DE102015103561A1

DE102015103561A1 - Frequenzbasierte schätzung von batteriemodellparametern

Info

Publication number: DE102015103561A1
Application number: DE102015103561.8A
Authority: DE
Inventors: Tae-Kyung Lee
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2015-09-17
Also published as: US20150258907A1; CN104931784B; CN104931784A; US9132745B1

Abstract

Ein Hybrid-Antriebsstrangsystem enthält eine Batterie und wenigstens einen Controller. Der wenigstens eine Controller ist dazu ausgelegt, augenblickliche Batterieleistungsgrenzen während des Betriebs des Systems unter Verwendung gefilterter Batteriespannungssignale und -stromeingangssignale zu bestimmen. Der wenigstens eine Controller ist weiterhin dazu ausgelegt, mittlere bis hohe Frequenzdynamiken der gemessenen Batteriespannung zu trennen. Der Filterprozess wird in gewissen Beispielen unter Verwendung eines Tiefpassfilters oder eines Hochpassfilters realisiert. Der wenigstens eine Controller ist weiterhin dazu ausgelegt, die mittleren bis hohen Frequenzlasten zum Schätzen von Batterieparametern zu korrelieren und Batteriedynamiken unter Verwendung, in einem Beispiel, eines Extended Kalman Filters zu bestimmen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Batteriemanagementtechniken, die in der Lage sind, Parameter von Elementen, die ein Batteriemodell bilden, zu schätzen, um Steuerung einer verknüpften Batterie bereitzustellen.
HINTERGRUND
Hybridelektrofahrzeuge (HEVs, Hybrid Electric Vehicles) nutzen eine Kombination eines Motors mit innerer Verbrennung mit einem Elektromotor, um Antriebsleistung bereitzustellen. Diese Anordnung stellt gegenüber einem Fahrzeug, das lediglich einen Motor mit innerer Verbrennung aufweist, verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit bereit. Ein Verfahren zur Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit in einem HEV ist, den Verbrennungsmotor in Zeiten herunterzufahren, in denen der Verbrennungsmotor ineffizient arbeitet und nicht anderweitig zum Antreiben des Fahrzeugs benötigt wird. In diesen Situationen wird der Elektromotor verwendet, um die gesamte Leistung bereitzustellen, die zum Antreiben des Fahrzeugs benötigt wird. Wenn sich die Leistungsabforderung durch den Fahrer erhöht, so dass der Elektromotor nicht mehr genug Leistung bereitstellen kann, um die Abforderung zu erfüllen, oder in anderen Fällen, wie zum Beispiel, wenn der Batterieladezustand (SOC, State of Charge) unter einen gewissen Pegel fällt, sollte der Verbrennungsmotor gestartet werden.
KURZE DARSTELLUNG
Ein Fahrzeug enthält einen Batteriesatz und wenigstens einen Controller, der dazu programmiert ist, den Batteriesatz als Reaktion auf Parameterwerte zu betreiben, die auf der Anschlussspannung des Batteriesatzes basieren. Die Anschlussspannung des Batteriesatzes weist Frequenzanteile auf, die größer oder kleiner als ein Schwellenwert sind. Die Parameterwerte geben Folgendes an: (i) einen Innenwiderstand des Batteriesatzes auf Basis der Anschlussspannung mit Frequenzanteilen kleiner als der Schwellenwert und (ii) eine Innenimpedanz des Batteriesatzes auf Basis der Anschlussspannung mit Frequenzanteilen größer als der Schwellenwert.
Es wird ein Batteriemanagementverfahren zum Steuern eines Batteriesatzes auf Basis der Anschlussspannungsdaten der Batterie vorgelegt. Das Verfahren kann den Betrieb des Batteriesatzes als Reaktion auf Parameterwerte steuern, die einen Innenwiderstand des Batteriesatzes angeben und die auf Anschlussspannungsdaten mit Frequenzanteilen kleiner als eine Schwellenfrequenz basieren. Das Verfahren kann den Betrieb des Batteriesatzes als Reaktion auf Parameterwerte steuern, die eine Innenimpedanz des Batteriesatzes angeben und die auf Anschlussspannungsdaten mit Frequenzanteilen größer als die Schwellenfrequenz basieren.
Ein Hybridantriebsstrangsystem enthält eine Batterie und wenigstens einen Controller, der ein Modell des Batteriesatzes umsetzt. Der wenigstens eine Controller filtert Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes in hochfrequente Anteile mit Frequenzen größer als ein Schwellenwert und in niederfrequente Anteile mit Frequenzen kleiner als ein Schwellenwert. Der wenigstens eine Controller steuert den Betrieb des Batteriesatzes als Reaktion auf prognostizierte verfügbare Leistung der Batterie, die aus Parameterwerten abgeleitet wird, die einen Innenwiderstand des Batteriesatzes angeben und die auf den niederfrequenten Anteilen basieren, und aus Parameterwerten, die eine Innenimpedanz des Batteriesatzes angeben und die auf den hochfrequenten Anteilen basieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Hybrid-Elektrofahrzeugs, die typische Antriebsstrang- und Energiespeicherkomponenten veranschaulicht;
2 ist eine schematische Darstellung eines Ersatzschaltungsmodells einer Batterie;
3 ist ein Graph, der eine elektrochemische Impedanzspektroskopie Nyquist-Kurve zur Beschreibung der Batterie gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht;
4A–4C sind schematische Darstellungen von Filtern, die zur Signalverarbeitung von gemessenen Batterieantworten gemäß einer Ausführungsform verwendet werden;
5 ist ein Flussdiagramm eines Algorithmus zum Identifizieren eines oder mehrerer Batterieparameter, die in einem Batteriemanagementverfahren gemäß einer Ausführungsform verwendet werden; und
6 sind Graphen, die einen Vergleich von Batteriemodellparameter-Schätzergebnissen im Ersatzschaltungsmodell gemäß einer Ausführungsform veranschaulichen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich allerdings, 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. Die speziellen strukturellen und funktionalen Details, die hier offenbart werden, sollen daher nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die Ausführungsformen auf verschiedene Weisen einzusetzen sind. Wie für Durchschnittsfachleute auf der Hand liegt, können verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf irgendeine der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen zu schaffen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen von veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten allerdings für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungsformen erwünscht sein.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen im Allgemeinen mehrere Schaltungen oder andere elektrische Einrichtungen bereit. Es ist beabsichtigt, dass alle Bezüge auf die Schaltungen und andere elektrische Einrichtungen und die jeweils von ihnen bereitgestellte Funktionalität nicht darauf eingeschränkt sind, dass nur das hierin Veranschaulichte und Beschriebene umfasst ist. Obwohl besondere Bezeichner den verschiedenen offenbarten Schaltungen oder anderen elektrischen Einrichtungen zugeordnet sein können, ist nicht beabsichtigt, dass solche Bezeichner den Betriebsumfang für die Schaltungen und die anderen elektrischen Einrichtungen einschränken. Solche Schaltungen und andere elektrische Einrichtungen können auf Basis der besonderen Art der gewünschten elektrischen Umsetzungsform miteinander kombiniert und/oder auf irgendeine Art und Weise aufgetrennt werden. Es wird anerkannt, dass irgendeine hier offenbarte Schaltung oder andere elektrische Einrichtung irgendeine Anzahl von Mikroprozessoren, integrierten Schaltungen, Speichereinrichtungen (z. B. Flash, Direktzugriffspeicher (RAM, Random Access Memory), Nur-Lese Speicher (ROM, Read Only Memory), elektrisch programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM, Electrically Programmable Read Only Memory), elektrisch löschbarer PROM (EEPROM, Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) oder andere geeignete Varianten davon) und Software enthalten kann, die miteinander zusammenwirken, um die hier offenbarte(n) Operation(en) durchzuführen. Zusätzlich kann irgendeine oder mehrere der elektrischen Einrichtungen dazu ausgelegt sein, ein Computerprogramm auszuführen, das auf einem nichtflüchtigen, computerlesbaren Medium enthalten ist, das dazu programmiert ist, irgendeine Anzahl der Funktionen, wie offenbart wird, durchzuführen.
Ein HEV-Batteriesystem kann eine Batteriemanagementstrategie umsetzen, die Werte schätzt, die die vorliegende Betriebsbedingung der Batterie und/oder einer oder mehrerer Batteriezellen beschreibt. Zu den Betriebsbedingungen des Batteriesatzes und/oder einer oder mehrerer Zellen zählen der Batterieladezustand, -leistungsschwund, -kapazitätsschwund und die augenblicklich verfügbare Leistung. Die Batteriemanagementstrategie kann zum Schätzen von Werten in der Lage sein, wenn die Zellen über die Lebensdauer des Satzes altern. Die präzise Schätzung einiger Parameter kann die Leistung und Robustheit verbessern und kann letztlich die nutzbare Lebensdauer des Batteriesatzes verlängern. Für das hier beschriebene Batteriesystem kann die Schätzung einiger Batteriesatz- und/oder -zellparameter, wie nachstehend erörtert wird, realisiert werden.
1 zeigt ein typisches Hybrid-Elektrofahrzeug. Ein typisches Hybrid-Elektrofahrzeug 2 kann einen oder mehrere Elektromotoren 4 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 6 verbunden sind. Zusätzlich ist das Hybridgetriebe 6 mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 8 verbunden. Das Hybridgetriebe 6 ist ebenfalls mechanisch mit einer Antriebswelle 10 verbunden, die mechanisch mit den Rädern 12 verbunden ist. In einer anderen Ausführungsform, die in der Veranschaulichung nicht gezeigt wird, kann das Hybridgetriebe ein Automatikgetriebe sein, das wenigstens eine Elektromaschine enthalten kann. Die Elektromotoren 4 können Antriebs- und Entschleunigungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 8 ein- oder ausgeschaltet ist. Die Elektromotoren 4 fungieren ebenfalls als Generatoren und können Vorteile hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit bereitstellen, indem sie Energie, die im Friktionsbremssystem normalerweise als Wärme verloren gehen würde, zurückgewinnen. Die Elektromotoren 4 können auch reduzierte Schadstoffemissionen bereitstellen, weil das Hybrid-Elektrofahrzeug 2 unter gewissen Bedingungen im Elektromodus betrieben werden kann.
Ein Batteriesatz 14 kann, ohne darauf beschränkt zu sein, eine Traktionsbatterie mit einer oder mehreren Batteriezellen enthalten, die Energie speichern, die von den Elektromotoren 4 verwendet werden kann. Typischerweise stellt der Fahrzeugbatteriesatz 14 eine Hochspannungs-Gleichstromausgabe bereit und ist mit einem leistungselektronischen Modul 16 elektrisch verbunden. Das leistungselektronische Modul 16 kann mit einem oder mehreren Steuermodulen kommunizieren, aus denen ein Fahrzeugrechnersystem 22 besteht. Das Fahrzeugrechnersystem 22 kann mehrere Fahrzeugmerkmale, -systeme und/oder -subsysteme steuern. Das eine oder die mehreren Module können, ohne darauf beschränkt zu sein, ein Batteriemanagementsystem enthalten. Das leistungselektronische Modul 16 ist ebenfalls mit den Elektromotoren 4 elektrisch verbunden und stellt die Fähigkeit zum bidirektionalen Energietransfer zwischen dem Batteriesatz 14 und den Elektromotoren 4 bereit. Zum Beispiel kann ein typischer Batteriesatz 14 eine Gleichspannung bereitstellen, während die Elektromotoren 4 zum Funktionieren möglicherweise dreiphasigen Wechselstrom benötigen. Das leistungselektronische Modul 16 kann die Gleichspannung in einen dreiphasigen Wechselstrom umwandeln, wie er von den Elektromotoren 4 benötigt wird. In einem Energierückgewinnungsmodus wird das leistungselektronische Modul 16 den dreiphasigen Wechselstrom aus den Elektromotoren 4, die als Generatoren fungieren, in die vom Batteriesatz 14 benötigte Gleichspannung umwandeln.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb kann der Batteriesatz 14 Energie für andere Elektrosysteme des Fahrzeugs bereitstellen. Ein typisches System kann ein Gleichspannungswandlermodul 18 enthalten, das die Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe des Batteriesatzes 14 in eine Niederspannungs-Gleichstrom-Versorgung umwandelt, die kompatibel mit anderen Fahrzeugverbrauchern ist. Andere Hochspannungsverbraucher können direkt, ohne die Verwendung eines Gleichspannungswandlermoduls 18, verbunden sein. In einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch mit einer 12-V-Batterie 20 verbunden.
Der Batteriesatz 14 kann vom leistungselektronischen Modul 16 gesteuert werden, das Befehle aus einem Fahrzeugrechnersystem 22 mit einem oder mehreren Steuermodulen aufnehmen kann. Das eine oder die mehreren Steuermodule können, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, ein Batteriesteuermodul enthalten. Das eine oder die mehreren Steuermodule können zum Steuern des Batteriesatzes 14 unter Verwendung eines Batteriemodellparameter-Schätzverfahrens kalibriert werden, das einen effektiven Batterieinnenwiderstand im Sinne eines Mittelwerts während des Betriebs schätzt, um die Batterieleistungsfähigkeit zu bestimmen. Die Leistungsfähigkeitsprognose ermöglicht es dem Batteriesatz 14, Über-Aufladung und Über-Entladung zu verhindern, die zur Reduzierung der Lebensdauer der Batterie, zu Leistungsproblemen mit dem Fahrzeugantriebsstrang usw. führen könnten.
Das/die Batterieparameterprognoseverfahren und/oder -strategie können beim Bestimmen von Batteriestromgrenzwerten und -leistungsfähigkeit in Echtzeit (d. h. während des Betriebs) helfen. Viele Batterieparameterschätzprozesse werden durch die Wiedergabetreue von Batteriemodellen und unvorhersehbare Umgebungsbedingungen oder unerwartetem Rauschen während der Batterieoperationen beeinflusst. Das/die Fahrzeug-Batteriemessverfahren/-strategie kann das Ersatzschaltungsmodell verwenden, das eine oder mehrere Widerstand-Kondensator-(RC-)Schaltungen in verschiedenen Konfigurationen verwendet, um den Batteriesatz im Fahrzeug zu messen, um die elektrochemische Impedanz während des Betriebs zu gewinnen.
Die Kalibrierung zum Steuern des Batteriesatzes kann unter Verwendung mehrerer Tabellen erfolgen, um einen weiten Frequenzbereich zu erfassen, der die Impedanz des Batteriesatzes und seine korrelierenden Dynamiken beeinflusst. Das Befüllen/Kalibrieren der mehreren Tabellen erfordert konsequente Ausführung von Offline-Prüfen des Batteriesatzes in einer Prüfeinrichtung unter Verwendung komplexer Algorithmen. Ein Beispiel für das Offline-Prüfen eines Batteriesatzes ist die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS), die umgesetzt werden kann, um über weite Frequenzbereiche die Batteriesystemcharakterisierung zu erfassen, zu der Batterietemperatur, Batterieladezustand, Batterieentladezustand und/oder Batterieverwendung zählen können.
Ein Fahrzeug-Batteriemessverfahren kann umgesetzt werden, um die Notwendigkeit von umfangreichem Offline-Prüfen auszuschließen. Das Fahrzeug-Batteriemessverfahren kann eine oder mehrere einfache Ersatzschaltungen verwenden, um den Batteriesatz im Fahrzeug zu messen, um die elektrochemische Impedanz während des Betriebs zu gewinnen. Das Fahrzeug-Batteriemessverfahren kann im Vergleich zur EIS einen höheren Rauschpegel aufweisen, allerdings kann es wertvolle Informationen zur Charakterisierung des Batterie-Einschwingverhaltens während des Fahrzeugbetriebs bereitstellen.
2 ist ein Schaltplan einer einfachen Ersatzschaltung zum Modellieren einer Batterie. Die Schaltung kann eine Batterie modellieren, die einen Batteriesatz und/oder eine oder mehrere Batteriezellen enthält. Das einfache Ersatzschaltungsmodell 200 enthält in diesem Beispiel ein Randles-Schaltungmodell. Die Randles-Schaltung (z. B. eine RC-Schaltung) besteht aus einem aktiven Elektrolytwiderstand r₁ 202 in Reihe mit der Parallelkapazität C 204 und einem aktiven Ladungsverschiebungswiderstand r₂ 206. Die Randles-Schaltung gestattet die Messung der Anschlussspannung v_t 212, der Batterieleerlaufspannung v_OC 214, der internen Batteriespannung v₁ 216 und der Spannung der RC-Schaltung v₂ 210. Die Randles-Schaltung kann in einem HEV-Batteriemanagementsystem umgesetzt werden, um prädiktive Berechnungen für einen oder mehrere Batterieparameter bereitzustellen.
Das HEV-Batteriemanagementsystem kann das Randles-Schaltungsmodell umsetzen, um Batteriemessungen zur Berechnung der elektrochemischen Impedanz aufzunehmen und um auf Basis der Impedanz die Batterieparameter zu schätzen. Zu den geschätzten Batterieparametern können schwankende Trajektorien zählen, die sich erhöhen, wenn sich das Fahrzeug in gewissen Systemmodi befindet, einschließlich Auflademodus, Charge-Sustaining-Modus oder Charge-Depleting-Modus. Bei Verwendung einer Randles-Schaltung und/oder anderer RC-Schaltungskonfigurationen zum Schätzen dieser Parameter neigen diese Batterieparameter dazu, gegenüber internem und externem Rauschen und Umgebungsbedingungen empfindlich zu sein.
Ein System kann die Batteriemesswerte aufnehmen, um die Batterieleistungsfähigkeit unter Verwendung einer Modellparameterschätzung zu berechnen, die einen effektiven Batterieinnenwiderstandsschätzwert im Sinne eines Mittelwerts während des Fahrzeugbetriebs (z. B. Echtzeitbetrieb) enthalten kann. Die Batterieleistungsfähigkeit wird von der Impedanz des Batteriesatzes und seinen korrelierenden Dynamiken beeinflusst. Das Batteriemodellparameterschätzverfahren kann Batteriemessungen im Fahrzeug beinhalten, um die elektrochemische Impedanz unter Verwendung eines Extended Kalman Filters und anderer Berechnungen/Algorithmen zum Berechnen der Batterieleistungsfähigkeit zu gewinnen, die nachstehend ausführlicher beschrieben werden.
Die Leistungsfähigkeit einer Batterie kann durch interne Zustände bestimmt werden und kann abgeleitet werden, indem einzig externe Systemausgaben verwendet werden. Die Berechnungen können verbessert werden und der bzw. die geschätzten Parameter können weniger empfindlich gegenüber Rauschen sein, indem mittel- bis hochfrequente Dynamiken (wie weiter in 3 gezeigt wird) von den Dynamiken des Gesamtfrequenzbereichs getrennt werden. In Folge davon werden die Batteriedynamiken, die direkt mit der Leistungsfähigkeitsschätzung in Beziehung stehen, anhand der getrennten mittel- bis hochfrequenten Dynamiken geschätzt. Langsame Dynamiken und augenblickliche Dynamiken werden durch den in Echtzeit abgleichenden Innenwiderstand dargestellt. Die Batterieleistungsgrenzwerte mit konstantem Widerstand können direkt mit der niedrigen Frequenz in Beziehung stehen. Mit anderen Worten: Die niedrige Frequenz kann einen stationären Zustand der Batteriedynamiken darstellen.
Ein Batteriemanagementsystem kann auf der Umsetzung eines Randles-Schaltungsmodells basieren, damit genug Rechengeschwindigkeit bereitgestellt wird, die für das Batteriemanagementsystem zu managen ist, ohne dass zusätzliche Hardware eingeführt wird und/oder ohne dass die Systemkomplexität erhöht wird. Das Ersatzschaltungsmodell 200 kann die Berechnung von prädiktiven Batteriesystemparametern gestatten, einschließlich der Impedanz des Batteriesatzes, des Innenwiderstands und seiner korrelierenden Dynamiken.
Die Umsetzung einer oder mehrerer Offline-Prüfungen einschließlich EIS stellt Batteriesystemcharakterisierung über weite Frequenzbereiche bereit. Die Umsetzung von EIS kann lange Entwicklungszeiten für eine Anwendung und zusätzliche Hardware während der Entwicklung des HEV-Batteriesatzes erfordern. Für das Batteriemanagementsystem ist es von Vorteil, wenn ein HEV über Batterieleistungsfähigkeitsprognose in Echtzeit während des Fahrzeugbetriebs verfügt.
Die Charakterisierung des Batteriesystems kann unter Verwendung eines vereinfachten Ansatzes für direkte Batteriemessungen in einem HEV unter Verwendung einer oder mehrerer Ersatzschaltungen berechnet werden. Das System kann die Batteriestromeingänge und die Batterieanschlussspannung unter Verwendung einer oder mehrerer RC-Schaltungen (z. B. Randles-Schaltung) messen. Die Messwerte können in einem oder mehreren Steuermodulen in dem Fahrzeugrechnersystem, das das Batterieenergie-Steuermodul enthält, aufgezeichnet, berechnet und gespeichert werden.
Das HEV kann ein Offline-Kalibrierverfahren und/oder ein Online-Steuerverfahren zum Steuern des Batteriesatzes aufweisen. Beim Verwenden eines Hochpassfilters, eines Tiefpassfilters, eines Bandpassfilters und/oder einer Kombination daraus enthält das Offline- und/oder Online-Verfahren zum Kalibrieren des Batteriesatzes möglicherweise keinen Signalprozessor zum Trennen der gemessenen Batterieantworten. Beim Verwenden des einen oder der mehreren Filter und/oder eines digitalen Filters, der einen oder mehrere Filter umfasst, kann die Modellparameterschätzung die aufgenommenen, gemessenen Batterieantworten auf die Signale im mittel- bis hochfrequenten Bereich und auf die stationären und langsamen Dynamikteile trennen. Mit Verwenden von Online-Schätzverfahren, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, dem Extended Kalman Filter, kann das Verfahren augenblickliche Stromgrenzwerte und Leistungsfähigkeit mit verbesserter Robustheit berechnen.
3 ist ein Graph 300, der eine EIS-Nyquist-Kurvenbeschreibung einer Batterie veranschaulicht. Der EIS-Nyquist-Kurvenbeschreibungsgraph 300 weist eine x-Achse auf, die den Realteil der Impedanz 304 darstellt, und eine y-Achse, die den Imaginärteil der Impedanz 302 darstellt. Die Kurve 306 veranschaulicht eine gemessene Impedanz der Batterie über einer Bandbreite von Frequenzen. Der Bereich der Frequenzantworten des Systems kann die Energiespeicher- und -verlusteigenschaften der Batterie zeigen.
Der EIS-Nyquist-Kurvenbeschreibungsgraph 300 kann Informationen über den Reaktionsmechanismus eines elektrochemischen Prozesses für die Batterie zeigen, einschließlich unterschiedlicher Reaktionsschritte, die bei gewissen Frequenzen dominieren können. Die Frequenzantwort bei den unterschiedlichen Reaktionsschritten kann helfen, die Leistung begrenzenden Schritte zu identifizieren. Die Kurve 306 kann die langsame Batteriedynamikantwort darstellen, die von Diffusionsprozessen an den Feststoffpartikeln der Elektroden-Aktivmaterialien und von Polarisationsprozessen über die Zellenstärke verursacht wird. Die augenblicklichen Antworten werden durch den Innenwiderstandsterm r₁ 314 bestimmt. Die Dynamikantworten, die durch eine mittlere bis hohe Frequenz 310 dargestellt werden, bestimmen hauptsächlich die Leistungsfähigkeit mit Berücksichtigung der Batteriedynamiken. Zur Leistungsfähigkeit können, ohne darauf beschränkt zu sein, die maximale Aufladeleistung und die maximale Entladeleistung zählen. Die langsamen Dynamiken, die durch eine niedrige Frequenz 312 dargestellt werden, und die augenblicklichen Dynamiken, die durch r₁ 314 dargestellt werden, werden als der in Echtzeit abgleichende Innenwiderstand im einfachen Randles-Schaltungsmodell modelliert.
Der EIS-Nyquist-Kurvenbeschreibungsgraph 300 veranschaulicht eine direkte physikalische Interpretation des Batteriesystems unter Verwendung einer oder mehrerer Ersatzschaltungen. Der Graph 300 erfasst die Batteriedynamikantworten 308, die verwendet werden können, um die augenblickliche Batterieleistungsfähigkeit des Batteriesystems zu schätzen. Die Dynamikantworten 308 können verwendet werden, um die mittlere bis hohe Frequenz 310 zu erfassen, die im Verhältnis zur kinetischen Hemmung beider Elektroden steht.
Ein Fahrzeug-Batteriemessverfahren kann das Filtern der gemessenen Batterieantworten umsetzen, so dass es die mittlere bis hohe Frequenz 310 von der niedrigen Frequenz 312 trennt. Das Verfahren kann in der Lage sein, die Dynamikantwort 308 des Systems zu bestimmen, während es die niedrige Frequenz 312 unter Verwendung eines oder mehrerer Filter ausschließt.
Die 4A–4C sind schematische Darstellungen von Filtern, die zur Signalverarbeitung gemessener Batterieantworten verwendet werden. Das Fahrzeug-Batteriemessverfahren kann einen oder mehrere Filter aufweisen, die verwendet werden, um auf Basis einer Schwellenfrequenz mittlere bis hohe Frequenzen und niedrige Frequenzen aus den gemessenen Antworten zu filtern. 4A stellt einen Hochpassfilter 404 dar, der verwendet wird, um die mittleren bis hohen Frequenzantwortsignale aus dem Batteriesystem weiterzuleiten. Der Hochpassfilter 404 kann auf Basis einer Schwellenfrequenz die niedrigen Frequenzantwortsignale aus dem Fahrzeug-Batteriemessverfahren ausschließen.
Das Fahrzeug-Batteriemessverfahren, das einen Hochpassfilter verwendet, kann eine Eingangsspannung 402 enthalten, die die Differenz zwischen der Anschlussspannung und der Batterieleerlaufspannung ist. Die Eingangsspannung 404 wird zum Hochpassfilter 404 gesendet, um die mittleren bis hohen Frequenzen von den niedrigen Frequenzen zu trennen. Die Hochpassfilterausgabe Vhf 406 ist die Systemspannung, die mittlere bis hohe Frequenzen aufweist. Die Hochpassfilterausgabe Vhf 406 kann verwendet werden, um einen oder mehrere Modellparameter zu bestimmen, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, einen aktiven Ladungstransferwiderstand und die Spannung des Ersatzschaltungsmodells.
Die Eingangsspannung 402 kann auch verwendet werden, um die Systemspannung, die niedrige Frequenzen aufweist, unter Verwendung der Hochpassfilterausgabe 406 zu bestimmen. Die Systemspannung, die die niedrigen Frequenzen v_lf 408 aufweist, ist die Differenz zwischen der Eingangsspannung 402 und der Hochpassfilterausgabe V_hf 406. Die Systemspannung niedrige Frequenz V_lf 408 kann verwendet werden, um einen oder mehrere Modellparameter zu bestimmen, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, den aktiven Elektrolytwiderstand des Ersatzschaltungsmodells.
4B stellt einen Tiefpassfilter 414 dar, der verwendet wird, um die niederfrequenten Antwortsignale aus dem Batteriesystem weiterzuleiten. Der Tiefpassfilter 414 kann auf Basis einer Schwellenfrequenz die mittel- bis hochfrequenten Antwortsignale vom Fahrzeug-Batteriemessverfahren ausschließen.
Das Fahrzeug-Batteriemessverfahren, das einen Tiefpassfilter 414 verwendet, kann eine Eingangsspannung 412 beinhalten, die die Differenz zwischen der Anschlussspannung und der Batterieleerlaufspannung ist. Die Eingangsspannung 412 wird zum Tiefpassfilter 414 gesendet, um die niedrigen Frequenzen von den mittleren bis hohen Frequenzen zu trennen. Die Tiefpassfilterausgabe V_lf 416 ist die Systemspannung, die niedrige Frequenzen aufweist. Die Tiefpassfilterausgabe V_lf 416 kann verwendet werden, um einen oder mehrere Modellparameter zu bestimmen, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, den aktiven Elektrolytwiderstand des Ersatzschaltungsmodells.
Die Eingangsspannung 412 kann auch verwendet werden, um die Systemspannung, die hohe Frequenzen 306 aufweist, unter Verwendung der Tiefpassfilterausgabe 416 zu bestimmen. Die Systemspannung, die die hohen Frequenzen V_hf 418 aufweist, ist die Differenz zwischen der Eingangsspannung 412 und der Tiefpassfilterausgabe V_lf 416. Die Systemspannung hohe Frequenz V_hf 418 kann verwendet werden, um einen oder mehrere Modellparameter zu bestimmen, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, den aktiven Ladungstransferwiderstand und die Spannung des Ersatzschaltungsmodells.
4C stellt einen digitalen Filter 422 dar, der verwendet werden kann, um die gewünschte Signalverarbeitung der gemessenen Batterieantworten zu realisieren. In einer Ausführungsform kann der digitale Filter 422 die Form eines Filters mit unendlicher Impulsantwort (IIR, Infinite Impuls Response) oder eines Filters mit endlicher Impulsantwort (FIR, Finite Impulse Response) aufweisen. Der digitale Filter 422 kann einen Satz von Spezifikationen enthalten, die mittlere bis hohe Frequenzen von den niedrigen Frequenzen filtern können. Der Satz von Spezifikationen, die mittlere bis hohe Frequenzen von den niedrigen Frequenzen filtern können, kann eine Schwellenfrequenz enthalten.
Zum Beispiel kann der digitale Filter ein Eingangssignal 424 aufnehmen und eine oder mehrere Rückkopplungs-/Mitkopplungsstrecken mit wenigstens einer Summenbildung und einer oder mehreren Einheitsverzögerungen 426 enthalten. Der Ausgang Y(z) 428 des digitalen Filters kann die folgende Gleichung aufweisen:
wobei gilt: Y(z) ist das Ausgangssignal, b(i) sind die Mitkopplungsfilterkoeffizienten, a(i) sind die Rückkopplungsfilterkoeffizienten und X(z) ist das Eingangssignal.
Das Fahrzeug-Batteriemessverfahren kann Batterieparameter auf Basis der getrennten Frequenzantworten schätzen, die aus dem einen oder den mehreren Filtern aufgenommen werden. Das Messverfahren kann die Batterieparameter unter Verwendung einer oder mehrerer Ersatzschaltungen modellieren. Die eine oder die mehreren Ersatzschaltungen können ein Randles-Schaltungsmodell beinhalten, das durch die folgenden Gleichungen dargestellt wird: v₁ = r₁i (2a) wobei gilt: v₁ 216 ist die Spannung über dem Widerstand r₁ 202, der ein aktiver Elektrolytwiderstand (oder ein Innenwiderstand) ist, und i 208 ist der Strom, der die Schaltung anregt.
wobei gilt: v .₂ 210 ist die Spannung über der RC-Schaltung, die aus r₂ 206 und C 204 besteht, i 208 ist der Strom, der die Schaltung anregt, und r₂ 206 und C 204 stellen Batteriedynamiken dar, die sich während des Fahrzeugbetriebs ändern.
Die geschätzten Batterieparameter, die auf der getrennten Frequenz basieren, können durch die folgenden Gleichungen dargestellt werden: z = v_OC – v_t (3) wobei gilt: z ist die Differenz zwischen der Batterieleerlaufspannung v_OC 214 und der Anschlussspannung v_t 212. v₁(k) = (1 – H(k))z(k) (4) wobei gilt: v₁(k) sind die gefilterten Batteriespannungsantworten, die eine niedrige Frequenzkomponente aufweisen, und H(k) ist die Übertragungsfunktion des Hochpassfilters. Weiterhin ist v₁(k) der Spannung über r₁ zugeordnet. v₂(k) = H(k)z(k) (5) wobei gilt: v₂(k) sind die gefilterten Batteriespannungsantworten, die eine mittlere bis hohe Frequenzkomponente aufweisen, und v₂(k) ist der Spannung über der RC-Schaltung zugeordnet.
Auf Basis der oben genannten Gleichungen werden die Batteriemodellparameter r₂ und C unter Verwendung eines Extended Kalman-Filters (EKF) geschätzt, und r₁ wird unter Verwendung der gefilterten Spannungsantwort in Gleichung (4) und des Batterieeingangsstroms geschätzt.
Der EKF zum Schätzen von Batteriemodellparametern wird aus der diskretisierten Form der Gleichung (2b) und der Gleichung (5) wie folgt formuliert:
wobei gilt: Δt ist der Zeitschritt.
Ein erweiterter Zustandsvektor wird in der folgenden Gleichung gezeigt: X = [v₂ r₂ C]^T (7)
Ein neuer Ausdruck der Gleichung (6) unter Verwendung des erweiterten Zustandsvektors X wird in der folgenden Jacobi-Matrixgleichung gezeigt:
wobei gilt: F_k ist die Systemmatrix zum Beschreiben von Systemdynamiken und von Modellparameteränderungen.
Ein neuer Ausdruck der Gleichung (5) unter Verwendung des erweiterten Zustandsvektors X wird in der folgenden Gleichung gezeigt:
wobei gilt: H_k ist die Ausgangsmatrix zum Berechnen einer Systemantwort.
Der EFK schätzt die Batteriemodellparameter durch die Prognose- und Aktualisierungsschritte. Der Eingangsstrom i_k wird an den Algorithmus am spezifischen Betriebspunkt übertragen, um es dem System zu gestatten, die Batterieparameter zu dieser Zeitvariante zu prognostizieren. Die Modellparameter werden verwendet, um die Spannungsantwort zu prognostizieren, wenn während eines Zeitraums ein konstanter Strom eingespeist wird. Auf Basis der oben genannten Gleichungen und der bekannten EKF-Variablen kann die aktualisierte Filtergleichung jetzt den nächsten Zustand der Batterieleistungsfähigkeiten unter Verwendung der prognostizierten Kovarianzgleichungen wie folgt prognostizieren:
wobei gilt: (9a) ist eine aus der Funktion f abgeleitete Jacobi-Matrix, k – 1 ist der Zeitpunkt, zu dem die Jacobi-Matrix berechnet wird, P ist eine Kovarianzmatrix des Zustandsschätzfehlers und F_k-1 beinhaltet die neuen Parameter, die eine physikalische Beziehung zwischen den Batterieparametern und den Systemdynamiken aufweisen.
Nachdem das Batteriemanagementsystem die Batterieleistungsfähigkeit prognostiziert hat, kann das System das Batteriemanagementsystem mit dem neuen Batteriemesswert aktualisieren. Der neue Messwert basiert auf der prognostizierten Batterieleistungsfähigkeit und der folgenden Gleichung:
wobei gilt: h(x ^k|k-1) ist die Schätzung der Messung. Die y_k-Messung des Batteriesystems wird aufgenommen und zur Verwendung beim Aktualisieren des neuen prognostizierten Batteriemesswerts übertragen.
Die folgende Gleichung ist der Zwischenschritt, um die Kalman-Verstärkung K_k zu berechnen:
Die Gleichung, die zum Bestimmen der Kalman-Verstärkung K_k verwendet wird, lautet wie folgt:
wobei die Kalman-Verstärkung den aktualisierten Zustandsvektor x ^_k|k aus K_ky ~ wie folgt bestimmt:
Die Kovarianz eines Zustandsschätzfehlers steht in der folgenden Gleichung:
Falls das Batteriemanagementsystem aktiviert ist, zum Beispiel, wenn sich das Fahrzeug noch in einem Schlüssel-Ein-Zustand befindet, kann das System weiter den aktualisierten Kalman-Filter mit den eingebrachten Variablen verwenden, um die Leistungsfähigkeit der Batterie in Echtzeit zu prognostizieren und zu aktualisieren.
5 ist ein Flussdiagramm eines Algorithmus zum Identifizieren eines oder mehrerer Batterieparameter, die in einem Batteriemanagementverfahren 500 verwendet werden. Das Verfahren 500 wird unter Verwendung von Software-Code, der im Fahrzeugsteuermodul enthalten ist, umgesetzt. In anderen Ausführungsformen wird das Verfahren 500 in anderen Fahrzeug-Controllern umgesetzt oder auf mehrere Fahrzeug-Controller aufgeteilt.
Wiederum mit Bezug auf 5: Auf das Fahrzeug und seine in 1 und in 2 veranschaulichten Komponenten wird in der Erörterung des Verfahrens 500 durchweg Bezug genommen, um das Verständnis verschiedener Aspekte der vorliegenden Offenbarung zu erleichtern. Das Verfahren 500 zum Steuern der Batterieparameterprognose im Hybridelektrofahrzeug kann durch Folgendes umgesetzt werden: einen Computer-Algorithmus, maschinenausführbaren Code oder Software-Befehle, die in einer bzw. mehreren geeigneten programmierbaren Logikeinrichtung(en) des Fahrzeugs programmiert sind, wie zum Beispiel im Fahrzeugsteuermodul, im Hybrid-Steuermodul, in einem anderen Controller in Kommunikation mit dem Fahrzeugrechnersystem oder in einer Kombination daraus. Obwohl die verschiedenen im Flussdiagramm gezeigten Schritte in einer chronologischen Abfolge aufzutreten scheinen, können wenigstens einige der Schritte in einer anderen Reihenfolge vorkommen, und einige Schritte können gleichzeitig oder gar nicht durchgeführt werden.
Im Schritt 502, während eines Schlüssel-Ein-Ereignisses, das das Einschalten des Fahrzeugs gestattet, kann das Fahrzeugrechnersystem beginnen, eines oder mehrere Module hochzufahren. Das Hochfahren des einen oder der mehreren Module kann bewirken, dass zum Batteriemanagementsystem in Beziehung stehende Variablen im Schritt 504 initialisiert werden, bevor einer oder mehrere zum Steuern der Batterie verwendete Algorithmen aktiviert werden.
Die initialisierten Parameter können vorbestimmte Werte oder beim letzten Schlüssel-Aus-Ereignis gespeicherte Werte sein. Bevor die Algorithmen bei einem Schlüssel-Ein-Ereignis aktiviert werden, sollten die Parameter initialisiert werden. Zum Beispiel kann das Batteriemanagementverfahren mehrere Variablen initialisieren, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, die Batterieanschlussspannung, Stromgrenzwerte und/oder andere batteriebezogene Parameter.
In 506 kann das System die Batteriespannungsausgänge und -stromeingänge unter Verwendung verschiedener Sensorarten messen. Sobald das System die Batteriespannungsantworten und die -strommessungen aufgenommen hat, kann das System die aufgenommenen Signale verarbeiten, um im Schritt 508 die mittel- bis hochfrequenten von den niederfrequenten Signalen zu trennen.
Zum Beispiel kann das System, mit Verwenden eines oder mehrerer Filter, die gemessene Spannung filtern, um die mittleren bis hohen Frequenzen von den niedrigen Frequenzen auszukoppeln. Die mittleren bis hohen Frequenzen und die niedrigen Frequenzen können verwendet werden, um zugehörige Parameter des Ersatzschaltungsmodells entsprechend zu bestimmen. Die mittleren bis hohen Frequenzen können verwendet werden, um die Batteriedynamiken zu berechnen, die sich während des Fahrzeugbetriebs ändern. Die Batteriedynamiken, die sich während des Fahrzeugbetriebs ändern, werden durch die RC-Schaltung im Ersatzschaltungsmodell dargestellt. Die niedrigen Frequenzen können verwendet werden, um den aktiven Elektrolytwiderstand (oder den Innenwiderstand) des Batteriemodells zu berechnen.
Im Schritt 510 kann der geschätzte Innenwiderstand r₁ unter Verwendung der niedrigen Frequenzen berechnet werden, die vom System unter Verwendung eines oder mehrerer Filter verarbeitet worden sind. Das System kann den Innenwiderstand r₁ mit der gefilterten Spannungsantwort in Gleichung (4) unter Verwendung der niederfrequenten Signale, die von einem oder mehreren Filtern (z. B. Hochpassfilter, Tiefpassfilter usw.) verarbeitet worden sind, und dem Batterieeingangsstrom schätzen.
Im Schritt 512 werden die Modellparameter r₂ und C in der RC-Schaltung unter Verwendung des Extended Kalman Filters (EKF) geschätzt, der in Gleichung (6) formuliert ist. Der in Gleichung (7) gezeigte erweiterte Zustandsvektor kann auf die Jacobi-Matrix in Gleichung (8) angewandt werden. Auf Basis der oben genannten Gleichungen und der bekannten EKF-Variablen kann die aktualisierte Filtergleichung jetzt den nächsten Zustand der Batterieleistungsfähigkeiten unter Verwendung der prognostizierten Kovarianzgleichungen prognostizieren, wie es in Gleichung (9) und Gleichung (10) angegeben ist.
Falls das System im Schritt 514 ein Schlüssel-Aus-Ereignis detektiert, kann das System den einen oder die mehreren Algorithmen beenden, die zum Managen des Batteriesatzes und/oder der einen oder der mehreren Batteriezellen verwendet werden. Das Fahrzeugrechnersystem kann im Schritt 516 einen Schlüssel-Aus-Modus aufweisen, um es dem System zu gestatten, einen oder mehrere Parameter in nichtflüchtigem Speicher zu speichern, so dass diese Parameter vom System für das nächste Schlüssel-Ein-Ereignis verwendet werden können.
6 stellt Graphen 600 dar, die einen Vergleich von Batteriemodellparameterschätzergebnissen in der RC-Schaltung veranschaulichen. Die oberen Graphen 601, 603 weisen eine x-Achse auf, die die Zeit 602 (in Sekunden) darstellt, und eine y-Achse, die den Widerstandswert von r₁ 604 in Ohm darstellt. Die unteren Graphen 605, 607 weisen eine x-Achse auf, die die Zeit 602 (in Sekunden) darstellt, und eine y-Achse, die Tau (τ) 610 darstellt.
Der vorhergehende Ansatz ohne die Verwendung eines Filters wird im Graphen 601 durch Zuordnen der langsamen Dynamiken zu der RC-Schaltung veranschaulicht, die ebenfalls dafür konzipiert ist, die mittleren bis hohen Dynamiken darzustellen. Der Graph 601 des Ansatzes des vorher geschätzten r₁ veranschaulicht die Parameterdaten 606, bei der keine Trennung im Frequenzraum verwendet wird. Eine RC-Schaltung im Ersatzschaltungsmodell kann aufgrund ihrer inhärenten Begrenzung mehrfache Zeitkonstanten nicht erfassen (d. h. langsame Dynamiken und schnelle Dynamiken werden möglicherweise nicht zum gleichen Zeitpunkt dargestellt). Mit anderen Worten: Eine RC-Schaltung weist eine Zeitkonstante zur Darstellung von Dynamiken auf. Wenn folglich weite Frequenzkomponentenbereiche von einer RC-Schaltung abgedeckt werden sollten, können die identifizierten Modellparameter oder die Zeitkonstante 612 in der RC-Schaltung instabil sein oder sich zu sehr ändern, wie im Graphen 605 gezeigt wird.
Der im Graphen 603 veranschaulichte, vorgeschlagene Ansatz, ordnet die langsamen Dynamiken dem Innenwiderstand zu, und lediglich die mittlere bis hohe Frequenzkomponente wird der RC-Schaltung zugeordnet. Die Signaltrennung im Frequenzraum stellt gefilterte Informationen zum Identifizieren des Innenwiderstands und der Modellparameter in der RC-Schaltung getrennt bereit. Der Echtzeit-Anpassungsalgorithmus, wie zum Beispiel ein EKF, kann die langsamen Dynamiken erfassen, während der Innenwiderstand identifiziert wird. Die Modellparameter in der RC-Schaltung werden getrennt identifiziert. Demzufolge sind die identifizierten Dynamiken, die durch die im Graphen 605 veranschaulichte Zeitkonstante 614 dargestellt werden, sehr viel stabiler als beim vorherigen Ansatz, wie im Graphen 612 gezeigt wird.
Der Graph 603 des Ansatzes des vorher geschätzten r₁ veranschaulicht die aktualisierten Parameterdaten 608, bei denen die Trennung im Frequenzraum verwendet wird. Die aktualisierten Parameterdaten 608 gestatten es dem System, das Batteriedynamikverhalten durch Filtern der mittleren bis hohen Frequenzantworten zu erfassen, um verbesserte Batterieleistungsfähigkeitsparameter zu identifizieren. Der unter Verwendung des vorgeschlagenen Ansatzes identifizierte r₁ enthält langsame Dynamiken. Demzufolge kann der r₁ ein Ersatzinnenwiderstand sein, der langsame Dynamiken der Batterie enthält.
Die in diesem Beispiel offenbarte identifizierte Zeitkonstante liegt bei etwa 0,1 Sekunden, wie es in den unteren Graphen 605, 607 dargestellt wird. Die identifizierte Zeitkonstante ist stabil, und der Wert ist gut auf die Ladungsübertragungsdynamiken in Lithiumionen-Batterien abgestimmt. Die langsamen Dynamiken werden durch den in Echtzeit abgeglichen r₁ erfasst, der in den oberen Graphen 601, 603 veranschaulicht wird. Im Allgemeinen ist die Batterieleistungsfähigkeit während der nächsten paar Sekunden entscheidend, so dass das offenbarte Verfahren die Batteriedynamiken, die für die Batterieleistungsfähigkeitsprognose wichtig sind, mit Berücksichtigung von langsamer Änderung der Innenimpedanz erfassen kann, was zu einer verbesserten Prognosegenauigkeit führt. Zum Beispiel kann das Verfahren die maximale verfügbare Entladeleistung auf Basis der Trennung im Frequenzraum erfassen.
Obwohl oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen, durch die Ansprüche erfassten Formen beschreiben. Die in der Patentbeschreibung verwendeten Ausdrücke dienen eher der Beschreibung als der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben wurde, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen zwar als Vorteile bietend oder bevorzugt gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften beschrieben worden sein könnten, ist es für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass zwischen einem oder mehreren Merkmalen oder einer oder mehreren Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden können, um die gewünschten Gesamtsystemmerkmale zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzungsform abhängig sind. Zu diesen Merkmalen können Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebensdauerkosten, Absatzfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. zählen, sind aber nicht darauf beschränkt. Von daher liegen Ausführungsformen, die hinsichtlich eines oder mehrerer Charakteristika als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder 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: einen Batteriesatz; und wenigstens einen Controller, der für Folgendes programmiert ist: Ausgeben von Parameterwerten, die einen Innenwiderstand des Batteriesatzes angeben, die auf Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes mit Frequenzanteilen kleiner als eine Schwellenfrequenz basieren, Ausgeben von Parameterwerten, die eine Innenimpedanz des Batteriesatzes angeben, die auf Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes mit Frequenzanteilen größer als die Schwellenfrequenz basieren, und Steuern des Betriebs des Batteriesatzes basierend auf den Parameterwerten.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der Innenwiderstand ein aktiver Elektrolytwiderstand des Batteriesatzes ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Innenimpedanz eine Kapazität und einen aktiven Ladungstransferwiderstand des Batteriesatzes enthält.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Schwellenfrequenz auf elektrochemischen Charakteristika des Batteriesatzes basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Controller weiterhin dazu programmiert ist, einen frequenzselektiven Filter anzuwenden, um eines von Folgenden zu gewinnen: (i) die Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes mit Frequenzanteilen größer als die Schwellenfrequenz oder (ii) die Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes mit Frequenzanteilen kleiner als die Schwellenfrequenz.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei der wenigstens eine Controller weiterhin dazu programmiert ist, die jeweils anderen der Folgenden zu erzeugen: (i) der Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes mit Frequenzanteilen größer als die Schwellenfrequenz und (ii) der Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes mit Frequenzanteilen kleiner als die Schwellenfrequenz, auf Basis einer Differenz zwischen einer Eingangsspannung des Batteriesatzes und der einen von Folgenden: (a) der Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes mit Frequenzanteilen größer als die Schwellenfrequenz oder (b) der Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes mit Frequenzanteilen kleiner als die Schwellenfrequenz.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Controller weiterhin dazu programmiert ist, auf Basis der Parameterwerte eine maximale Entladeleistung, die während vorbestimmter Zeiträume verfügbar ist, auszugeben.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Controller weiterhin dazu programmiert ist, auf Basis der Parameterwerte eine maximale Aufladeleistung, die während vorbestimmter Zeiträume verfügbar ist, auszugeben.
Batteriemanagementverfahren, das Folgendes umfasst: Ausgeben von Parameterwerten, die einen Innenwiderstand des Batteriesatzes angeben und die auf Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes mit Frequenzanteilen kleiner als eine Schwellenfrequenz basieren, Ausgeben von Parameterwerten, die eine Innenimpedanz des Batteriesatzes angeben und die auf den Anschlussspannungsdaten mit Frequenzanteilen größer als die Schwellenfrequenz basieren, und Steuern des Betriebs eines Batteriesatzes basierend auf den Parameterwerten.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Innenwiderstand ein aktiver Elektrolytwiderstand des Batteriesatzes ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Innenimpedanz eine aufgeladene Kapazität und einen aktiven Ladungswiderstand des Batteriesatzes enthält.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Schwellenfrequenz auf elektrochemischen Charakteristika des Batteriesatzes basiert.
Verfahren nach Anspruch 9, das weiterhin das Anwenden eines frequenzselektiven Filters umfasst, um eines von Folgenden zu gewinnen: (i) die Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes mit Frequenzanteilen größer als die Schwellenfrequenz oder (ii) die Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes mit Frequenzanteilen kleiner als die Schwellenfrequenz.
Verfahren nach Anspruch 13, das weiterhin das Erzeugen der jeweils anderen von Folgenden umfasst: (i) der Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes mit Frequenzanteilen größer als die Schwellenfrequenz und (ii) der Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes mit Frequenzanteilen kleiner als die Schwellenfrequenz, auf Basis einer Differenz zwischen einer Eingangsspannung des Batteriesatzes und dem einen von Folgenden: (a) der Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes mit Frequenzanteilen größer als die Schwellenfrequenz oder (b) der Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes mit Frequenzanteilen kleiner als die Schwellenfrequenz.
Verfahren nach Anspruch 9, das weiterhin das Ausgeben einer maximalen Entladeleistung, die während vorbestimmter Zeiträume verfügbar ist, auf Basis der Parameterwerte oder einer maximalen Aufladeleistung, die während vorbestimmter Zeiträume verfügbar ist, auf Basis der Parameterwerte umfasst.
Hybridantriebsstrangsystem, das Folgendes umfasst: einen Batteriesatz, der eine oder mehrere Batteriezellen aufweist; und wenigstens einen Controller, der für Folgendes programmiert ist: Umsetzen eines Modells des Batteriesatzes, Filtern von Anschlussspannungsdaten des Batteriesatzes in hochfrequente Anteile mit Frequenzen größer als ein Schwellenwert und in niederfrequente Anteile mit Frequenzen kleiner als der Schwellenwert, Ausgeben von Parameterwerten, die einen Innenwiderstand des Batteriesatzes angeben und die auf den niederfrequenten Anteilen basieren, Ausgeben von Parameterwerten, die eine Innenimpedanz des Batteriesatzes angeben und die auf den hochfrequenten Anteilen basieren, und Steuern des Betriebs des Batteriesatzes als Reaktion auf prognostizierte verfügbare Batterieleistung, die aus den Parameterwerten abgeleitet wird.
Hybridantriebsstrangsystem nach Anspruch 16, wobei der Innenwiderstand ein aktiver Elektrolyt ist.
Hybridantriebsstrangsystem nach Anspruch 16, wobei die Innenimpedanz eine Kapazität und einen aktiven Ladungstransferwiderstand enthält.
Hybridantriebsstrangsystem nach Anspruch 16, wobei die prognostizierte verfügbare Batterieleistung eine maximale Entladeleistung enthält, die während vorbestimmter Zeiträume verfügbar ist.