch verwendet werden können, um die Spannung anderer Batterieelemente zu schätzen, etwa einer Region oder eines Teils des Batteriestapels, einer Gruppe von Zellen innerhalb des Batteriestapels oder eines anderen Batterieelements. Folglich verbleiben diejenigen Ausführungsformen, die das Schätzen der Spannung von Batterieelementen betreffen, die keine einzelnen Batteriezellen sind, im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung. Bei einer beispielhaften Ausführungsform messen das vorliegende System und Verfahren eine Spannung, die über der seriellen Kombination aus einem resistiven Ausgleichselement und einem Ausgleichsschalter durch eine Batteriezelle angelegt wird, die damit parallel verbunden ist, wenn sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet. Bei einer beispielhaften Ausführungsform können das System und Verfahren dann einen Kompensationsfaktor auf die gemessene oder erfasste Spannung anwenden, um die tatsächliche Spannung der Zelle zu schätzen.
  • Mit Bezug auf 1 sind einige der Komponenten eines beispielhaften Steckdosenelektrofahrzeugs 10 gezeigt, mit dem das vorliegende Verfahren und System verwendet werden können. Obwohl die folgende Beschreibung im Kontext des in 1 dargestellten speziellen Steckdosenelektrofahrzeugs 10 bereitgestellt ist, ist festzustellen, dass dieses Fahrzeug nur beispielhaft ist und dass andere Fahrzeuge selbstverständlich stattdessen verwendet werden können. Beispielsweise können das hier beschriebene Verfahren und System mit jeder Art von Fahrzeug verwendet werden, das einen Batteriestapel aufweist, einschließlich eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV), eines Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeugs (PHEV), eines Elektrofahrzeugs mit vergrößerter Reichweite (EREV) oder eines Batterieelektrofahrzeugs (BEV), um ein paar Möglichkeiten zu erwähnen. In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Fahrzeug 10 allgemein ein Fahrzeugbatteriesystem 12, einen Elektromotor 14, einen Wechselrichter/Umsetzer 16, eine Kraftmaschine 18, einen Generator 20 und ein Steuerungsmodul 22.
  • 1 und 2 veranschaulichen Teile eines beispielhaften Fahrzeugbatteriesystems 12, das eine Batterie 24, einen Batteriestapel 26, eine oder mehrere Ausgleichs/Erfassungsschaltungen 28, ein Batteriesteuerungsmodul 30 und Batteriesensoren 32 enthält. Die Batterie 24 kann elektrische Energie zum Fahrzeugantrieb und/oder zum Erfüllen anderer elektrischer Bedürfnisse des Fahrzeugs speichern, wie beispielsweise die Bedürfnisse von Leistungsanwendungen des Fahrzeugs. In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform enthält die Batterie 24 einen Hochspannungsbatteriestapel 26 (z. B. 40 V–600 V) mit einer Anzahl einzelner Batteriezellen 34 (d. h. 34 1, 34 2...34 N). Diese Zellen 34 können in Reihe, parallel oder in einer Kombination aus beiden verbunden sein, um eine gewünschte Spannung, Stromstärke, Kapazität, Leistungsdichte und/oder andere Leistungseigenschaften zu liefern. Bei dem in 2 gezeigten Beispiel sind vier Batteriezellen 34 1–34 4 in Reihe miteinander verdrahtet. Es ist festzustellen, dass 2 nur eine potentielle Ausführungsform des Batteriestapels 26 veranschaulicht, da auch andere Anordnungen, Verbindungen und/oder Ausführungsformen möglich sind.
  • Der Batteriestapel 26 kann eine beliebige geeignete Batteriechemie verwenden, einschließlich derjenigen, die auf den folgenden Technologien beruhen: Lithium-Ionen, Nickel-Metall-Hydrid (NiMH), Nickel-Cadmium (NiCd), Natriumnickelchlorid (NaNiCl) oder eine andere Batterietechnologie. In Übereinstimmung mit einem Beispiel sind die Zellen 34 des Batteriestapels 26 Lithium-Ionen-Batteriezellen. Der Batteriestapel 26 soll so konstruiert sein, dass er wiederholte Lade- und Entladezyklen aushält, und er kann in Verbindung mit anderen Energiespeichervorrichtungen wie etwa Kondensatoren, Superkondensatoren, Induktivitäten usw. verwendet werden. Der Fachmann wird feststellen, dass Fahrzeugbatteriestapel in Übereinstimmung mit einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Ausführungsformen bereitgestellt werden können, diese in einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Konfigurationen verbunden sein können und eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Teilkomponenten enthalten können, etwa Sensoren, Steuerungseinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die auf dem technischen Gebiet bekannt sind.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Batteriesystem 12 ferner eine oder mehrere Ausgleichs/Erfassungsschaltungen 28. Jede Ausgleichs/Erfassungsschaltung 28 stellt einen elektrischen Pfad bereit, der das Überbrücken und das Messen/Erfassen elektrischer Parameter einer entsprechenden Batteriezelle beispielsweise während der Durchführung einer Diagnose und/oder von Zellenausgleichsoperationen daran ermöglicht. Bei einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Batteriesystem 12 mehrere Ausgleichs/Erfassungsschaltungen 28 – eine Schaltung 28 für jede Zelle 34 (z. B. entspricht in der in 2 dargestellten Ausführungsform jede Schaltung 28 1–28 4 einer jeweiligen der Zellen 34 1–34 4). Wie in 2 dargestellt ist, umfasst jede Ausgleichs/Erfassungsschaltung 28 einen Ausgleichsschalter 36, ein resistives Ausgleichselement 38, das mit dem Ausgleichsschalter 36 elektrisch in Reihe verbunden ist, einen Spannungssensor 40 und ein paar Erfassungsdrähte 42 (z. B. zwei der Erfassungsdrähte 42 1, 42 2...42 N). Wie in 2 veranschaulicht ist, verbinden die Erfassungsdrähte 42 auf elektrische Weise den Sensor 40 und die serielle Kombination aus dem Ausgleichsschalter 36 und dem resistiven Ausgleichselement 38 parallel mit sowohl einer entsprechenden Zelle 34 als auch miteinander.
  • Beispielsweise und mit Bezug auf 2 umfasst die Ausgleichs/Erfassungsschaltung 28 1 zumindest teilweise einen Sensor 40 1 und die serielle Kombination aus dem Ausgleichsschalter 36 1 und dem resistiven Element 38 1 (mit einem Wert von RB1), welche beide zwischen den Erfassungsdrähten 42 1, 42 2 verbunden sind. Wenn sich der Ausgleichsschalter 36 1 in einem ”geöffneten” oder ”ausgeschalteten” Zustand befindet, fließt kein Strom von der Zelle 34 1 durch den Ausgleichswiderstand 38 1 und den Ausgleichsschalter 36 1 und der Sensor 40 1 kann betrieben werden, um die Spannung der Zelle 34 1 zu messen. Wenn sich der Ausgleichsschalter 36 1 hingegen während beispielsweise einer Zellenausgleichsoperation, die an Zelle r1 durchgeführt wird, in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet, fließt Strom von der Zelle 34 1 und durch die Kombination aus dem Erfassungsdraht 42 1, dem resistiven Element 38 1, dem Schalter 36 1 und dem Erfassungsdraht 42 2, wodurch überschüssige Ladung aus der Zelle 34 1 abgeleitet wird und die Ausgangsspannung der Zelle verringert wird (d. h. Verringern der Spannung der Zelle 34 1 als Teil einer Ausgleichsoperation). In einem derartigen Fall kann der Sensor 40 1 betrieben werden, um die Spannung zu messen, die über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter 36 1 und dem resistiven Ausgleichselement 38 1 durch die Zelle 34 1 angelegt wird. Analog umfasst die Zellenausgleichs/Erfassungsschaltung 28 2 zumindest teilweise einen Sensor 40 2 und die serielle Kombination aus dem Ausgleichsschalter 36 2 und dem resistiven Element 38 2 (mit einem Wert von RB2), welche beide zwischen den Erfassungsdrähten 42 2, 42 3 verbunden sind. Wenn sich der Ausgleichsschalter 36 2 wie beim Ausgleichsschalter 36 1 in einem ”geöffneten” oder ”ausgeschalteten” Zustand befindet, kann der Sensor 40 2 betrieben werden, um die Spannung der Zelle 34 2 zu messen; wohingegen, wenn sich der Ausgleichsschalter 36 2 in einem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet, Strom von der Zelle 34 2 und durch die Kombination aus dem Erfassungsdraht 42 2, dem resistiven Element 38 2, dem Schalter 36 2 und dem Erfassungsdraht 42 3 fließt und der Sensor 40 2 betrieben werden kann, um die Spannung über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter 36 2 und dem resistiven Ausgleichselement 38 2 zu messen. Es ist festzustellen, dass das gleiche Konzept für die anderen Batteriezellen 34 und die Zellenausgleichs/Erfassungsschaltungen 28 des Batteriesystems 12 zutrifft, so dass während einer Zellenausgleichsoperation die Spannung von Zeilen, die eine übermäßige Ladung aufweisen, verringert werden kann, um die Zellen des Batteriestapels auszugleichen.
  • Wie in 2 dargestellt ist, ist festzustellen, dass bei bestimmten Ausführungsformen mehrere Ausgleichs/Erfassungsschaltungen 28 einen Erfassungsdraht 42 gemeinsam nutzen können. Bei den vorstehend bereitgestellten Beispielen beispielsweise nutzen die Schaltungen 28 1, 28 2 den Erfassungsdraht 42 2 gemeinsam. Es ist ferner festzustellen, dass jeder Erfassungsdraht 42 aus einer Anzahl von Segmenten bestehen kann, die dazu dienen, verschiedene Komponenten des Batteriesystems 12 miteinander zu verbinden. Beispielsweise kann ein Segment eines Erfassungsdrahts 42 eine Batteriezelle 34 mit einer entsprechenden Kombination aus einem resistiven Ausgleichselement und einem Ausgleichsschalter verbinden, ein weiteres Segment kann die Kombination aus dem resistiven Ausgleichselement und dem Ausgleichsschalter mit einem Sensor 40 verbinden usw. Obwohl die Erfassungsdrähte 42 hier als ”Drähte” bezeichnet werden, ist darüber hinaus festzustellen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf Erfassungsdrähte in der Form herkömmlicher Drähte begrenzt sein soll; stattdessen können die Erfassungsdrähte 42 die Form einer beliebigen Anzahl von elektrischen Verbindungen oder Leitern annehmen, wie beispielsweise elektrische Leiterbahnen auf einer gedruckten Leiterplatte (PCB), wobei alle diese im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung bleiben.
  • Die Ausgleichsschalter 36 können einen beliebigen Typ einer elektrischen Komponente umfassen, der ausgestaltet ist, um eine elektrische Schaltung selektiv zu schließen und zu unterbrechen. Die Schalter 36 können in einem von zwei Zuständen betrieben werden – einem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand, bei dem Elektrizität zwischen den Anschlüssen des Schalters fließt; oder einem ”offenen” oder ”ausgeschalteten” Zustand, bei dem keine Elektrizität fließt. Wie in der in 2 dargestellten Ausführungsform gezeigt ist, ist jeder Schalter 36 mit dem Batteriesteuerungsmodul 30 oder einer anderen geeigneten Komponente (z. B. dem Steuerungsmodul 22) elektrisch verbunden und ist ausgestaltet, um von dort ein Steuerungssignal zu empfangen, das den Zustand des Schalters steuert, um ihn ”ein” oder ”aus” zu schalten. Beispiele für geeignete Schalter umfassen, sind aber nicht beschränkt auf verschiedene Transistortypen wie z. B. Bipolartransistoren (BJTs) und alle Arten von Feldeffekttransistoren (FETs) wie z. B. Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) und Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFETs). Es ist folglich festzustellen, dass die Ausgleichsschalter 36 nicht auf irgendeinen speziellen Schalter oder Schaltertyp beschränkt sind. Bei einer beispielhaften Ausführungsform jedoch umfasst jeder Schalter 36 einen Schalter vom MOSFET-Typ.
  • Die resistiven Ausgleichselemente 38 können jede geeignete elektrische Komponente oder eine Kombination aus Komponenten, die einen geeigneten Widerstandswert aufweist, umfassen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst jedes resistive Element 38 einen einzigen Widerstand; in anderen beispielhaften Ausführungsformen jedoch kann eines oder können mehrere resistive Elemente 38 zwei oder mehr Widerstände, eine Kombination aus einem oder mehreren Widerständen und anderen elektrischen Komponenten, oder eine oder mehrere geeignete elektrische Komponenten, die keine Widerstände sind, umfassen. Der spezielle Wert des resistiven Elements 38 kann beispielsweise durch die gewünschte Größe des Ausgleichsstroms vorgegeben sein, der während einer Ausgleichsoperation, die an einer entsprechenden Batteriezelle 34 durchgeführt wird, durch die Ausgleichs/Erfassungsschaltung 28 fließen soll. Es ist folglich festzustellen, dass die resistiven Ausgleichselemente 38 nicht auf irgendeine spezielle Konstruktion oder irgendeinen speziellen Wert beschränkt sind. Bei einer beispielhaften Ausführungsform jedoch besteht jedes resistive Element 38 aus einem einzigen Widerstand mit einem Nennwert in der Größenordnung von RB = 0–100 Ω, und bei einer speziellen Ausführungsform einem Wert von RB = 10 Ω. Der Klarheit und Veranschaulichung halber soll der Wert RB nicht nur den Widerstandswert des resistiven Elements 38 sondern auch denjenigen des Ausgleichsschalters, welcher vernachlässigbar sein kann, repräsentieren. Daher soll für die Zwecke dieser Offenbarung RB den effektiven Ausgleichswiderstandswert der Ausgleichs/Erfassungsschaltung repräsentieren.
  • Die Spannungssensoren 40 können eine beliebige Vielfalt von unterschiedlichen Erfassungskomponenten oder Elementen enthalten. Wie vorstehend beschrieben wurde, ist jeder Sensor 40 bei einer beispielhaften Ausführungsform ein Teil einer jeweiligen Ausgleichs/Erfassungsschaltung 28. Bei anderen beispielhaften Ausführungsformen können die Sensoren 40 jedoch ein Teil von anderen Komponenten des Batteriesystems 12 (z. B. des Batteriesteuerungsmoduls 30) sein, oder sie können separate und eigenständige Komponenten des Batteriesystems 12 sein. Folglich können die Sensoren 40 in das Batteriesystem 12 oder in den Batteriestapel 26 eingebaut sein (z. B. eine intelligente oder smarte Batterie), sie können außerhalb des Batteriesystems 12 oder des Stapels 26 extern angeordnet sein, oder sie können in Übereinstimmung mit einer anderen bekannten Anordnung bereitgestellt sein. Bei der in 2 dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist jeder Sensor 40 ausgestaltet, um die Spannung, die durch eine entsprechende einzelne Batteriezelle 34 angelegt wird, zu überwachen, zu erfassen, zu detektieren, zu messen oder anderweitig zu bestimmen. Es ist jedoch festzustellen, dass bei anderen beispielhaften Ausführungsformen, die im Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung bleiben, die Sensoren 40 ausgestaltet sein können, um die Spannung, die durch mehrere Zellen 34 angelegt wird, entweder auf einer Basis von Zelle zu Zelle oder auf einer Gruppenbasis zu überwachen, zu erfassen, zu detektieren, zu messen oder anderweitig zu bestimmen, statt dass sie einer speziellen Zelle 34 zugeordnet sind. in jedem Fall können die Sensoren 40, wie in 2 gezeigt ist, mit dem Batteriesteuerungsmodul 30 elektrisch verbunden sein (z. B. durch eine drahtgebundene oder eine drahtlose Verbindung) und zur Kommunikation damit ausgestaltet sein, so dass von den Sensoren 40 durchgeführte oder erfasste Messungen von dem Batteriesteuerungsmodul 30 empfangen werden können. Bei anderen beispielhaften Ausführungsformen können die Sensoren 40 mit anderen geeigneten Komponenten elektrisch verbunden sein und zur Kommunikation damit ausgestaltet sein, wie z. B. dem Steuerungsmodul 22 oder einer anderen geeigneten Vorrichtung, und diese Ausführungsformen bleiben im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung.
  • Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Komponenten des Batteriesystems 12 und der Ausgleichs/Erfassungsschaltungen 28 enthält bei einer beispielhaften Ausführungsform jeder Erfassungsdraht 42 ein resistives Element 44 (”serielles resistives Element 44”) mit einem Wert RS. Wie bei den vorstehend beschriebenen resistiven Ausgleichselementen 38 können die seriellen resistiven Elemente 42 eine beliebige geeignete elektrische Komponente oder eine Kombination aus Komponenten, die einen geeigneten Widerstandswert RS aufweist, umfassen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst jedes resistive Element 44 einen einzigen Widerstand; bei anderen beispielhaften Ausführungsformen jedoch kann eines oder können mehrere resistive Elemente 44 zwei oder mehr Widerstände, eine Kombination aus einem oder mehreren Widerständen und anderen elektrischen Komponenten, oder eine oder mehrere geeignete elektrische Komponenten, die keine Widerstände sind, umfassen. Der spezielle Wert des bzw. der resistiven Elemente 44 kann beispielsweise durch den gewünschten Spannungsabfall, der auftritt, wenn sich ein entsprechender Ausgleichsschalter 36 in dem ”eingeschalteten” Zustand befindet (welcher nachstehend in größerem Detail beschrieben wird), durch die gewünschte Größe des Ausgleichsstroms, der durch die Ausgleichs/Erfassungsschaltung 28 fließen wird, wenn sich der Ausgleichsschalter 36 derselben in dem ”eingeschalteten” Zustand befindet usw. vorgegeben sein. Es ist folglich festzustellen, dass die resistiven Ausgleichselemente 44 nicht auf irgendeine spezielle Konstruktion oder irgendeinen speziellen Wert beschränkt sind.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform jedoch besteht jedes resistive Element 44 aus einem einzigen Widerstand mit einem Wert in der Größenordnung von RS = 0–100 Ω (z. B. 5 Ω).
  • Eine Absicht bei der Aufnahme der seriellen resistiven Elemente 44 in die Erfassungsdrähte 42 auf die in 2 dargestellte Weise besteht darin, es dem Batteriesteuerungsmodul 30 oder einer anderen geeigneten Komponente (z. B. dem Steuerungsmodul 22) zu ermöglichen, zu diagnostizieren oder festzustellen, ob ein spezieller Ausgleichsschalter 36, der zwischen einem gegebenen Paar von Erfassungsdrähten 42 elektrisch verbunden ist, funktionsfähig ist (d. h. dass sich der Schalter in dem ”eingeschalteten” oder ”ausgeschalteten” Zustand befindet, wenn er dort sein soll).
  • Wenn sich insbesondere ein Ausgleichsschalter 36 in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet, dient die Kombination aus dem entsprechenden resistiven Ausgleichselement 38 und dem bzw. den seriellen resistiven Elementen 44 der Erfassungsdrähte 42, zwischen welchen der Ausgleichsschalter 36 verbunden ist, zur Schaffung eines Spannungsteilers innerhalb der Ausgleichs/Erfassungsschaltung 28. Der Spannungsteiler führt zu einem Spannungsabfall in der Schaltung im Vergleich mit dem Fall, wenn sich der Ausgleichsschalter 36 in einem ”geöffneten” oder ”ausgeschalteten” Zustand befindet, und er bewirkt, dass ein entsprechender Sensor 40, der über die Kombination aus Ausgleichsschalter und resistivem Ausgleichselement verbunden ist, eine Spannung (”Vmeasured”) erfasst oder misst, die niedriger als sowohl die Nennspannung als auch die tatsächliche Spannung der Zelle 34 ist, welche dem geschlossenen Ausgleichsschalter 36 entspricht (d. h. bei der veranschaulichten Ausführungsform gilt
    Figure DE102014102667A1_0002
    Figure DE102014102667A1_0003
    Die ungefähre Größe der Abnahme oder des Abfalls bei der Spannung ist aufgrund der bekannten Parameter der Schaltung, wie z. B. der Nennspannung der Zelle und der Nennwerte der resistiven Elemente 38, 44 allgemein vorhersagbar. Wenn folglich einem speziellen Ausgleichsschalter 36 befohlen wird, während beispielsweise einer Zellenausgleichs- oder Diagnoseoperation einen ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand anzunehmen, kann eine Feststellung getroffen oder Diagnose durchgeführt werden, wenn die von dem entsprechenden Sensor 40 gemessene Spannung in ausreichendem Maß unter der Nennspannung oder der tatsächlichen Spannung der Zelle liegt, über welcher der Ausgleichsschalter verbunden ist (d. h. innerhalb eines vorhersagbaren Bereichs unterhalb der Nenn- oder tatsächlichen Zellenspannung), dass der Ausgleichsschalter 36 funktionsfähig ist. Wenn die gemessene Spannung alternativ entweder gleich der Nennspannung der Zelle ist, über dieser liegt oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs unter dieser liegt, kann eine Feststellung getroffen oder Diagnose durchgeführt werden, dass der Ausgleichsschalter 36 nicht funktionsfähig ist. In einem derartigen Szenario kann ein Diagnosecode oder Merker gesetzt werden oder eine andere Anzeige des potentiellen Problems kann bereitgestellt werden.
  • Wenn sich der Ausgleichsschalter 36 1 beispielsweise in dem ”geschlossenen” Zustand befindet, wird die Spannung, die von dem Sensor 40 1 erfasst/gemessen wird (”Vmeasured”), nicht die tatsächliche Spannung (”Vcell_actual”) der Zelle 34 1 sein (aufgrund des Spannungsteilers, der durch die serielle Kombination aus den resistiven Elementen 38 1 (RB1), 44 1 (RS1) und 44 2 (RS2) geschaffen wird); sie wird stattdessen sein:
    Figure DE102014102667A1_0004
  • Wenn das Batteriesteuerungsmodul 30 daher beispielsweise ein Spannungssignal empfängt, das einen derartigen Wert repräsentiert – welcher einen vorhergesagten Spannungsabfall im Hinblick auf die bekannte Nennspannung der Zelle und die bekannten Nennwerte der resistiven Elemente der entsprechenden Ausgleichs-Erfassungsschaltung widerspiegeln kann – kann es diagnostizieren oder feststellen, dass der Schalter 36 1 funktionsfähig ist; andernfalls kann es diagnostizieren oder feststellen, dass er es nicht ist.
  • Wie nachstehend im größeren Detail beschrieben wird, besteht ein Nachteil von Systemen wie etwa demjenigen, das vorstehend beschrieben ist, darin, dass aufgrund der Funktion des Spannungsteilers in der Ausgleichs/Erfassungsschaltung Spannungsmesswerte für eine spezielle Zelle, die erfasst werden, während sich ein Ausgleichsschalter, der dieser entspricht, in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet, die tatsächliche Spannung der Zelle nicht genau wiedergeben. Folglich können diese Zellenspannungsmesswerte abgesehen von der Diagnose, ob ein Ausgleichsschalter funktionsfähig ist (wie vorstehend beschrieben wurde), nicht für irgendeinen anderen nützlichen Zweck verwendet werden, etwa für diejenigen, die Zellenausgleichsoperationen betreffen. Wie mit Blick auf die nachstehende Beschreibung festgestellt wird, besteht ein Zweck des vorliegenden Verfahrens darin, auf diesen Nachteil einzugehen.
  • Das Batteriesteuerungsmodul 30 kann eine beliebige Vielfalt von elektronischen Verarbeitungsvorrichtungen, Arbeitsspeicher- oder Massenspeichervorrichtungen, Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen (I/O-Vorrichtungen) und beliebigen anderen bekannten Komponenten enthalten und kann verschiedene Funktionen mit Bezug auf Steuerung, Überwachung und/oder Kommunikation ausführen. Beispielsweise kann das Batteriesteuerungsmodul 30 ausgestaltet sein, um den Zustand (d. h. ”eingeschaltet” oder ”ausgeschaltet”) der Ausgleichsschalter 36 der vorstehend beschriebenen Ausgleichs/Erfassungsschaltungen 28 zu steuern. Das Batteriesteuerungsmodul 30 kann ferner ausgestaltet sein, um Sensorsignale von den Spannungssensoren 40 und/oder von anderen verschiedenen Batteriesensoren 32 zu empfangen und um diese Signale zu bewerten, zu analysieren und/oder zu verarbeiten, im Bemühen, einen oder mehrere Aspekte des Batteriesystems 12 zu steuern oder zu überwachen, beispielsweise etwa das Steuern des Ausgleichens von Zellen 34 des Batteriestapels 26, das Diagnostizieren, ob die Ausgleichsschalter 36 des Systems 12 funktionsfähig sind usw. Bei einem Beispiel empfängt das Batteriesteuerungsmodul 30 Sensorsignale und verpackt sie in eine Sensormeldung und sendet die Meldung dann über eine geeignete Verbindung, etwa einen CAN-Bus, einen Systemmanagementbus (SM-Bus), eine proprietäre Kommunikationskopplung usw. an das Steuerungsmodul 22 oder eine andere Vorrichtung. Es ist möglich, dass das Batteriesteuerungsmodul 30 Batteriesensorlesewerte sammelt und diese in einem lokalen Speicher zusammen mit sachdienlichen Batterieeigenschaften und Hintergrundinformationen speichert, welche die Chemie der Batteriezellen, die Zellenkapazität, obere und untere Batteriespannungsgrenzen, Batteriestromgrenzen, Batterietemperaturgrenzen, Temperaturprofile, eine Batterieimpedanz, die Anzahl oder den Verlauf von Lade/Entlade-Ereignissen usw. betreffen. Zudem ist das Batteriesteuerungsmodul 30 bei einer beispielhaften Ausführungsform ausgestaltet, um einen oder mehrere Schritte des vorliegenden Verfahrens, das nachstehend im größeren Detail beschrieben wird, auszuführen oder durchzuführen. Es ist festzustellen, dass das Batteriesteuerungsmodul 30 ein eigenständiges elektronisches Modul sein kann, es in ein anderes elektronisches Modul im Fahrzeug eingebaut oder darin enthalten sein kann (z. B. das Steuerungsmodul 22), es Teil eines größeren Netzwerks oder Systems sein kann, es innerhalb des Fahrzeugbatteriestapels 26 angeordnet sein kann oder sich außerhalb des Batteriestapels 26 befinden kann, um ein paar Möglichkeiten zu erwähnen. Zudem ist festzustellen, dass das Batteriesteuerungsmodul 30 nicht auf die in 1 und 2 gezeigte und vorstehend beschriebene schematische Darstellung begrenzt ist. Außerdem können bei einer beispielhaften Ausführungsform die Spannungssensoren, statt dass sie wie vorstehend beschrieben Bestandteile der Ausgleichs/Erfassungsschaltungen des Batteriesystems sind, Teil des Batteriesteuerungsmoduls sein, wie auch andere Batteriesensoren, etwa diejenigen, die nachstehend beschrieben werden.
  • Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Komponenten/Vorrichtungen kann das Batteriesystem 12 bei einer beispielhaften Ausführungsform ferner einen oder mehrere Batteriesensoren 32 enthalten. Die Sensoren 32 können eine beliebige Vielfalt von unterschiedlichen Erfassungskomponenten oder Elementen enthalten und sie können eine Vielfalt von Parametern oder Bedingungen mit Bezug auf die Batterie überwachen, wie etwa eine Spannung, einen Strom, einen Ladezustand, einen Funktionszustand (SOH), eine Temperatur des Batteriestapels usw. Die Batteriesensoren 32 können Sensoren enthalten, die in das Batteriesystem 12 oder den Batteriestapel 26 eingebaut sind (z. B. eine intelligente oder smarte Batterie), die außerhalb des Batteriesystems 12 oder des Stapels 26 extern angeordnet sind, oder die gemäß einer anderen bekannten Anordnung bereitgestellt sind. Die Batteriesensoren 32 können Parameter oder Bedingungen mit Bezug auf die Batterie auf der Basis von Zelle zu Zelle, als einen Mittelwert einer Sammlung oder eines Blocks von Zellen oder einer Region des Batteriestapels 26, als einen Mittelwert des gesamten Batteriestapels 26 oder in Übereinstimmung mit einem anderen Verfahren, das auf dem technischen Gebiet bekannt ist, überwachen, erfassen, detektieren, messen oder anderweitig bestimmen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform können die Batteriesensoren 32 einen oder mehrere Spannungssensoren zum Erfassen einzelner Batteriezellenspannungen und eine beliebige Anzahl von anderen Sensoren, die auf dem technischen Gebiet bekannt sind, enthalten (z. B. Temperatursensoren, Stromsensoren usw.). Wie die vorstehend beschriebenen Spannungssensoren 40 Können die Batteriesensoren 32 mit dem Batteriesteuerungsmodul 30, dem Steuerungsmodul 22 und/oder einer beliebigen anderen geeigneten Vorrichtung elektrisch verbunden (z. B. durch eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung) und zur Kommunikation damit ausgestaltet sein.
  • Der Elektromotor 14 kann elektrische Energie verwenden, die in dem Fahrzeugbatteriestapel 26 gespeichert ist, um ein oder mehrere Fahrzeugräder anzutreiben, was wiederum das Fahrzeug antreibt. Obwohl 1 den Elektromotor 14 auf schematische Weise als eine einzige diskrete Vorrichtung darstellt, kann der Elektromotor mit einem Generator kombiniert sein (ein sogenannter ”Mogen”) oder er kann mehrere Elektromotoren umfassen (z. B. separate Motoren für die Vorder- und Hinterräder, separate Motoren für jedes Rad, separate Motoren für verschiedene Funktionen usw.), um ein paar Möglichkeiten zu erwähnen. Das Fahrzeug 10 ist nicht auf irgendeinen speziellen Typ von Elektromotor begrenzt, die viele verschiedene Motortypen, Größen, Technologien usw. verwendet werden können. Bei einem Beispiel enthält der Elektromotor 14 einen Wechselstrommotor (z. B. einen mehrphasigen Induktionsmotor usw.) sowie einen Generator, der bei einem regenerativen Bremsen verwendet werden kann. Der Elektromotor 14 kann in Übereinstimmung mit einer beliebigen Anzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen bereitgestellt werden (z. B. Wechselstrom- oder Gleichstrommotoren, Motoren mit Bürsten oder bürstenlose Motoren, Permanentmagnetmotoren usw.), er kann in einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Konfigurationen verbunden sein und er kann eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Komponenten enthalten, etwa Kühlmerkmale, Sensoren, Steuerungseinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die auf dem technischen Gebiet bekannt sind.
  • Der Wechselrichter/Umsetzer 16 kann als Zwischenglied zwischen dem Fahrzeugbatteriesystem 12 und dem Elektromotor 14 wirken, da diese zwei Vorrichtungen oftmals so konstruiert sind, dass sie in Übereinstimmung mit verschiedenen Betriebsparametern funktionieren. Der Wechselrichter/Umsetzer 16 kann während eines Fahrzeugvortriebs beispielsweise die Spannung vom Batteriesystem 12 hochtransformieren und den Strom von Gleichstrom in Wechselstrom umsetzen, um den Elektromotor 14 anzutreiben, während der Wechselrichter/Umsetzer bei einem regenerativen Bremsen die von einem Bremsereignis erzeugte Spannung niedertransformieren und den Strom von Wechselstrom in Gleichstrom umsetzen kann, so dass er durch das Batteriesystem korrekt gespeichert werden kann. In gewissem Sinn organisiert der Wechselrichter/Umsetzer 16, wie diese unterschiedlichen Betriebsparameter (d. h. Wechselstrom gegenüber Gleichstrom, verschiedene Spannungspegel usw.) zusammenarbeiten. Der Wechselrichter/Umsetzer 16 kann einen Wechselrichter für die Umsetzung von Gleichstrom in Wechselstrom, einen Gleichrichter für die Umsetzung von Wechselstrom in Gleichstrom, einen Aufwärtswandler oder Transformator zum Erhöhen der Spannung, einen Abwärtswandler oder Transformator zum Verringern der Spannung, andere geeignete Energiemanagementkomponenten oder eine Kombination daraus enthalten. Bei der gezeigten beispielhaften Ausführungsform sind Wechselrichter/Umsetzer-Einheiten zu einer einzigen bidirektionalen Vorrichtung zusammengebaut; jedoch sind andere Ausführungsformen selbstverständlich möglich. Es ist zu erkennen, dass der Wechselrichter/Umsetzer 16 in Übereinstimmung mit einer beliebigen Anzahl verschiedener Ausführungsformen bereitgestellt sein kann (z. B. mit separaten Wechselrichter- und Umsetzereinheiten, bidirektional oder unidirektional, usw.), er in einer beliebigen Anzahl von verschiedener Konfigurationen verbunden sein kann und eine beliebige Anzahl verschiedener Komponenten enthalten kann, etwa Kühlsysteme, Sensoren, Steuerungseinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die auf dem technischen Gebiet bekannt sind.
  • Die Kraftmaschine 18 kann den Generator 20 unter Verwendung herkömmlicher Brennkraftmaschinentechniken antreiben und sie kann eine beliebige geeignete Art von Kraftmaschine enthalten, die auf dem technischen Gebiet bekannt ist. Einige Beispiele für geeignete Kraftmaschinen umfassen Benzinkraftmaschinen, Dieselkraftmaschinen, Ethanolkraftmaschinen, Kraftmaschinen mit flexiblem Kraftstoff, selbstansaugende Kraftmaschinen, turbogeladene Kraftmaschinen, supergeladene Kraftmaschinen, Drehkraftmaschinen, Kraftmaschinen mit Otto-Zyklus, Atkins-Zyklus und Miller-Zyklus sowie eine beliebige andere geeignete Kraftmaschine, die auf dem technischen Gebiet bekannt ist. In Übereinstimmung mit der hier gezeigten speziellen Ausführungsform ist die Kraftmaschine 18 eine kleine kraftstoffsparende Kraftmaschine (z. B. eine Vier-Zylinder-Kraftmaschine mit Turboladung und kleinem Hubraum), die ihre mechanische Ausgabe zum Drehen des Generators 20 verwendet. Der Fachmann wird feststellen, dass die Kraftmaschine 18 in Übereinstimmung mit einer beliebigen Anzahl verschiedener Ausführungsformen bereitgestellt werden kann, in einer beliebigen Anzahl verschiedener Konfigurationen verbunden sein kann (z. B. kann die Kraftmaschine 18 Teil eines parallelen Hybridsystems sein, bei dem die Kraftmaschine außerdem mit den Fahrzeugrädern mechanisch gekoppelt ist, statt dass sie ausschließlich zum Erzeugen von Elektrizität verwendet wird), und eine beliebige Anzahl verschiedener Komponenten enthalten kann, wie etwa Sensoren, Steuerungseinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die auf dem technischen Gebiet bekannt sind.
  • Der Generator 20 ist mit der Kraftmaschine 18 mechanisch gekoppelt, so dass die mechanische Ausgabe der Kraftmaschine bewirkt, dass der Generator elektrische Energie erzeugt, die an das Fahrzeugbatteriesystem 12, den Elektromotor 14 oder an beide geliefert werden kann. Es soll erwähnt werden, dass der Generator 20 in Übereinstimmung mit einer beliebigen Anzahl verschiedener Ausführungsformen bereitgestellt sein kann (z. B. können der Generator des Motors 14 und der Generator 20 zu einer einzigen Einheit kombiniert sein), er in einer beliebigen Anzahl verschiedener Konfigurationen verbunden sein kann und eine beliebige Anzahl verschiedener Komponenten enthalten kann, wie etwa Sensoren, Steuerungseinheiten und/oder beliebige andere geeignete Komponenten, die auf dem technischen Gebiet bekannt sind. Der Generator 20 ist nicht auf irgendeinen speziellen Generatortyp oder irgendeine spezielle Ausführungsform begrenzt.
  • Das Steuerungsmodul 22 kann verwendet werden, um bestimmte Operationen oder Funktionen des Fahrzeugs 10 und/oder einer oder mehrerer Komponenten oder Module desselben (z. B. das Batteriesystem 12) zu steuern, zu verwalten oder anderweitig zu managen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform enthält das Steuerungsmodul 22 eine Verarbeitungsvorrichtung 46 und eine Speichervorrichtung 48. Die Verarbeitungsvorrichtung 46 kann einen beliebigen Typ eines geeigneten elektronischen Prozessors enthalten (z. B. einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) usw.), der Anweisungen für Software, Firmware, Programme, Algorithmen, Skripten usw. ausführt. Dieser Prozessor ist nicht auf irgendeinen Typ von Komponente oder Vorrichtung begrenzt. Die Speichervorrichtung 48 kann einen beliebigen Typ eines geeigneten elektronischen Speichermittels enthalten und kann eine Vielfalt von Daten und Informationen speichern. Diese umfassen beispielsweise: erfasste und/oder gemessene batteriebezogene Bedingungen; Werte von batteriebezogenen Parametern; Nachschlagetabellen und andere Datenstrukturen; Software, Firmware, Programme, Algorithmen, Skripten und andere elektronische Anweisungen; Komponenteneigenschaften (z. B. Werte von Komponenten des Batteriesystems 12, wie z. B. Werte der resistiven Elemente der Ausgleichs/Erfassungsschaltungen des Batteriesystems 12) usw. Das vorliegende Verfahren – sowie beliebige andere elektronische Anweisungen und/oder Informationen, die für diese Aufgaben benötigt werden – kann auch in der Speichervorrichtung 48 gespeichert oder anderweitig mitgeführt werden, so dass das Steuerungsmodul 22 ausgestaltet sein kann, um einen oder mehrere Schritte des Verfahrens durchzuführen, das nachstehend in größerem Detail beschrieben wird. Das Steuerungsmodul 22 kann mit anderen Fahrzeugvorrichtungen und Modulen (z. B. mit dem Batteriesteuerungsmodul 30) über I/O-Vorrichtungen und geeignete Verbindungen, wie etwa einen Kommunikationsbus, elektrisch verbunden sein, so dass sie nach Bedarf interagieren können. Dies sind selbstverständlich nur einige der möglichen Anordnungen, Funktionen und Kapazitäten des Steuerungsmoduls 22, da andere selbstverständlich möglich sind. In Abhängigkeit von der speziellen Ausführungsform kann das Steuerungsmodul 22 ein eigenständiges elektronisches Modul sein (z. B. ein Fahrzeugintegrations-Steuerungsmodul (VICM), ein Antriebsgleichrichter/Wechselrichter-Modul (TPIM), ein Batteriegleichrichter/Wechselrichter-Modul (BPIM) usw.), es kann in ein anderes elektronisches Modul im Fahrzeug eingebaut oder darin enthalten sein (z. B. ein Antriebsstrangsteuerungsmodul, ein Kraftmaschinensteuerungsmodul, ein Hybridsteuerungsmodul, das Batteriesteuerungsmodul 30 usw.), oder es kann Teil eines größeren Netzwerks oder Systems sein (z. B. eines Batteriemanagementsystems (BMS), eines Fahrzeugenergiemanagementsystems usw.), um ein paar Möglichkeiten zu erwähnen.
  • Wieder sind die vorstehende Beschreibung des beispielhaften Hybridelektrofahrzeugs 10 und die Zeichnung von 1 nur zur Veranschaulichung einer möglichen Fahrzeuganordnung gedacht, und um dies in allgemeiner Weise zu erledigen. Eine beliebige Anzahl anderer Fahrzeuganordnungen und Architekturen, einschließlich derjenigen, die von derjenigen, die in 1 gezeigt ist, erheblich abweichen, kann stattdessen verwendet werden.
  • Mit Bezug auf 3 ist ein beispielhaftes Verfahren 100 zum Schätzen der Spannung eines Batterieelements gezeigt, wie z. B. und ohne Einschränkung einer einzelnen Zelle eines Batteriestapels eines Batteriesystems (z. B. einer Zelle 34 des Batteriestapels 26 des vorstehend beschriebenen Batteriesystems 12), wenn sich ein Ausgleichsschalter, der diesem entspricht, in einem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet (z. B. während einer Ausgleichsoperation, die an dem Batterieelement durchgeführt wird, oder beispielsweise einer Diagnoseoperation, die an dem Ausgleichsschalter durchgeführt wird). Insbesondere ist das Verfahren 100 auf ein Verfahren zum Schätzen der Spannung eines Batterieelements gerichtet, das eine damit elektrisch verbundenen Ausgleichs/Erfassungsschaltung aufweist, welche eine serielle Kombination aus einem Ausgleichsschalter und einem resistiven Ausgleichselement umfasst, die mit dem Batterieelement parallel verbunden ist, und in der ein Spannungsteiler ausgebildet wird, wenn sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet. Ein Beispiel ohne Einschränkung für eine derartige Schaltung ist die vorstehend beschriebene Ausgleichs/Erfassungsschaltung 28.
  • Obwohl die nachstehende Beschreibung primär in Hinblick auf die Verwendung des vorliegenden Verfahrens zum Schätzen der Spannung eines Batterieelements erfolgt, das eine einzelne Batteriezelle umfasst, ist festzustellen, dass die vorliegende Offenbarung nicht so eingeschränkt sein soll. Stattdessen wird der Fachmann feststellen, dass das vorliegende Verfahren verwendet werden kann, um die Spannung einer beliebigen Anzahl anderer Batterieelemente zu schätzen, wie z. B. eines Teils eines Batteriestapels, einer Gruppe von Zellen in einem Batteriestapel, eines Blocks von Zellen in einem Batteriestapel usw. Folglich ist die vorliegende Offenbarung nicht auf irgendeinen speziellen Typ von Batterieelement begrenzt.
  • Obwohl die Methodik hier primär so beschrieben wird, dass sie auf der Basis von Zelle zu Zelle oder auf der Basis ”eine Zelle zu einem Zeitpunkt” ausgeführt wird, soll die vorliegende Offenbarung ferner nicht so eingeschränkt sein. Stattdessen kann bei verschiedenen Ausführungsformen die Spannung von mehreren Zellen gleichzeitig geschätzt werden, indem die vorliegende Methodik für jede gewünschte interessierende Zelle durchgeführt wird. Eine mögliche Begrenzung beim Schätzen der Spannung von mehreren Zellen zum gleichen oder zum im wesentlichen gleichen Zeitpunkt besteht darin, dass bei bestimmten Ausführungsformen wie beispielsweise derjenigen, die in 2 dargestellt ist, die Ausgleichsschalter, die benachbarten Zellen entsprechen, nicht zum gleichen Zeitpunkt im ”eingeschalteten” Zustand betrieben werden sollen, um zu verhindern, dass die Schätzung der Spannung einer Zelle durch die Spannungen von benachbarten Zellen nachteilig beeinflusst wird. Folglich sollten bei einer beispielhaften Ausführungsform wie etwa derjenigen, bei der die Ausgleichsschalter 36 1 und 36 3 ”geschlossen” sind und die Schalter 36 2 und 36 4 ”geöffnet” sind, nur nicht benachbarte Ausgleichsschalter zum gleichen Zeitpunkt in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand sein.
  • Mit Bezug auf 3 umfasst das Verfahren 100 bei einer beispielhaften Ausführungsform einen Schritt 102 des Feststellens als Teil einer Zellenausgleichsoperation, ob eine spezielle interessierende Zelle eine übermäßige Ladung aufweist und daher einen Ausgleich benötigt. Schritt 102 kann in einer Anzahl von Weisen durchgeführt werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Spannung, die von der Zelle über die serielle Kombination aus einem Ausgleichsschalter und einem resistiven Ausgleichselement einer Ausgleichs/Erfassungsschaltung, die dieser entspricht, angelegt wird, gemessen werden, wenn sich der Ausgleichsschalter in einem ”geöffneten” oder ”ausgeschalteten” Zustand befindet. Die gemessene Spannung kann dann verwendet werden, um festzustellen, ob die Zelle einen Ausgleich benötigt.
  • Beispielsweise und mit Bezug auf 2, wobei die Zelle 34 1 als eine interessierende Zelle betrachtet wird, kann die Spannung, die von der Zelle 34 1 über die serielle Kombination aus dem Ausgleichsschalter 36 1 und dem resistiven Ausgleichselement 38 1 angelegt wird, von dem Sensor 40 1 gemessen werden, wenn der Ausgleichsschalter 36 1 ”geöffnet” oder ”ausgeschaltet” ist. Diese gemessene Spannung kann dann von dem Batteriesteuerungsmodul 30 oder einer anderen geeigneten Komponente (z. B. dem Steuerungsmodul 22) verwendet werden, um festzustellen, ob die Zelle 34 1 eine übermäßige Ladung aufweist, und damit, ob die Zelle 34 1 einen Ausgleich. benötigt. Es ist festzustellen, dass bei anderen beispielhaften Ausführungsformen andere Techniken als diejenige, die vorstehend beschrieben ist, zum Bestimmen, ob eine spezielle Zelle einen Ausgleich benötigt, verwendet werden können, und derartige Techniken verbleiben im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung.
  • Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann Schritt 102 (d. h. Schritt 102' in 3) statt festzustellen, ob eine spezielle interessierende Zelle einen Ausgleich als Teil einer Zellenausgleichsoperation benötigt, umfassen, dass eine interessierende Zelle identifiziert wird, für welche eine Diagnoseoperation durchgeführt werden soll. Insbesondere kann das Verfahren 100 bei einer beispielhaften Ausführungsform zumindest teilweise für Diagnosezwecke verwendet werden, um zu diagnostizieren, ob ein Ausgleichsschalter, der einer speziellen Zelle entspricht, funktionsfähig ist (z. B. ob sich ein Ausgleichsschalter ”einschaltet” oder ”schließt” in Ansprechen auf einen Befehl, dies zu tun). Dieser Schritt des Identifizierens kann in einer Anzahl von Weisen durchgeführt werden, wie z. B.: in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Testsequenz, bei der ein oder mehrere Ausgleichsschalter zu einem gegebenen Zeitpunkt und/oder in einer gegebenen Reihenfolge getestet werden; im Anschluss an eine Feststellung, dass der Ausgleichsschalter einer speziellen Zelle möglicherweise nicht korrekt arbeitet; oder in einer beliebigen anderen Weise, die auf dem Gebiet bekannt ist.
  • Unabhängig davon, ob festgestellt wurde, dass eine spezielle interessierende Zelle einen Ausgleich benötigt, um überschüssige Ladung abzuleiten oder alternativ als eine Zelle identifiziert wurde, für die eine Diagnoseoperation durchgeführt werden soll, umfasst das Verfahren 100 ferner einen Schritt 104 des Befehlens, dass sich der Ausgleichsschalter, der dieser speziellen interessierenden Zelle entspricht, ”schließt” oder ”einschaltet” oder mit anderen Worten er den ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand annimmt. Beispielsweise und mit Bezug auf 2 kann das Batteriesteuerungsmodul 30 oder eine andere geeignete Komponente (z. B. das Steuerungsmodul 22) ausgestaltet sein, um den Zustand der Ausgleichsschalter 36 zu steuern. Folglich kann das Batteriesteuerungsmodul 30 ausgestaltet sein, um ein Aktivierungs- oder Einschaltsignal an den bzw. die geeigneten Ausgleichsschalter 36 durch beispielsweise entsprechende Schaltersteuerungsleitungen bereitzustellen, welche das Batteriesteuerungsmodul 30 und die Schalter 36 miteinander elektrisch verbinden. Derartige Aktivierungs- oder Einschaltsignale sollen dem bzw. den geeigneten Schalter(n) 36 befehlen, den ”eingeschalteten” oder ”geschlossenen” Zustand anzunehmen und diese dazu veranlassen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform, bei der die Zelle 34 1 als die interessierende Zelle betrachtet wird, kann das Batteriesteuerungsmodul 30 daher ein Aktivierungssignal für den Ausgleichsschalter 36 1 bereitstellen, um zu veranlassen, dass er einen ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand annimmt. Obwohl die vorstehende Beschreibung auf eine spezielle Weise gerichtet ist, mit der Schritt 104 durchgeführt werden kann, ist festzustellen, dass die vorliegende Offenbarung nicht so eingeschränkt sein soll. Stattdessen wird der Fachmann feststellen, dass Schritt 104 in einer beliebigen Anzahl von Weisen unter Verwendung einer beliebigen Anzahl von Vorrichtungen oder Komponenten durchgeführt werden kann und dass diese anderen Weisen zum Durchführen des Schritts 104 im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung verbleiben. Außerdem ist ferner festzustellen, dass Schritt 104 bei bestimmten Ausführungsformen ein optionaler Schritt sein kann. Wenn beispielsweise insbesondere bereits eine Ausgleichs- und/oder Diagnoseoperation an der Zelle abläuft, von der feststellt wurde, dass sie einen Ausgleich benötigt oder die bei Schritt 102/102' als eine Zelle identifiziert wurde, für die eine Diagnoseoperation ausgeführt werden soll, kann sich der Ausgleichsschalter, welcher der interessierenden Zelle entspricht, bereits in dem ”geschlossenen” Zustand befinden oder es kann zumindest angenommen werden, dass er sich darin befindet. In einem derartigen Fall kann es nicht notwendig sein, dass dem Ausgleichsschalter befohlen wird, den ”geschlossenen” Zustand anzunehmen, und daher kann Schritt 104 nicht benötigt werden, und stattdessen kann das Verfahren Schritt 104 überspringen.
  • Im Anschluss an die Bereitstellung des Schaltbefehls bei Schritt 104 (oder im Anschluss an Schritt 102/102' in einem Fall, bei dem Schritt 104 nicht benötigt wird) kann das Verfahren 100 ferner einen Schritt 106 des Messens der Spannung umfassen, die von der interessierenden Zelle über den vermutlich ”geschlossenen” Ausgleichsschalter angelegt wird, und bei einer beispielhaften Ausführungsform derjenigen Spannung, die über die serielle Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement der Ausgleichs/Erfassungsschaltung, die der interessierenden Zelle entspricht, angelegt wird. Diese Messung kann von einem Spannungssensor durchgeführt oder erfasst werden, der über die Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement elektrisch (parallel) verbunden ist und der Teil der Ausgleichs/Erfassungsschaltung, die der interessierenden Zelle entspricht, sein kann oder auch nicht. Zusätzlich dazu, dass der Spannungssensor mit der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement parallel verbunden ist, kann er bei einer beispielhaften Ausführungsform auch mit beispielsweise einem Batteriesteuerungsmodul oder einer anderen geeigneten Komponente, die ausgestaltet ist, um die von dem Spannungssensor erfassten oder durchgeführten Spannungsmessungen zu empfangen und in einigen Fällen zu verwenden, elektrisch verbunden sein (d. h. durch eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung).
  • Beispielsweise und mit Bezug auf 2, kann Schritt 106 bei einer beispielhaften Ausführungsform, bei der die Zelle 34 1 als eine interessierende Zelle betrachtet wird, umfassen, dass unter Verwendung des Spannungssensors 40 1 die Spannung gemessen wird, die von der Zelle 34 1 über die serielle Kombination aus dem Ausgleichsschalter 36 1 und dem resistiven Ausgleichselement 38 1 angelegt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Spannungssensor 40 1 mit dem Batteriesteuerungsmodul 30 elektrisch verbunden und daher kann ein elektrisches Signal, welches die gemessene Spannung repräsentiert, an das Batteriesteuerungsmodul 30 übermittelt und von diesem empfangen werden. Obwohl bei dieser beispielhaften Ausführungsform das Batteriesteuerungsmodul 30 mit dem Spannungssensor 40 1 elektrisch verbunden ist und von diesem die gemessene Spannung empfängt, ist festzustellen, dass die vorliegende Offenbarung nicht so beschränkt sein soll. Stattdessen können bei anderen beispielhaften Ausführungsformen andere geeignete Komponenten als das Batteriesteuerungsmodul 30 (z. B. das Steuerungsmodul 22) ausgestaltet sein, um diese Funktionalität auszuführen, und diese Ausführungsformen verbleiben im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung.
  • Wie vorstehend vollständiger beschrieben wurde, wird bei einem beispielhaften Batteriesystem wie etwa demjenigen, das in 2 dargestellt ist, wenn sich der Ausgleichsschalter einer Ausgleichs/Erfassungsschaltung des Batteriesystems in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet, ein Spannungsteiler in der Erfassungsschaltung aufgrund des Einschlusses des seriellen resistiven Elements oder bei bestimmten Fällen mehrerer serieller resistiver Elemente ausgebildet, welche in einem oder mehreren der Erfassungsdrähte der Ausgleichs/Erfassungsschaltung angeordnet sind. Folglich ist eine Spannung, die über die Kombination aus Ausgleichsschalter und resistivem Ausgleichselement gemessen wird, wenn sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet, nicht repräsentativ für die tatsächliche Spannung der Zelle; stattdessen gibt der Messwert den Spannungsabfall wieder, der durch den Betrieb des Spannungsteilers verursacht wird, und folglich ist die gemessene Spannung eine reduzierte oder verringerte Spannung im Vergleich mit der tatsächlichen Zellenspannung (d. h. Vmeasured ≠ Vcell_actual, stattdessen
    Figure DE102014102667A1_0005
    Figure DE102014102667A1_0006
    wobei RB wie vorstehend beschrieben der effektive Ausgleichswiderstand ist (d. h. der kombinierte Widerstandswert aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement) und RS der Widerstandswert des seriellen resistiven Elements der Ausgleichs/Erfassungsschaltung ist und wobei ferner bei bestimmten Ausführungsformen, wie derjenigen, die in 2 dargestellt ist, RS gleich der Summe der Werte der seriellen resistiven Elemente in der gegebenen Ausgleichs/Erfassungsschaltung ist).
  • Dieser reduzierte Spannungswert kann für bestimmte Zwecke nützlich sein, wie z. B. kann beim Diagnostizieren, ob der Ausgleichsschalter funktionsfähig ist (d. h., ob die Spannung ausreichend unter der Nenn- oder tatsächlichen Spannung der Zelle liegt (z. B. innerhalb eines vorhersagbaren Bereichs unter der Nenn- oder tatsächlichen Zellenspannung), festgestellt werden, dass sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet und daher funktionsfähig ist; wenn die Spannung andererseits entweder gleich oder über oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs unter der Nenn- oder tatsächlichen Spannung der Zelle liegt, kann festgestellt werden, dass sich der Ausgleichsschalter nicht in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet und daher nicht funktionsfähig ist). Wie vorstehend beschrieben wurde, macht dies jedoch auch die gemessene Spannung für andere Zwecke im Endeffekt unbrauchbar, wie z. B. beim Steuern einer Zellenausgleichsoperation. Da die gemessene Spannung keine genaue Repräsentation der tatsächlichen Zellenspannung ist, wird insbesondere die Verfügbarkeit von brauchbaren Informationen und die Geschwindigkeit, mit der derartige Informationen erhalten werden können, so wie die Verfeinerung und Geschwindigkeit von Steuerungen, die diese Informationen verwenden, durch die reduzierte Spannung nachteilig beeinflusst, da die Zellenausgleichsoperation warten muss, bis sich der Ausgleichsschalter in einem ”geöffneten” oder ”ausgeschalteten” Zustand befindet, um genaue und brauchbare Spannungslesewerte zu erhalten.
  • In Anbetracht dessen kann das Verfahren 100 für die Kompensation des Spannungsabfalls in der Ausgleichs/Erfassungsschaltung sorgen, der auftritt, wenn sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet, um die tatsächliche Spannung der Zelle zu schätzen. Insbesondere kann das Verfahren 100 bei einer beispielhaften Ausführungsform einen Schritt 108 des Beschaffens eines Kompensationsfaktors, der den Spannungsabfall in der vorstehend beschriebenen Ausgleichs/Erfassungsschaltung berücksichtigt, und einen Schritt 110 des Verwendens des beschafften Kompensationsfaktors zum Herleiten eines kompensierten Werts für die in Schritt 106 gemessene Spannung umfassen, wobei der kompensierte Wert den Spannungsabfall kompensiert und einen Schätzwert für die tatsächliche Spannung der Zelle darstellt.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der bei Schritt 108 beschaffte Kompensationsfaktor ein berechneter Kompensationsfaktor, der aus einem oder mehreren Messwerten von einem oder mehreren elektrischen Parametern der Ausgleichs/Erfassungsschaltung, die der interessierenden Zelle entspricht, berechnet wird (statt dass er beispielsweise während der Herstellung des Batteriesystems empirisch hergeleitet wird), und er kann in einer Anzahl von Weisen beschafft werden. Zum Beispiel kann der Kompensationsfaktor bei einer beispielhaften Ausführungsform beschafft werden, indem er jedes Mal berechnet wird, wenn ein Zellenspannungsschätzwert gewünscht oder benötigt wird. Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann der Kompensationsfaktor vorab berechnet oder vorab bestimmt werden (z. B. im Anschluss an Schritt 104 oder vor Schritt 106), und er kann jedes Mal aus einer Speichervorrichtung geholt oder beschafft werden, in welcher er gespeichert ist, wenn ein Zellenspannungsschätzwert gewünscht oder benötigt wird, zwischen dem Zeitpunkt, an dem der Kompensationsfaktor berechnet wurde (z. B., wenn der Ausgleichsschalter zunächst ”geschlossen” wird) und dem Zeitpunkt, an dem sich der Ausgleichsschalter von einem ”geschlossenen” Zustand in einen ”geöffneten” Zustand ändert. Folglich kann der Kompensationsfaktor auf eine Anzahl von Weisen beschafft werden, die andere geeignete Weisen als die vorstehend beschriebenen umfassen, und die alle im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung verbleiben. In jedem Fall und wie nachstehend in größerem Detail beschrieben wird, kann der Kompensationsfaktor, sobald er beschafft worden ist, auf die in Schritt 106 gemessene Spannung angewendet werden (Schritt 110), um die Spannung der interessierenden Zelle zu schätzen.
  • Obwohl die spezielle Form des Kompensationsfaktors variieren kann, umfasst der Kompensationsfaktor bei einer beispielhaften Ausführungsform einen Wert, der zumindest teilweise unter Verwendung von Messwerten berechnet wird, welche die Ausgleichs/Erfassungsschaltung betreffen, die der interessierenden Zelle entspricht, und die von einem oder mehreren Sensoren (z. B. Sensoren der Ausgleichs/Erfassungsschaltung oder sonstigen) an einem oder mehreren verschiedenen Zeitpunkten erfasst oder aufgenommen wurden. Beispielsweise kann der Kompensationsfaktor bei einer beispielhaften Ausführungsform die Form eines Verhältnisses von gemessenen Spannungen (ein ”Spannungsverhältnis”) annehmen. Insbesondere und mit Bezug auf 4 kann der Kompensationsfaktor ein Spannungsverhältnis zwischen einem Messwert der Spannung, die über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement der Ausgleichs/Erfassungsschaltung einer interessierenden Zelle angelegt wird, wenn sich der Ausgleichsschalter in einem ”geöffneten” oder ”ausgeschalteten” Zustand befindet (in 4 als ”V1” zum Zeitpunkt t = t0 dargestellt), und einem Messwert der Spannung, die über den Ausgleichsschalter und das resistive Element angelegt wird, wenn sich der Ausgleichsschalter in einem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet (in 4 als ”V2” zum Zeitpunkt t = t1 dargestellt), umfassen, welche die Spannung, die im Schritt 106 gemessen wird, oder eine früher gemessene Spannung umfassen kann, wie beispielsweise eine Spannungsmessung, die unmittelbar im Anschluss an das Schließen des Schalters erfasst wurde. Folglich kann Schritt 108 bei einer derartigen Ausführungsform umfassen, dass der Kompensationsfaktor in der Form eines Spannungsverhältnisses beschafft wird, indem es auf der Grundlage von Spannungsmessungen, die vor und nach einem Zeitpunkt aufgenommen werden, an dem der Ausgleichsschalter ”geschlossen” ist, entweder berechnet oder ausgerechnet wird, oder indem ein Verhältnis aus einer Speichervorrichtung, in welcher es gespeichert ist, beschafft oder geholt wird, das zu einem vorherigen Zeitpunkt berechnet oder bestimmt wurde, wie z. B., als der Ausgleichsschalter zunächst den ”eingeschalteten” oder ”geschlossenen” Zustand angenommen hat.
  • Sobald der Kompensationsfaktor beschafft worden ist, kann er in Schritt 110 auf die in Schritt 106 gemessene Spannung angewendet werden, um einen kompensierten Wert für die gemessene Spannung herzuleiten, der einen Schätzwert für die tatsächliche Spannung der Zelle repräsentiert. Wie beim Beschaffungsschritt 108 kann der Kompensationsfaktor auf die gemessene Spannung in einer Anzahl von Weisen angewendet werden. Beispielsweise wird der Kompensationsfaktor bei einem Beispiel ohne Einschränkung angewendet, indem die gemessene Spannung mit dem Kompensationsfaktor multipliziert wird. Folglich kann bei der Ausführungsform, in der der Kompensationsfaktor das vorstehend beschriebene Spannungsverhältnis umfasst, die in Schritt 106 gemessene Spannung mit dem in Schritt 108 beschafften Verhältnis multipliziert werden, um einen kompensierten Wert für die Spannung und damit einen Schätzwert für die tatsächliche Spannung der interessierenden Zelle herzuleiten.
  • Zum Beispiel und mit Bezug auf 2–4 wird angenommen, dass die Batteriezelle 34 1 eine interessierende Zelle ist und dass der zu verwendende Kompensationsfaktor das vorstehend beschriebene spezielle Spannungsverhältnis ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Schritt 108 des Beschaffens des Kompensationsfaktors einen ersten Teilschritt 108 1 des Beschaffens eines Messwerts der Spannung über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter 36 1 und dem resistiven Ausgleichselement 38 1, wenn sich der Ausgleichsschalter 36 1 in einem ”geöffneten” oder ”ausgeschalteten” Zustand befindet (d. h. ”V1” in 4) und einen zweiten Teilschritt 108 2 des Beschaffens eines Messwerts der Spannung über der Kombination, wenn sich der Ausgleichsschalter 36 1 in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet (d. h. ”V2” in 4). Es ist festzustellen, dass dann, wenn der Ausgleichsschalter ”geschlossen” ist (d. h. beispielsweise Zeit t = t1 in Schritt 104), die über die Kombination aus dem Ausgleichsschalter 36 1 und dem resistiven Element 38 1 angelegte Spannung aufgrund der Arbeitsweise des Spannungsteilers, der in der Ausgleichs/Erfassungsschaltung durch das resistive Ausgleichselement 38 1 und die seriellen resistiven Elemente 44 1, 44 2 erzeugt wird, abfällt und unter der tatsächlichen Zellenspannung bleibt, während der Ausgleichsschalter 36 1 in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand bleibt. Folglich wird der Spannungsmesswert, der in Teilschritt 108 1 erfasst oder aufgenommen wurde, höher als derjenige sein, der in Teilschritt 108 2 erfasst oder aufgenommen wurde.
  • Mit Bezug auf Teilschritt 108 1 kann der Messwert der Spannung, wenn sich der Ausgleichsschalter 36 1 in dem ”geöffneten” oder ”ausgeschalteten” Zustand befindet, in einer Anzahl von Weisen beschafft werden. Beispielsweise kann der Messwert durch einen geeigneten Sensor in Ansprechen auf die Feststellung oder Identifikation, die im vorstehend beschriebenen Schritt 102/102' durchgeführt wurde, erfasst oder aufgenommen werden, und dies kann bei einer beispielhaften Ausführungsform direkt vor dem Befehlen in Schritt 104, dass sich der Ausgleichsschalter 36 1 schließen soll, durchgeführt werden. Bei einer derartigen Ausführungsform kann diese Messung beispielsweise von einem Sensor 40 1 aufgenommen oder erfasst werden und kann an das Batteriesteuerungsmodul 30 oder eine andere geeignete Komponente (z. B. das Steuerungsmodul 22) übermittelt werden, wo es in einer Speichervorrichtung desselben gespeichert werden kann oder dafür zugänglich ist. Alternativ kann bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Messwert aus einer Speichervorrichtung beschafft werden, in welcher er gespeichert ist. Insbesondere kann der Messwert einer sein, der zu einem früheren Zeitpunkt erfasst oder aufgenommen wurde und der von dem Batteriesteuerungsmodul 30 oder einer anderen geeigneten Komponente (z. B. dem Steuerungsmodul 22) aus der Speichervorrichtung, in welcher er gespeichert ist (z. B. eine Speichervorrichtung, die zum Batteriesteuerungsmodul 30 oder einer anderen geeigneten Komponente gehört oder für diese zugänglich ist) beschafft werden kann. Bei einer derartigen Ausführungsform kann Schritt 108 1 ausgeführt werden, bevor oder nachdem dem Ausgleichsschalter in Schritt 104 befohlen wird, sich zu schließen.
  • Mit Bezug auf Teilschritt 108 2 kann der Messwert der Spannung, wenn sich der Ausgleichsschalter 36 1 in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet, analog auf eine Anzahl von Weisen beschafft werden. Beispielsweise kann der Messwert von einem geeigneten Sensor im Anschluss an Schritt 104 erfasst oder aufgenommen werden, bei welchem dem Ausgleichsschalter 36 1 befohlen wurde, den ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand anzunehmen, und vor Schritt 106, bei dem die Spannung über dem Ausgleichsschalter 36 1 und dem resistiven Ausgleichselement 38 1 gemessen wird. Bei einer derartigen Ausführungsform kann dieser Messwert beispielsweise von dem Sensor 40 1 erfasst oder aufgenommen werden und er kann an das Batteriesteuerungsmodul 30 oder eine andere geeignete Komponente (z. B. das Steuerungsmodul 22) übermittelt werden, wo er in einer Speichervorrichtung desselben bzw. derselben oder für diese(s) zugänglich gespeichert werden kann. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann, statt zwei separate Spannungsmesswerte in Teilschritt 108 2 und Schritt 106 zu erfassen oder aufzunehmen, der Spannungsmesswert von Schritt 106 zum Zweck des Berechnens des Kompensationsfaktors verwendet werden und daher kann Teilschritt 108 2 umfassen, dass der Messwert, der in Schritt 106 erfasst oder aufgenommen wurde, aus einer Speichervorrichtung, in welcher er gespeichert ist, beschafft wird. Insbesondere kann der Messwert von Schritt 106 von dem Batteriesteuerungsmodul 30 oder einer anderen geeigneten Komponente (z. B. dem Steuerungsmodul 22) aus der Speichervorrichtung beschafft werden, in welcher er gespeichert ist (z. B. einer Speichervorrichtung, die zum Batteriesteuerungsmodul 30 oder einer anderen geeigneten Komponente gehört oder für diese zugänglich ist). Schließlich kann der Messwert bei noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform, welcher im Teilschritt 108 2 beschafft wird, einer sein, der zu einem früheren Zeitpunkt erfasst oder aufgenommen wurde (z. B. zu dem Zeitpunkt, an dem der Ausgleichsschalter geschlossen war), und der von dem Batteriesteuerungsmodul 30 oder einer anderen geeigneten Komponente (z. B. dem Steuerungsmodul 22) aus der Speichervorrichtung, in welcher er gespeichert ist, beschafft werden kann (z. B. einer Speichervorrichtung, die zum Batteriesteuerungsmodul 30 oder einer anderen geeigneten Komponente gehört oder für diese zugänglich ist).
  • Sobald die Spannungsmesswerte V1 und V2 in den Teilschritten 108 1, 108 2 beschafft worden sind, kann Schritt 108 ferner einen weiteren Teilschritt 108 3 des Berechnens des Kompensationsfaktors (z. B. des Spannungsverhältnisses) unter Verwendung dieser beschafften Spannungsmesswerte umfassen. Insbesondere umfasst der Kompensationsfaktor bei einer beispielhaften Ausführungsform das Verhältnis zwischen einem Spannungsmesswert, der dem Fall entspricht, wenn sich der Ausgleichsschalter 36 1 in dem ”geöffneten” oder ”ausgeschalteten” Zustand befindet, und einem Messwert, der dem Fall entspricht, wenn sich der Ausgleichsschalter 36 1 in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet. Daher umfasst Schritt 108 3 das Berechnen des Spannungsverhältnisses, indem der Spannungsmesswert V1 durch den Spannungsmesswert V2 dividiert wird (d. h.
    Figure DE102014102667A1_0007
    ). Dieses Verhältnis kann dann verwendet werden, um die tatsächliche Spannung der Zelle 34, (d. h. ”Vestimate”) zu schätzen, indem die in Schritt 106 gemessene Spannung mit dem Verhältnis multipliziert wird (d. h.
    Figure DE102014102667A1_0008
    Figure DE102014102667A1_0009
    Wenn zu Veranschaulichungszwecken angenommen wird, dass V1 = 3,8 V und V2 = 1,9 V, würde das Spannungsverhältnis folglich 2,0 betragen und es kann auf die in Schritt 106 gemessene Spannung angewendet werden, um die tatsächliche Zellenspannung zu schätzen. Wenn die in Schritt 106 gemessene Spannung 1,9 V beträgt, kann die tatsächliche Zellenspannung daher auf 3,8 V geschätzt werden (d. h. 1,9 V·2 = 3,8 V). In jedem Fall kann die Berechnung und das Anwenden des Verhältnisses beispielsweise von einer beliebigen geeigneten Komponente ausgeführt werden, wie z. B. dem Batteriesteuerungsmodul 30, dem Steuerungsmodul 22 oder von einer anderen geeigneten Komponente.
  • Obwohl es aus der Beschreibung von Schritt 108 in dem vorstehenden Beispiel den Anschein erwecken kann, dass der Kompensationsfaktor (z. B. das Spannungsverhältnis) jedes Mal berechnet oder neu berechnet wird, wenn ein Schätzwert für die tatsächliche Zellenspannung benötigt wird oder gewünscht ist, ist festzustellen, dass die vorliegende Offenbarung nicht so eingeschränkt sein soll. Stattdessen kann Schritt 108 bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfassen, dass ein zuvor berechneter Kompensationsfaktor aus einer Speichervorrichtung, in welcher er gespeichert ist, beschafft wird (z. B. einer Speichervorrichtung, die zum Batteriesteuerungsmodul 30 gehört oder für dieses zugänglich ist; der Speichervorrichtung 48 des Steuerungsmoduls 22 usw.), welcher dann in Schritt 110 auf die in Schritt 106 gemessene Spannung auf die gleiche Weise, die vorstehend beschrieben ist, angewendet werden kann. Eine derartige Ausführungsform kann in einem Fall angewendet werden, bei dem der Kompensationsfaktor (z. B. das vorstehend beschriebene Spannungsverhältnis) direkt, nachdem der Ausgleichsschalter 36 1 ”geschlossen” wurde, berechnet wurde, aber Schritt 106 einige Zeit später durchgeführt wurde, aber bevor sich der Zustand des Schalters 36 1 zu einem ”geöffneten” oder ”ausgeschalteten” Zustand verändert hat. In einem derartigen Fall kann der zuvor berechnete Kompensationsfaktor aus einer Speichervorrichtung beschafft und in Schritt 110 angewendet werden. Wenn beispielsweise unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Spannungsverhältnisberechnung die gemessene Spannung V1 3,8 V beträgt, bevor der Ausgleichsschalter geschlossen wird, und 1,9 V direkt nachdem der Ausgleichsschalter geschlossen wurde, wäre das Verhältnis 2,0. Wenn zu einem Zeitpunkt im Anschluss an das Schließen des Ausgleichsschalters und während der Schalter geschlossen bleibt, Schritt 106 ausgeführt wird und eine Spannung von 1,7 V gemessen wird, kann die tatsächliche Zellenspannung auf 3,4 V geschätzt werden (d. h. 1,7 V·2,0 = 3,4 V), was widerspiegeln würde, dass eine bestimmte Ladungsmenge aus der Zelle 34 1 abgeleitet worden ist.
  • Obwohl die vorstehende Beschreibung primär mit Hinblick auf eine Ausführungsform eines Kompensationsfaktors erfolgte, der aus Messwerten von einem oder mehreren elektrischen Parametern einer Ausgleichs/Erfassungsschaltung, die einer interessierenden Zelle entspricht, hergeleitet wird, und insbesondere mit Hinblick auf eine Ausführungsform, bei der der Kompensationsfaktor ein spezielles Spannungsverhältnis umfasst, soll die vorliegende Offenbarung nicht auf eine derartige Ausführungsform eingeschränkt sein. Stattdessen wird der Fachmann feststellen, dass Verhältnisse und/oder andere aus Messwerten hegeleitete Kompensationsfaktoren zusätzlich zu und/oder anders als diejenigen, die vorstehend beschrieben sind, verwendet werden können, und dass jeder derartige andere Kompensationsfaktor im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung verbleibt.
  • Mit Bezug auf 5 kann das Verfahren 100 ferner einen oder mehrere Schritte zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Schritten enthalten, welche beispielsweise diejenigen enthalten, die nachstehend beschrieben werden. Es ist festzustellen, dass ein oder mehrere dieser zusätzlichen Schritte in Abhängigkeit von der speziellen Implementierung des Verfahrens 100 optional sein können. Es ist ferner festzustellen, dass bestimmte Abschnitte/Schritte, die in 3 dargestellt sind (z. B. die Teilschritte 108 1–108 3 oder Schritt 108) nur zu Klarheitszwecken in 5 weggelassen wurden.
  • Wenn beispielsweise in bestimmten Fällen und wie vorstehend kurz beschrieben wurde, sich der Ausgleichsschalter, der einer interessierenden Zelle entspricht, in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet und die Spannung dieser Zelle in der vorstehend beschriebenen Weise geschätzt wird, sollten der bzw. die Ausgleichsschalter der Zelle(n) benachbart zu der interessierenden Zelle nicht in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand betrieben werden, um zu verhindern, dass die Spannungen von benachbarten Zellen die Messung und Schätzung der Spannung einer interessierenden Zelle stören oder nachteilig beeinflussen. Insbesondere sollen Ausgleichsschalter von benachbarten Zellen, welche Ausgleichs/Erfassungsschaltungen aufweisen, die einen Erfassungsdraht gemeinsam nutzen, nicht zum gleichen Zeitpunkt in einem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand betrieben werden. Folglich kann das Verfahren 100 bei einer beispielhaften Ausführungsform und vor dem Ausführen eines beliebigen oder mehrerer der Schritte 104, 106, 108 und/oder 110 (z. B. vor dem Schritt 104 in 4) ferner einen Schritt 112 des Feststellens, ob irgendwelche Ausgleichsschalter, die Spannungszellen benachbart zu der interessierenden Zelle entsprechen, sich aktuell in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befinden (d. h. feststellen, ob irgendwelche Ausgleichsschalter benachbart zu dem Ausgleichsschalter, welcher der interessierenden Zelle entspricht, sich in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befinden), umfassen. Wenn festgestellt wird, dass sich einer oder mehrere benachbarte Ausgleichsschalter tatsächlich in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet bzw. befinden, kann das Verfahren 100 einfach enden und nicht zu irgendwelchen nachfolgenden Schritten weitergehen. Alternativ und abhängig davon, wann Schritt 112 mit Bezug auf die anderen Schritte des Verfahrens 100 ausgeführt wird, kann das Verfahren zu einem zuvor ausgeführten Schritt zurückspringen und das Verfahren kann zumindest teilweise wiederholt werden. Wenn hingegen festgestellt wird, dass sich kein benachbarter Ausgleichsschalter in einem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet, kann das Verfahren 100 zu dem nächsten Schritt in dem Prozess weitergehen, welcher in Abhängigkeit von der Reihenfolge, in der die Schritte ausgeführt werden, Schritt 104, 106, 108 oder 110 umfassen kann.
  • Beispielsweise und mit Bezug auf 2, wobei die Zelle 34 1 als eine interessierende Zelle betrachtet wird, kann Schritt 112 umfassen, dass festgestellt wird, ob sich irgendwelche Ausgleichsschalter 36 benachbart zu dem Ausgleichsschalter 36 1 gegenwärtig in einem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befinden. Bei dieser speziellen Ausführungsform würde Schritt 112 umfassen, dass festgestellt wird, ob der Ausgleichsschalter 36 2, welcher der einzige Schalter benachbart zum Schalter 36 1 ist, sich in einem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet. Wenn festgestellt wird, dass sich der Ausgleichsschalter 36 2 in einem ”geöffneten” oder ”ausgeschalteten” Zustand befindet, kann das Verfahren 100 zu dem nächsten Schritt des Prozesses weitergehen (z. B. Schritt 104, 106, 108 oder 110); andernfalls kann das Verfahren 100 enden oder zu einem vorherigen Schritt zurückspringen.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann Schritt 112 von einer beliebigen Komponente des Fahrzeugs ausgeführt werden, die ausgestaltet ist, um den Zustand jedes Ausgleichsschalters des Batteriesystems zu steuern und zu überwachen, und die daher den Zustand jedes Ausgleichsschalters kennt. Mit Bezug auf das Batteriesystem 12, das in 1 und 2 dargestellt ist, kann Schritt 112 bei einer beispielhaften Ausführungsform von dem Batteriesteuerungsmodul 30 oder einer anderen geeigneten Komponente wie zum Beispiel dem Steuerungsmodul 22 ausgeführt werden. Folglich ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf begrenzt, dass eine beliebige spezielle Komponente den Schritt 112 ausführt.
  • Ein weiterer Schritt, den das Verfahren 100 enthalten kann, betrifft das Prüfen des Zustands des Ausgleichsschalters, welcher der interessierenden Zelle entspricht und von dem entweder in Ansprechen auf den bei Schritt 104 ausgegebenen Befehl oder anderweitig angenommen wird, dass er sich in dem ”geschlossenen” Zustand befindet. Obwohl es angenommen werden kann, dass der Ausgleichsschalter, welcher der interessierenden Zelle entspricht, sich beispielsweise im Anschluss an den Befehl, der bei Schritt 104 ausgegeben wurde, in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet, kann das Verfahren 100 bei einer beispielhaften Ausführungsform insbesondere einen Schritt des Verifizierens umfassen, dass sich der Schalter tatsächlich in einem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet, bevor es weiter zu nachfolgenden Schritten des Verfahrens 100 geht. Insbesondere umfasst das Verfahren 100 bei einer beispielhaften Ausführungsform einen Schritt 114 des Feststellens, ob sich der Ausgleichsschalter, dem bei Schritt 104 befohlen wurde, sich zu ”schließen”, oder von dem anderweitig angenommen wird, dass er ”geschlossen” ist, sich tatsächlich in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die bei Schritt 106 gemessene Spannung verwendet werden, um diese Feststellung zu treffen. Wenn beispielsweise und wie hier an anderer Stelle beschrieben ist, die gemessene Spannung in ausreichender Weise verringert oder niedriger als entweder die Nennspannung der Zelle oder eine erwartete tatsächliche Spannung der Zelle ist, kann festgestellt werden, dass sich der Schalter in einem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet; wohingegen, wenn die gemessene Spannung in etwa bei einer erwarteten tatsächlichen Spannung der Zelle oder zumindest über einer bestimmten vorbestimmten Größe liegt, festgestellt werden kann, dass sich der Schalter nicht in einem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet. Folglich wird Schritt 114 bei einer derartigen Ausführungsform im Anschluss an Schritt 106 ausgeführt; jedoch soll die vorliegende Offenbarung nicht zu eingeschränkt sein. Stattdessen wird der Fachmann feststellen, dass eine beliebige Anzahl von Techniken verwendet werden kann, um die bei Schritt 114 benötigte Feststellung zu treffen, und dass das Verfahren 100 nicht auf irgendeine spezielle Folge von Schritten begrenzt ist. Folglich verbleiben Techniken zum Ausführen des Schritts 114 und andere Abfolgen des Verfahrens 100 als diejenigen, die vorstehend beschrieben sind, im Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung.
  • Unabhängig davon, ob die bei Schritt 106 gemessene Spannung oder eine andere Technik, die auf dem technischen Gebiet bekannt ist, verwendet wird, um den Zustand des Ausgleichsschalters zu bestimmen oder zu verifizieren, kann das Verfahren 100, wenn festgestellt wird, dass sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet, zu dem nächsten Schritt des Prozesses weitergehen, welcher beispielsweise den Schritt 108 oder 110 umfassen kann. Andernfalls kann das Verfahren 100 enden oder nicht zu irgendwelchen nachfolgenden Schritten weitergehen, oder alternativ zu einem zuvor ausgeführten Schritt des Verfahrens zurückspringen und das Verfahren kann zumindest teilweise wiederholt werden. In einem Fall, bei dem sich der Ausgleichsschalter nicht in einem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet, kann Schritt 114 ferner umfassen, dass ein Diagnosecode oder ein Merker gesetzt wird, der anzeigt, dass der Schalter möglicherweise nicht korrekt arbeitet.
  • Beispielsweise und mit Bezug auf 2, wobei Zelle 34 1 als eine interessierende Zelle angesehen wird, kann Schritt 114 umfassen, dass im Anschluss an den Befehl, der bei Schritt 104 ausgegeben wurde, um den Schalter 36 1 zu schließen, festgestellt wird, ob sich der Ausgleichsschalter 36 1 in einem ”geschlossenen” oder ”eingeschalteten” Zustand befindet. Bei einer derartigen Ausführungsform kann das Batteriesteuerungsmodul 30 oder eine andere geeignete Komponente (z. B. das Steuerungsmodul 22) ausgestaltet sein, um die bei Schritt 106 gemessene Spannung auszuwerten, um festzustellen, ob sich der Ausgleichsschalter 36 1 in einem ”geöffneten” oder ”geschlossenen” Zustand befindet. Wenn festgestellt wird, dass sich der Ausgleichsschalter tatsächlich in einem ”geschlossenen” Zustand befindet, kann das Verfahren 100 zu dem nächsten Schritt des Prozesses weitergehen (Schritt 108 oder Schritt 110); andernfalls kann das Verfahren enden oder zu einem vorherigen Schritt des Verfahrens zurückspringen.
  • Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Schritten kann ein weiterer Schritt dieses Verfahrens 100 einen Schritt 116 des Feststellens umfassen, ob ein genauer Schätzwert der Zellenspannung gewünscht wird. Wenn insbesondere eine Diagnoseoperation ausgeführt wird, bei der die tatsächliche Zellenspannung nicht benötigt wird, ob die Operation auszuführen, dann kann es sein, dass die Schritte 108 und/oder 110 nicht ausgeführt werden müssen, und das Verfahren 100 kann entweder enden oder zu einem vorherigen Schritt des Verfahrens zurückspringen. Wenn beispielsweise eine Diagnoseoperation ausgeführt wird, um nur festzustellen, ob ein Ausgleichsschalter funktionsfähig ist, kann die über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement gemessene Spannung nur verwendet werden, um festzustellen, ob der Schalter korrekt arbeitet und daher kann es nicht notwendig sein, die tatsächliche oder ungefähre Zellenspannung zu kennen. In einem derartigen Fall besteht kein Bedarf zum Schätzen der tatsächlichen Zellenspannung und daher kann das Verfahren enden oder zu einem vorherigen Schritt zurückspringen. Wenn es alternativ wünschenswert ist, die tatsächliche Zellenspannung zu kennen, wie etwa in einem Fall, bei dem eine Zellenausgleichsoperation durchgeführt wird, dann kann es notwendig sein, dass das Verfahren 100 die tatsächliche Zellenspannung schätzt, und daher kann das Verfahren zu Schritt 108 oder 110 weitergehen.
  • Beispielsweise kann mit Bezug auf 2, wobei Zelle 34 1 als eine interessierende Zelle betrachtet wird, von dem Batteriesteuerungsmodul 30 oder einer anderen geeigneten Komponente (z. B. dem Steuerungsmodul 22) festgestellt werden, ob es wünschenswert ist, die tatsächliche Spannung der Zelle 34 1 zu kennen. Wenn dies zutrifft, kann das Verfahren 100 zu Schritt 108 oder 110 weitergehen; wenn nicht, kann das Verfahren enden oder zu einem vorherigen Schritt zurückspringen.
  • Bei der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform wird Schritt 116 im Anschluss an Schritt 106 und vor den Schritten 108 und/oder 110 durchgeführt. Es ist jedoch festzustellen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf eine derartige Abfolge von Schritten begrenzt sein soll; stattdessen kann Schritt 116 zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Ausführens des Verfahrens 100 vor Schritt 106 ausgeführt werden und daher ist das Verfahren 100 nicht auf irgendeine spezielle Abfolge von Schritten begrenzt.
  • Der Fachmann wird feststellen, dass, obwohl die vorstehende Beschreibung hauptsächlich mit Bezug auf ein Batterieelement erfolgt ist, das vorliegende System und Verfahren auch mit einer Anzahl anderer Energiespeicher- oder -Verteilungsvorrichtungen oder -systeme als denjenigen, die vorstehend beschrieben sind, angewendet werden können. Diese anderen Vorrichtungen oder Systeme können beispielsweise und ohne Einschränkung umfassen: Kondensatorbänke; Ultrakondensatoren; einzellige Batteriestapel; oder eine beliebige andere Vorrichtung oder ein beliebiges anderes System, die bzw. das Energie mit Widerständen dissipiert und eine serielle Erfassungsleitungs/Strompfadimpedanz aufweist und die bzw. das außerdem einen ”ausgeschalteten” Zustand aufweist, der nicht jederzeit gemessen werden kann, um den tatsächlichen Wert der Quellenspannung zu erhalten, und einen ”eingeschalteten” Zustand, bei dem die Spannung kompensiert werden muss, um den tatsächlichen Wert zu erhalten.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung keine Definition der Erfindung ist, sondern eine Beschreibung von einer oder mehreren bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung. Die Erfindung ist nicht auf die speziellen Ausführungsformen begrenzt, die hier offenbart sind, sondern stattdessen nur durch die nachstehenden Ansprüche definiert. Darüber hinaus betreffen die in den vorstehenden Beschreibung enthaltenen Aussagen spezielle Ausführungsformen und dürfen nicht als Beschränkungen des Umfangs der Erfindung oder der Definition von Begriffen, die in den Ansprüchen verwendet werden, aufgefasst werden, außer dort, wo ein Begriff oder ein Satz vorstehend explizit definiert ist. Verschiedene andere Ausführungsformen und verschiedene Veränderungen und Modifikationen an den offenbarten Ausführungsformen werden sich dem Fachmann ergeben. Beispielsweise ist die spezielle Kombination und Reihenfolge von Schritten nur eine Möglichkeit, da das vorliegende Verfahren eine Kombination von Schritten enthalten kann, die weniger, mehr oder andere Schritte aufweist, als diejenige, die hier gezeigt ist. Alle derartigen anderen Ausführungsformen, Veränderungen und Modifikationen sollen im Umfang der beigefügten Ansprüche liegen.
  • Die Begriffe ”beispielsweise”, ”z. B.”, ”zum Beispiel”, ”wie etwa” und ”wie” und die Verben ”umfassend”, ”aufweisend”, ”enthaltend”, und ihre anderen Verbformen sollen, so wie sie in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, wenn sie in Verbindung mit einer Aufzählung aus einer oder mehreren Komponenten oder anderen Gegenständen verwendet werden, jeweils als offen aufgefasst werden, was bedeutet, dass diese Aufzählung nicht so aufgefasst werden darf, dass sie andere, zusätzliche Komponenten oder Gegenstände ausschließt. Außerdem soll der Begriff ”elektrisch verbunden” und die Varianten desselben sowohl drahtlose elektrische Verbindungen als auch elektrische Verbindungen umfassen, die mithilfe eines oder mehrerer Drähte, Kabel oder Leiter hergestellt sind (drahtgebundene Verbindungen). Andere Begriffe sollen unter Verwendung ihrer am weitesten gefassten vernünftigen Bedeutung aufgefasst werden, sofern sie nicht in einem Kontext verwendet werden, der eine andere Interpretation erfordert.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Schätzen der Spannung eines Batterieelements eines Fahrzeugbatteriesystems, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: eine Ausgleichs/Erfassungsschaltung bereitgestellt wird, die eine serielle Kombination aus einem Ausgleichsschalter und einem resistiven Ausgleichselement aufweist, die mit dem Batterieelement elektrisch parallel verbunden ist; die Spannung über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement gemessen wird, wenn angenommen wird, dass sich der Ausgleichsschalter in einem ”geschlossenen” Zustand befindet; und ein kompensierter Wert für die gemessene Spannung hergeleitet wird, indem ein berechneter Kompensationsfaktor auf die gemessene Spannung angewendet wird, wobei der kompensierte Wert einen Spannungsabfall kompensiert, der in der Ausgleichs/Erfassungsschaltung auftritt, wenn sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” Zustand befindet, und einen Schätzwert für die tatsächliche Spannung des Batterieelements repräsentiert, und wobei ferner der berechnete Kompensationsfaktor aus einem oder mehreren Messwerten von einem oder mehreren elektrischen Parametern, welche die Ausgleichs/Erfassungsschaltung betreffen, hergeleitet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der berechnete Kompensationsfaktor ein Verhältnis von Spannungsmesswerten ist, die jeweils über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement erfasst werden, wenn sich der Ausgleichsschalter in einem ”geöffneten” Zustand befindet (”V1”) und wenn er sich in dem ”geschlossenen” Zustand befindet (”V2”), wobei das Verhältnis
    Figure DE102014102667A1_0010
    umfasst; und wobei ferner der Schritt des Herleitens umfasst, dass das Spannungsverhältnis angewendet wird, indem die gemessene Spannung damit multipliziert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfasst, dass verifiziert wird, dass sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” Zustand befindet, bevor ein kompensierter Wert für die gemessene Spannung hergeleitet wird, und wobei der Schritt des Herleitens erst ausgeführt wird, nachdem der ”geschlossene” Zustand des Ausgleichsschalters verifiziert worden ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt des Verifizierens im Anschluss an den Schritt des Messens und vor dem Schritt des Herleitens ausgeführt wird und ein Bewerten der gemessenen Spannung umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt des Feststellens umfasst, ob sich die Ausgleichsschalter beliebiger Ausgleichs/Erfassungsschaltungen benachbart zu der Ausgleichs/Erfassungsschaltung in dem ”geschlossenen” Zustand befinden, und wobei ferner der Schritt des Herleitens nur ausgeführt wird, wenn sich keine benachbarten Schalter in dem ”geschlossenen” Zustand befinden.
  6. Verfahren zum Schätzen der Spannung eines Batterieelements eines Fahrzeugbatteriesystems, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: eine Ausgleichs/Erfassungsschaltung bereitgestellt wird, die eine serielle Kombination aus einem Ausgleichsschalter und einem resistiven Ausgleichselement aufweist, die mit dem Batterieelement elektrisch parallel verbunden ist; ein Kompensationsfaktor berechnet wird, um einen Spannungsabfall zu berücksichtigen, der in der Ausgleichs/Erfassungsschaltung auftritt, wenn sich der Ausgleichsschalter in einem ”geschlossenen” Zustand befindet; die Spannung über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement gemessen wird, wenn angenommen wird, dass sich der Ausgleichsschalter in einem ”geschlossenen” Zustand befindet; und ein kompensierter Wert für die gemessene Spannung hergeleitet wird, indem der berechnete Kompensationsfaktor auf die gemessene Spannung angewendet wird, wobei der kompensierte Wert einen Spannungsabfall kompensiert, der in der Ausgleichs/Erfassungsschaltung auftritt, wenn sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” Zustand befindet, und einen Schätzwert für die tatsächliche Spannung des Batterieelements repräsentiert.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, das ferner den Schritt des Verifizierens umfasst, dass sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” Zustand befindet, bevor ein kompensierter Wert für die gemessene Spannung hergeleitet wird; und wobei der Schritt des Herleitens nur ausgeführt wird, nachdem der ”geschlossene” Zustand des Ausgleichsschalters verifiziert worden ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Verifizierens im Anschluss an den Schritt des Messens und vor dem Schritt des Herleitens ausgeführt wird und umfasst, dass die gemessene Spannung bewertet wird, um festzustellen, ob sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” Zustand befindet.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Kompensationsfaktor ein Spannungsverhältnis umfasst und der Schritt des Anwendens umfasst, dass die gemessene Spannung mit dem Spannungsverhältnis multipliziert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Berechnens umfasst, dass: ein Messwert der Spannung über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement beschafft wird, wenn sich der Ausgleichsschalter in einem ”geöffneten” Zustand befindet (”V1”); und ein Messwert für die Spannung über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement beschafft wird, wenn sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” Zustand befindet (”V2”); und das Verhältnis der beschafften Spannungen berechnet wird, indem V1 durch V2 dividiert wird
    Figure DE102014102667A1_0011
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der Schritt des Berechnens vor dem Schritt des Messens ausgeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfasst, dass festgestellt wird, ob sich die Ausgleichsschalter beliebiger Ausgleichs/Erfassungsschaltungen benachbart zu der Ausgleichs/Erfassungsschaltung in dem ”geschlossenen” Zustand befinden, und wobei ferner der Schritt des Herleitens nur ausgeführt wird, wenn sich keine benachbarten Schalter in dem ”geschlossenen” Zustand befinden.
  13. Batteriesystem für ein Fahrzeug, umfassend: ein Batterieelement; eine Ausgleichs/Erfassungsschaltung, die eine serielle Kombination aus einem Ausgleichsschalter und einem resistiven Ausgleichselement aufweist, die mit dem Batterieelement elektrisch parallel verbunden ist; einen Sensor, der mit der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement elektrisch parallel verbunden ist und ausgestaltet ist, um die Spannung darüber zu messen; ein Steuerungsmodul, das ausgestaltet ist, um: ein elektrisches Signal zu empfangen, das eine Spannung darstellt, die von dem Sensor über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement gemessen wird, wenn angenommen wird, dass sich der Ausgleichsschalter in einem ”geschlossenen” Zustand befindet; und einen kompensierten Wert für die gemessene Spannung herzuleiten, indem ein berechneter Kompensationsfaktor auf die gemessene Spannung angewendet wird, wobei der kompensierte Wert einen Spannungsabfall kompensiert, der in der Ausgleichs/Erfassungsschaltung auftritt, wenn sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” Zustand befindet, und einen Schätzwert für die tatsächliche Spannung des Batterieelements repräsentiert, und wobei ferner der berechnete Kompensationsfaktor aus einem oder mehreren Messwerten von einem oder mehreren elektrischen Parametern, welche die Ausgleichs/Erfassungsschaltung betreffen, berechnet wird.
  14. System nach Anspruch 13, wobei: der berechnete Kompensationsfaktor ein Verhältnis von Spannungsmesswerten ist, die über der Kombination aus dem Ausgleichsschalter und dem resistiven Ausgleichselement aufgenommen werden, wenn sich der Ausgleichsschalter in einem ”geöffneten” Zustand befindet (”V1”) und sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” Zustand befindet (”V2”), wobei das Verhältnis
    Figure DE102014102667A1_0012
    umfasst; und wobei ferner das Steuerungsmodul ausgestaltet ist, um das Spannungsverhältnis anzuwenden, indem die gemessene Spannung damit multipliziert wird.
  15. System nach Anspruch 13, wobei das Steuerungsmodul ferner ausgestaltet ist, um zu verifizieren, dass sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” Zustand befindet, bevor ein kompensierter Wert für die gemessene Spannung hergeleitet wird, und wobei das Steuerungsmodul ferner ausgestaltet ist, um einen kompensierten Wert erst herzuleiten, nachdem verifiziert wurde, dass sich der Ausgleichsschalter in dem ”geschlossenen” Zustand befindet.
  16. System nach Anspruch 13, wobei das Batterieelement ein erstes Batterieelement ist und die Ausgleichs/Erfassungsschaltung eine erste Ausgleichs/Erfassungsschaltung ist, und wobei ferner das System ferner ein zweites Batterieelement und eine zweite Ausgleichs/Erfassungsschaltung, die diesem entspricht, umfasst, wobei das Steuerungsmodul ferner ausgestaltet ist, um: den Zustand des Ausgleichsschalters der zweiten Ausgleichs/Erfassungsschaltung festzustellen; und den kompensierten Wert nur herzuleiten, wenn sich der Ausgleichsschalter der zweiten Ausgleichs/Erfassungsschaltung in einem ”geöffneten” Zustand befindet.
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