DE102014216931A1

DE102014216931A1 - Detektion von In-Range-Stromsensorfehlern

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Publication number: DE102014216931A1
Application number: DE201410216931
Authority: DE
Inventors: Xiaoguang Chang; Xu Wang; Chuan He; Josephine S. Lee
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2015-03-05
Also published as: US10124789B2; US20150066262A1; CN104422917B; CN104422917A

Abstract

Es wird ein System zur Stromsensorfehlerdetektion offenbart, das das Detektieren eines Stromsensorfehlers ermöglicht, während der Stromsensor betrieben wird und eine Stromsensorausgabe bereitstellt, die innerhalb eines normalen Betriebsbereichs liegt. Der Stromsensor wird von wenigstens einem Controller überwacht, der eine Änderung im Batterieladezustandsfehler mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht. Die Änderung im Batterieladezustandsfehler ist eine Differenz zwischen einer ersten Änderung im Batterieladezustand, die durch Integrieren von Batteriestrom über einer Zeit berechnet wird, und einer zweiten Änderung im Batterieladezustand, die auf Basis der Batterieleerlaufspannung während der Zeit berechnet wird.

Description

Diese Offenbarung bezieht sich auf das Detektieren eines Stromsensorfehlers, während der Sensor in einem zulässigen Betriebsbereich betrieben wird.
Stromsensoren werden in Hybrid-Fahrzeugen verwendet, um den Strom, der in Batteriesätze hinein und hinaus fließt, zu messen. Die Genauigkeit und der Betrieb dieser Sensoren sind möglicherweise beim Überwachen des Betriebs des gesamten Hybrid-Systems wichtig – sie ermöglichen es den Fahrzeugen, Emissions- und Sicherheitsanforderungen zu erfüllen. Herkömmlich wird ein Sensorfehler bestimmt, falls der Sensor eine Ausgabe bereitstellt, die außerhalb eines tolerierbaren Betriebsbereichs liegt. Es ist schwieriger, einen Sensorfehler zu detektieren, wenn der Sensor Ausgabedaten bereitstellt, die innerhalb eines spezifizierten und normalen Betriebsbereichs liegen.
Derzeit detektieren mit Stromsensoren ausgestattete Fahrzeuge einen Fehler, wenn der Sensor aufhört, Daten auszugeben oder falls die Ausgabe einen spezifizierten Betriebsbereich überschreitet.
Es wird eine Strategie zur Stromsensorfehlerdetektion offenbart, die das Detektieren eines Stromsensorfehlers ermöglicht, während der Stromsensor betrieben wird und eine Stromsensorausgabe bereitstellt, die innerhalb eines normalen Betriebsbereichs liegt. Der Stromsensor wird von wenigstens einem Controller überwacht, der in gewissen Beispielen eine Änderung im Batterieladezustandsfehler mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleicht. Die Änderung im Batterieladezustandsfehler wird möglicherweise aus einer Differenz zwischen einer ersten Änderung im Batterieladezustand, die durch Integrieren von Batteriestrom über einer Zeit berechnet wird, und einer zweiten Änderung im Batterieladezustand, die auf Basis der Batterieleerlaufspannung während der Zeit berechnet wird, hergeleitet. Falls der Fehler größer als der Schwellenwert ist, passt der Controller möglicherweise den Betrieb der Elektromaschine an. Die Betriebsänderungen beinhalten möglicherweise das Begrenzen des Stroms von der Batterie oder das Generieren eines Signals.
1 veranschaulicht ein beispielhaftes Hybrid-Elektrofahrzeug mit einem Batteriesatz;
2 veranschaulicht eine Batteriesatzanordnung, die aus Batteriezellen und aus Batteriezellenüberwachungs- und -steuerungssystemen besteht;
3 ist eine Kurve, die die Relation der Leerlaufspannung (V_OC) zum Batterieladezustand (SoC, state of charge) für eine typische Lithium-Ionen-Batteriezelle veranschaulicht;
4 veranschaulicht unterschiedliche Verfahren zum Berechnen von Änderung im SoC unter Verwendung einer Kurve des Batterie-SoC über der Zeit;
5 veranschaulicht ein Flussdiagramm für Fehlerdetektion, die beim Systemhochfahren in einem anschließenden Leistungszyklus bestimmt wird;
6 veranschaulicht ein Flussdiagramm für Fehlerdetektion, die am Ende eines einzelnen Leistungszyklus bestimmt wird.
Hierin werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Allerdings versteht es sich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und dass andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details besonderer Komponenten zu zeigen. Daher sind hierin offenbarte, spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage, um einen Fachmann darüber zu unterrichten, die Erfindung verschiedenermaßen anzuwenden. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, können verschiedene, mit Bezug auf jede der Figuren veranschaulichte und beschriebene Merkmale mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen herzustellen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit der Lehre dieser Offenbarung übereinstimmen, können allerdings für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungsformen erwünscht sein.
1 zeigt ein Beispiel für ein Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeug auf. Ein Plug-in Hybrid-Elektrofahrzeug 102 umfasst möglicherweise einen oder mehrere Elektromotoren 104, die mechanisch mit einem Hybrid-Getriebe 106 verbunden sind. Zusätzlich ist das Hybrid-Getriebe 106 mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 108 verbunden. Das Hybrid-Getriebe 106 ist möglicherweise auch mechanisch mit einer Antriebswelle 110 verbunden, die mechanisch mit den Rädern 112 verbunden ist. Die Elektromotoren 104 können Antrieb bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 108 eingeschaltet ist. Die Elektromotoren 104 können Verzögerungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 108 ausgeschaltet ist. Die Elektromotoren 104 sind möglicherweise als Generatoren ausgelegt und können Vorteile hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs bereitstellen, indem sie Energie, die im Friktionsbremssystem normalerweise als Wärme verloren gehen würde, zurückgewinnen. Die Elektromotoren 104 reduzieren möglicherweise auch Schadstoffemissionen, weil das Hybrid-Elektrofahrzeug 102 möglicherweise unter gewissen Bedingungen im Elektromodus betrieben wird.
Die Traktionsbatterie oder der Batteriesatz 114 speichert Energie, die von den Elektromotoren 104 verwendet werden kann. Ein Fahrzeugbatteriesatz 114 stellt typischerweise eine Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe bereit. Der Batteriesatz 114 ist mit einem leistungselektronischen Modul 116 elektrisch verbunden. Das leistungselektronische Modul 116 ist ebenfalls mit den Elektromotoren 104 elektrisch verbunden und stellt die Fähigkeit zum bidirektionalen Energietransfer zwischen dem Batteriesatz 114 und den Elektromotoren 104 bereit. Zum Beispiel stellt ein typischer Batteriesatz 114 möglicherweise eine Gleichspannung bereit, während die Elektromotoren 104 zum Funktionieren möglicherweise einen dreiphasigen Wechselstrom benötigen. Das leistungselektronische Modul 116 wandelt möglicherweise die Gleichspannung in einen dreiphasigen Wechselstrom um, wie er von den Elektromotoren 104 benötigt wird. In einem Energierückgewinnungsmodus wird das leistungselektronische Modul 116 den dreiphasigen Wechselstrom aus den Elektromotoren 104, die als Generatoren fungieren, in die vom Batteriesatz 114 benötigte Gleichspannung umwandeln. Die hierin beschriebenen Verfahren sind gleichermaßen auf ein reines Elektrofahrzeug oder irgendeine andere Einrichtung, die einen Batteriesatz verwendet, anwendbar.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb stellt der Batteriesatz 114 möglicherweise Energie für andere Elektrosysteme des Fahrzeugs bereit. Ein typisches System enthält möglicherweise ein Gleichspannungswandlermodul 118, das die Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe des Batteriesatzes 114 in eine Niederspannungs-Gleichstrom-Versorgung, die kompatibel mit anderen Fahrzeugverbrauchern ist, umwandelt. Andere Hochspannungslasten, wie zum Beispiel Kompressoren und Elektroheizungen, sind möglicherweise direkt mit dem Hochspannungs-Bus vom Batteriesatz 114 verbunden. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit einer 12-V-Batterie 120 verbunden. Ein komplett elektrisches Fahrzeug weist möglicherweise eine ähnliche Architektur auf, jedoch ohne den Verbrennungsmotor 108.
Der Batteriesatz 114 wird möglicherweise durch eine externe Energiequelle 126 wiederaufgeladen. Die externe Energiequelle 126 stellt möglicherweise Wechsel- oder Gleichstromenergie für das Fahrzeug 102 bereit, indem sie durch einen Aufladeport 124 elektrisch verbunden wird. Der Aufladeport 124 ist möglicherweise irgendeine Art von Port, der dazu ausgelegt ist, Energie von der externen Energiequelle 126 zum Fahrzeug 102 zu übertragen. Der Aufladeport 124 ist möglicherweise mit einem Leistungswandlungsmodul 122 elektrisch verbunden. Das Leistungswandlungsmodul konditioniert möglicherweise die Energie aus der externen Energiequelle 126, um dem Batteriesatz 114 die korrekten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. In einigen Anwendungen ist die externe Energiequelle 126 möglicherweise dazu ausgelegt, dem Batteriesatz 114 die korrekten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen, und das Leistungswandlungsmodul 122 ist möglicherweise nicht nötig. Die Funktionen des Leistungswandlungsmoduls 122 befinden sich in einigen Anwendungen möglicherweise in der externen Energiequelle 126. Der Verbrennungsmotor, das Getriebe, die Elektromotoren und Leistungselektroniken des Fahrzeugs werden möglicherweise von einem Antriebsstrangsteuerungsmodul (PCM, powertrain control module) 128 gesteuert.
Zusätzlich zum Veranschaulichen eines Plug-in Hybridfahrzeugs kann 1 ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) veranschaulichen, falls die Komponente 108 entfernt wird. Ähnlich kann 1 ein herkömmliches Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV) oder ein Power Split Hybrid-Elektrofahrzeug veranschaulichen, falls die Komponenten 122, 124 und 126 entfernt werden.
Die einzelnen Batteriezellen innerhalb eines Batteriesatzes sind möglicherweise nach den unterschiedlichsten chemischen Rezepturen aufgebaut. Zu typischen Batteriesatz-Chemien zählen möglicherweise, ohne dass sie darauf beschränkt sind, Blei-Säure, Nickel-Cadmium (NiCd), Nickel-Metallhydrid (NIMH), Lithium-Ionen oder Lithium-Ionen-Polymer. 2 zeigt einen typischen Batteriesatz 200 in einer einfachen Reihenanordnung aus N Batteriezellmodulen 202. Die Batteriezellmodule 202 umfassen möglicherweise eine einzelne Batteriezelle oder mehrere, elektrisch parallel verbundene Batteriezellen. Der Batteriesatz ist allerdings möglicherweise aus irgendeiner Anzahl von einzelnen Batteriezellen und Batteriezellmodulen zusammengesetzt, die in Reihe oder parallel oder irgendeiner Kombination daraus verbunden sind. Ein typisches System weist möglicherweise einen oder mehrere Controller auf, wie zum Beispiel ein Batteriesteuermodul (BCM, battery control module) 208, das die Leistung des Batteriesatzes 200 überwacht und steuert. Das BCM 208 überwacht möglicherweise mehrere Pegelcharakteristika des Batteriesatzes, wie zum Beispiel den von einem Stromsensor 206 gemessenen Satzstrom, die Satzspannung 210 und die Satztemperatur 212. Die Leistung des Stromsensors 206 ist in gewissen Anordnungen möglicherweise entscheidend, um ein zuverlässiges Batterieüberwachungssystem aufzubauen. Die Genauigkeit des Stromsensors ist möglicherweise nützlich, um Batterieladezustand und -kapazität zu schätzen. Ein Stromsensor verwendet möglicherweise die unterschiedlichsten, auf physikalischen Prinzipien basierenden Verfahren, um den Strom zu detektieren, einschließlich eines Hall-Effekt-IC-Sensors, eines Transformators oder einer Strommesszange, eines Widerstands, wo die Spannung direkt proportional zum durch ihn fließenden Strom ist, Lichtwellenoptiken, die ein Interferometer verwenden, um die Phasenänderung im von einem Magnetfeld produzierten Licht messen, oder einer Rogowski-Spule.
Zusätzlich zu den Pegelcharakteristika des Satzes sind möglicherweise Pegelcharakteristika der Batteriezellen vorhanden, die gemessen und überwacht werden müssen. Zum Beispiel werden möglicherweise die Anschlussspannung, der Strom und die Temperatur jeder Zelle gemessen. Ein System verwendet möglicherweise ein Sensormodul 204, um die Charakteristika einer oder mehrerer Batteriezellmodule 202 zu messen. Zu den Charakteristika zählen möglicherweise Batteriezellspannung, -temperatur, -alter, Anzahl der Auflade-/Entladezyklen usw. Typischerweise wird ein Sensormodul Batteriezellspannung messen. Batteriezellspannung ist möglicherweise eine Spannung einer einzelnen Batterie oder einer Gruppe von Batterien, die parallel oder in Reihe elektrisch verbunden sind. Der Batteriesatz 200 nutzt möglicherweise bis zu N_C Sensormodule 204, um die Charakteristika aller Batteriezellen 202 zu messen. Jedes Sensormodul 204 überträgt möglicherweise die Messwerte an das BCM 208 zur weiteren Verarbeitung und Koordinierung. Das Sensormodul 204 überträgt möglicherweise Signale in analoger oder digitaler Form an das BCM 208.
Für eine typische Lithium-Ionen-Batteriezelle besteht eine Relation zwischen dem SoC und der Leerlaufspannung (V_OC), so dass V_OC = f(SoC). 3 ist eine typische Kurve 300, die die Leerlaufspannung V_OC als eine Funktion des SoC zeigt. Die Relation zwischen SoC und V_OC wird möglicherweise durch eine Analyse von Batterieeigenschaften oder durch Prüfen der Batteriezellen bestimmt. Die Funktion lautet möglicherweise so, dass der SoC möglicherweise als f^–1(V_OC) berechnet wird. Die Funktion oder die Umkehrfunktion wird möglicherweise als eine Lookup-Tabelle oder eine äquivalente Gleichung umgesetzt. Die exakte Form der Kurve 300 variiert möglicherweise auf Basis der exakten Rezeptur der Lithium-Ionen-Batterie. Die Spannung V_OC ändert sich als Ergebnis von Aufladen und Entladen der Batterie.
Es gibt viele Wege, einen Batterie-SoC zu bestimmen, einschließlich Messung der Leerlaufspannung, Akkumulation der Ladungsmenge, die in die Batterie gelangt oder daraus austritt, die Verwendung eines Hydrometers für das Batterieelektrolyt, Impedanzspektroskopie und Quantenmagnetismus. Die Messung von Leerlaufspannung erfordert, dass der Verbraucher von der Batterie abgekoppelt wird und dass die Batterieanschlüsse nicht potentialgebunden sind. Neben der Potentialfreiheit der Anschlüsse muss sich die Batterie „erholen” oder beruhigen, bevor die Messung vorgenommen wird. Falls sich die Batterie unter Last befindet, wenn Strom in die Batterie hinein- oder aus ihr hinausfließt, wenn die Batterieanschlüsse abgekoppelt werden, wird die Leerlaufspannung kein exaktes Abbild des Batterie-SoC sein, bis sich die Ladung beruhigt hat. Aufgrund dieses Aspekts ist das Verwenden der Leerlaufspannung kein idealer Weg zu Bestimmung des Batterie-SoC, während die Batterie in Betrieb ist. Die Verwendung von Coulomb-Zählung ist ein bevorzugtes Verfahren, während die Batterie in Betrieb ist. Dieses Verfahren misst den Strom, der in die Batterie hinein oder aus ihr heraus kommt, während einer gegebenen Zeitspanne. Ein Problem dieses Verfahrens ist, dass die Berechnung des Batterie-SoC nicht exakt sein wird, falls ein Fehler im Stromsensor vorliegt. Während des Betriebs eines Hybrid-Fahrzeugs ist es entscheidend, den Batterie-SoC exakt zu bestimmen, so dass das BCM 208 den vollen Betriebsbereich des Batterie-SoC nutzen kann.
4 veranschaulicht unterschiedliche Verfahren zum Berechnen von Änderung im SoC unter Verwendung einer Kurve des Batterie-SoC 402 über der Zeit 404. Während ein Fahrzeug betrieben wird, ändert sich der Batterie-SoC mit der Zeit. Aus vielen Gründen, einschließlich der Verwendung von Bremsenergierückgewinnung (von einem Fahrzeug, das eine Anhöhe hinabfährt, oder einer Fahrzeugverzögerungsanforderung), erhöht sich während des Betriebs möglicherweise ein Batterie-SoC, veranschaulicht als BECM-Leistung 418 (Batterieenergie-Steuerungsmodul, battery energy control module), was Fahrzeugaktivierung ist. Ebenso nimmt der Batterie-SoC möglicherweise während des Betriebs ab, wie zum Beispiel bei Nutzung der Batterie zur Versorgung einer Elektromaschine oder von elektrischen Nebenverbrauchern. Der Augenblickswert des SoC 406, der über einen Zeitraum T_AH gezeigt wird, weist eine Änderung im SoC über den Zeitraum von T_AH(ΔSoC_AH) 408 auf. Die Änderung im SoC über einen Zeitraum kann aus der Amperestunden-Integration gewonnen werden, die auf einem Stromsensormesswert basiert. Die Gleichung lautet
In dieser Gleichung ist t₀ 420 der Zeitpunkt, zu dem das System hochgefahren wird, die Zeit vor diesem Punkt ist eine Zeit vor dem Fahrzyklus. t₁ 422 ist der Zeitpunkt, zu dem das System heruntergefahren wird, wobei die Zeit nach diesem Punkt eine Zeit nach dem Fahrzyklus ist und i der vom Stromsensor gemessene Batteriesatzstrom ist. ΔAh₁ kann durch Dividieren von ΔAh₁ durch die Batteriekapazität C in ΔSoC_AH 408 gewandelt werden, was die Änderung im SoC über dem Zeitraum T_AH ist.
Amperestunden-Integration kann durch Messen der Leerlaufspannung (OCV, open circuit voltage) und durch Nutzen der Relation von OCV zu SoC 300 auch als ΔAh₂ geschätzt werden. Diese Gleichung wird ausgedrückt als
In dieser Gleichung ist N die Anzahl der Batteriezellen im Batteriesatz, v oc / n,0 ist die Leerlaufspannung, die unmittelbar vor dem letzten Hochfahren gemessen wurde, SoC_OCV(t₀) 410 ist der SoC der Batterie, der unter Verwendung der SoC-OCV-Relation 300 unmittelbar vor dem letzten Hochfahren gemessen wurde. v oc / n,1 ist die Leerlaufspannung, die nach einer Beruhigungszeit (nachdem das System heruntergefahren wurde) gemessen wird, SoC_OCV(t₁) 412 ist der SoC der Batterie, der unter Verwendung der nach einer Beruhigungszeit nach dem Herunterfahren des Systems (t₁) gemessenen SoC-OCV-Relation 300 gemessen wird. Die Beruhigungszeit ist die Zeit, die für die Ladung in der Batterie erforderlich ist, um nach dem Herunterfahren der Batterie im Wesentlichen Gleichgewicht zu erreichen. Die Beruhigungszeit hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich dem Stromfluss vor dem Herunterfahren, dem Alter der Batterie, dem SoC der Batterie, der Temperatur der Batterie usw. In dieser Gleichung ist t₁ 422 die Zeit, in der das System heruntergefahren wird und die Beruhigungszeit. C ist die Kapazität der Batterie und f ist die Relation zwischen SoC und OCV, SOC = f(v^oc). Ein Verfahren zum Bestimmen der Relation f ist durch Batterieprüfung und -charakterisierung. Die Relation f für eine Lithium-Ionen-Batterie wird zum Beispiel möglicherweise als eine monotone Kurve dargestellt, wie in 3 gezeigt wird. ΔAh_cb(n) ist die Amperestunden-Integration, die vom BCM sowohl durch Ein- als auch Ausschalten des Zellenausgleichs für Zelle n eingebracht wird. ΔAh_cb(n) ist gleich dem Entladestrom beim Zellenausgleich unter Multiplikation mit der Zeit, in der der Ausgleichsschaltkreis für Zelle n geschlossen ist.
ΔAh₂ kann durch Dividieren von ΔAh₂ durch die Batteriekapazität C in ΔSoC_OCV 416 umgewandelt werden, das die Änderung im SoC über den Zeitraum T_AH ist. Wenn ΔSoC_OCV 416 berechnet wird, wird ebenfalls der Zeitpunkt, an dem der v oc / n,1 oder SoC_OCV(t₁) 412 gemessen wird, im Punkt t₁ 422 gezeigt. Dies kann allerdings zu jedem Zeitpunkt zwischen t₁ 422 und t₂ 424 erfolgen, welches der Punkt unmittelbar vor dem anschließenden Hochfahren ist. Der SoC-Wert im Punkt t₂ 424 wird als SoC_OCV(t₂) 414 dargestellt, der so veranschaulicht wird, dass er gleich SoC_OCV(t₁) ist, allerdings wird der SoC in der Praxis von SoC_OCV(t₁) auf SoC_OCV(t₂) 414 als eine Funktion von Batteriealter, -ladezustand, -temperatur und anderen Faktoren abnehmen.
Das Verwenden des ΔAh₂ ist eine exakte Schätzung der Delta-Amperestunden-Änderung nach einem Fahrzyklus aus vielen Gründen, einschließlich: (i) die Batteriekapazität ist im Wesentlichen über eine Zeitspanne konstant, (ii) der Zellspannungssensor ist sehr exakt, und (iii) die Sensorgenauigkeit bleibt auch während des Zellen-Neuausgleichs konstant. Ein Beispiel für die Genauigkeit ist, dass eine Antwort von etwa 2 Millivolt höchstens zu einem relativen Fehler von ( 0,5 / N )% in der Delta-Amperestunden-Messung führen wird.
Eines der Probleme bei der Verwendung eines Stromsensors ist es, zu bestimmen, ob der Sensor korrekt arbeitet. Ein Weg, zu bestimmen, ob der Stromsensor korrekt arbeitet, ist das Ablesen der Sensorausgabe. Falls die Sensorausgabe außerhalb eines zulässigen Betriebsbereichs liegt, wird bestimmt, dass der Sensor fehlerhaft ist. Die Ausgabe liegt möglicherweise außerhalb des zulässigen Betriebsbereichs, falls die Ausgabe entweder 0 ist oder bei Vollausschlag liegt, was möglicherweise anzeigt, dass der Sensor womöglich entweder mit der Versorgungsspannung oder mit Masse kurzgeschlossen ist, dies wird ein Out-of-Range-Fehler genannt. Es ist schwierig, zu bestimmen, dass der Sensor fehlerhaft ist, wenn die Sensorausgabe innerhalb eines zulässigen Betriebsbereichs liegt, was als In-Range-Fehler bezeichnet wird. Durch Auswerten der Stromsensorleistung unter Verwendung der Differenz |ΔSoC_AH – ΔSoC_OCV| zwischen zwei Delta-SoC-Schätzwerten oder den beiden Delta-Amperestunden-Schätzwerten wird möglicherweise eine zuverlässige und exakte Sensorbeurteilung bestimmt. Falls der Stromsensor fehlerfrei ist, wird der Wert von |ΔSoC_AH – ΔSoC_OCV| nahe null liegen. Falls die Stromsensorleistung schlecht ist, wird der Wert von |ΔSoC_AH – ΔSoC_OCV| sehr viel größer als null sein. Falls |ΔSoC_AH – ΔSoC_OCV| größer als ein Schwellenwert ist, der durch Kalibrierung, technische Analyse oder Design bestimmt wird, kann der Sensor als fehlerhaft bestimmt werden, und das Batteriesystem kann den Betrieb dementsprechend anpassen. Falls der Sensor fehlerhaft ist, aber dies nicht detektiert wird, weil dies als ein In-Range-Fehler nicht detektiert wird, werden die Fahrzeugkraftstoffwirtschaftlichkeit und das – fahrverhalten verschlechtert werden, und die Fahrzeugemissionen werden zunehmen.
Wenn ein In-Range-Fehler detektiert wird, gelangt der Fahrzeugbetrieb möglicherweise in einen spezifischen Betriebsmodus. Dieser Betriebsmodus umspannt möglicherweise viele unterschiedliche Schritte und Einschränkungen. Zunächst reduziert das BECM möglicherweise die Leistungsgrenzwerte zur Elektromaschine und die vom Verbrennungsmotor generierte Energie, was das Fahrverhalten, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und die Emissionen beeinflusst. Dies würde erfolgen, um mögliche SoC-Änderungen zu managen, um die Möglichkeit zu reduzieren, dass sich der SoC außerhalb eines normalen Betriebsbereichs verringert oder erhöht. Als Zweites aktualisiert das BECM möglicherweise den SoC nicht, weil der Strommesswert vom Stromsensor nicht zuverlässig ist. Außerdem aktualisiert das BECM möglicherweise nicht das Batteriemodell, das zur Online-Berechnung der Batterienennleistung verwendet wird, und das BECM akkumuliert möglicherweise nicht die Amperestunden, die zum Schätzen der Batteriekapazität verwendet werden können. In einem BEV und einem Plug-in Fahrzeug ist möglicherweise die Batteriekapazität wichtig, die die elektrische Reichweite bestimmt. Falls die Stromsensorgenauigkeit nicht zuverlässig ist, wird möglicherweise zudem die Batterie während eines Plug-in-Ladezyklus für das PHEV und BEV nicht auf 100% SoC aufgeladen, weil das BECM kein Aufladen mit Konstantspannung ausführen kann, falls kein Stromwert verfügbar ist.
5 veranschaulicht ein Flussdiagramm für die Fehlerdetektion, die beim Systemhochfahren in einem anschließenden Leistungszyklus 500 bestimmt wird. Dies wird möglicherweise zur Zeit t₂ 424 durchgeführt, wo der Start 502 unmittelbar vor dem Systemhochfahren liegt. Als Nächstes werden Parameter vom letzten Betrieb aus RAM, batteriegestütztem RAM, nichtflüchtigem Speicher oder anderen Speichern ausgelesen; zu diesen Parametern zählen möglicherweise: ΔSoC_AH 408, T_AH, SoC_OCV(t₀), usw. ΔSoC_AH ist die Änderung im SoC des vorhergehenden Fahrzyklus, T_AH ist die Zeit des vorhergehenden Fahrzyklus und SoC_OCV(t₀) ist der Anfangs-SoC-Wert aus dem vorhergehenden Fahrzyklus. Die OCV wird im Block 506 vor dem Systemhochfahren oder verbunden mit dem Systemhochfahren gemessen. Die Messung aus Block 506 und andere Daten werden verwendet, um den SoC_OCV an einem Punkt zu berechnen, wie zum Beispiel bei t₂ 424. Der SoC_OCV(t₂) wird im Block 508 aus der Messung aus Block 506 berechnet. Das ΔSoC und der Fehler werden im Block 510 durch folgende Gleichungen berechnet: ΔSoC_OCV = SoC_OCV(t₂) – SoC_OCV(t₀) ΔSoC Fehler = |ΔSoC_AH – ΔSoC_OCV|/T_AH
Der ΔSoC-Fehler wird im Block 512 mit einem Schwellenwert verglichen. Falls der ΔSoC-Fehler größer als der Schwellenwert ist, wird im Block 514 ein Signal, das einen Fehlerzustand anzeigt, generiert werden, und der Fahrzeugbetrieb wird sich dementsprechend ändern. Falls der ΔSoC-Fehler geringer als der Schwellenwert ist, wird das System in Block 516 den Batteriestrom i messen und ΔAh₁ über die Zeitspanne berechnen, in der das System hochgefahren ist, zum Beispiel von der Zeit t₂ 424 bis zu einer Zeit t₃ (nicht dargestellt). Dies kann als eine kontinuierliche Zeitbereichsmessung und -integration erfolgen, oder es kann sich um die Summierung einer Reihe von diskreten Strommessungen handeln. Der Block 518 wird überwachen, wann das System außer Betrieb gesetzt wird. Nachdem bestimmt worden ist, dass das System außer Betrieb ist, wird der SoC_AH im Block 520 berechnet und Parameter für den kürzlich abgeschlossenen Fahrzyklus, einschließlich ΔSoC_AH 408, T_AH, SoC_OCV(t₀), werden im Block 522 gespeichert. Das System wird im Block 524 außer Betrieb gesetzt.
6 veranschaulicht ein Flussdiagramm für die Fehlerdetektion, die am Ende eines einzelnen Leistungszyklus 600 bestimmt wird. Dies wird möglicherweise zur Zeit t₁ 422 durchgeführt, wo der Start 602 unmittelbar vor dem System hochfahren liegt. Als nächstes wird die Batterie-OCV in 604 berechnet, und der SoC_OCV(t₀) wird auf Basis der Relation SoC zu OCV 300 im Block 606 bestimmt. Im Block 608 wird der Batteriestrom i gemessen, und ΔAh₁ wird über die Zeitspanne berechnet, in der das System hochgefahren ist, zum Beispiel von der Zeit t₀ 420 bis zu einer Zeit t₁ 422. Dies kann als eine kontinuierliche Zeitbereichsmessung und -integration erfolgen, oder es kann sich um die Summierung einer Reihe von diskreten Strommessungen handeln. Die Messung wird fortgesetzt, bis bestimmt wird, dass das System im Block 610 heruntergefahren wird. Im Block 612 wird das ΔSoC_AH auf Basis der Stromsensormessungen und der Integration oder Summierung des Stroms über der Zeitspanne T_AH geschätzt. Im Block 614 wird zuerst der SoC_OCV(t₁) anhand der OCV geschätzt, und dann wird das ΔSOC_OCV unter Verwendung von ΔSoC_OCV = SoC_OCV(t₀) – SoC_OCV(t₁) und der ΔSoC-Fehler unter Verwendung des ΔSoC-Fehlers = |ΔSoC_AH – ΔSoC_OCV|/T_AH im Block 616 berechnet. Der ΔSoC-Fehler wird im Block 618 mit einem Schwellenwert verglichen. Falls der ΔSoC-Fehler größer als der Schwellenwert ist, wird im Block 620 ein Signal, das einen Fehlerzustand anzeigt, erzeugt werden, und der Fahrzeugbetrieb wird sich dementsprechend ändern. Falls der ΔSoC-Fehler kleiner als der Schwellenwert ist, wird das System im Block 622 außer Betrieb gesetzt.
Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren und Algorithmen können zur Ausgabe an ein verarbeitendes Bauelement, an eine Steuerung oder an einen Computer geeignet sein bzw. von diesen umgesetzt werden, wobei diese irgendeine vorhandene programmierbare elektronische Steuerungseinheit oder eine zweckmäßige elektronische Steuerungseinheit enthalten können. Analog können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen ausgeführt werden können, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, Informationen, die auf nicht beschreibbaren Speichermedien dauerhaft gespeichert sind, wie zum Beispiel auf ROM-Einrichtungen, bzw. Informationen, die auf beschreibbaren Speichermedien veränderlich gespeichert sind, wie zum Beispiel auf Floppydisks, Magnetbanddatenspeichern, optischen Banddatenspeichern, CDs, RAM-Einrichtungen, FLASH-Einrichtungen, MRAM-Einrichtungen und auf anderen magnetischen und optischen Medien. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem als Software ausführbaren Objekt umgesetzt werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen im Ganzen oder in Teilen unter Verwendung von geeigneten Hardware-Komponenten umgesetzt werden, wie zum Beispiel von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs), Zustandsautomaten, Steuerungen oder irgendwelchen anderen Hardware-Komponenten oder -Einrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten.
Obwohl oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen, durch die Ansprüche erfassten Formen beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Begriffe sind eher beschreibende als einschränkende Begriffe, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und vom Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Die Merkmale verschiedener Ausführungsformen können, wie vorher beschrieben wurde, kombiniert werden, so dass sie weitere Ausführungsformen der Erfindung bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden.
Obwohl verschiedene Ausführungsformen so beschrieben worden sein können, dass sie Vorteile gegenüber anderen Ausführungsformen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer Soll-Charakteristika bereitstellen bzw. diesen vorzuziehen sind, verstehen Durchschnittsfachleute, dass Kompromisse hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale oder Charakteristika eingegangen werden können, um erwünschte Eigenschaften des Gesamtsystems zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzungsform abhängig sind. Diese Eigenschaften können, ohne darauf beschränkt zu sein, Folgendes enthalten: Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebensdauerkosten, Absatzfähigkeit, Erscheinungsbild, Konfektionierung, Größe, Service-Freundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. Von daher liegen Ausführungsformen, die hinsichtlich einer oder mehrerer Charakteristika als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen bzw. als Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik beschrieben worden sind, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen erwünscht sein.

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Batterie; einen Sensor, der dazu ausgelegt ist, einen Strom der Batterie abzutasten; eine Elektromaschine, die elektrisch mit der Batterie verbunden ist; und wenigstens einen Controller, der dazu programmiert ist, als Reaktion auf das Detektieren eines Fehlerzustands für den Sensor, der dadurch definiert wird, dass eine Differenz in den Leerlaufspannungen der Batterie vor bzw. nach dem Fahrzyklus um einen vorbestimmten Betrag größer oder kleiner als eine Änderung im Ladezustand der Batterie für den Fahrzyklus ist, einen Maximalstrom für die Elektromaschine während eines anschließenden Fahrzyklus zu begrenzen, um den Strom aus der Batterie zu begrenzen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Controller weiterhin dazu programmiert ist, als Reaktion auf das Detektieren eines Fehlerzustands ein Signal auszugeben, das den Fehlerzustand des Stromsensors anzeigt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Änderung des Ladezustands der Batterie auf einem Quotienten einer Nettoänderung in den Amperestunden der Batterie für den Fahrzyklus und einer Kapazität der Batterie basiert.