DE102014110296A1 - Verfahren und Systeme zum Verstellen von Batteriespannungsgrenzen - Google Patents

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Abstract

Verfahren und Systeme zum Verstellen der Spannungsgrenzen einer Batterie. Bei einigen Implementierungen können Spannungsdaten von jeder einer Vielzahl von Batteriesektionen einer Fahrzeugbatterie empfangen werden. Ein Spannungsversatz für die Fahrzeugbatterie kann unter Verwendung der Spannungsdaten berechnet werden. Der Spannungsversatz kann berechnet werden, indem eine Differenz zwischen einer mittleren Spannung, die aus jeder der Vielzahl von Batteriesektionen erfasst wird, und einer minimalen Spannung von allen Batteriezellen und/oder einer mittleren Zellenspannung von einer Batteriesektion, welche die niedrigste mittlere Zellenspannung aufweist, bestimmt wird. Der Spannungsversatz kann angewendet werden, um eine Spannungsgrenze, die der Fahrzeugbatterie zugeordnet ist, dynamisch zu verstellen, um zu verhindern, dass beliebige der Batteriezellen in der Fahrzeugbatterie die Spannungsgrenze überschreiten.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft Verfahren und Systeme zum Verstellen der Spannungsgrenzen einer Batterie, etwa einer Fahrzeugbatterie. Beispielsweise betrifft diese Offenbarung bei einigen Ausführungsformen und Implementierungen Verfahren und Systeme zum dynamischen Verstellen einer oder mehrerer Spannungsgrenzen einer elektrischen Hochspannungs-Fahrzeugbatterie.
  • HINTERGRUND
  • Personenfahrzeuge enthalten oft elektrische Batterien, um Merkmale von elektrischen Systemen und Antriebsstrangsystemen eines Fahrzeugs zu betreiben. Beispielsweise enthalten Fahrzeuge üblicherweise eine Bleisäure-Kraftfahrzeugbatterie mit 12 V, die ausgestaltet ist, um elektrische Energie an Fahrzeugstartersysteme (z. B. einen Startermotor), Beleuchtungssysteme und/oder Zündungssysteme zu liefern. Bei Elektrofahrzeugen, Brennstoffzellenfahrzeugen (FC-Fahrzeugen) und/oder Hybridfahrzeugen kann ein Hochspannungs-Batteriesystem (HV-Batteriesystem) verwendet werden, um elektrische Antriebsstrangkomponenten des Fahrzeugs (z. B. Elektroantriebsmotoren und dergleichen) mit Leistung zu versorgen.
  • Bei bestimmten Konstruktionen können Batteriesysteme, die in einem Fahrzeug enthalten sind, eine oder mehrere Sektionen umfassen. Beispielsweise kann ein Fahrzeugbatteriesystem einen Batteriestapel umfassen, der eine oder mehrere Sektionen von Batteriezellen umfasst, etwa viele aktuelle Batteriesysteme für Elektrofahrzeuge, welche wieder aufladbare Energiespeichersysteme (RESS von rechargeable energy storage systems) für Elektrofahrzeuge mit vergrößerter Reichweite (EREV) umfassen. Die Zellen in diesen Batterien können durch ein Überladen oder ein übermäßiges Entladen derartiger Zellen beschädigt werden.
  • Viele Batteriesysteme für Elektrofahrzeuge enthalten daher obere und/oder untere Spannungsgrenzen, um eine derartige Zellenbeschädigung zu verhindern. Diese Spannungsgrenzen sind jedoch typischerweise statisch und werden angewendet, indem eine temperaturbasierte Nachschlagetabelle genutzt wird. Darüber hinaus nutzen diese Spannungsgrenzen typischerweise keine Informationen bezüglich der Variation der Spannung von Zelle zu Zelle oder von Sektion zu Sektion.
  • Die gegenwärtigen Erfinder haben daher festgestellt, dass es wünschenswert wäre, Verfahren und Vorrichtungen zum Verstellen der Spannungsgrenzen einer Batterie, etwa einer Elektrofahrzeugbatterie, bereitzustellen, welche eine oder mehrere der vorstehenden Begrenzungen und/oder andere Begrenzungen des Standes der Technik überwinden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es werden hier Verfahren und Systeme offenbart, um die Spannungsgrenzen einer Batterie, etwa einer Fahrzeugbatterie für ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridelektrofahrzeug, zu verstellen. Bei einigen Ausführungsformen können die Spannungsgrenzen einer derartigen Batterie dynamisch verstellt werden und sie können Spannungsinformationen von mehreren Zellen und/oder mehreren Batteriesektionen der Batterie berücksichtigen.
  • Bei vielen aktuellen Fahrzeugbatteriesystemen werden Spannungsgrenzen als Funktion der Temperatur berechnet. Bei einigen Ausführungsformen und Implementierungen der vorliegenden Erfindung kann ein Versatz auf diesen voreingestellten Wert angewendet werden. Bei einigen derartigen Ausführungsformen und Implementierungen kann der Versatz dynamisch angewendet werden, so dass sich der Versatzwert verändert, wenn sich Spannungen innerhalb einer oder mehrerer Zellen und/oder Batteriesektionen im Lauf der Zeit verändern.
  • Bei einigen Ausführungsformen und Implementierungen kann der Versatz als Differenz zwischen einer Zielspannung und einem Mittelwert des Stapels berechnet werden. Für untere Spannungsgrenzen kann die Zielspannung die mittlere Spannung der schwächsten Sektion umfassen oder sie kann alternativ die minimale Zellenspannung im Stapel umfassen. Für obere Spannungsgrenzen kann die Zielspannung die mittlere Spannung der schwächsten Sektion umfassen oder die maximale Zellenspannung im Stapel. Der Versatz kann angewendet werden, um eine statische untere Spannungsgrenze anzuheben und/oder um eine statische obere Spannungsgrenze abzusenken. Bei einigen Ausführungsformen und Implementierungen kann der Versatz ausgestaltet sein, um an Größe zuzunehmen, wenn die Differenz zwischen der Zielspannung und einer mittleren Spannung, beispielsweise etwa der mittleren Spannung des Stapels, an Größe zunimmt. Bei einigen Ausführungsformen und Implementierungen kann der Versatz ferner ausgestaltet sein, um beruhend auf einem Stromdurchsatz zu der statischen Grenze hin an Größe abzunehmen (in eine Richtung entgegengesetzt zu dem vorherigen Versatzwert).
  • Auf diese Weise kann eine oder können mehrere Ausführungsformen und/oder Implementierungen verwendet werden, um Zellenüberspannungen und Zellenunterspannungen effektiver zu verhindern. Einige Ausführungsformen und Implementierungen können ferner verwendet werden, um Begrenzungen der schwächsten Batteriesektion für das Steuerungssystem zu präsentieren, welches eine mittlere Stapelspannung zur Steuerung verwenden kann.
  • Bei einigen Implementierungen kann ein Verfahren zum dynamischen Verstellen der Spannungsgrenzen einer Batterie umfassen, dass Spannungsdaten von zumindest einer Vielzahl von Batteriezellen einer Batterie empfangen werden. Bei einigen Implementierungen kann die zumindest eine Vielzahl von Batteriezellen alle Batteriezellen der Batterie umfassen.
  • Ein Spannungsversatz für eine oder mehrere Batteriespannungsgrenzen kann unter Verwendung der Spannungsdaten berechnet werden. Der Spannungsversatz kann unter Verwendung einer mittleren Spannung der zumindest einen Vielzahl von Batteriezellen berechnet werden. Bei einigen Implementierungen kann der Spannungsversatz unter Verwendung eines niedrigsten Spannungswerts aus der mindestens einen Vielzahl von Batteriezellen berechnet werden. Bei einigen Implementierungen kann der Spannungsversatz unter Verwendung eines höchsten Spannungswerts aus der mindestens einen Vielzahl von Batteriezellen berechnet werden.
  • Bei einigen Implementierungen, bei denen die Batterie eine Vielzahl von Batteriesektionen umfasst, kann der Spannungsversatz unter Verwendung einer mittleren Spannung der Batteriesektion berechnet werden, welche die schwächste mittlere Zellenspannung aufweist (die schwächte Batteriesektion). Insbesondere kann bei einigen Implementierungen der Spannungsversatz berechnet werden, indem die Differenz zwischen der mittleren Spannung der mindestens einen Vielzahl von Batteriezellen und entweder einem niedrigsten Spannungswert aus der mindestens einen Vielzahl von Batteriezellen oder einer mittleren Spannung der Batteriesektion, welche die schwächste mittlere Zellenspannung aus einer Vielzahl von Batteriesektionen in der Batterie aufweist, berechnet wird. Bei einigen Implementierungen kann der Spannungsversatz berechnet werden, indem die Differenz zwischen der mittleren Spannung der mindestens einen Vielzahl von Batteriezellen und entweder einem höchsten Spannungswert aus der mindestens einen Vielzahl von Batteriezellen oder einer mittleren Spannung der Batteriesektion mit der schwächsten mittleren Zellenspannung aus einer Vielzahl von Batteriesektionen in der Batterie berechnet wird.
  • Der Spannungsversatz kann verwendet werden, um eine Spannungsgrenze zu verstellen, die der Batterie zugeordnet ist, um zu verhindern, dass eine beliebige der Batteriezellen in der mindestens einen Vielzahl von Batteriezellen die Spannungsgrenze überschreitet. Die Spannungsgrenze kann eine untere Spannungsgrenze oder eine obere Spannungsgrenze umfassen. Bei einigen Implementierungen können sowohl eine untere Spannungsgrenze als auch eine obere Spannungsgrenze dynamisch verstellt werden.
  • Dann können aktualisierte Spannungsdaten aus mindestens einer Teilmenge der mindestens einen Vielzahl von Batteriezellen der Batterie empfangen werden, woraufhin ein aktualisierter Spannungsversatz für die Batterie unter Verwendung der aktualisierten Spannungsdaten berechnet werden kann. Der aktualisierte Spannungsversatz kann dann angewendet werden, nachdem der Spannungsversatz angewendet wurde, um die Spannungsgrenze zu verstellen, die der Batterie zugeordnet ist, um zu verhindern, dass eine beliebige der Batteriezellen in der mindestens einen Vielzahl von Batteriezellen die Spannungsgrenze überschreitet. Auf diese Weise können Spannungsgrenzen in Übereinstimmung mit gegenwärtigen Spannungsbandbreiten dynamisch aktualisiert werden und sie können dadurch bei einigen Ausführungsformen und Implementierungen beruhend auf der schwächsten Batteriesektion und/oder Batteriezellenspannung für Schutz sorgen.
  • Bei einigen Implementierungen kann der Schritt des Anwendens eines Spannungsversatzes umfassen, dass eine statische Spannungsgrenze um den Betrag des Spannungsversatzes verstellt wird. Beispielsweise enthalten viele existierende Batteriesysteme eine statische Spannungsgrenze. Bei einigen Ausführungsformen und Implementierungen der vorliegenden Erfindung kann diese statische Spannungsgrenze in Übereinstimmung mit einem oder mehreren Parametern dynamisch verstellt werden, wie hier an anderer Stelle erörtert wird, um einen weiteren Schutz gegen Bedingungen mit übermäßiger Ladung und übermäßiger Entladung bereitzustellen.
  • Bei einem anderen Beispiel eines Verfahrens in Übereinstimmung mit einem oder mehrere Prinzipien, die hier offenbart werden, können die Spannungsgrenzen einer Fahrzeugbatterie mit mehreren Sektionen dynamisch verstellt werden, indem Spannungsdaten von jeder einer Vielzahl von Batteriesektionen einer Fahrzeugbatterie empfangen werden. Die Fahrzeugbatterie kann eine Vielzahl von Batteriezellen in jeder der Vielzahl von Batteriesektionen umfassen. Ein Spannungsversatz für die Fahrzeugbatterie kann unter Verwendung der Spannungsdaten berechnet werden. Bei einigen Implementierungen kann der Spannungsversatz berechnet werden, indem eine Differenz zwischen einer mittleren Spannung, die aus jeder der Vielzahl von Batteriesektionen erfasst wird, und einer minimalen Spannung von allen Batteriezellen und/oder einer mittleren Zellenspannung von einer Batteriesektion, welche die niedrigste mittlere Zellenspannung aufweist, bestimmt wird.
  • Der Spannungsversatz kann dann angewendet werden, um eine untere Spannungsgrenze, die der Fahrzeugbatterie zugeordnet ist, dynamisch nach oben zu verstellen, um zu verhindern, dass beliebige der Batteriezellen in der Fahrzeugbatterie die untere Spannungsgrenze überschreiten.
  • Bei einigen Implementierungen kann der Spannungsversatz berechnet werden, indem eine Differenz zwischen einer mittleren Spannung von jeder der Batteriezellen aus jeder der Vielzahl von Batteriesektionen und einer minimalen Spannung von allen Batteriezellen und/oder einer mittleren Zellenspannung von einer Batteriesektion, welche die niedrigste Zellenspannung aufweist, bestimmt wird.
  • Bei einigen Implementierungen kann die untere Spannungsgrenze abgesenkt werden, nachdem sie nach oben verstellt wurde, und/oder eine obere Spannungsgrenze kann angehoben werden, nachdem sie nach unten verstellt wurde. Bei Implementierungen und Ausführungsformen beispielsweise, bei denen Spannungsgrenzenverstellungen an einer statischen Spannungsgrenze vorgenommen werden, können die Spannungsgrenzen in Richtung auf die statische Spannungsgrenze gelockert werden. Bei einigen Implementierungen kann diese Lockerung der Spannungsgrenze(n) in Ansprechen auf eine Anzeige durchgeführt werden, dass sich zumindest eine Teilmenge der Vielzahl von Batteriezellen in einem Ladezustand befindet. Bei einigen derartigen Implementierungen kann der Betrag der Lockerung mit dem Betrag an Stromdurchsatz korreliert sein.
  • Bei einem Beispiel einer Ausführungsform eines Systems zum dynamischen Verstellen der Spannungsgrenzen einer Fahrzeugbatterie kann das System eine Fahrzeugbatterie umfassen, die eine Vielzahl von Batteriesektionen umfasst. Das System kann ferner einen Spannungssensor umfassen, der ausgestaltet ist, um eine Spannung von mindestens einer der Vielzahl von Batteriesektionen zu erfassen, und ein Spannungsgrenzen-Einstellmodul, das ausgestaltet ist, um Spannungsdaten von dem Spannungssensor zu empfangen und um einen Spannungsversatz unter Verwendung der Spannungsdaten zu berechnen. Das Spannungsgrenzen-Einstellmodul kann ferner ausgestaltet sein, um den Spannungsversatz anzuwenden, um eine Spannungsgrenze zu verstellen, die der Fahrzeugbatterie zugeordnet ist, um zu verhindern, dass die Fahrzeugbatterie die Spannungsgrenze überschreitet.
  • Bei Ausführungsformen, bei denen jede der Vielzahl von Batteriesektionen eine Vielzahl von Batteriezellen umfasst, kann das Spannungsgrenzen-Einstellmodul ausgestaltet sein, um zu verhindern, dass eine beliebige der Batteriezellen die Spannungsgrenze überschreitet. Die Spannungsgrenze kann eine untere Spannungsgrenze oder eine obere Spannungsgrenze sein. Bei einigen Ausführungsformen können sowohl untere als auch obere Spannungsgrenzen angewendet werden. Bei einigen derartigen Ausführungsformen kann das Spannungsgrenzen-Einstellmodul ausgestaltet sein, um einen Spannungsversatz anzuwenden, um die obere Spannungsgrenze zu verstellen, und es kann ferner ausgestaltet sein, um einen Spannungsversatz anzuwenden, um die untere Spannungsgrenze zu verstellen.
  • Das Spannungsgrenzen-Einstellmodul kann ferner ausgestaltet sein, um einen oder mehrere Spannungsversätze relativ zu einer statischen Spannungsgrenze anzuwenden. Das Spannungsgrenzen-Einstellmodul kann ferner ausgestaltet sein, um die Spannungsgrenze bei vorbestimmten Bedingungen zu der statischen Spannungsgrenze hin zu verstellen. Die vorbestimmten Bedingungen können eine Anzeige umfassen, dass sich eine oder mehrere der Zellen und/oder Sektionen der Fahrzeugbatterie in einem Ladezustand befinden. Bei einigen derartigen Ausführungsformen können die vorbestimmten Bedingungen einen Schwellenwertladestrom umfassen, welcher der Fahrzeugbatterie zugeordnet ist.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es werden nicht einschränkende und nicht erschöpfende Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben, die verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung mit Bezug auf die Figuren umfassen, in denen:
  • 1 eine graphische Darstellung ist, welche die Beziehungen zwischen verschiedenen Parametern veranschaulicht, die einer Ausführungsform eines Systems zum dynamischen Verstellen einer unteren Spannungsgrenze einer Fahrzeugbatterie zugeordnet sind.
  • 2 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel für ein Verfahren zum Verstellen von Batteriespannungsgrenzen veranschaulicht.
  • 3 ein Fahrzeug veranschaulicht, das eine Ausführungsform eines Systems zum Verstellen einer Spannungsgrenze einer Fahrzeugbatterie umfasst.
  • 4 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel für ein Verfahren zum dynamischen Verstellen einer unteren Spannungsgrenze einer Fahrzeugbatterie veranschaulicht.
  • 5 ein Flussdiagramm ist, das ein Beispiel für ein Verfahren zum dynamischen Verstellen einer oberen Spannungsgrenze einer Fahrzeugbatterie veranschaulicht.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Nachstehend wird eine genaue Beschreibung von Systemen und Verfahren in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Es werden zwar mehrere Ausführungsformen beschrieben, jedoch versteht es sich, dass die Offenbarung nicht auf eine beliebige der speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern stattdessen zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente umfasst. Obwohl zahlreiche spezielle Details in der folgenden Beschreibung offengelegt werden, um ein gründliches Verständnis der hier offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, können darüber hinaus einige Ausführungsformen ohne einige oder alle diese Details in die Praxis umgesetzt werden. Außerdem wurde der Klarheit halber bestimmtes technisches Material, das auf dem zugehörigen technischen Gebiet bekannt ist, nicht im Detail beschrieben, um ein unnötiges Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden.
  • Die Ausführungsformen der Offenbarung werden durch Bezugnahme auf die Zeichnungen am besten verstanden, bei denen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen beschrieben sein können. Es ist leicht zu verstehen, dass die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, die hier allgemein in den Figuren beschrieben und veranschaulicht sind, in einer großen Vielfalt anderer Konfigurationen angeordnet und konstruiert sein können. Daher ist die folgende genaue Beschreibung der Ausführungsformen der Systeme und Verfahren der Offenbarung nicht dazu gedacht, den Umfang der beanspruchten Offenbarung zu begrenzen, sondern sie stellt nur mögliche Ausführungsformen der Offenbarung dar. Zudem müssen die Schritte eines Verfahrens nicht unbedingt in einer beliebigen speziellen Reihenfolge oder auch nur sequentiell ausgeführt werden, noch müssen die Schritte nur einmal ausgeführt werden, sofern es nicht anderweitig angegeben ist.
  • Ausführungsformen der hier offenbarten Systeme und Verfahren können verwendet werden, um eine oder mehrere Spannungsgrenzen zu verstellen, die einer Batterie zugeordnet sind. Bei einigen Ausführungsformen und Implementierungen können diese Verstellungen dynamisch durchgeführt werden und sie können mit Bezug auf ein Fahrzeugbatteriesystem durchgeführt werden, wie zum Beispiel Batteriesysteme in Elektrofahrzeugen, Brennstoffzellenfahrzeugen oder Hybridfahrzeugen. Einige hier offenbarte Ausführungsformen können für wieder aufladbare Energiespeichersysteme (RESS) in einem Elektrofahrzeug mit vergrößerter Reichweite (EREV) besonders nützlich sein.
  • Einige Ausführungsformen können ausgestaltet sein, um eine oder mehrere obere Spannungsgrenzen und/oder untere Spannungsgrenzen zu berechnen und/oder anzuwenden, welche die Variation von Sektion zu Sektion der Batterie und/oder von Zelle zu Zelle der Batterie berücksichtigen, um zu verhindern, dass die Sektion oder Zelle mit der niedrigsten/höchsten Spannung die Spannungsgrenzen überschreitet. Bei einigen Ausführungsformen kann dies in Übereinstimmung mit einem oder mehreren Batteriezuständen/Parametern bewerkstelligt werden, indem Spannungsversätze für statische Spannungsgrenzen dynamisch berechnet werden, welche die obere Grenze absenken und/oder die untere Grenze anheben können.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann der bzw. können die Spannungsversätze als Differenz zwischen einer Zielspannung und der mittleren Spannung des Batteriestapels berechnet werden. Für eine untere Spannungsgrenze kann die Zielspannung bei einigen Ausführungsformen entweder die mittlere Spannung der schwächsten Batteriesektion oder die minimale Zellenspannung über den gesamten Batteriestapel hinweg sein. Für eine obere Spannungsgrenze kann die Zielspannung entweder die mittlere Spannung der schwächsten Sektion oder die maximale Zellenspannung über den gesamten Batteriestapel hinweg sein. Bei einigen Ausführungsformen kann einer oder können mehrere der Spannungsversätze, wie nachstehend in größerem Detail erörtert wird, so ausgestaltet sein, dass sie zunehmen, wenn die Differenz zwischen der Zielspannung und der mittleren Stapelspannung zunimmt, und sie können ferner so ausgestaltet sein, dass sie auf der Grundlage von vorbestimmten Bedingungen, etwa einem Stromdurchsatz, zurück zu den statischen Grenzen hin abnehmen.
  • Einige Ausführungsformen und Implementierungen können bei Modernisierungsalgorithmen beim Kundendienst nützlich sein, die einen Austausch von Batteriesektionen ermöglichen, wenn sie mit Batteriestapeln verwendet werden, die Sektionen mit nicht einheitlichem Alter aufweisen, speziell diejenigen Ausführungsformen, die einen Schutz auf der Grundlage der Spannung der schwächsten Sektion bereitstellen. Es wird in Betracht gezogen, dass andere Ausführungsformen von anderen Nicht-Modernisierungsprogrammen angewendet werden können, da einige Ausführungsformen alternativ auf minimalen Zellenspannungen statt auf einer minimalen Sektionsspannung beruhen können.
  • Zusätzliche Details von bestimmten Ausführungsformen und Implementierungen werden nun in Verbindung mit den beiliegenden Figuren in größerem Detail erörtert. 1 stellt eine graphische Darstellung dar, welche die Beziehungen zwischen verschiedenen Parametern veranschaulicht, die einer Ausführungsform eines Systems zum dynamischen Verstellen einer unteren Spannungsgrenze einer Fahrzeugbatterie zugeordnet sind. Die Zeit (in Sekunden) ist auf der X-Achse bei 100 dargestellt und die Spannung (in Volt) ist auf der Y-Achse bei 102 dargestellt.
  • Eine statische Spannungsuntergrenze ist durch die Linie 110 dargestellt. Wie vorstehend erörtert wurde, kann die Spannungsuntergrenze 110 bei einigen Ausführungsformen als Funktion der Temperatur angewendet werden. Für die Zwecke dieser Offenbarung jedoch können diese Spannungsuntergrenzen dennoch als ”statisch” betrachtet werden, weil, wie nachstehend in größerem Detail erörtert wird, die von den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bereitgestellten Spannungsversätze bei einigen Ausführungsformen relativ zu einer derartigen ”statischen” Spannungsuntergrenze angewendet werden können. Es versteht sich, dass einige Ausführungsformen ferner oder alternativ eine statische Spannungsobergrenze umfassen können.
  • Eine verstellte Spannungsuntergrenze ist durch Linie 120 dargestellt. Die verstellte Spannungsuntergrenze kann berechnet werden, indem ein Spannungsversatz auf die statische Spannungsuntergrenze angewendet wird, die bei 110 dargestellt ist. 1 stellt außerdem eine mittlere Zellenspannung des gesamten Batteriestapels über die Zeit bei 130 dar und eine mittlere Spannung der schwächsten Batteriesektion des Stapels bei 140. Die verstellte Spannungsuntergrenze 120 wird bei der dargestellten Ausführungsform berechnet, indem die Differenz zwischen den Linien 130 und 140 auf die statische Spannungsuntergrenze 110 angewendet wird. Jedoch werden alternative Ausführungsformen in Betracht gezogen. Zum Beispiel können einige Ausführungsformen ausgestaltet sein, um eine verstellte Spannungsgrenze als Differenz zwischen einer minimalen Zellenspannung über den gesamten Batteriestapel hinweg und einer mittleren Stapelspannung zu berechnen und/oder anzuwenden.
  • Wie in Linie 120 dargestellt ist, steigt die verstellte Spannungsuntergrenze an, wenn die Differenz zwischen den Linien 130 und 140 zunimmt. Jedoch können einige Ausführungsformen auch ausgestaltet sein, um die verstellte Spannungsuntergrenze während bestimmter vorbestimmter Bedingungen zu verringern. Zum Beispiel stellt die graphische Darstellung in 1 auch eine verstellte Spannungsuntergrenze 120 dar, die bei Punkt 112 in Ansprechen auf eine Ladebedingung in Richtung auf die statische Spannungsuntergrenze 110 abnimmt. Bei einigen Ausführungsformen kann die verstellte Spannungsuntergrenze ausgestaltet sein, um sich mit einem Betrag, der mit einem Stromdurchsatz korreliert, welcher der Ladebedingung zugeordnet ist, abzusenken (bei einigen Ausführungsformen zu einer statischen Spannungsuntergrenze hin). Andere Ausführungsformen können ausgestaltet sein, um sich in Ansprechen auf jede Anzeige eines Stromdurchsatzes um einen vorbestimmten Betrag zu einer statischen Grenze hin zu bewegen.
  • Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen eine Veränderung beim Ladezustand von 10% zu einer Rückkehr von einer dynamischen Spannungsgrenze zu einer statischen Grenze führen. Daher kann beispielsweise bei einem Batteriestapel mit einer Kapazität von 45 Ah ein Nettoladestrom (Ladestrom – Entladestrom) von 4,5 A über eine Zeitspanne von 1 Stunde zu einer Lockerung der dynamischen Grenze zurück zu der statischen Grenze führen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Lockerung zu der statischen Grenze hin in mehreren diskreten Iterationen stattfinden. Beispielsweise kann bei einigen Ausführungsformen jede Zunahme (oder Reduktion) von 2% beim Ladezustand zu einer Lockerung von 20% der Spannungsgrenze zu einer statischen Grenze hin führen (20% der Differenz zwischen der dynamischen und statischen Grenze).
  • Bei einigen Ausführungsformen kann die Spannungslockerung zu einer statischen Untergrenze (oder Obergrenze) hin beispielsweise ausgestaltet sein, um den Betrag der Spannungslockerung mit dem Betrag an Ladung zu verbinden, die zu einer oder mehreren Zellen und/oder Sektionen der Batterie hinzugefügt (oder davon entfernt) wurde. Beispielsweise kann jede einprozentige, dreiprozentige oder fünfprozentige Hinzufügung zu oder Entnahme aus einem Ladezustand zu einer entsprechenden vorbestimmten Reduktion oder Zunahme bei der Spannungsgrenze führen.
  • 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens 200 zum Verstellen von Batteriespannungsgrenzen veranschaulicht. Das Verfahren 200 kann bei Schritt 205 beginnen, bei dem eine statische Spannungsgrenze angewendet werden kann. Bei einigen Implementierungen kann Schritt 205 umfassen, dass eine statische Spannungsuntergrenze angewendet wird. Bei anderen Implementierungen kann Schritt 205 umfassen, dass eine statische Spannungsobergrenze angewendet wird. Bei noch anderen Implementierungen kann Schritt 205 umfassen, dass sowohl eine statische Spannungsuntergrenze als auch eine statische Spannungsobergrenze angewendet werden. Bei einigen Implementierungen kann die statische Spannungsgrenze so ausgestaltet sein, dass sie als Funktion der Temperatur zu variiert. Für die Zwecke dieser Offenbarung jedoch sollen derartige Spannungsgrenzen immer noch als ”statisch” aufgefasst werden, da sie nicht in Übereinstimmung mit Spannungslesewerten variieren, die der Batterie zugeordnet sind.
  • In Anschluss an Schritt 205 kann bei Schritt 210 ein Spannungsversatz berechnet werden. Der Spannungsversatz kann als die Differenz zwischen einer ersten dynamisch erfassten Spannung und einer zweiten dynamisch erfassten Spannung, die einer Batterie zugeordnet sind, berechnet werden. Vorzugsweise umfasst die erste dynamisch erfasste Spannung eine Spannung, die eine Bewertung einer Gesamtspannung der Batterie bereitstellt, und die zweite dynamisch erfasste Spannung umfasst eine Spannung, die eine Bewertung einer niedrigsten Spannung des Stapels bereitstellt, etwa einer Spannung einer schwächsten Zelle in dem Stapel oder eine Spannung einer schwächsten Sektion in dem Stapel.
  • Beispielsweise kann bei einigen Implementierungen die erste dynamisch erfasste Spannung eine mittlere Spannung über den gesamten Fahrzeugbatteriestapel hinweg umfassen, und die zweite dynamisch erfasste Spannung kann eine Zielspannung umfassen. Die Zielspannung kann eine mittlere Spannung der schwächsten Batteriesektion und/oder der Batteriesektion, welche die niedrigste Gesamtspannung aufweist, umfassen. Alternativ kann die Zielspannung eine minimale Zellenspannung über den gesamten Stapel hinweg umfassen.
  • Der berechnete Spannungsversatz kann mit einem vorherigen Versatzwert, falls vorhanden, bei Schritt 215 verglichen werden. Wenn der vorherige Versatzwert kleiner als der Spannungsversatz ist, kann der Prozess 200 zu Schritt 220 weitergehen, bei dem der neue Spannungsversatz aktualisiert werden kann. Bei einigen Implementierungen kann der neue Spannungsversatz relativ zu einer statischen Spannungsgrenze, etwa einer statischen Spannungsuntergrenze, aktualisiert werden. Bei anderen Implementierungen kann der neue Spannungsversatz relativ zu einem vorherigen Spannungsversatzwert, falls vorhanden, aktualisiert werden. Bei einigen Implementierungen kann Schritt 220 so ausgestaltet sein, dass er den neuen Spannungsversatz nur aktualisiert, wenn sich der Spannungsversatz von einem vorherigen Spannungsversatz um einen vorbestimmten Betrag unterscheidet, um zu vermeiden, dass sich die dynamische(n) Spannungsgrenze(n) kontinuierlich mit jeder Variation zwischen den zwei dynamisch erfassten Spannungen unabhängig davon, wie klein diese ist, verändert bzw. verändern. Bei anderen Ausführungsformen und Implementierungen jedoch kann bzw. können sich die dynamische(n) Spannungsgrenze(n) kontinuierlich verändern, wenn sich die Versatzwerte ändern.
  • Wenn bei Schritt 215 der vorherige Versatzwert größer als der berechnete Spannungsversatz ist, kann der Prozess von Schritt 215 direkt zu Schritt 225 weitergehen. Wenn alternativ der vorherige Versatzwert kleiner als der berechnete Spannungsversatz ist, kann der Prozess 200 von Schritt 220 aus zu Schritt 225 weitergehen, nachdem der neue Spannungsversatz aktualisiert worden ist. Schritt 225 kann umfassen, dass festgestellt wird, ob eine Spannung, die einer oder mehreren Zeilen und/oder Sektionen der Batterie zugeordnet ist, zugenommen hat, und/oder dass erfasst wird, ob ein Strom gerade in eine oder mehrere der Zellen und/oder Sektionen hinein (oder heraus) fließt, um diese Zellen/Sektionen zu laden/zu entladen.
  • Bei einigen Implementierungen kann Schritt 225 beispielsweise umfassen, dass nach einer Anzeige gesucht wird, ob mindestens eine Teilmenge der Vielzahl von Batteriezellen sich in einem Ladezustand befindet. Bei Ausführungsformen, die ausgestaltet sind, um eine obere Spannungsgrenze zu verändern, kann Schritt 225 umfassen, dass ein Entladestrom mit mindestens einem Schwellenwertbetrag detektiert wird. Bei einigen Implementierungen kann Schritt 225 umfassen, dass ein spezieller Strom detektiert wird. Beispielsweise kann Schritt 225 umfassen, dass ein Ladestrom mit mindestens einem Schwellenwertbetrag detektiert wird. Bei anderen Implementierungen kann Schritt 225 umfassen, dass ein Ladestrom mit einem beliebigen Betrag detektiert wird.
  • In Ansprechen auf eine Anzeige, dass sich mindestens eine Teilmenge der Vielzahl von Batteriezellen in einem Ladezustand befindet, kann der Prozess 200 zu Schritt 230 weitergehen, bei dem eine gelockerte Spannungsgrenzenverstellung durchgeführt werden kann. Bei Implementierungen, bei denen die Spannungsgrenze eine untere Spannungsgrenze ist, kann Schritt 230 beispielsweise umfassen, dass die Spannungsgrenze abgesenkt wird. Bei Implementierungen, bei denen die Spannungsgrenze eine untere Spannungsgrenze ist und bei denen eine statische Spannungsgrenze verwendet wird, kann Schritt 230 umfassen, dass die untere Spannungsgrenze zu der statischen Grenze hin abgesenkt/gelockert wird. Bei einigen Implementierungen kann Schritt 230 umfassen, dass die Spannungsgrenze um einen Betrag verstellt wird, der mit einem Stromdurchsatz korreliert, der dem Ladezustand zugeordnet ist. Bei einigen Ausführungsformen kann der Stromdurchsatz berechnet werden, indem eine Zeitmessung eines konstanten Ladestroms durchgeführt wird.
  • Wenn kein Ladestrom detektiert wird, ein ungenügender Ladestrom detektiert wird oder anderweitig eine Anzeige dafür empfangen wird, dass sich zumindest eine Teilmenge der Vielzahl von Batteriezellen nicht in einem Ladezustand befindet, kann der Prozess 200 von Schritt 225 zu Schritt 235 weitergehen, wobei an dieser Stelle festgestellt werden kann, ob der aktualisierte Versatz größer als ein vorbestimmter maximaler Versatzwert ist. Der Prozess 200 kann alternativ von Schritt 230 zu Schritt 235 weitergehen, wie in 2 angezeigt ist, wenn eine Anzeige empfangen wird, dass sich zumindest eine Teilmenge der Vielzahl von Batteriezellen in einem Ladezustand befindet.
  • Wenn der berechnete Versatzwert größer als der maximale Versatzwert ist, dann kann der Prozess 200 zu Schritt 240 weitergehen, wobei an dieser Stelle die Versatzspannung auf den maximalen Versatzwert gesetzt wird. Im Anschluss an Schritt 240 kann bei Schritt 250 die Spannungsgrenze als der maximale Spannungsversatzwert plus eine beliebige statische Spannungsgrenze angewendet werden.
  • Wenn der berechnete Versatzwert hingegen kleiner als der maximale Versatzwert ist, dann kann die Spannungsgrenze bei Schritt 245 als der berechnete Versatzwert plus ein beliebiger statischer Spannungsgrenzwert angewendet werden. Entweder von Schritt 245 aus oder von Schritt 250 aus kann der Prozess 200 dann zu Schritt 210 zurückkehren, wobei an dieser Stelle ein aktualisierter Spannungsversatz berechnet werden kann und der Prozess sich wiederholen kann, um den Spannungsversatz in Übereinstimmung mit aktualisierten Spannungsdaten/Lesewerten aus der Batterie dynamisch und kontinuierlich zu aktualisieren.
  • Eine vereinfachte Implementierung des in 2 dargestellten Prozesses wird nachstehend dargestellt. Zu Beginn kann eine statische Spannungsuntergrenze (VoltFloor) als Funktion der Temperatur eingestellt werden. Dann kann ein Spannungsversatz (DeltaVolt) beispielsweise als mittlere Spannung des Batteriestapels (PackAvgVoltage) minus einer Zielspannung (TargetVoltage) berechnet werden. TargetVoltage kann beispielsweise entweder die mittlere Spannung der schwächsten Sektion (was höchst nützlich für modernisierte Batteriestapel und/oder Stapel mit nicht einheitlichen Sektionen sein kann) oder die minimale Zellenspannung in dem Stapel sein.
  • Eine aktualisierte Spannungsgrenze kann dann wie folgt angewendet werden. Wenn DeltaVolt(k) > ein vorheriger Versatzwert (Offset(k – 1)), dann kann der aktualisierte Spannungsversatz (Offset(k)) als Offset(k) = RateLimit(DeltaVolt(k) – Offset(k – 1)) + Offset(k – 1)) gesetzt werden. Wenn ein Ladestrom detektiert wird (bei einigen Implementierungen ein vorbestimmter Ladestrom), dann kann die aktualisierte Spannungsgrenze als Offset(k) = (Max(DeltaVolt(k), Offset(k – 1)) – (Offset(k – 1) – DeltaVolt(k))·CurrentAdjFactor(k)) – Offset(k – 1)) + Offset(k – 1) gesetzt werden. CurrentAdjFactor(k) kann beispielsweise wie folgt angewendet werden: CurrentAdjFactor(k) = Strom(k)/(36000·Kapazität)·(SOC Recover%)
  • Bei 36000 = (3600 Sekunde/Stunde)/0,1 Sekunden (Abtastzeit), Kapazität = 45 Ah und SOC Recover% = 10%, ist folglich CurrentAdjFactor(k) = Strom(k)/((36000·45)·0,1)) = 162000. Wenn daher beispielsweise angenommen wird, dass Strom(k) = 4,5 A eine Stunde lang ist, wird der Ladezustand (SOC) um etwa 10% zunehmen.
  • Wenn DeltaVolt(k) < Offset(k – 1) dann kann der aktualisierte Spannungsversatz Offset(k) unverändert bleiben – d. h. Offset(k) = Offset(k – 1). Wie vorstehend erörtert wurde, kann bei einigen Implementierungen ein Vergleich auch durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Spannungsgrenze einen maximalen Spannungsversatz (MaxOffset) nicht überschreitet. Wenn mit anderen Worten Offset(k) > MaxOffset, dann Offset(k) = MaxOffset. Die aktualisierte Spannungsgrenze kann dann als die statische Spannungsgrenze VoltFloor, falls vorhanden, plus Offset(k) berechnet und/oder angewendet werden.
  • 3 veranschaulicht ein Fahrzeug 300, das eine Ausführungsform eines Systems zum Verstellen einer Spannungsgrenze einer Fahrzeugbatterie umfasst. Das Fahrzeug 300 kann ein Kraftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug und/oder ein beliebiger anderer Typ von Fahrzeug sein, und es kann den Antriebsstrang einer Brennkraftmaschine (ICE-Antriebsstrang), einen Elektromotorantriebsstrang, einen Hybridkraftmaschinen-Antriebsstrang, einen Brennstoffzellen-Antriebsstrang und/oder einen beliebigen anderen Typ an Antriebsstrang umfassen, der zur Aufnahme der hier offenbarten Systeme und Verfahren geeignet ist. Das Fahrzeug 300 kann ein Batteriesystem 302 umfassen. Das Batteriesystem 302 kann verwendet werden, um elektrische Antriebsstrangkomponenten (z. B. wie in einem elektrischen, hybriden oder Brennstoffzellen-Leistungssystem) mit Leistung zu versorgen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Batteriesystem 302 ausgestaltet sein, um elektrische Energie an eine Vielfalt von Fahrzeugsystemen zu liefern, die beispielsweise Fahrzeugstartersysteme (z. B. einen Startermotor), Beleuchtungssysteme, Zündungssysteme und/oder dergleichen umfassen.
  • Das Batteriesystem 302 kann eine Batterieelektronik 304 umfassen. Die Batterieelektronik 304 kann ausgestaltet sein, um bestimmte Operationen des Batteriesystems 302 zu überwachen und zu steuern. Zum Beispiel kann die Batterieelektronik 304 ausgestaltet sein, um Lade-, Entlade- und/oder Ausgleichsoperationen des Batteriesystems 302 zu überwachen und zu steuern. Bei bestimmten Ausführungsformen kann die Batterieelektronik 304 mit einem oder mehreren Sensoren (z. B. Sensoren 306), Betätigungsvorrichtungen (z. B. elektrischen Relais), Kommunikationsvorrichtungen und/oder Systemen kommunikationstechnisch gekoppelt sein, welche ausgestaltet sind, um zu ermöglichen, dass die Batterieelektronik 304 Operationen des Batteriesystems 302 überwacht und steuert.
  • Das Batteriesystem 302 kann einen oder mehrere Batteriestapel 312 umfassen, die geeignet ausgelegt und ausgestaltet sind, um elektrische Leistung an das Fahrzeug 300 zu liefern. Jeder Batteriestapel 312 kann eine oder mehrere Batteriesektionen 314 enthalten. Die Batteriesektionen 314 können eine oder mehrere Batteriezellen umfassen, die eine beliebige geeignete Batterietechnologie verwenden, welche beispielsweise Bleisäure, Nickelmetallhydrid (NiMH), Lithium-Ionen (Li-Ion), Lithium-Ionen-Polymer, Lithium-Luft, Nickelcadmium (NiCad), ventilgesteuerte Bleisäure (VRLA) mit absorbierendem Glasvlies (AGM), Nickel-Zink (NiZn), Salzschmelze (z. B. eine Zebra-Batterie) und/oder andere geeignete Batterietechnologien umfassen. Die Sensoren 306 können Spannungssensoren umfassen, die ausgestaltet sind, um eine Spannung von einer oder mehreren der Batteriesektionen 314 zu erfassen.
  • Das Fahrzeug 300 kann außerdem ein Spannungsgrenzen-Einstellmodul 320 umfassen. Das Spannungsgrenzen-Einstellmodul kann ausgestaltet sein, um Spannungsdaten von einem oder mehreren Spannungssensoren 306 zu empfangen und es kann ferner ausgestaltet sein, um unter Verwendung der Spannungsdaten einen Spannungsversatz zu berechnen. Das Spannungsgrenzen-Einstellmodul 320 kann ferner ausgestaltet sein, um den Spannungsversatz anzuwenden, um eine Spannungsgrenze, die dem Batteriesystem 302 zugeordnet ist, zu verstellen, um zu verhindern, dass die Fahrzeugbatterie die Spannungsgrenze überschreitet.
  • Das Spannungsgrenzen-Einstellmodul 320 kann eine beliebige Art von Computeranweisung oder von einem Computer ausführbaren Code umfassen, der sich in einer Arbeitsspeichervorrichtung und/oder einem lesbaren Massenspeichermedium befindet. Das Spannungsgrenzen-Einstellmodul 320 kann beispielsweise einen oder mehrere physikalische oder logische Blöcke aus Computeranweisungen umfassen, welche als Routine, Programm, Objekt, Komponente, Datenstruktur, usw. organisiert sein können, die ein oder mehrere Aufgaben ausführen, oder spezielle abstrakte Datentypen implementieren.
  • Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Spannungsgrenzen-Einstellmodul 320 ganz verschiedene Anweisungen umfassen, die an unterschiedlichen Orten einer Speichervorrichtung gespeichert sind, welche zusammen die beschriebene Funktionalität des Moduls implementieren. In der Tat kann ein Modul eine einzige Anweisung oder viele Anweisungen umfassen und es kann über mehrere verschiedene Codesegmente hinweg, auf verschiedene Programme und über mehrere Speichervorrichtungen hinweg verteilt sein. Zudem können sich Daten, etwa Spannungsdaten, in der gleichen Speichervorrichtung oder über mehrere Speichervorrichtungen hinweg befinden, und sie können in Feldern eines Datensatzes in einer Datenbank über ein Netzwerk hinweg miteinander gekoppelt sein.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann das Spannungsgrenzen-Einstellmodul 320 ausgestaltet sein, um zu verhindern, dass beliebige der Batteriezellen im Fahrzeug die Spannungsgrenze überschreiten. Die von dem Spannungsgrenzen-Einstellmodul 320 angewendete Spannungsgrenze kann eine untere Spannungsgrenze oder eine obere Spannungsgrenze umfassen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Spannungsgrenzen-Einstellmodul 320 ausgestaltet sein, um sowohl eine untere als auch eine obere Spannungsgrenze zu berechnen und/oder anzuwenden.
  • Das Spannungsgrenzen-Einstellmodul 320 kann ausgestaltet sein, um einen Spannungsversatz relativ zu einer statischen Spannungsgrenze anzuwenden, so dass die Spannungsgrenze einen Spannungsversatz relativ zu der statischen Spannungsgrenze umfasst. Das Spannungsgrenzen-Einstellmodul 320 kann ferner ausgestaltet sein, um die Spannungsgrenze während vorbestimmter Bedingungen zu der statischen Spannungsgrenze hin zu verstellen. Bei einigen Ausführungsformen können die vorbestimmten Bedingungen einen Schwellenwertladestrom umfassen, der dem Fahrzeugbatteriesystem 302 zugeordnet ist.
  • Die Batterieelektronik 304 kann ferner ausgestaltet sein, um Informationen bereitzustellen und/oder Informationen von anderen Systemen zu empfangen, die im Fahrzeug 300 enthalten sind. Zum Beispiel kann die Batterieelektronik 304 mit dem Spannungsgrenzen-Einstellmodul 320 kommunikationstechnisch gekoppelt sein, wie in 3 angezeigt ist. Bei anderen Ausführungsformen kann das Spannungsgrenzen-Einstellmodul 320 Teil der Batterieelektronik 304 sein. Bei noch anderen Ausführungsformen kann das Spannungsgrenzen-Einstellmodul 320 auf einem oder mehreren entfernten Computern an einem Ort ausgeführt werden und über ein Kommunikationsnetzwerk mit dem Fahrzeug 300 gekoppelt sein, oder es kann über mehrere Orte hinweg verteilt und durch ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sein.
  • Einige Ausführungsformen und Implementierungen können ausgestaltet sein, um separate Verfahren zum dynamischen Verstellen einer oberen Spannungsgrenze und zum dynamischen Verstellen einer unteren Spannungsgrenze zu implementieren. Daher veranschaulichen 4 und 5 Beispiele für Implementierungen von Verfahren zum dynamischen Verstellen unterer Spannungsgrenzen bzw. oberer Spannungsgrenzen.
  • 4 beginnt bei Schritt 405, bei dem das Verfahren 400 beginnen kann. Bei Schritt 410 kann ein Untergrenzenversatz, falls vorhanden, als der ”letzte Versatz” gespeichert werden. Wenn es keine vorherigen Untergrenzenversätze gibt, kann der Untergrenzenversatz als Null gespeichert werden. Dies kann bei späteren Schritten einen Vergleich mit dem Verlauf bereitstellen.
  • Nachdem der vorherige Versatz als der letzte Versatz gespeichert wurde, kann das Verfahren 400 zu Schritt 415 weitergehen, wobei an dieser Stelle die Differenz zwischen einer mittleren Spannung aller Zellen (oder zumindest einer Teilmenge aller Zellen) in der Batterie und einer mittleren oder minimalen Spannung von ”Zielzellen” berechnet werden kann. Die ”Zielzellen” können beispielsweise die Zellen in einer Sektion sein, die in einem Stapel aus Sektionen mit nicht einheitlichem Alter als ”schwach” definiert ist, oder die minimale Zellenspannung einer speziellen Sektion oder des gesamten Batteriestapels.
  • Schritt 420 kann dann als eine WENN/SONST WENN/SONST-Funktion ausgeführt werden. Wenn insbesondere die gegenwärtige Differenz zwischen der mittleren Spannung und der Zielzellenspannung größer als oder gleich dem letzten Versatz ist, dann kann der gegenwärtige Versatz bei Schritt 425 auf die gegenwärtige Differenz gesetzt werden.
  • Wenn die gegenwärtige Differenz zwischen der mittleren Spannung und der Zielzellenspannung kleiner als der letzte Versatz ist, kann das Verfahren 400 zu Schritt 430 weitergehen. Schritt 430 kann umfassen, dass detektiert wird, ob der Batteriestrom gerade auflädt. Bei einigen Implementierungen kann Schritt 430 umfassen, dass ein Schwellenwertbetrag an Batterieaufladung detektiert wird. Wenn der Batteriestrom gerade lädt oder ausreichend lädt, kann der Prozess zu Schritt 435 weitergehen, wobei an diesem Punkt der gegenwärtige Versatz berechnet werden kann und als ein Wert gesetzt werden kann, der zwischen dem letzten Versatz und der gegenwärtigen Differenz liegt. Um wie viel sich der gegenwärtige Versatz von der letzten Differenz aus bewegt hat, kann von der Größe des detektierten Stroms, der geschätzten Batteriekapazität und/oder einem kalibrierbaren Wert abhängen, der den Betrag an Ladezustandsbewegung zur ”Erholung” aus dem Verlaufsereignis (SOC_R) repräsentiert.
  • Bei einigen Implementierungen kann diese Berechnung unter Verwendung der folgenden Gleichung durchgeführt werden:
    Figure DE102014110296A1_0002
  • Bei derartigen Implementierungen kann die max-Funktion in dieser Gleichung verwendet werden, weil die Werte positiv sind (einschließlich des Stroms). Wenn SOC_R eine große Zahl ist, wird ein großer Strom benötigt, um einen wesentlichen Wert von dem letzten Versatz zu subtrahieren. Diese Situation würde mehr Verlauf für eine längere Zeitspanne beinhalten, wenn ein Strom gegeben ist.
  • Wenn bei Schritt 430 kein Strom oder ein ungenügender Strom und/oder eine ungenügende Änderung im Ladezustand detektiert wird, kann an dem Versatz zu dem vorherigen Versatz keine Änderung durchgeführt werden. Mit anderen Worten kann der Versatz bei Schritt 440 als der vorherige Versatz gesetzt werden.
  • Bei einigen Implementierungen kann der gegenwärtige Versatz durch einen Gradienten begrenzt sein. Mit anderen Worten kann bei derartigen Implementierungen nicht mehr als ein Schwellenwertbetrag einer Bewegung zu dem letzten Versatz in jede Richtung zulässig sein.
  • Absolute Grenzen und/oder Gradientengrenzen können falls benötigt bei Schritt 445 angewendet werden, um den Versatz zu verstellen. Bei einigen Implementierungen kann der Versatz so begrenzt werden, dass er niemals kleiner als Null oder größer als eine Kalibrierung ist. Auf einer Zellenebene könnte dies beispielsweise ein Maximum von 1 V sein.
  • Der endgültige Versatzwert kann dann bei 450 zu einer statischen Untergrenze addiert werden. Da der Versatz positiv ist, wird er die Untergrenze anheben.
  • Ein Beispiel für eine Implementierung zum dynamischen Verstellen einer oberen Spannungsgrenze ist in 5 bei 500 gezeigt. Bei einigen Implementierungen, in denen ein Fahrzeug auch ein Verfahren zum dynamischen Verstellen einer unteren Spannungsgrenze verwendet, können die verwendeten Variablennamen im Softwarecode anders sein, um das gemeinsame Verwenden von Daten zwischen einer Berechnung von Ober- und Untergrenzen zu vermeiden, außer dort, wo die Eingabesignale gleich sind.
  • Der Prozess 500 beginnt bei Schritt 505. Bei Schritt 510 kann der Obergrenzenversatz als der ”letzte Versatz” eingestellt werden. Dies kann einen Vergleich mit dem Verlauf in späteren Schritten bereitstellen. Bei Schritt 520 kann die Differenz zwischen einem Mittelwert von allen Zellen oder zumindest einer Teilmenge von allen Zellen und dem Mittelwert eines Satzes von Zielzellen berechnet werden. Bei einigen Implementierungen können die Zielzellen diejenigen Zellen in einer Sektion sein, die in einem Stapel aus Sektionen mit nicht einheitlichem Alter als ”schwach” definiert ist. Alternativ können die Zielzellen diejenigen Zellen sein, die eine maximale Spannung einer speziellen Sektion oder eine maximale Spannung von allen Zellen in dem gesamten Batteriestapel aufweisen.
  • Der Prozess 500 kann dann zu einer WENN/SONST WENN/SONST-Funktion weitergehen. Wenn die Differenz bei dem gegenwärtigen Zeitschritt kleiner als der Versatz des vorherigen Zeitschritts ist, dann kann der gegenwärtige Versatz bei Schritt 525 auf die gegenwärtige Differenz gesetzt werden. Bei der Obergrenzenberechnung des Prozesses, der in 5 dargestellt ist, werden diese Werte negative Zahlen sein.
  • Schritt 530 kann umfassen, dass detektiert wird, ob der Batteriestrom gerade entlädt. Bei einigen Implementierungen kann Schritt 530 umfassen, dass ein Schwellenwertbetrag an Batterieentladung detektiert wird. Wenn der Batteriestrom entlädt (Strom < 0) oder ausreichend lädt, kann der Prozess zu Schritt 535 weitergehen, wobei an dieser Stelle der gegenwärtige Versatz als ein Wert berechnet werden kann, der zwischen dem letzten Versatz und der gegenwärtigen Differenz liegt. Um wie viel sich der gegenwärtige Versatz zu der letzten Differenz bewegt, kann bei einigen Implementierungen von der Größe des Stroms, der geschätzten Batteriekapazität und/oder einem kalibrierbaren Wert abhängen, der den Betrag an Ladezustandsbewegung repräsentieren kann, um sich von einem Verlaufsereignis zu ”erholen” (SOC_R). Bei einigen Implementierungen kann sich dieser Wert (SOC_R) von dem entsprechenden SOC_R-Wert unterscheiden, der in Verbindung mit einem Unterspannungsgrenzen-Verstellprozess verwendet wird, etwa dem Prozess 400.
  • Bei einigen Implementierungen kann diese Berechnung unter Verwendung der folgenden Gleichung durchgeführt werden:
    Figure DE102014110296A1_0003
  • Die MIN-Funktion kann hier verwendet werden, weil die Werte negativ sind (einschließlich des Stroms). Eine Verwendung dieser Funktion wird daher dazu führen, dass die größte negative Zahl gewählt wird.
  • Wenn keine der zwei Bedingungen, die mit den Schritten 520 und 530 verbunden sind, erfüllt sind, wird im Vergleich zum vorherigen Versatz keine Veränderung am Versatz durchgeführt. Mit anderen Worten kann der Versatz bei Schritt 540 als der letzte Versatz gesetzt werden.
  • Bei einigen Implementierungen kann der vorliegende Versatz durch einen Gradienten begrenzt sein. Mit anderen Worten kann nur ein bestimmter Betrag an Bewegung von dem letzten Versatz aus in jede Richtung zulässig sein. Einige Implementierungen können ferner oder alternativ ausgestaltet sein, um absolute Grenzen anzuwenden. Daher kann der Versatz bei einigen Implementierungen beispielsweise so ausgestaltet sein, dass er niemals die Null überschreitet und/oder kleiner als ein Kalibrierungsniveau-Schwellenwert ist. Für ein Zellenniveau könnte dies beispielsweise ein Minimum von –1 V sein. Beliebige absolute und/oder Gradientengrenzen können bei Schritt 545 auf den Versatz angewendet werden, woraufhin der endgültige Versatzwert bei Schritt 550 zu der statischen Obergrenze addiert und/oder auf diese angewendet werden kann. Da der Versatz negativ ist, wird er die obere Spannungsgrenze absenken.
  • Bei einigen Ausführungsformen und Implementierungen kann eine oder können mehrere dieser Berechnungen mit dem Maßstab von Zellenspannungen ausgeführt und auf Spannungen auf Stapelebene zur Verwendung in einem Fahrzeugbatteriesteuerungssystem skaliert werden. Derartige Algorithmen können verwendet werden, um Variationen von Zelle zu Zelle oder von Sektion zu Sektion bei den oberen und unteren Spannungsgrenzen des Batteriestapels zu berücksichtigen, wenn die Stapelspannung zur Steuerung verwendet wird.
  • Die vorstehende Beschreibung wurde mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben. Der Fachmann wird jedoch feststellen, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Beispielsweise können verschiedene Arbeitsschritte sowie Komponenten zum Ausführen von Arbeitsschritten in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung oder bei Berücksichtigung einer beliebigen Anzahl von Kostenfunktionen, die mit dem Betrieb des Systems verbunden sind, auf alternative Weisen implementiert werden. Folglich kann ein beliebiger oder können mehrere der Schritte gelöscht, modifiziert, oder mit anderen Schritten kombiniert werden. Ferner soll diese Offenbarung als Veranschaulichung statt als Beschränkung betrachtet werden, und alle derartigen Modifikationen sollen im Umfang derselben enthalten sein. Analog wurden Nutzen, andere Vorteile und Lösungen für Probleme vorstehend mit Hinblick auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben. Jedoch dürfen Nutzen, Vorteile, Lösungen für Probleme und beliebige Elemente, die bewirken können, dass ein Nutzen, Vorteil oder eine Lösung auftritt oder besser hervorgehoben wird, nicht als kritisches, benötigtes oder wesentliches Merkmal oder Element aufgefasst werden.
  • Der Fachmann wird feststellen, dass viele Veränderungen an den Details der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne von den zugrundeliegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt sein.

Claims (10)

  1. Verfahren zum dynamischen Verstellen der Spannungsgrenzen einer Batterie, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: Spannungsdaten von mindestens einer Vielzahl von Batteriezellen einer Batterie empfangen werden; ein Spannungsversatz für die Batterie unter Verwendung der Spannungsdaten berechnet wird; der Spannungsversatz angewendet wird, um eine Spannungsgrenze zu verstellen, die der Batterie zugeordnet ist, um zu verhindern, dass beliebige der Batteriezellen in der mindestens einen Vielzahl von Batteriezellen die Spannungsgrenze überschreiten; aktualisierte Spannungsdaten von zumindest einer Teilmenge der mindestens einen Vielzahl von Batteriezellen der Batterie empfangen werden; ein aktualisierter Spannungsversatz für die Batterie unter Verwendung der aktualisierten Spannungsdaten berechnet wird; und der aktualisierte Spannungsversatz nach dem Anwenden des Spannungsversatzes angewendet wird, um die Spannungsgrenze zu verstellen, welche der Batterie zugeordnet ist, um zu verhindern, dass beliebige der Batteriezellen in der mindestens einen Vielzahl von Batteriezellen die Spannungsgrenze überschreiten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Vielzahl von Batteriezellen alle Batteriezellen der Batterie umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Anwendens der Spannungsversatzes umfasst, dass eine statische Spannungsgrenze um den Betrag des Spannungsversatzes verstellt wird.
  4. Verfahren zum dynamischen Verstellen der Spannungsgrenzen einer Fahrzeugbatterie mit mehreren Sektionen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: Spannungsdaten von jeder einer Vielzahl von Batteriesektionen einer Fahrzeugbatterie empfangen werden, wobei die Fahrzeugbatterie eine Vielzahl von Batteriezellen in jeder der Vielzahl von Batteriesektionen umfasst; ein Spannungsversatz für die Fahrzeugbatterie unter Verwendung der Spannungsdaten berechnet wird, wobei der Spannungsversatz berechnet wird, indem eine Differenz zwischen einer mittleren Spannung, die aus jeder der Vielzahl von Batteriesektionen erfasst wird, und einer minimalen Spannung von allen Batteriezellen und/oder einer mittleren Zellenspannung von einer Batteriesektion, welche die niedrigste mittlere Zellenspannung aufweist, bestimmt wird; und der Spannungsversatz angewendet wird, um eine untere Spannungsgrenze, die der Fahrzeugbatterie zugeordnet ist, dynamisch nach oben zu verstellen, wobei die untere Spannungsgrenze so ausgestaltet ist, dass verhindert wird, dass beliebige der Batteriezellen in der Fahrzeugbatterie die untere Spannungsgrenze überschreiten.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Spannungsversatz berechnet wird, indem eine Differenz zwischen einer mittleren Spannung jeder der Batteriezellen von jeder der Vielzahl von Batteriesektionen und einer minimalen Spannung von allen Batteriezellen und/oder einer mittleren Zellenspannung von einer Batteriesektion, welche die niedrigste mittlere Zellenspannung aufweist, bestimmt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, das ferner umfasst, dass die untere Spannungsgrenze abgesenkt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Absenkens der unteren Spannungsgrenze in Ansprechen auf eine Anzeige ausgeführt wird, dass sich mindestens eine Teilmenge der Vielzahl von Batteriezellen in einem Ladezustand befindet.
  8. System zum dynamischen Verstellen der Spannungsgrenzen einer Fahrzeugbatterie, umfassend: eine Fahrzeugbatterie, die eine Vielzahl von Batteriesektionen umfasst; einen Spannungssensor, der ausgestaltet ist, um eine Spannung von mindestens einer der Vielzahl von Batteriesektionen zu erfassen; und ein Spannungsgrenzen-Einstellmodul, das ausgestaltet ist, um Spannungsdaten von dem Spannungssensor zu empfangen, und ausgestaltet ist, um einen Spannungsversatz unter Verwendung der Spannungsdaten zu berechnen, wobei das Spannungsgrenzen-Einstellmodul ferner ausgestaltet ist, um den Spannungsversatz anzuwenden, um eine Spannungsgrenze, die der Fahrzeugbatterie zugeordnet ist, zu verstellen, um zu verhindern, dass die Fahrzeugbatterie die Spannungsgrenze überschreitet.
  9. System nach Anspruch 8, wobei das Spannungsgrenzen-Einstellmodul ausgestaltet ist, um einen Spannungsversatz anzuwenden, um eine obere Spannungsgrenze zu verstellen, und wobei das Spannungsgrenzen-Einstellmodul ferner ausgestaltet ist, um einen Spannungsversatz anzuwenden, um eine untere Spannungsgrenze zu verstellen.
  10. System nach Anspruch 8, wobei das Spannungsgrenzen-Einstellmodul ausgestaltet ist, um den Spannungsversatz relativ zu einer statischen Spannungsgrenze anzuwenden, und wobei die Fahrzeugbatterie so ausgestaltet ist, dass sie das Überschreiten der statischen Spannungsgrenze vermeidet.
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