DE102015202555A1

DE102015202555A1 - Erzeugen einer schätzanforderung für ein aktives batteriesystem

Info

Publication number: DE102015202555A1
Application number: DE102015202555.1A
Authority: DE
Inventors: Yonghua Li; Hai Yu
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2015-02-12
Publication date: 2015-08-20
Also published as: CN104859473B; US9272634B2; US20150231982A1; CN104859473A

Abstract

Hybridelektrofahrzeuge und reine Elektrofahrzeuge umfassen eine Traktionsbatterie. Während eines Fahrzeugbetriebs können die Impedanzparameter der Traktionsbatterie geschätzt werden. Zum Sicherstellen von genauen Schätzergebnissen können bestimmte Kriterien einer dauerhaften Erregung erfüllt werden. Diese Bedingungen können nicht immer erfüllt werden, was dazu führt, dass eine aktive Erregung der Traktionsbatterieleistungsnachfrage gestartet wird. Der Aufruf der aktiven Batterieerregung kann auf einer Schwankung der Schätzungen von Batterieparametern und einem Alter der zuletzt ausgeführten Schätzung der Batterieparameter beruhen. In dem Maße, in dem die Schwankung der Parameterschätzung zunimmt, kann die Zeit zwischen den Anforderungen für eine aktive Erregung abnehmen.

Description

Diese Anmeldung bezieht sich allgemein auf das Schätzen von Traktionsbatterieparametern.
Hybridelektrofahrzeuge und reine Elektrofahrzeuge sind auf eine Traktionsbatterie angewiesen, um die Leistung für den Antrieb bereitzustellen. Um einen optimalen Betrieb des Fahrzeugs sicherzustellen, können verschiedene Eigenschaften der Traktionsbatterie überwacht werden. Eine nützliche Eigenschaft ist das Batterieleistungspotential, das anzeigt, wie viel Leistung die Batterie zu einem gegebenen Zeitpunkt liefern oder aufnehmen kann. Eine weitere nützliche Eigenschaft ist der Batterieladezustand, der die Menge der in der Batterie gespeicherten Ladung anzeigt. Die Batterieeigenschaften sind wichtig für das Steuern des Betriebs der Batterie während des Ladens/Entladens, das Aufrechterhalten sicherer Betriebsgrenzen für die Batterie und den Ladungsausgleich zwischen den Zellen der Batterie.
Die Batterieeigenschaften können direkt oder indirekt gemessen werden. Die Batteriespannungen und -ströme können direkt mithilfe von Sensoren gemessen werden. Andere Batterieeigenschaften können es erforderlich machen, dass ein oder mehrere Parameter der Batterie zuerst geschätzt werden. Die geschätzten Parameter können Widerstände, Kapazitäten und Spannungen umfassen, die der Traktionsbatterie zugehörig sind. Die Batterieeigenschaften können dann aus den geschätzten Batterieparametern berechnet werden. Im Stand der Technik stehen viele Konzepte zum Schätzen von Batterieparametern zur Verfügung, einschließlich eines Kalman-Filtermodells, um die Modellparameter rekursiv zu schätzen.
Ein Antriebsstrangsteuersystem für ein Fahrzeug umfasst mindestens eine Steuereinheit, die so programmiert ist, dass aufgrund einer Schwankung der Schätzungen eines Batterieparameters und aufgrund eines Alters einer zuletzt ausgeführten Schätzung des Batterieparameters eine Batterie so erregt wird, dass mindestens eine Frequenzkomponentenamplitude einer Batterieleistungsnachfrage innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eine vorbestimmte Größe überschreitet, ohne die Beschleunigung des Fahrzeugs zu beeinträchtigen, wenn die Frequenzkomponenten innerhalb des vorbestimmten Bereichs geringer als die vorbestimmte Größe sind. Die Zeit zwischen den Erregungen kann abnehmen, wenn die Schwankung zunimmt. Die mindestens eine Steuereinheit kann außerdem so programmiert sein, dass die Batterie außerdem aufgrund eines Alters der Batterie erregt wird. Die Zeit zwischen den Erregungen kann zunehmen, wenn das Alter der Batterie zunimmt. Die Schwankung kann auf einer Standardabweichung von vorher gelernten Schätzungen eines Batterieparameters beruhen. Die mindestens eine Steuereinheit kann außerdem so programmiert sein, dass der Batterieparameter geschätzt wird, wenn die mindestens eine Frequenzkomponentenamplitude der Batterieleistungsnachfrage innerhalb des vordefinierten Bereichs die vorbestimmte Größe überschreitet. Die mindestens eine Steuereinheit kann außerdem so programmiert sein, dass der Batterieparameter bei einer Vielzahl von Werten des Ladezustands und der Temperatur geschätzt wird.
Ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs kann ein Erregen einer Traktionsbatterie umfassen, ohne die Beschleunigung des Fahrzeugs zu beeinträchtigen, sodass mindestens eine Frequenzkomponentenamplitude einer Batterieleistungsnachfrage innerhalb eines vordefinierten Bereichs eine vorbestimmte Größe aufgrund einer Schwankung eines Batterieparameters und aufgrund eines Alters einer zuletzt ausgeführten Schätzung des Batterieparameters überschreitet. Die Zeit zwischen den Erregungen kann abnehmen, wenn die Schwankung zunimmt. Das Erregen der Traktionsbatterie kann außerdem auf einem Alter der Traktionsbatterie beruhen. Die Zeit zwischen den Erregungen kann zunehmen, wenn das Alter der Traktionsbatterie zunimmt. Die Schwankung kann auf einer Standardabweichung einer Vielzahl von vorher gelernten Schätzungen des Batterieparameters beruhen. Das Verfahren kann außerdem ein Schätzen des Batterieparameters, wenn mindestens eine Frequenzkomponentenamplitude innerhalb des vordefinierten Bereichs die vorbestimmte Größe überschreitet, und ein Betreiben der Traktionsbatterie gemäß der Schätzung des Batterieparameters umfassen.
Ein Fahrzeug kann eine Traktionsbatterie und mindestens eine Steuereinheit umfassen, die so programmiert ist, dass aufgrund einer Schwankung der Schätzungen eines Batterieparameters und aufgrund eines Alters einer zuletzt ausgeführten Schätzung des Batterieparameters die Traktionsbatterie so erregt wird, dass mindestens eine Frequenzkomponentenamplitude einer Batterieleistungsnachfrage innerhalb eines vordefinierten Bereichs eine vorbestimmte Größe überschreitet, ohne die Beschleunigung des Fahrzeugs zu beeinträchtigen. Die Zeit zwischen den Erregungen kann abnehmen, wenn die Schwankung zunimmt. Die mindestens eine Steuereinheit kann außerdem so programmiert sein, dass die Traktionsbatterie aufgrund eines Alters der Traktionsbatterie erregt wird, und wobei die Zeit zwischen den Erregungen zunehmen kann, wenn das Alter der Traktionsbatterie zunimmt. Die mindestens eine Steuereinheit kann außerdem so programmiert sein, dass der Batterieparameter geschätzt wird, wenn die mindestens eine Frequenzkomponentenamplitude der Batterieleistungsnachfrage innerhalb eines vorbestimmten Bereichs die vorbestimmte Größe überschreitet. Der vorbestimmte Bereich und die vorbestimmte Größe können durch die Impedanzparameter der Traktionsbatterie definiert werden.
1 zeigt ein Blockschaubild eines Hybridfahrzeugs, das typische Antriebs- und Energiespeicherkomponenten darstellt.
2 ist ein Schaubild einer möglichen Anordnung eines Batteriesatzes, der aus mehreren Zellen besteht und von einem Batterieenergiesteuermodul überwacht und gesteuert wird.
3 ist ein Schaltbild eines beispielhaften gleichwertigen Schaltkreises einer Batteriezelle.
4 ist eine grafische Darstellung einer möglichen Beziehung einer Leerlaufspannung (Voc) zu einem Batterieladezustand (SOC) für eine typische Batteriezelle.
5 ist ein Ablaufplan eines möglichen Verfahrens zum Berechnen einer Batteriekapazität, das eine aktive Erregung der Traktionsbatterie einbezieht.
6 ist ein Ablaufplan eines möglichen Verfahrens zum Schätzen von Batterieparametern, das eine aktive Erregung der Traktionsbatterie verwendet.
7 ist ein Schaubild, das mögliche Leistungsflüsse darstellt, die eine aktive Erregung der Traktionsbatterie beschreiben.
8 ist ein Ablaufplan eines möglichen Verfahrens zum Ausführen eines Ladungsausgleichs zwischen den Zellen mithilfe einer aktiven Erregung der Traktionsbatterie.
Hier werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, dass die offenbarten Ausführungsformen nur Beispiele sind und weitere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet; einige Merkmale können stark vergrößert oder verkleinert sein, um Einzelheiten der speziellen Komponenten zu zeigen. Daher dürfen die hier offenbarten spezifischen strukturellen und funktionellen Einzelheiten nicht als Einschränkung interpretiert werden, sondern nur als eine typische Grundlage, um dem Fachmann zu erläutern, wie er die vorliegende Erfindung in verschiedener Weise einsetzen kann. Wie der Fachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Ausführungsformen bereit. Für spezielle Anwendungen und Umsetzungen können jedoch zahlreiche Kombinationen und Veränderungen der Merkmale erwünscht sein, die mit den Lehren dieser Offenbarung im Einklang stehen.
1 zeigt ein typisches Steckdosenhybridelektrofahrzeug (Plug-in Hybrid-Electric Vehicle, PHEV). Ein typisches Steckdosenhybridelektrofahrzeug 12 kann einen oder mehrere Elektromotoren 14 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 16 verbunden sind. Die Elektromotoren 14 sind in der Lage, als ein Motor oder als ein Generator betrieben zu werden. Das Hybridgetriebe 16 ist außerdem mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 18 verbunden. Das Hybridgetriebe 16 ist auch mechanisch mit einer Antriebswelle 20 verbunden, die ihrerseits mechanisch mit den Rädern 22 verbunden ist. Die Elektromotoren 14 können eine Antriebs- und Bremsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 18 an- oder ausgeschaltet wird. Die Elektromotoren 14 dienen auch als Generatoren und sie können die Vorzüge einer Kraftstoffeinsparung bereitstellen, indem Energie zurückgewonnen wird, die normalerweise als Wärme in dem Reibungsbremssystem verloren gehen würde. Die Elektromotoren 14 können auch die Fahrzeugabgasemissionen verringern, indem dem Verbrennungsmotor 18 erlaubt wird, bei effizienteren Drehzahlen betrieben zu werden, und dem Hybridelektrofahrzeug 12 erlaubt wird, unter bestimmten Bedingungen im Elektromodus bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 18 betrieben zu werden.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriesatz 24 speichert Energie, die von den Elektromotoren 14 verwendet werden kann. Ein Fahrzeugbatteriesatz 24 stellt typischerweise einen Ausgang mit einem Hochvoltgleichstrom bereit. Die Traktionsbatterie 24 ist elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen verbunden. Ein oder mehrere Schütze 42 können, wenn sie geöffnet werden, die Traktionsbatterie 24 von anderen Komponenten isolieren und, wenn sie geschlossen sind, die Traktionsbatterie 24 mit anderen Komponenten verbinden. Ein Leistungselektronikmodul 26 ist auch elektrisch mit den Elektromotoren 14 verbunden und stellt die Fähigkeit bereit, Energie in beiden Richtungen zwischen der Traktionsbatterie 24 und den Elektromotoren 14 zu übertragen. Eine typische Traktionsbatterie 24 kann zum Beispiel eine Gleichspannung bereitstellen, während die Elektromotoren 14 einen Dreiphasenwechselstrom benötigen können, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die Gleichspannung in einen Dreiphasenwechselstrom wandeln, wie er von den Elektromotoren 14 benötigt wird. In einem Rückspeisemodus kann das Leistungselektronikmodul 26 den Dreiphasenwechselstrom von den Elektromotoren 14, die als Generatoren dienen, in die Gleichspannung wandeln, die von der Traktionsbatterie 24 benötigt wird. Die hier vorliegende Beschreibung ist in gleicher Weise auf reine Elektrofahrzeuge anwendbar. Für ein reines Elektrofahrzeug kann das Hybridgetriebe 16 eine Gangschaltung sein, die mit einem Elektromotor 14 verbunden ist, und der Verbrennungsmotor 18 muss nicht vorhanden sein.
Außer dem Bereitstellen von Energie für den Antrieb, kann die Traktionsbatterie 24 auch Energie für andere elektrische Systeme des Fahrzeugs bereitstellen. Zu einem typischen System kann ein DC/DC-Wandlermodul 28 gehören, das den Hochvoltgleichstromausgang der Traktionsbatterie 24 in eine Niedrigvoltgleichstromversorgung wandelt, die mit anderen Fahrzeuglasten kompatibel ist. Andere Hochvoltlasten wie zum Beispiel Verdichter und Elektroheizungen können direkt, ohne die Verwendung eines DC/DC-Wandlermoduls 28 an den Hochvoltstrom angeschlossen werden. Die Niedrigvoltsysteme können mit einer Zusatzbatterie 30 (z. B. einer 12-V-Batterie) elektrisch verbunden sein.
Das Fahrzeug 12 kann ein Elektrofahrzeug oder ein Steckdosenhybridfahrzeug sein, bei dem die Traktionsbatterie 24 mittels einer externen Stromquelle 36 wieder aufgeladen werden kann. Die externe Stromquelle 36 kann eine Verbindung zu einer Steckdose sein. Die externe Stromquelle 36 kann mit der Versorgungsausrüstung eines Elektrofahrzeugs (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) 38 elektrisch verbunden werden. Die EVSE 38 kann eine Schaltung und Steuerelemente bereitstellen, um die Energieübertragung zwischen der Stromquelle 36 und dem Fahrzeug 12 zu regeln und zu verwalten. Die externe Stromquelle 36 kann der EVSE 38 einen Gleich- oder Wechselstrom bereitstellen. Die EVSE 38 kann einen Ladestecker 40 für das Anschließen an einen Ladeanschluss 34 des Fahrzeugs 12 aufweisen. Der Ladeanschluss 34 kann eine beliebige Art eines Anschlusses sein, um Strom von der EVSE 38 an das Fahrzeug 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder einem integrierten Stromwandlermodul 32 verbunden werden. Das Stromwandlermodul 32 kann den Strom aufbereiten, der von der EVSE 38 geliefert wird, um der Traktionsbatterie 24 die geeigneten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Stromwandlermodul 32 kann über eine Schnittstelle mit der EVSE 38 verbunden sein, um die Stromversorgung zum Fahrzeug 12 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 40 kann Stifte aufweisen, die zu den entsprechenden Vertiefungen des Ladeanschlusses 34 passen. Alternativ können zahlreiche Komponenten, die als elektrisch verbunden beschrieben werden, einen Strom mithilfe einer drahtlosen Gegeninduktion übertragen.
Eine oder mehrere Radbremsen 44 können bereitgestellt werden, um das Fahrzeug 12 abzubremsen und um eine Bewegung des Fahrzeugs 12 zu verhindern. Die Radbremsen 44 können hydraulisch, elektrisch oder in einer Kombination davon betätigt werden. Die Radbremsen 44 können ein Teil des Bremssystems 50 sein. Das Bremssystem 50 kann weitere Komponenten umfassen, die erforderlich sind, um die Radbremsen 44 zu betreiben. Der Einfachheit halber zeigt die Figur eine einzige Verbindung zwischen dem Bremssystem 50 und einer der Radbremsen 44. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 50 und den anderen Radbremsen 44 ist impliziert. Das Bremssystem 50 kann eine Steuereinheit umfassen, um das Bremssystem 50 zu überwachen und zu koordinieren. Das Bremssystem 50 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 44 steuern, um den erwünschten Betrieb zu erreichen. Das Bremssystem 50 kann auf Fahreranweisungen reagieren und es kann auch selbstständig funktionieren, um Merkmale wie zum Beispiel eine Stabilitätskontrolle umzusetzen. Die Steuereinheit des Bremssystems 50 kann ein Verfahren zum Anwenden einer angeforderten Bremskraft umsetzen, wenn sie von einer anderen Steuereinheit oder Unterfunktion angefordert wird.
Eine oder mehrere elektrische Lasten 46 können mit dem Hochvoltbus verbunden sein. Die elektrischen Lasten 46 können eine zugehörige Steuereinheit aufweisen, welche die elektrischen Lasten 46 bei Bedarf betreibt. Beispiele elektrischer Lasten 46 können ein Heizungsmodul oder ein Klimaanlagenmodul sein.
Die verschiedenen erörterten Komponenten können eine oder mehrere zugehörige Steuereinheiten aufweisen, um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Steuereinheiten können Daten über einen seriellen Bus (z. B. einen CAN-Bus, Controller Area Network bus), oder über diskrete Leitungen übertragen. Außerdem kann eine Systemsteuereinheit 48 vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Eine Traktionsbatterie 24 kann aus einer Vielfalt chemischer Zusammensetzungen aufgebaut sein. Typische chemische Zusammensetzungen eines Batteriesatzes können Bleisäure, Nickelmetallhydrid (NiMH) oder Lithiumionen sein. 2 zeigt einen typischen Traktionsbatteriesatz 24 in einer einfachen Reihenkonfiguration von N Batteriezellen 72. Andere Batteriesätze 24 können jedoch aus einer Anzahl von einzelnen Batteriezellen bestehen, die in Reihe oder parallel oder einer Kombination davon geschaltet sind. Ein typisches System kann eine oder mehrere Steuereinheiten aufweisen, wie zum Beispiel ein Batterieenergiesteuermodul (Battery Energy Control Module, BECM) 76, das die Leistungsfähigkeit der Traktionsbatterie 24 überwacht und steuert. Das BECM 76 kann mehrere Pegeleigenschaften des Batteriesatzes wie zum Beispiel den Batteriesatzstrom 78, die Batteriesatzspannung 80 und die Batteriesatztemperatur 82 überwachen. Das BECM 76 kann einen nichtflüchtigen Speicher aufweisen, sodass Daten gesichert werden, wenn sich das BECM 76 in einer ausgeschalteten Bedingung befindet. Die gesicherten Daten stehen bei dem nächsten Schlüsseleinschaltzyklus zur Verfügung.
Außer den Pegeleigenschaften des Batteriesatzes können Pegeleigenschaften der Batteriezellen 72 vorhanden sein, die gemessen und überwacht werden. Zum Beispiel können die Klemmenspannung, der Klemmenstrom und die Klemmentemperatur von jeder Zelle 72 gemessen werden. Ein System kann ein Sensormodul 74 verwenden, um die Eigenschaften der Batteriezellen 72 zu messen. Abhängig von den Fähigkeiten kann das Sensormodul 74 die Eigenschaften von einer oder mehreren Batteriezellen 72 messen. Der Batteriesatz 24 kann bis zu N_c Sensormodule 74 verwenden, um die Eigenschaften aller Batteriezellen 72 zu messen. Jedes Sensormodul 74 kann die Messungen zur weiteren Verarbeitung und Koordination an das BECM 76 übertragen. Das Sensormodul 74 kann Signale in analoger oder digitaler Form an das BECM 76 übertragen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Funktionalität des Sensormoduls 74 intern in das BECM 76 eingebunden sein. Dies bedeutet, dass die Hardware des Sensormoduls 74 als ein Teil der Schaltlogik in das BECM 76 integriert sein kann und dass das BECM 76 das Verarbeiten der Rohsignale erledigen kann.
Es kann nützlich sein, verschiedene Eigenschaften des Batteriesatzes zu berechnen. Größen wie das Batterieleistungspotential und der Batterieladezustand können nützlich sein zum Steuern des Betriebs sowohl des Batteriesatzes als auch jeder elektrischen Last, die eine Stromversorgung von dem Batteriesatz empfängt. Das Batterieleistungspotential ist ein Maß für die maximale Leistungsmenge, die von der Batterie bereitgestellt werden kann, oder für die maximale Leistungsmenge, die von der Batterie empfangen werden kann. Eine Kenntnis des Batterieleistungspotentials erlaubt es, die elektrischen Lasten so zu verwalten, dass sich die angefragte Leistung in Grenzen bewegt, die von der Batterie bewältigt werden können.
Der Ladezustand (State Of Charge, SOC) des Batteriesatzes gibt einen Hinweis darauf, wie viel Ladung in dem Batteriesatz vorhanden ist. Der Batteriesatz-SOC kann ausgegeben werden, um den Fahrer ähnlich wie bei einer Kraftstoffanzeige zu informieren, wie viel Ladung in dem Batteriesatz vorhanden ist. Der Batteriesatz-SOC kann auch verwendet werden, um den Betrieb eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridelektrofahrzeugs zu steuern. Eine Berechnung des Batteriesatz-SOC kann mit einer Vielfalt von Verfahren erreicht werden. Ein mögliches Verfahren zum Berechnen eines Batterie-SOC ist ein Ausführen einer Integration des Batteriesatzstroms über einen Zeitraum. Dies ist im Stand der Technik allgemein als Amperestundenintegration bekannt. Ein möglicher Nachteil dieses Verfahrens ist, dass die Strommessung verrauscht sein kann. Mögliche Ungenauigkeiten bei dem Ladezustand können aufgrund der Integration dieses verrauschten Signals mit der Zeit auftreten.
Eine Batteriezelle kann als ein Schaltkreis modelliert werden. 3 zeigt ein mögliches gleichwertiges Schaltkreismodell (Equivalent Circuit Model, ECM) einer Batteriezelle. Eine Batteriezelle kann als eine Spannungsquelle (Voc) 100 modelliert werden, die zugehörige Widerstände (102 und 104) und eine Kapazität 106 aufweist. Die Voc 100 stellt die Leerlaufspannung der Batterie dar. Das Modell umfasst einen internen Widerstand r1 102, einen Ladungsübertragungswiderstand r2 104 und eine Doppelschichtkapazität C 106. Die Spannung V1 112 ist der Spannungsabfall über dem internen Widerstand 102 aufgrund des Stroms 114, der durch den Schaltkreis fließt. Die Spannung V2 110 ist der Spannungsabfall über der parallelen Kombination von r2 und C aufgrund des Stroms 114, der durch die Kombination fließt. Die Spannung Vt 108 ist die Spannung über den Batterieklemmen (Klemmenspannung).
Aufgrund der Batteriezellenimpedanz kann die Klemmenspannung Vt 108 nicht gleich der Leerlaufspannung Voc 100 sein. Es kann sein, dass die Leerlaufspannung Voc 100 nicht einfach messbar ist, da nur die Klemmenspannung 108 für eine Messung zugänglich ist. Wenn kein Strom 114 während eines ausreichend langen Zeitraums fließt kann die Klemmenspannung 108 gleich der Leerlaufspannung 100 sein. Ein ausreichend langer Zeitraum kann erforderlich sein, um der internen Dynamik der Batterie zu erlauben, einen stationären Betrieb zu erreichen. Wenn ein Strom 114 fließt, kann es sein, dass Voc 100 nicht einfach messbar ist und es kann erforderlich sein, den Wert aufgrund des Schaltkreismodells abzuleiten. Die Impedanzparameterwerte r1, r2 und C können bekannt oder unbekannt sein. Die Werte der Parameter können von der chemischen Zusammensetzung der Batterie abhängig sein.
Für eine typische Lithium-Ionen-Batteriezelle besteht eine Beziehung zwischen dem SOC und der Leerlaufspannung (Voc), sodass Voc = f(SOC) ist. 4 zeigt eine typische Kurve 124, welche die Leerlaufspannung Voc als eine Funktion des SOC zeigt. Die Beziehung zwischen dem SOC und der Voc kann aus einer Analyse der Batterieeigenschaften oder einem Prüfen der Batteriezellen ermittelt werden. Die Funktion kann derart sein, dass der SOC als f^–1(Voc) berechnet werden kann. Die Funktion der inversen Funktion kann als ein Tabellenabruf oder eine gleichwertige Gleichung innerhalb der Steuereinheit umgesetzt werden. Die genaue Form der Kurve 124 kann aufgrund der genauen Zusammensetzung der Lithium-Ionen-Batterie variieren. Die Spannung Voc ändert sich als eine Folge des Ladens und Entladens der Batterie. Der Term df(SOC)/dSOC stellt die Steigung der Kurve 124 dar.
Die Batterieimpedanzparameter r1, r2, und C können sich in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Batterie ändern. Die Werte können als eine Funktion der Batterietemperatur variieren. Die Widerstandswerte r1 und r2 können abnehmen, wenn die Temperatur ansteigt, und die Kapazität C kann zunehmen, wenn die Temperatur ansteigt. Die Werte können auch vom Ladezustand der Batterie abhängig sein.
Die Batterieimpedanzparameter r1, r2, und C können sich auch während der Lebensdauer der Batterie ändern. Die Widerstandswerte können während der Lebensdauer der Batterie zunehmen. Die Zunahme des Widerstands kann als eine Funktion der Temperatur und des Ladezustands während der Lebensdauer der Batterie variieren. Höhere Batterietemperaturen können zeitabhängig eine größere Zunahme des Batteriewiderstands verursachen. Der Widerstand einer Batterie, die über einen Zeitraum bei 80°C betrieben wird, kann zum Beispiel mehr zunehmen als der Widerstand einer Batterie, die bei 50°C betrieben wird. Bei einer konstanten Temperatur kann der Widerstand einer Batterie, die bei einem 50%-Ladezustand betrieben wird, mehr zunehmen, als der Widerstand einer Batterie, die bei einem 90%-Ladezustand betrieben wird. Diese Beziehungen können abhängig sein von der chemischen Zusammensetzung der Batterie.
Ein Stromversorgungssystem eines Fahrzeugs, das konstante Werte der Batterieimpedanzparameter verwendet, kann andere Batterieeigenschaften wie zum Beispiel den Ladezustand nur ungenau berechnen. In der Praxis kann es wünschenswert sein, die Werte der Impedanzparameter während des Betriebs des Fahrzeugs zu schätzen, sodass Änderungen bei den Parametern kontinuierlich in Betracht gezogen werden. Es kann ein Modell verwendet werden, um die verschiedenen Impedanzparameter der Batterie zu schätzen.
Das Modell kann das gleichwertige Schaltkreismodell aus 3 sein. Die maßgeblichen Gleichungen für das gleichwertige Modell können wie folgt gegeben sein:
wobei Q die Batteriekapazität ist, η der Lade/Entlade-Wirkungsgrad ist, i der Strom ist, V .₂ die zeitabhängige Ableitung von V2 und V ._OC die zeitabhängige Ableitung von Voc ist und dVoc/ dSOC die SOC-abhängige Ableitung von Voc ist.
Ein Kombinieren der Gleichungen (1) bis (3) liefert folgende Gleichungen:
Eine Beobachtung der Gleichungen (4) und (5) kann wie folgt ausgedrückt werden:
wobei

Vt(t) die gemessene Klemmenspannung der Zellen ist,
V ^_t(t) eine Schätzung der Klemmenspannung der Zellen ist,
V ^_oc eine Schätzung der Leerlaufspannung der Zellen ist,
V ^₂ eine Schätzung der Spannung über dem kapazitiven Element ist, und
L eine Korrekturmatrix ist, die so gewählt wird, dass die Fehlerdynamik unter allen Bedingungen stabil ist.

Das obige Modell stellt eine Schätzung der Leerlaufspannung und der Spannung über dem kapazitiven Netzwerk des ECM bereit. Da sich der Beobachtungsfehler Null nähert, können die Schätzungen als ausreichend genau betrachtet werden. Das obige Modell stützt sich auf Impedanzparameterwerte wie zum Beispiel r1, r2 und C. Mit dem Ziel, dass das Modell genau ist, kann es erforderlich sein, dass die Parameterwerte mit einer ausreichenden Genauigkeit bekannt sind. Da die Parameterwerte im Laufe der Zeit variieren können, kann es wünschenswert sein, die Parameterwerte zu schätzen.
Eine mögliche Darstellung des Lernmodells für die Batterieparameter gemäß der obigen Beschreibung kann wie folgt aussehen:
Ein auf einem Kalman-Filter beruhendes Konzept zum rekursiven Schätzen von Parametern kann verwendet werden, um die Impedanzparameter (r1, r2, C) aus der Beobachtung der Gleichungen (6) und (7) zu schätzen. Eine diskretisierte Form dieser Parameter kann als eine Funktion der Systemzustände wie folgt ausgedrückt werden:
Das rekursive Schätzen von Parametern mit einem Kalman-Filter kann erreicht werden, indem die Gleichung (8) in folgender Form ausgedrückt wird: Y(k) = Φ^T(k)·Θ(k) (10) wobei auf Φ als der Regressor Bezug genommen wird und Θ der Parametervektor ist. Das Konzept zum Schätzen mit einem Kalman-Filter kann dann durch die folgenden Gleichungen ausgedrückt werden:
wobei Θ ^(k + 1) die Schätzung des Parameters aus Gleichung (8) ist, K, Q und P wie gezeigt berechnet werden und R₁ und R₂ Konstanten sind. Nachdem die Parameter mithilfe des Kalman-Filteralgorithmus berechnet wurden, können die Parameter in den Gleichungen (6) und (7) verwendet werden, um eine Schätzung der Zustandsvariablen zu erhalten. Sobald Voc geschätzt ist, kann der Wert des SOC gemäß 4 ermittelt werden. Weitere Konzepte zum Schätzen von Parametern wie zum Beispiel eine Schätzung der kleinsten Quadrate kann auch verwendet werden.
Die obige Parameterschätzung erfordert einen Wert von Voc. Voc kann aus der Gleichung (3) berechnet werden. Nachdem die Batterie im Ruhezustand war, können die Klemmenspannung und die Leerlaufspannung am Beginn eines Zündzyklus als gleich betrachtet werden. Eine Messung der Klemmenspannung kann als Startwert für Voc verwendet werden. Die Gleichung (3) kann dann verwendet werden, um die Leerlaufspannung als eine Funktion des Stroms zu schätzen. Sobald angemessen genaue Parameterschätzungen zur Verfügung stehen, kann die aus den Gleichungen (6) und (7) abgeleitete Schätzung der Leerlaufspannung verwendet werden.
Ein mögliches Modell kann den Strom (i) als einen Eingang, die Spannung (V2) als einen Zustand und den Term (Voc – Vt) als einen Ausgang betrachten. Die Batterieimpedanzparameter (r1, r2 und C) oder ihre verschiedenen Kombinationen können auch als Zustände behandelt werden, die identifiziert werden müssen. Sobald die ECM-Parameter der Batterie und andere Unbekannte identifiziert wurden, können der SOC und das Leistungspotential aufgrund von Betriebsgrenzen einer Batteriespannung, eines Batteriestroms und dem aktuellen Batteriezustand berechnet werden.
Verschiedene Werte können für jede einzelne Zelle oder für den gesamten Batteriesatz gemessen werden. Die Klemmenspannung Vt kann zum Beispiel für jede Zelle der Traktionsbatterie gemessen werden. Der Strom i kann für die ganze Traktionsbatterie gemessen werden, da der gleiche Strom durch jede Zelle fließen kann. Verschiedene Konfigurationen des Batteriesatzes können verschiedene Messkombinationen erforderlich machen. Das Schätzmodell kann für jede Zelle ausgeführt werden und die Zellenwerte können dann kombiniert werden, um zu einem Wert für den gesamten Batteriesatz zu gelangen.
Eine weitere mögliche Umsetzung kann einen erweiterten Kalman-Filter (Extended Kalman Filter, EKF) verwenden. Ein EKF ist ein dynamisches System, das von Gleichungen der folgenden Form bestimmt wird: x_k = f(x_k-1, u_k-1, w_k-1) (15) z_k = h(x_k, v_k-1) (16) wobei: x_k den Zustand V2 und die weiteren ECM-Parameter der Batterie umfassen kann; u_k der Eingang (z. B. der Batteriestrom) ist; w_k das Prozessrauschen ist; z_k ein Ausgang (z. B. Voc – Vt) sein kann; und v_k das Messrauschen ist.
Eine mögliche Gruppe von Zuständen für die maßgeblichen Gleichungen für das gleichwertige Modell kann wie folgt gewählt werden:
Die entsprechenden Zustandsraumgleichungen der Gleichungen (1) und (2) können in einem diskreten oder kontinuierlichen Zeitraum in der Form der Gleichungen (3) und (4) ausgedrückt werden. Auf der Grundlage des beschriebenen Systemmodells kann eine Beobachtung gestaltet werden, um die erweiterten Zustände (x1, x2, x3 und x4) zu schätzen. Sobald die Zustände geschätzt wurden, können die Spannung und die Impedanzparameterwerte (V2, r1, r2, und C) als eine Funktion der Zustände wie folgt berechnet werden:
Die vollständige Gruppe der EKF-Gleichungen besteht aus Zeitaktualisierungsgleichungen und Messaktualisierungsgleichungen. Die EKF-Zeitaktualisierungsgleichungen projizieren die Zustands- und Kovarianzschätzung von dem vorhergehenden Zeitschritt in den aktuellen Zeitschritt: X ^ – / k = f(X ^_k-1, u_k-1, 0) (22) P – / k = A_kP_k-1A T / k + W_kQ_k-1W T / k (23) wobei:

X ^ – / k eine a-priori–Schätzung von xk darstellt;
P – / k eine Kovarianzmatrix eines a-priori-Schätzfehlers darstellt;
A_k die Jacobi-Matrix der partiellen Ableitung von f(x, u, w) in Bezug auf x darstellt;
P_k-1 eine Matrix eines a-posteriori-Schätzfehlers des letzten Schritts darstellt;
A T / k eine Transponierte der Matrix Ak darstellt;
W_k die Jacobi-Matrix der partiellen Ableitung von f(x, u, w) in Bezug auf die Variable w des Prozessrauschens darstellt;
Q_k-1 eine Kovarianzmatrix eines Prozessrauschens darstellt und
W T / k eine Transponierte der Martix Wk darstellt.

Die Matrix Ak kann aus einer Gruppe von Zustandsgleichungen aufgebaut werden, indem die Systemgleichungen und die Systemzustände kombiniert werden. Der Eingang u kann in diesem Fall die Strommessung i umfassen.
Die Messaktualisierungsgleichungen korrigieren die Zustands- und die Kovarianzschätzung mit der Messung: K_k = P – / kH T / k(H_kP – / kH T / k + V_kR_kV T / k)^–1 (24) X ^k = X ^ – / k + K_k(z_k – h(x ^ – / k, 0)) (25) P_k = (I – K_kH_k)P – / k (26) wobei: Kk eine EKF–Verstärkung darstellt; Hk die Jacobi-Matrix der partiellen Ableitungen von h in Bezug auf x darstellt; H T / k die Transponierte von Hk ist; Rk eine Kovarianzmatrix des Messrauschens darstellt; Vk die Jacobi-Matrix der partiellen Ableitungen von h in Bezug auf die Variable v des Messrauschens darstellt; zk die gemessenen Ausgangswerte darstellt und V T / k die Transponierte von Vk ist.
In dem EKF-Modell können die Widerstands- und Kapazitätsparameter als langsam variierend angenommen werden und sie können eine Ableitung von Null aufweisen. Das Schätzziel kann sein, die zeitabhängig variierenden Werte der Schaltkreisparameter zu identifizieren. In dem obigen Modell können drei Impedanzparameter identifiziert werden: r1, r2, und C. Umfassendere Modelle können zusätzlich Voc als einen mit der Zeit variierenden Parameter schätzen. Weitere Modellansätze können ein zweites RC-Paar einbinden, um eine langsame und eine schnelle Dynamik für eine Spannungswiederherstellung darzustellen. Diese Ansätze können die Anzahl der Zustände in dem Modell vergrößern. Aufgrund der identifizierten Parameter können dann weitere Batterieeigenschaften berechnet werden oder sie können als Teil des Modells geschätzt werden.
Ein Fachmann kann mit einer gegebenen Gruppe von Modellgleichungen den EKF aufbauen und umsetzen. Das oben beschriebene Gleichungssystem ist ein Beispiel eines Systemmodells für ein Batteriesystem. Andere Ansätze sind möglich und die beschriebenen Verfahren funktionieren gleichermaßen gut mit anderen Ansätzen.
Bei dem obigen Beispiel können i und Vt gemessene Größen sein. Die Größe Voc kann aus den gemessenen Größen und die Parameterschätzungen können aus dem EKF abgeleitet werden. Sobald Voc bekannt ist, kann der Ladezustand auf 4 basierend berechnet werden. Die Kenntnis der obigen Parameter erlaubt es, weitere Batterieeigenschaften zu berechnen.
Es gibt zwei Hauptkategorien von Schätzalgorithmen der Batteriekapazität. Bei der ersten Kategorie beruht die Berechnung auf der Definition von Kapazität: Batteriedurchsatz dividiert durch einen Unterschied der Werte des Ladezustands (SOC). Dieser Ansatz beruht auf einer Kenntnis von zwei separaten SOC-Werten, die unabhängig von der Batteriekapazität erhalten wurden. Die Berechnung kann dann ausgedrückt werden als:
wobei SOCi und SOCf die Ladezustandswerte zu den Zeitpunkten Ti bzw. Tf sind. Der Batteriedurchsatz kann definiert werden als das Integral des Stroms über einen Zeitraum. Wenn das Integral in einer Steuereinheit umgesetzt wird, kann es durch eine Summierung der Stromwerte multipliziert mit der Abtastzeit ersetzt werden.
Im Stand der Technik sind Systeme vorhanden, die den obigen Ansatz verwenden. Bei einem Ansatz aus dem Stand der Technik werden die Ladezustandswerte über zwei Schlüsseleinschalt/Schlüsselausschalt-Zyklen erhalten. Nachdem die Batterie eine ausreichende Zeit im Ruhezustand war, ist es für eine Lithium-Ionen-Batterie allgemein bekannt, dass die Klemmenspannung sehr nahe an der Leerlaufspannung der Batterie liegt (d. h. Vt = Voc). Die Klemmenspannung kann beim Starten gemessen werden und der Ladezustand kann aus der Leerlaufspannung abgeleitet werden (z. B. 4). Der Durchsatz kann über jeden Zündzyklus berechnet und in einem nichtflüchtigen Speicher zur Verwendung beim nächsten Zündzyklus gespeichert werden.
Die Genauigkeit des Kapazitätsdefinitionsansatzes hängt von mehreren Faktoren ab. Um den SOC-Unterschied zu erhalten, ist die Berechnung abhängig von zwei Schlüsseleinschaltzyklen und zwei Schlüsselausschaltzyklen. Die zwei Zündzyklen müssen durch einen ausreichenden Zeitraum voneinander getrennt sein, sodass die Batterie ausreichend Ruhezeit hatte und genügend Stromdurchsatz durch die Batterie geflossen ist. Das Ergebnis hängt außerdem von den Ablesewerten der Schlüsseleinschaltspannung für die Leerlaufspannungswerte ab. Um den Durchsatz zu berechnen, kann eine Stromintegration verwendet werden, welche die Ungenauigkeit des Stromsensors und Fehler der Stromintegration umfasst. Stromlecks während der Schlüsselausschaltperioden müssen nicht berücksichtigt werden. Außerdem können die Temperaturänderungen zwischen den beiden Schlüsselzyklen groß sein. Die Folge dieser Ungenauigkeiten ist, dass es mithilfe eines solchen Ansatzes schwierig sein kann, die Batteriekapazität genau zu berechnen. Insbesondere kleine Änderungen bei der Batteriekapazität können aufgrund dieser Ungenauigkeiten nicht erkennbar sein.
Die Auswirkung der Ungenauigkeit des Spannungssensors auf die Batteriekapazität mithilfe der oben erwähnten Schlüsseleinschalt/Schlüsselausschalt-Zyklen kann wie folgt ausgedrückt werden:
wobei ΔQ der potenzielle Kapazitätsschätzfehler ist, OCV1 und OCV2 die beiden Ablesewerte der Schlüsseleinschalt/Schlüsselausschalt-Spannung sind, bei denen f(OCVx) den SOC bei dieser speziellen Spannung definiert, T die Gesamtzeit ist, die bei der Stromintegration verwendet wird, und ΔV die Ungenauigkeit des Spannungssensors darstellt. df/dV ist die Ableitung der SOC-OCV-Kurve bei dem gegebenen OCV-Wert.
Als ein Beispiel eines ungünstigen Falles wird eine 25-Ah-Zelle mit einer SOC-Änderung von 20% (5-Ah-Durchsatz) betrachtet, wie sie beim Start von zwei separaten Zündzyklen gemessen wird. Unter der Annahme einer Ungenauigkeit des Spannungssensors von 10 mV und einer df/dV von ungefähr 1 liegt der Kapazitätsschätzfehler aufgrund der Ungenauigkeit des Spannungssensors bei ΔQ = 9000 As oder ungefähr 10% der Batteriekapazität.
Die zweite Kategorie von Schätzalgorithmen für die Batteriekapazität lernt die Batteriekapazität aufgrund einer Systemidentifikationstheorie, bei der die Batteriekapazität als ein Teil des Batteriemodells gelernt wird. Der modellgestützte Ansatz weist ebenfalls einige Einschränkungen auf. Normalerweise ist die Batteriekapazität nur eine schwach identifizierbare Variable. Insbesondere wenn viele andere Batterieparameter zusammengefasst werden, macht die geringe Identifizierbarkeit der Batteriekapazität einen modellgestützten Kalman-Filteransatz unpraktisch, wenn die Batteriemessungen durch ein Rauschen, Sensorungenauigkeiten oder Batteriemodellierungsfehler gestört werden. Auf dieser Grundlage kann es wünschenswert sein, die bei der Schätzung der Batteriekapazität auftretenden Fehler zu beseitigen, die durch die Erfassungsfehler der Leerlaufspannung, durch einen nicht berücksichtigten Leckstrom und durch Temperaturänderungen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Antriebszyklen eingeführt werden.
Ein Batteriemodell kann in einer Fahrzeugsteuereinheit im Verlauf der Batterielebensdauer regelmäßig ausgeführt werden. Aufgrund der gelernten Modellparameter kann eine SOC-Beobachtung so gestaltet werden, dass der SOC genau geschätzt werden kann. Die SOC-Beobachtung kann umgesetzt werden und die Parameterschätzungen können erhalten werden.
Es gibt mehrere Ansätze, die angewendet werden können, um zu ermitteln, wann die Batterieparameter geschätzt werden sollten. Ein Ansatz kann sein, die Parameter jederzeit zu lernen. Dieser Ansatz weist jedoch Nachteile auf. Das gleichwertige Schaltkreismodell ist nur eine Näherung des wirklichen Batterieverhaltens. In den Messsignalen können Verzerrungen und Ungenauigkeiten des Sensors vorhanden sein. Diese Faktoren tragen zu den Ungenauigkeiten in der Parameterschätzung bei, insbesondere wenn der Eingang nicht reichhaltig genug ist oder andauernd erregt wird. Ein Eingang ist nicht reichhaltig genug, wenn der Eingang keine geeignete Erregung für die Batterie bereitstellt, um eine genaue Parameterschätzung zu erlauben. Die Reichhaltigkeit oder das Andauern der Erregung kann auch von dem Vorhandensein mehrerer Frequenzen in dem Eingangssignal abhängig sein. Das Eingangssignal für eine Traktionsbatterie kann eine Batterieleistungsnachfrage sein. Bei einem Betrieb mit einem konstanten Strom kann zum Beispiel keine ausreichende Variation zum Bestimmen der dynamischen Eigenschaften des Modells bereitgestellt werden.
Ein weiterer Ansatz kann es sein, die Parameterschätzung zu übergehen, wenn der Eingang als nicht reichhaltig genug betrachtet wird. Eine Beobachtung mit offener Schleife kann verwendet werden, um die Batteriezustandsvariablen während dieser Intervalle zu schätzen. Dieser Ansatz beinhaltet ein Erkennen, wann die Bedingungen nicht reichhaltig genug sind, und kann bessere Schätzungen bereitstellen als der kontinuierliche Lernansatz. Ein Problem bei diesem Ansatz kann jedoch der Effekt eines längeren Zeitraums sein, bei dem der Eingang nicht reichhaltig genug für eine Parameterschätzung ist. Die Beobachtung mit offener Schleife kann anfänglich ausreichend Schätzungen bereitstellen, doch im Laufe der Zeit können die Schätzungen ungenau werden.
Probleme können auftreten, wenn das Batteriesystem für einen längeren Zeitraum unter Bedingungen funktioniert, die nicht reichhaltig genug sind, um die Parameter genau zu lernen. In diesen Situationen können die Parameter über einen langen Zeitraum nicht genau gelernt werden. Die zuletzt gelernten Werte können erheblich von dem wirklichen Wert zum aktuellen Zeitpunkt abweichen. Der Widerstand r1 in dem Schaltkreismodell kann zum Beispiel zunehmen, während die Batterie altert. Dies kann eine unzulässige Zunahme bei dem Fehler des Batterieleistungspotentials verursachen.
Ein weiterer Ansatz kann es sein, die Batterie zu Zwecken der Parameterschätzung aktiv zu erregen. Das System kann versuchen, einen Eingang zur Batterie über eine Drehmomentmodulation oder andere Steuerungsaktionen zu erzeugen, um einen Eingang zu schaffen, der zu Zwecken der Parameterschätzung dauerhaft erregt wird. Die Batterieleistungsnachfrage kann derart sein, dass genügend Frequenzkomponenten so erregt werden, dass eine genaue Parameterschätzung erreicht werden kann. Die Steuerungsaktionen sind idealerweise für den Endbenutzer erkennbar. Zum Beispiel sollte keine der Veränderungen an der Traktionsbatterieleistungsnachfrage die Beschleunigung des Fahrzeugs beeinträchtigen.
Für ein wirksames Lernen der Batterieparameterwerte kann es erforderlich sein, dass die Eingangsbedingungen des Schätzmodells gültig sind. Wenn die gültigen Eingangsbedingungen erfüllt sind, können die Batterieparameterwerte mit einer genügenden Genauigkeit gelernt werden. Wenn keine gültigen Eingangsbedingungen vorhanden sind, kann das Lernen zu ungenauen Werten führen.
Eine Bedingung, die erfüllt werden kann, ist eine dauerhafte Erregungsbedingung. Zum effektiven Schätzen der oben gezeigten Parameter kann eine zugehörige Matrix einer „dauerhaften Erregung” (Persistent Excitation Matrix, PEM) wie folgt definiert werden:
wobei Tpe das Zeitintervall ist, über das die Integration ausgeführt wird. Alternativ können momentane Werte verwendet werde (z. B. indem die Integration in der obigen Gleichung entfernt wird). Die Integration kann für ein Filtern verrauschter Signale hilfreich sein und kann schnelle Änderungen der Signale vermeiden. Die diskrete Form der Gleichung (9) kann auch für den Ansatz der PEM verwendet werden. Zum Beispiel kann Tpe auf 5 Sekunden eingestellt werden, sodass die PEM-Elemente über ein Intervall von 5 Sekunden integriert werden. Damit die Parameterschätzungen genau sind, kann es erforderlich sein, dass die PEM bestimmte positive Semidefinitheiteigenschaften erfüllt. Eine Matrix P ist positiv semidefinit, wenn x^TPx ≥ 0 für alle x ist. Die dauerhafte Erregungsbedingung bedeutet, dass Matrizen, die als (PEM – α₁I) und (α₀I – PEM) berechnet werden, positiv semidefinit sind, wobei I eine Einheitsmatrix ist. Die dauerhafte Erregungsbedingung kann als α₀I ≥ PEM ≥ α₁I ausgedrückt werden, aber es muss sorgfältig vorgegangen werden, da der Ausdruck ein Matrix-Ausdruck und kein skalarer Ausdruck ist. Wenn eine Matrix positiv semidefinit ist, sind alle Eigenwerte der Matrix gleich oder größer als Null. Eine Matrix P, die positiv definit ist (x^TPx > 0 für alle x), ist invertierbar. Auf den Ausdruck α₀I ≥ PEM ≥ α₁I kann als eine dauerhafte Erregungsbedingung Bezug genommen werden. Es ist zu beachten, dass die obige PEM eine Form besitzt, die dem gewählten Schätzmodell zugeordnet ist. Verschiedene Modellansätze können zu unterschiedlichen PEMs führen und können eine unterschiedliche dauerhafte Erregungsbedingung aufweisen.
Mit anderen Worten, wenn die regressorgestützte Matrix einer dauerhaften Erregung bestimmte Bedingungen einer positiven Definitheit erfüllt, können die Parameterschätzungen unverzerrt sein. Wenn die dauerhafte Erregungsbedingung erfüllt wird, können die Parameter genau gelernt werden, da die Eingangssignale als reichhaltig genug betrachtet werden können. Die Werte α₀ und α₁ können eine obere und eine untere Grenze für die Semidefinitheit der Matrix einer dauerhaften Erregung definieren. Die Werte α₀ und α₁ können von Eigenschaften des Batteriesystems abhängig sein. Wenn die Kriterien der positiven Definitheit für die regressorgestützte Matrix erfüllt sind, können die Eingangsbedingungen als gültig betrachtet werden. Die Werte von Tpe, α₀ und α₁ können so eingestellt werden, dass die dauerhafte Erregungsbedingung verändert wird, um zu verschiedenen Zwecken die Anforderungen an die Reichhaltigkeit des Signals zu erfüllen.
Die dauerhafte Erregungsbedingung kann anzeigen, dass die Eingangsbedingungen für die Parameterschätzung gültig sind, aber sie muss nicht unbedingt anzeigen, dass die Parameterschätzung auf die wirklichen Werte konvergiert ist. Ein zusätzliches Überwachen der Schätzfehler kann ausgeführt werden, um zu bestimmen, wann die Parameterschätzungen auf ihre wirklichen Werte konvergieren. Eine Schätzungskonvergenzbedingung kann überwacht werden, um die Konvergenz der Parameterschätzungen zu bestimmen. Ein Weg, um die Qualität der Parameterschätzungen zu bestimmen, kann sein, den Schätzfehler von einer oder mehreren Variablen oder Parametern zu überwachen. Ein Fehler zwischen einem geschätzten Wert und einem gemessenen Wert kann überwacht werden. Wenn die Größe des Fehlers durch einen bestimmten Wert über einen vorbestimmten Zeitraum begrenzt wird, können die Parameterschätzungen als akzeptabel betrachtet werden. Zum Beispiel kann der Projektionsfehler (V_t(t) – V ^_t(t)) aus Gleichung (6) auf eine Konvergenz überwacht werden. Die Schätzungskonvergenzbedingung kann derart sein, dass die Größe des Schätzfehlers geringer als ein vorbestimmter Schwellenwert während eines vorbestimmten Zeitraums ist. Ein oder mehrere Parameterfehler können überwacht werden und die Auswahl der überwachten Werte kann von dem Modell und den zur Verfügung stehenden Messungen abhängig sein.
Wenn die Batterie ausreichend erregt ist (z. B. eine dauerhafte Erregungsbedingung erfüllt ist) und der Schätzfehler bei der Parameterbeobachtung während eines vorbestimmten Zeitraums begrenzt ist (z. B. die Schätzungskonvergenzbedingung erfüllt ist), kann der SOC-Fehler auch durch einen vorbestimmten Wert begrenzt sein. Der begrenzte SOC-Fehler kann so gestaltet werden, dass er ausreichend klein ist, und der von der SOC-Beobachtung gelernte SOC-Wert kann verwendet werden, um das auf der Amperestunden-Integration beruhende SOC-Verfahren zu initialisieren. Die Kalibrierung des begrenzten SOC-Fehlers kann anwendungsspezifisch sein. Für ein Fahrzeugantriebssystem kann zum Beispiel eine 2%-Genauigkeit genügend sein. Für eine Schätzung einer Batteriekapazität kann jedoch eine genauere Grenze wünschenswert sein. Ein unterschiedlicher Schwellenwert für die Fehlergröße kann abhängig von der gewünschten Genauigkeit für den Schätzfehler verwendet werden. Ein geringerer Schwellenwert kann die Genauigkeit für die Schätzung verbessern.
Die obige dauerhafte Erregungsbedingung kann in einer Steuereinheit umgesetzt werden. Die Steuereinheit kann so programmiert sein, dass jedes Element der Matrix berechnet wird und die Bedingung der positiven Semidefinitheit bestimmt wird. Wenn die dauerhaften Erregungsbedingungen der positiven Semidefinitheit erfüllt sind, kann eine Markierung gesetzt werden, die anzeigt, dass der Eingang für eine genaue Parameterschätzung reichhaltig genug ist oder dass er dauerhaft erregt wird. Diese Markierung kann verwendet werden, um einen Parameterschätzzyklus zu starten. Alternativ können die Parameter jederzeit geschätzt werden, aber die geschätzten Werte können ignoriert werden, bis die dauerhafte Erregungsbedingung während eines vorbestimmten Zeitraums erfüllt wird.
Sobald die Batterie genügend erregt wurde und der Schätzfehler während eines gegebenen Zeitraums begrenzt wird, kann der SOC-Fehler als ausreichend klein betrachtet werden. Darauf kann als fliegende SOC-Initialisierung (SOC Initialization-On-The-Fly, SIOF) Bezug genommen werden. Dieser Begriff wird als genaue Schätzung der Leerlaufspannung verwendet, und somit kann ein genauer Wert für den SOC erhalten werden, so lange die Steuereinheit in Betrieb ist und nicht nur beim Starten.
Die SOC-Werte können „fliegend” oder jederzeit erhalten werden, im Gegensatz zu der SOC-Initialisierung „nur beim Starten” aus dem Stand der Technik. Zwei dieser Ereignisse können während eines gewöhnlichen Zündzyklus verwendet werden, um die beiden im Stand der Technik verwendeten Schlüsseleinschaltablesungen zu ersetzen. Dieser Ansatz zum Ermitteln der SOC-Werte ist nicht von Schlüsseleinschalt- und Schlüsselausschaltzyklen abhängig. Die SOC-Werte können jederzeit erhalten werden, während das System in Betrieb ist. Dieses Konzept erlaubt, dass die Batteriekapazität berechnet wird, wann immer der SOC-Fehler ausreichend gering ist. Die SIOF-Bedingung kann erfüllt werden, wenn die Batterie ausreichend erregt ist und der Schätzfehler in der Beobachtung des Modellparameters für einen gegebenen Zeitraum begrenzt bleibt.
Der SOC-Schätzfehler aufgrund der Genauigkeit der Spannungs- und Stromsensoren kann weiterhin bestehen. Der bedeutendste Fehler kann sein: K(k)·(∥ΔV∥ + (r ₁·∥ΔI∥)) (30) wobei K(k) eine normalerweise nicht stationäre Verstärkung ist, ΔV und ΔI Ungenauigkeiten der Spannung bzw. der Sensoren sind und r1 der Wert des internen Batteriewiderstands bei einer gegebenen Temperatur und einem gegebenen SOC ist. Die Auswirkung der Ungenauigkeiten der Spannung und der Sensoren können verringert werden, indem das Lernen der Kapazität bei Temperaturen über einem bestimmten Wert begrenzt wird und die Beobachtungsverstärkung auf einen kleineren Wert eingestellt wird. Die Fehlerschätzung wird durch Änderungen bei der Kapazität nicht beeinträchtigt.
Wenn der obige Ansatz gegeben ist, kann ein System ermitteln, ob das Batteriesystem dauerhaft so erregt wird, dass akzeptable Schätzergebnisse erreicht werden können. Eine Technik kann sein, die oben beschriebene dauerhafte Erregungsbedingung zu überwachen. Ein passiver Ansatz könnte die dauerhafte Erregungsbedingung überwachen und ein Lernen der Parameter ausführen, wenn die Bedingung erfüllt ist. Der passive Ansatz stützt sich auf einen Normalbetrieb der Batterie und lernt die Parameterwerte, wenn die Bedingungen geeignet sind.
Ein aktiver Erregungsansatz kann Bedingungen so erzeugen, dass die dauerhafte Erregungsbedingung erfüllt wird. Dies kann ein Betreiben des Batteriesatzes in einer Weise umfassen, welche die dauerhaften Erregungsbedingungen erfüllt. Dies kann es erforderlich machen, dass die Steuereinheit andere Vorrichtungen oder Untersysteme anweist, in Betrieb zu gehen, indem sie der Batterie Leistung bereitstellen oder Leistung von ihr empfangen. Idealerweise sollte dieser Vorgang für die Fahrzeuginsassen erkennbar sein. Der aktive Erregungsansatz kann erlauben, dass die Parameter jederzeit während des Hinzufügens einer aktiven Erregung des Batteriesystems gelernt werden können.
Sobald ein Verfahren zum Berechnen einer Batteriekapazität definiert wurde, bezieht sich ein zugehöriges Problem auf ein Ansetzen des Lernens der Batteriekapazität. Für ein System kann es notwendig sein, zu ermitteln, wie oft eine Batteriekapazität gelernt werden muss. Es kann Kompromisse geben zwischen der Dauer der Ausführungszeit, die für ein Lernen der Kapazität aufgewandt wird, und der Genauigkeit des Batteriekapazitätswerts. Untersuchungen zeigen an, dass ein Kapazitätsschwund einer Lithium-Ionen-Batterie bei normalen Temperaturen einem Wurzel-Zeit-Gesetz folgt. In einem frühen Abschnitt der Batterielebensdauer ist die Größe des Kapazitätsschwunds größer. Aufgrund dieser Beobachtung kann das Lernen der Kapazität aufgrund einer kalendarischen Lebensdauer der Batterie angesetzt werden. Da die Größe der Änderung in einem frühen Abschnitt der Batterielebensdauer größer ist, können die Lernereignisse häufiger in dem frühen Abschnitt der Batterielebensdauer angesetzt werden. Dies bedeutet, dass, wenn das Alter der Batterie fortschreitet, die Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden Ermittlungen der Batteriekapazität vergrößert werden können.
Die oben beschriebenen dauerhaften Erregungsbedingungen und die Schätzungskonvergenzbedingungen können überprüfen, wann die Batteriekapazität genau geschätzt werden kann. Es kann Situationen geben, in denen die Bedingungen über längere Zeiträume nicht erfüllt werden. In diesen Situationen kann eine „aktive Erregung” der Batterie zu Schätzzwecken gestartet werden. Eine aktive Erregung der Batterie versucht, Batteriebetriebsbedingungen herbeizuführen, sodass eine dauerhafte Erregungsbedingung für eine Kapazitätsschätzung erfüllt wird. Sobald die dauerhafte Erregungsbedingung erfüllt ist, kann die Schätzungskonvergenzbedingung auch erfüllt werden.
Nun kann ein Lernen der Kapazität gemäß einem akzeptablen Kapazitätsfehler und dem Wurzel-Zeit-Gesetz des Kapazitätsschwunds angesetzt werden. Die Lernansetzungen können über der Betriebszeit gleichmäßig verteilt werden. In 5 wird ein Beispiel eines Systems gezeigt, das die Batterieleistungskapazität berechnet. Ein vorbestimmtes Ansetzen von Lernfenstern kann in dem Speicher der Steuereinheit definiert und gespeichert werden. Es kann mehrere Verfahren zum Einstellen von Lernfenstern geben. Der erwartete Kapazitätsschwund kann zum Beispiel analysiert werden, und die Lernfenster können so erzeugt werden, dass sie gleichen Kapazitätsänderungen entsprechen.
Für jedes angesetzte Kapazitätslernereignis können zwei Zeitwerte definiert werden. Ein Lerndatum (Learn Date, LD) kann definiert werden und kann ein Datum und eine Uhrzeit in relativen kalendarischen Begriffen sein, die dem kalendarischen Zeitpunkt des Beginns der Lebensdauer zugeordnet sind, und es definiert einen gewünschten Zeitpunkt, an dem die Kapazität gelernt werden sollte. Ein spätestes Lerndatum (Latest Learn Date, LID) kann definiert werden und kann ein Datum und eine Uhrzeit in relativen kalendarischen Begriffen sein, die dem kalendarischen Zeitpunkt des Beginns der Lebensdauer zugeordnet sind, und es definiert einen spätesten Zeitpunkt, an dem die Kapazität gelernt werden sollte. Die beiden Werte können ein Zielzeitfenster definieren, in dem die Kapazität gelernt werden kann. Eine Abfolge von Kapazitätslernereignissen kann vorbestimmt und in dem Speicher der Steuereinheit gespeichert werden, wobei jedes Ereignis zugehörige definierte Zeitwerte aufweist.
Die Steuereinheit kann so programmiert werden, dass ein Zähler einer Batterielebensdauer (t) aufrechterhalten wird, der die Zeit anzeigt, die abgelaufen ist, seit die Batterie in Einsatz gebracht wurde. Der Zähler der Batterielebensdauer (t) kann zu Beginn der Batterielebensdauer auf Null zurückgesetzt werden. Der Zähler der Lebensdauer kann auf einem kalendarischen Datum und einer Uhrzeit beruhen, die von einer Steuereinheit in dem Fahrzeug aufrechterhalten werden. Der Zähler der Batterielebensdauer (t) kann regelmäßig während der Lebensdauer der Batterie hochgezählt werden, um die seit dem Beginn der Batterielebensdauer abgelaufene Zeit wiederzugeben. Die Abfolge der Lerndaten kann relativ sein zum Beginn der Batterielebensdauer. Bei einem Schlüsseleinschaltereignis des Fahrzeugs kann der Zähler der Batterielebensdauer mit den Lernereignisansetzungen verglichen werden, um zu ermitteln, ob die Batteriekapazität berechnet werden muss.
Bei dem Schlüsseleinschaltereignis 200 des Fahrzeugs kann die Steuereinheit die Ansetzungen für das Lernen der Kapazität in den Speicher 202 lesen. Die Ansetzungen für das Lernen der Kapazität können aus einer Abfolge von Paaren von Lerndaten (LD) und spätesten Lerndaten (LID) bestehen. Die Paare können so indexiert sein, dass ein Index j in den Lernansetzungen zu dem j-ten Lerndatum und dem j-ten spätesten Lerndatum zurückkehrt. Jedes Paar in den Lernansetzungen kann eine zugehörige Markierung aufweisen, die anzeigt, ob das Lernen für dieses Paar bereits abgeschlossen wurde. Der aktuelle Lernansetzungsindex kann von dem Zähler der Batterielebensdauer und den Lerndaten der Lernansetzungen bestimmt werden 204. Die Lernsetzungen können abgesucht werden, um den nächsten Index zu finden, für den das Lernen noch nicht abgeschlossen wurde. Der Index j dieses Paars kann während des Betriebs der Steuereinheit zurückgehalten werden, bei dem auf die Lernansetzungen zugegriffen wird.
Bevor die Batteriekapazität berechnet wird, kann die Batterietemperatur Tbatt geprüft werden 206. Zum Verbessern der Schätzung kann die Kapazität gelernt werden, wenn die Batterietemperatur über einem Schwellenwert Tcal liegt. Wenn die Temperatur unter dem vorbestimmten Schwellenwert liegt, kann die Parameterschätzung verzögert werden, bis die Temperatur über dem Schwellenwert liegt.
Wie weiter oben beschrieben wurde, können die Lernansetzungen ein Zeitfenster definieren, in dem die Batteriekapazität berechnet wird. Das Fenster kann durch den Index und die zwei Zeitwerte bei diesem Index – einem Lerndatum [LD(j)] und einem spätesten Lerndatum [LLD(j)] – definiert werden. Die Steuereinheit kann den Zähler der Batterielebensdauer mit dem indexierten Lerndatum 208 vergleichen. Wenn der Zähler der Batterielebensdauer t das indexierte Lerndatum erreicht hat, kann das System mit dem Prüfen der Temperatur 206 und der Zeit 208 weitermachen. In diesem Fall kann die Batteriekapazität nicht zum aktuellen Zeitpunkt geschätzt werden.
Wenn der Zähler der Batterielebensdauer das indexierte Lerndatum überschritten hat, kann hinsichtlich einer passiven Erregungsbedingung (Passive Excitation Condition, PE-Bedingung) geprüft werden 210. Die PE-Bedingung wird erfüllt, wenn die dauerhafte Erregungsbedingung und die Schätzungskonvergenzbedingung erfüllt sind. Wenn die PE-Bedingung erfüllt ist, kann die Steuereinheit die aktuelle Leerlaufspannung oder alternativ den zu der Leerlaufspannung gehörigen Ladezustand speichern und die Werte 216 der abgelaufenen Zeit (time elapsed, te) und des Durchsatzzählers (Durchsatz Counter, TP-Zähler) zurücksetzen.
Wenn die PE-Bedingung nicht erfüllt ist, kann der Zähler der Batterielebensdauer mit dem aktuell indexierten spätesten Lerndatum [LLD(j)] 212 verglichen werden. Wenn der Zähler der Batterielebensdauer das aktuell indexierte LLD überschritten hat, kann eine aktive Erregung der Traktionsbatterie gestartet werden 214. Wenn der Zähler der Batterielebensdauer das aktuell indexierte LLD nicht überschritten hat, kann die Ausführung zurückgehen zum Prüfen der PE-Bedingung 210. In dem Fall, in dem die aktive Erregung angewandt wird, kann die geschätzte Leerlaufspannung erfasst werden 216, nachdem die aktive Erregung angewandt wurde. Dies kann voraussetzen, dass der Prozess der aktiven Erregung für eine Dauer ausgeführt wird, die sicherstellt, dass die PE-Bedingung erfüllt wird. Alternativ kann die PE-Bedingung überwacht werden, nachdem die aktive Erregung angewandt wurde, um sicherzustellen, dass die aktive Erregung die geeignete Batterieleistungsnachfrage erzeugt hat.
Ein erster Leerlaufspannungswert Voc¹ kann als der aktuell gelernte Wert für die Leerlaufspannung gespeichert werden. Dieser Wert kann das Ergebnis des funktionierenden Schätzmodells für die Batterieimpedanzparameter sein. Ein Durchsatzwert (TP-Wert) kann auf einen Wert von Null zurückgesetzt werden. Ein Wert für die abgelaufene Zeit te kann auf Null zurückgesetzt werden. Ein Durchsatzwert kann verwendet werden, um den Strom mithilfe einer Amperestunden-Integration zu akkumulieren. Während des Betriebs kann der Durchsatzwert durch das Produkt aus dem Strom und der Abtastperiode vergrößert werden.
Sobald die erste Leerlaufspannung gespeichert ist, kann die Batterietemperatur mit einer kalibrierten Temperatur 218 verglichen werden. Wenn die Batterietemperatur Tbatt die kalibrierte Temperatur Tcal nicht überschreitet, kann das Lernen zurückgesetzt werden und die Ausführung kann zum Prüfen der PE-Bedingung 210 zurückkehren. Wenn die Batterietemperatur den Schwellenwert überschreitet, können andere Kriterien geprüft werden 220.
Der Durchsatz (TP) kann mit einem Schwellenwert (TPcal) verglichen werden. Außerdem kann die abgelaufene Zeit te mit einer kalibrierten Zeit tcal verglichen werden. Wenn der Durchsatz den Durchsatzschwellenwert überschreitet und die abgelaufene Zeit geringer ist als ein kalibrierter Wert, kann das System die PE-Bedingung 222 erneut prüfen. Die Zeit- und Durchsatzbedingungen können sicherstellen, dass die Batterie ausreichend betrieben wurde, sodass ein angemessener SOC-Unterschied vorhanden ist. Sollten die Kriterien nicht erfüllt werden, können die Werte des Durchsatzes (TP) und der abgelaufenen Zeit (te) vergrößert werden 226.
Der Durchsatz (TP) kann durch ein Produkt aus der Abtastzeit und dem gemessenen Strom vergrößert werden. Die abgelaufene Zeit kann durch die Abtastzeit an jedem Ausführungsintervall vergrößert werden. Die Ausführung kann dann zu der Temperaturprüfung 218 zurückgeführt werden.
Wenn die Kriterien 220 für TP und te erfüllt sind, kann die PE-Bedingung geprüft werden 222. Wenn die PE-Bedingung erfüllt ist, kann das System einen zweiten Leerlaufspannungswert Voc² 230 für die endgültige Berechnung der Batteriekapazität speichern. Wenn die PE-Bedingung nicht erfüllt ist, kann die Steuereinheit prüfen, ob das aktuell indexierte späteste Lerndatum überschritten wurde 224. Der Zähler der Batterielebensdauer kann mit dem aktuell indexierten spätesten Lerndatum verglichen werden. Wenn der Zähler der Batterielebensdauer das aktuell indexierte LLD überschritten hat, kann eine aktive Erregung gestartet werden 228. Sollte der Zähler der Batterielebensdauer das aktuell indexierte LLD nicht überschritten haben, kann die Ausführung die Werte 226 von TP und te vergrößern.
Nach der aktiven Erregung kann die zweite Leerlaufspannung als der aktuelle Leerlaufspannungswert aus dem Modell gespeichert werden 230. Es kann erforderlich sein, dass die aktive Erregung für einen gewissen Zeitraum angewandt wird, um zu erlauben, dass die PE-Bedingung erfüllt wird. Ein aktuelles Prüfen der PE-Bedingung kann erneut eine Alternative sein, um sicherzustellen, dass die aktive Erregung ordnungsgemäß funktioniert hat.
Sobald der zweite Leerlaufspannungswert gespeichert ist, kann die Kapazität wie folgt berechnet werden 232:
Die Kapazität kann optional mithilfe eines Tiefpassfilters gefiltert werden 232. Sobald der Kapazitätswert gelernt wurde, kann das Lernen der Kapazität für das angesetzte Ereignis als abgeschlossen betrachtet werden. Mit dem Eintrag der Lernansetzung kann eine Markierung gespeichert werden, um anzuzeigen, dass das Lernen der Kapazität für diesen Eintrag abgeschlossen wurde. Es ist zu beachten, dass die SOC-Werte als eine Funktion der Leerlaufspannung abgeleitet werden können, wie es oben in Bezug auf 4 erörtert wurde. Der Kapazitätswert kann gefiltert werden, indem ein Wert α definiert wird, der den Beitrag der aktuell berechneten Kapazität und des vorherigen Kapazitätswerts wiegt. Die kann ausgedrückt werden als: Q_new = αQ_new + (1 – α)Q_old (32) wobei Qold den vorherigen Kapazitätswert darstellt.
Sobald die neue Batteriekapazität berechnet wurde, ist das Lernen für das indexierte Lerndatum 234 abgeschlossen. Die Batteriekapazität für diesen Index kann gespeichert werden. Zusammen mit dem Index kann auch eine Markierung gespeichert werden, um anzuzeigen, dass das Lernen für die indexierten Ansetzungswerte abgeschlossen ist. Die Ausführung kann dann bis zu den nachfolgenden Schlüsseleinschaltzyklen gestoppt werden 236, dem Zeitpunkt, zu dem der Prozess wiederholt werden kann, da ein neuer Lernansetzungsindex zur Verfügung stehen kann.
In einigen Situationen können die Eingänge, die für eine dauerhafte Erregung erforderlich sind, nicht vorhanden sein, um die Kriterien für eine passive Erregung zu erfüllen. Dies kann auf den Fahrzeugsteuerungen und den Fahrgewohnheiten des Fahrers beruhen. In dieser Situation kann der Zähler der Batterielebensdauer das späteste Lerndatum für das angesetzte Lernereignis überschreiten. Sollte der Zähler der Batterielebensdauer das späteste Lerndatum überschreiten, ohne dass das Lernen der Kapazität abgeschlossen wurde, kann das System anfordern, dass eine aktive Erregung ausgeführt wird.
Eine aktive Erregung kann versuchen andere Fahrzeugsteuerungen zu verwenden (zum Beispiel Hochvoltkomponenten wie zum Beispiel eine elektrische Klimaanlage, eine elektrische Heizung, eine Servolenkung oder eine elektrische Fahrzeugmotorsteuerung), sodass der Batterieeingang die Kriterien einer dauerhaften Erregung erfüllt. Idealerweise wird der Betrieb der zusätzlichen Komponenten in einer für den Benutzer erkennbaren Weise ausgeführt. Die aktive Erregung kann so aufgebaut sein, dass eine Nettoleistung an den Rädern während des Betriebs nicht verändert wird.
Zusammenfassend wird darauf hingewiesen, dass die Berechnung der Batteriekapazität nicht unbedingt zwei Ablesungen von Leerlaufspannungen für den SOC erfordert, die beim Start von zwei separaten Zündzyklen erhalten werden. Ein modellgestütztes System kann verwendet werden, um eine Batteriekapazität zu schätzen, wenn die SOC-Schätzungen die höchste Zuverlässigkeit haben. Mithilfe des obigen Verfahrens kann es wünschenswert sein, dass die Werte der Stromintegration und des SOC unabhängig voneinander sind, um sich wiederholende Berechnungen zu vermeiden. Eine reine Amperestunden-Integration aufgrund einer SOC-Berechnung bewirkt, dass sich die Kapazitätsschätzung wiederholt, da sich sowohl der Zähler als auch der Nenner der Gleichung auf die Stromintegration stützen würden. Das beschriebene System verwendet eine Amperestunden-Integration für den Zähler, stützt sich aber auf modellgestützte Parameter für den Nenner, wodurch sich wiederholende Berechnungen vermieden werden. Wenn die Bedingungen so sind, dass die SOC-Schätzungen eine geringe Zuverlässigkeit aufweisen, kann die Steuereinheit außerdem die Traktionsbatterie so betreiben, dass Bedingungen erreicht werden, bei denen Schätzungen mit einer hohen Zuverlässigkeit erhalten werden können.
Es kann einfach gezeigt werden, dass der Effekt von Fehlern bei dem Kapazitätswert eine vernachlässigbare Auswirkung auf die SOC-Schätzung in dem Modell hat. Die Ableitung der Leerlaufspannung kann ausgedrückt werden als:
wobei Q die Ladekapazität ist und I der Ladestrom ist. Bei einem System, in dem die obige Gleichung in einem Modell verwendet wird, um Voc zu berechnen, kann der Fehler bei der Leerlaufspannung während einer konstanten Stromentladung wie folgt angenähert werden:
wobei ΔQ einen Fehler bei der Kapazität darstellt und L die Verstärkung der Beobachtung darstellt. Der Wert von ΔQ kann im Vergleich zu Q als klein betrachtet werden. Als ein Beispiel kann angenommen werden, dass I = 100 A, L = 100, df/dSOC = 1, Q = 25 Ah = 90.000 As und ΔQ = 1000 As ist. Mithilfe dieser Werte wird der Fehler zu 1/8.100.000 V, was fast Null ist. Aufgrund der Fehleranalyse ist es angemessen, sich auf eine SOC-Schätzung zu stützen, die eine auf einem Batteriemodell beruhende Beobachtung verwendet, selbst wenn die in dem Modell verwendete Batteriekapazität nicht vollkommen genau ist.
Ein Vorteil des Kapazitätslernkonzepts ist, dass die Auswirkung der Spannungssensorfehler und ein nicht berücksichtigter Leckstrom auf die Kapazitätsschätzung verringert wird. Es kann ein passives Lernen verwendet werden, dass einen Batterieeingang verwendet, der auf einer Fahrereingabe und einer Gestaltung der Fahrzeugsteuerung beruht. Eine aktive Erregung, die für den Fahrer erkennbar ist, kann bei Bedarf ebenfalls verwendet werden.
Das obige Verfahren stellt eine genaue Schätzung des SOC bereit, die auf den Schätzungen der Modellparameter beruht. Sobald der SOC bestimmt wurde, kann die Traktionsbatterie gemäß den SOC-Werten betrieben werden. Die Traktionsbatterie kann außerdem aufgrund der Schätzung der Batteriekapazität betrieben werden.
Innerhalb einer Batterie, die viele miteinander verbundene Zellen umfasst, kann der Ladezustand der Zellen aus vielerlei Gründen in ein Ungleichgewicht geraten, wobei zu den Gründen Herstellungsvariationen, unterschiedlich schnelle Zellenabnutzungen aufgrund der Temperaturverteilung innerhalb des Batteriesatzes und unterschiedlich schnelle interne Verluste aufgrund der Chipgestaltung gehören. Ein Ungleichgewicht der Batteriezellen kann als ein Unterschied zwischen den SOCs der Zellen definiert werden. Viele Serienbatteriesätze umfassen eine Zellenausgleichsfunktion, bei der die Zellenausgleichssteuerung ausgelöst wird, wenn eine Größe eines SOC-Unterschieds zwischen den Zellen einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Der Zellenausgleich ist ein Prozess, der versucht, den SOC der Zellen auszugleichen, indem Ladung zu den betroffenen Zellen hinzugefügt oder aus ihnen entnommen wird. Die Systeme aus dem Stand der Technik können einen Zellenausgleich starten, wenn eine Größe eines SOC-Unterschieds zwischen den Zellen größer als ein Schwellenwert ist. Wenn die Größe des SOC-Unterschieds zwischen den Zellen geringer ist als ein zweiter Schwellenwert kann das Ausgleichen der Zellen beendet werden. Aufgrund von Ungenauigkeiten bei den SOC-Werten können die Systeme aus dem Stand der Technik dazu neigen, die Zellen zu sehr auszugleichen, was zu einer Energieverschwendung führt.
Verschiedene Verfahren zum Ausführen eines Zellenausgleichs sind möglich. Einige Systeme können einen Schalter über jeder Zelle umfassen, der selektiv ein Schaltkreiselement über die Zelle schalten kann. Das Schaltkreiselement kann erlauben, dass die Zelle entladen wird. Alternativ kann ein Schalter Zellen selektiv so miteinander verbinden, dass eine Zelle entladen wird, während eine andere Zelle geladen wird. Ein Zellenausgleich kann erreicht werden, indem die Zellen der Batterie selektiv geladen und entladen werden, bis alle Zellen ungefähr den gleichen Ladezustand aufweisen. Das zu beschreibende Konzept kann auf jede Hardwarekonfiguration für einen Zellenausgleich anwendbar sein.
Verfahren zum Berechnen des SOC wie zum Beispiel eine Amperestunden-Integration und modellgestützte Beobachtungen können von den echten Werten beeinflusst sein. Für ein System, das sich auf Messungen der Zellenspannung bei einem Schlüsseleinschaltereignis stützt, kann die Genauigkeit der Zellenspannungssensoren ungenaue SOC-Werte verursachen. Aufgrund der Toleranzen bei den Messungen der Zellenspannung, können die SOC-Werte bei der Initialisierung ungenau sein. Aufgrund der Ungenauigkeit bei der Spannungsmessung können irrtümlicherweise Unausgeglichenheiten zwischen den Zellen beobachtet werden. Da sich die Ausgleichsstrategie auf den SOC stützt, ist es wünschenswert, sicherzustellen, dass die SOC-Werte genau genug sind, um einen Zellenausgleich zu starten und zu beenden.
Ein Zellenausgleich kann gestartet werden, wenn eine Größe des SOC-Unterschieds zwischen den Zellen über einem vorbestimmten Wert liegt. Nach dem Ausführen des Zellenausgleichs während eines Zeitraums kann der SOC-Unterschied erneut ausgewertet werden. Wenn die Größe des SOC-Unterschieds unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, kann der Zellenausgleich beendet werden. Es ist zu beachten, dass eine bestimmte Hysterese in die Schwellenwerte für das Starten und das Beenden des Zellenausgleichs eingefügt sein kann.
Wie oben erörtert, kann eine Technik einer fliegenden SOC-Initialisierung angewandt werden, um für jede Zelle hochwertige SOC-Schätzungen sicherzustellen. Wenn die dauerhafte Erregungsbedingung erfüllt ist und die Schätzungskonvergenzbedingung erfüllt ist, kann der SOC als genau betrachtet werden. Ein Zellenausgleich kann gestartet und beendet werden, wenn für jede Zelle hochwertige SOC-Schätzungen zur Verfügung stehen.
8 zeigt einen Ablaufplan einer möglichen Umsetzung einer Zellenausgleichsstrategie. Beim Systemstart 500 kann die Steuereinheit mit dem Prüfen beginnen, ob ein Schlüsseleinschaltereignis 502 eines Fahrzeugs vorliegt. Wenn kein Schlüsseleinschaltereignis erkannt wird, kann die Steuereinheit das Prüfen der Schlüsseleinschaltbedingung 502 fortsetzen. Wenn ein Schlüsseleinschaltereignis erkannt wird, kann die Steuereinheit einen Zeitgeber Tcb 504 starten. Der Zeitgeber Tcb kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass der Zellenausgleich innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer ausgeführt wird. Die Steuereinheit kann dann mit dem Prüfen der Bedingungen 506 für die fliegende SOC-Initialisierung (SIOF) beginnen. Die SIOF-Bedingungen können sein, dass die dauerhafte Erregungsbedingung und die Schätzungskonvergenzbedingung erfüllt sind.
Wenn die SIOF-Bedingungen erfüllt sind, kann das System einen Zellenausgleich 508 ausführen. Zu diesem Zeitpunkt können die SOC-Unterschiede zwischen den Zellen berechnet werden, um zu bestimmen, ob gegebenenfalls ein Zellenausgleich erforderlich ist. Wenn ein Zellenausgleich erforderlich ist, können geeignete Steueraktionen (z. B. ein Auslösen von entsprechenden Schaltvorrichtungen) vorgenommen werden. Danach kann ein Prüfen erfolgen, um zu bestimmen, ob der Zellenausgleich abgeschlossen wurde 501. Ein Abschließen kann erfordern, dass die Größe des SOC-Unterschieds unterhalb einer vorbestimmten Größe liegt. Wenn der Zellenausgleich abgeschlossen wurde, kann die Ausführung bei 518 enden, bis sie erneut gestartet wird. Wenn der Zellenausgleich nicht abgeschlossen wurde, kann das System das Prüfen der SIOF-Bedingungen fortsetzen 506 und den Zellenausgleich fortsetzen 508, während die SIOF-Bedingungen erfüllt sind.
Sollten die SIOF-Bedingungen nicht erfüllt sein, kann das System den Zustand des Zeitgebers Tcb 512 prüfen, um zu bestimmen, ob der Zeitgeber abgelaufen ist. Es ist zu beachten, dass der Zeitgeber als ein Vorwärts- oder Rückwärtszeitgeber umgesetzt sein kann. Das Ablaufen des Zeitgebers Tcb zeigt an, dass eine vorbestimmte Zeitdauer abgelaufen ist. Wenn der Zeitgeber nicht abgelaufen ist, kann das System das Prüfen der SIOF-Bedingungen fortsetzen 506. Wenn der Zeitgeber abgelaufen ist, kann eine aktive Batterieerregung gestartet werden 514. Die Anforderung für eine aktive Batterieerregung kann sicherstellen, dass die SIOF-Bedingungen erfüllt werden. Nach dem Starten der aktiven Batterieerregung können die SIOF-Bedingungen geprüft werden 516. Wenn die SIOF-Bedingungen nicht erfüllt sind, kann das System die Anforderung für eine aktive Batterieerregung 514 fortsetzen. Wenn die SIOF-Bedingungen erfüllt sind, kann das System den Zellenausgleich bis zum Abschluss fortsetzen.
Das System kann die Anzahl der Zellenausgleichszyklen innerhalb eines Zündzyklus auf weniger als eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen begrenzen. In dem Fall, in dem die SOC-Schätzung ungenau ist oder die Zellenausgleichsbedingungen zu eng sind, hilft ein Begrenzen der Anzahl von Zyklen während eines Zündzyklus, ein übermäßiges periodisches Durchlaufen der Zellenausgleichslogik zu vermeiden.
Außerdem kann die aktive Erregung eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Starten des Zellenausgleichs angefordert werden, wenn die SIOF-Bedingungen während des Zellenausgleichs nicht erfüllt werden. Dies kann helfen, sicherzustellen, dass während des Zellenausgleichs genaue SOC-Werte berechnet werden. Außerdem kann dieses Konzept die für den Zellenausgleich erforderliche Zeitdauer verringern.
Durch das Aktivieren der aktiven Erregung der Batterie können verbesserte Parameterschätzungen erhalten werden. Der Batterie-SOC kann aus den Parameterschätzungen abgeleitet werden. Durch ein Sicherstellen, dass die Bedingungen für eine Schätzung geeignet sind, kann das System einen effektiveren Zellenausgleich ausführen. Insbesondere kann das Ermitteln, dass die SOC-Pegel ausgeglichen sind, genauer sein, sodass der Zellenausgleich effektiver ist.
Ein Batteriesteuersystem kann den SOC kontinuierlich berechnen und die Qualität des SOC während des Zellenausgleichs überwachen. Ein Vorteil des offenbarten Konzepts ist, dass keine feste Zellenausgleichszeit erforderlich ist. Der Zellenausgleich kann fortgesetzt werden, bis die SOC-Werte ausgeglichen sind, ohne die Notwendigkeit, dass die Ausgleichsroutine länger läuft. Kürzere Zellenausgleichszeiten können erreicht werden, indem eine aktive Erregung der Batterieeingänge während des Zellenausgleichs angefordert wird.
Bei der Verwendung eines modellgestützten Ansatzes stützt sich eine Genauigkeit eines Batteriesteuersignals (z. B. Leistungspotential und Ladezustand) auf eine Genauigkeit der Parameterschätzung, insbesondere der Schätzung des Widerstands r1. Ein Schätzfehler des Leistungspotentials und ein Schätzfehler des Ladezustands können als eine Funktion des Schätzfehlers des Widerstands r1 wie folgt ausgedrückt werden: Schätzfehler des Leistungspotentials P ∝ I_max·Δr₁ (35) Schätzfehler des Ladezustands S ∝ I_max·Δr₁ (36)
Die sich daraus ergebenden Schätzfehler sind proportional zum maximalen Lade- oder Entladestrom multipliziert mit dem Fehler bei der Schätzung des Widerstands r1. Es kann erwartet werden, dass der Widerstandswert bei einer gegebenen Batterietemperatur im Verlauf der Lebensdauer der Batterie zunimmt. Ein Wert, der zu Beginn der Lebensdauer der Batterie verwendet wird, kann nicht den aktuellen zeitabhängigen Widerstandswert wiedergeben, da der Wert zunimmt. Obere und untere zeitabhängige Grenzwerte der Batterieparameter können bekannt sein, sodass für ein gegebenes Batteriealter ein Bereich zu erwartender Werte definiert werden kann. Wenn die Batterieimpedanzparameter nicht zeitabhängig gelernt wurden, ist es möglich, dass der Stromwiderstandswert außerhalb des erwarteten Bereichs liegt. Wenn der Fehler zu groß wird, kann es wünschenswert sein, das System zu einem Lernen über eine aktive Erregung zu zwingen.
Die Batterieimpedanzparameter können mithilfe der Parameterdaten initialisiert werden, die auf der Batterielebensdauer beruhen. Wie weiter oben beschrieben wurde, können sich die Batterieparameter während der Lebensdauer der Batterie in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Ladezustand ändern. 6 zeigt einen beispielhaften Ablaufplan, wie ein Lernen von Parametern aufgebaut sein kann. Eine Vorbereitungsphase 300 kann gestartet werden, in der anfängliche Parameterwerte und Tabellen aufgebaut sind. Eine Parametertabelle kann so aufgebaut sein, dass ein Profil für jeden Batterieimpedanzparameter aufgrund des Ladezustands und der Temperatur definiert wird. Der Parameterabstand kann in einem Gitter mit verschiedenen Temperatur- und Ladezustandsintervallen 302 aufgeteilt werden. Das Gitter kann gleichmäßige oder ungleichmäßige Abstände aufweisen. Das Gitter kann auf einer teilweisen Ableitung des Parameters in Bezug auf die Temperatur oder den Ladezustand beruhen. Der Temperaturbereich (z. B. –40°C bis 55°C für eine Serienbatterie) kann als Tgrid = [1, ..., Nt] bezeichnet werden und das Ladezustandsgitter kann als SOCgrid = [1, ..., Ns] bezeichnet werden. Das Gitter kann mit Werten aus Testdaten oder erwarteten Werten 304 initialisiert werden. Für den Beginn einer Batterielebensdauer kann jedem Gitter eine Zeitmarke mit der Bezeichnung tstamp(i, j) zugeordnet werden, die auf Null initialisiert werden kann.
Jedes Gitter kann einen zugehörigen Wert einer Qualität der Parameterschätzung (Quality Of Parameter Estimation, QOPE(i, j)) aufweisen, der auf Eins initialisiert werden kann. Das Gitter kann in dem Speicher der Steuereinheit so aufbewahrt werden, dass die Daten während der nachfolgenden Zündzyklen zur Verfügung stehen.
Die QOPE kann ein Wert sein, der die Qualität der zurückliegenden Schätzung anzeigt. Ein Wert kleiner als Eins kann anzeigen, dass die gelernte Parametergruppe für die gegebenen Indizes (i, j) größere Variationen aufweist. Ein höherer Wert kann eine geringere zeitabhängige Variation anzeigen und kann eine zuverlässigere Schätzung des Parameterwerts darstellen.
Sobald das Gitter initialisiert ist, kann das System auf ein Schlüsseleinschaltereignis in dem Fahrzeug warten. Bei einem Schlüsseleinschaltereignis 306 in dem Fahrzeug kann der Schütz eingeschaltet werden. Wenn der Schütz nicht eingeschaltet ist, kann keine Schätzung ausgeführt werden. Der Schütz kann überprüft werden, um zu bestätigen dass der Schütz eingeschaltet ist 308. Wenn der Schütz nicht zum Einschalten aufgefordert wurde, kann das System das Prüfen des Schätzzustands 308 fortsetzen. Wenn der Schütz eingeschaltet wurde, kann das System den Prozess der Parameterschätzung 310 beginnen.
Das System kann dann die Temperatur des Batteriesatzes messen. Die Steuereinheit kann das Temperatursignal erfassen und das Ergebnis speichern. Der Batterieladezustand kann auch ausgewertet werden. Der Ladezustand kann mithilfe einer Amperestunden-Integration berechnet werden. Eine Amperestunden-Integration kann eine angemessene Schätzung bei der Initialisierung bereitstellen, da diese Technik sich nicht auf das Lernen der gleichwertigen Schaltkreisparameter stützt. Außerdem sind die der Batterie gleichwertigen Schaltkreisparameter weniger abhängig von dem Ladezustand.
Aus der Kenntnis der Temperatur und des Ladezustands kann der Standort im Gitter für den aktuellen Betriebspunkt bestimmt werden. Durch ein Vergleichen der Temperaturmessung mit den Elementen von Tgrid kann die Steuereinheit den Index herausfinden, welcher der Temperaturmessung entspricht. Auf ähnliche Weise kann die Steuereinheit durch ein Vergleichen des Ladezustandswerts mit den Elementen von SOCgrid den Index herausfinden, der dem aktuellen Ladezustand entspricht. Die Zeitmarke und die Qualität der Parameterschätzung, die zu dem Gitterpunkt (i, j) gehören, können dann aus tstamp(i, j) bzw. QOPE(i, j) gelesen werden 312.
Die Batterie kann über einen Leistungspotentialschwund (durch eine Zunahme des internen Widerstands) und einen Kapazitätsverlust (durch den Verlust der Fähigkeit Ionen in Lithium-Ionen-Batterien zurückzuhalten) altern. Eine Kalibrierungsabbildung (Timecal) kann definiert werden, um die zeitabhängige Zunahme des Widerstands zu beschreiben. Die Kalibrierungsabbildung kann eine Reihe von Zeitpunkten anzeigen, bei denen zu erwarten ist, dass sich die Batterieparameter ändern. Ein Verfahren zum Erhalten der Timecal-Abbildung kann ein Verwenden eines festen Intervalls enthalten, dass abhängig ist von den Indizes der Temperatur und des Ladezustands. Ein weiteres Verfahren kann ein einstellbares Zeitintervall verwenden, das von der Temperatur, dem Ladezustand und der Zeitdauer abhängig ist, während der die Batterie in Betrieb gewesen ist. Das Verfahren der einstellbaren Zeit kann aus der Beobachtung abgeleitet werden, dass ein Altern der Batterie (z. B. eine Änderung des internen Widerstands) mit einer unterschiedlichen zeitabhängigen Rate auftritt. Die Batterieleistung und der Kapazitätsschwund können gemäß einer Wurzel-Zeit-Regel in den frühen Stadien der Batterielebensdauer schneller auftreten. Die Timecal kann als Timecal(i, j) bezeichnet werden und kann eine Funktion der Batterienutzung, der Temperatur und des Ladezustands sein. Der Timecal-Wert kann zeitabhängig aktualisiert werden.
Eine projizierte Parameterqualität kann berechnet werden als:
und eine gewünschte Qualität der Parameterkalibrierung kann ausgedrückt werden als: QOPcal(i, j) = e^{–α(t-TimeCal(i,j))} (38) wobei t der aktuelle Zeitpunkt ist und α ein Parameter ist für ein Darstellen eines allmählichen zeitabhängigen Abklingens der Qualität der Parameterschätzung.
Eine Funktion eines exponentiellen Abklingens wird oben gezeigt, aber auch andere Funktionen können verwendet werden, so lange sie zeitabhängig monoton abnehmen. QOPcal kann direkt aus TimeCal und α berechnet werden, wodurch keine Notwendigkeit besteht, QOPcal als eine Abbildung zu speichern. Der gelernte Parameter weist einen zugehörigen Qualitätsindex auf. In dem Maße, in dem die Zeit abläuft, klingt der Qualitätsindex ab. Wenn ermittelt wird, ob eine neue Anforderung für eine aktive Erregung erzeugt wird, kann der projizierte Qualitätsindex (ProjQOP) mit einer erwünschten Qualität des Parameterwerts (QOPcal) 314 verglichen werden.
Es kann zum Beispiel der Fall betrachtet werden, in dem die vorher über eine aktive oder eine passive Erregung für einen gegebenen Index (i, j) gelernten Werte gleich sind. Dies zeigt an, dass die Parameter bei diesem Index sich nicht im Laufe der Zeit verändert haben. Es erscheint, dass in diesem Fall das Lernen einen geeigneten Wert geliefert hat. Ein aktives Lernen sollte nicht zu oft angefordert werden. Dieser Lernsequenz kann eine hohe QOPE zugewiesen werden, die eine größere ProjQOP und eine geringere Gelegenheit zum Anfordern eines aktiven Lernens bereitstellt.
Bei einem weiteren Beispiel kann der Fall betrachtet werden, in dem sich die vorher gelernten Werte erheblich verändert haben, wie es durch die Standardabweichungen der Werte gemessen wurde. Ein niedriger QOPE-Wert kann der Lernsequenz zugeteilt werden. Eine niedrige QOPE stellt eine kleinere ProjQOP bereit, die ihrerseits mehr Gelegenheiten zum Anfordern eines aktiven Lernens bereitstellt.
Eine Anforderung zum Ausführen eines aktiven Lernens 316 kann gestartet werden, wenn ProjQOP(i, j) < QOPcal(i, j) ist. Wenn dieser Vergleich wahr ist, kann eine Markierung gesetzt werden, um eine aktive Erregung anzufordern, sodass die Parameter während einer aktiven Erregung der Traktionsbatterie gelernt werden können. Eine Hysterese kann hinzugefügt werden, um ein zu schnelles Schalten zwischen den Zuständen zu vermeiden.
Der projizierte QOPE-Wert kann bei einem Wert beginnen, der durch die QOPE(i, j) definiert wird, und klingt im Laufe der Zeit von diesem Wert ab. Auf ähnliche Weise kann die erwünschte Qualität der Parameterkalibrierung bei einem Wert von Eins beginnen (wenn t = Timecal(i, j)) und im Laufe der Zeit von diesem Wert abklingen. Im Laufe der Zeit kann der Timecal-Wert aufgrund der Temperatur, dem Ladezustand und der Batterienutzungszeit zurückgesetzt werden. Wenn dies auftritt, kann die erwünschte Qualität der Parameterkalibrierung auf Eins zurückgesetzt werden, wodurch eine Anforderung für ein aktives Lernen wahrscheinlicher wird.
Das System kann so betrieben werden, dass eine Anforderung zum Ausführen einer aktiven Erregung des Batteriesatzes auf einer Schwankung vorheriger Parameterschätzungen und der Zeit beruht, die vergangen ist, seit die Parameter zum letzten Mal geschätzt wurden. In dem Maße, in dem die Schwankung der Parameter zunimmt, kann die Zeit zwischen den Anforderungen für eine aktive Erregung abnehmen. Aufgrund der Beobachtung, dass sich die Parameter langsamer verändern können als die Batterie altert, kann außerdem die Zeit zwischen den Anforderungen für eine aktive Erregung in dem Maße zunehmen, in dem das Alter der Batterie zunimmt.
Die Werte der Zeit und der Zeitmarke können auf einer globalen Gesamtzeit der Steuereinheit beruhen. Bei weiteren Beispielen können die Zeiten auf einer Fahrzeuglaufzeit, einer Schützeinschaltzeit der Batterie oder einem Batteriedurchsatz beruhen. Die Zeitmarke kann den Zeitpunkt darstellen, an dem der Parameter aktualisiert wurde.
Sobald eine aktive Erregung angefordert wurde, kann eine Prüfung durchgeführt werden, um zu ermitteln, ob das Parameterlernen wirklich erfolgreich war 318. Das Parameterlernen kann mithilfe der dauerhaften Erregungsbedingung und/oder der Schätzungskonvergenzbedingung geprüft werden. Wenn das Parameterlernen erfolgreich war, können die Parameterwerte für eine spätere Verwendung aufbewahrt werden 320. Die berechnete QOPE und die zugehörige Zeitmarke können für den zugehörigen Gitterpunkt in einen Speicher oder einen EEPROM geschrieben werden.
Die gelernten Parameter können in einer Datenbank als θ_e(i, j, k) gespeichert werden, wobei (i, j) die Gitterindizes sind und k, ein Element der Gruppe [1, K], eine stapelähnliche Struktur ist, um gelernte Parameter sequenziell zu speichern. Wenn weniger als K Datenpunkte gelernt wurden, kann die QOPE(i, j) auf Eins gesetzt werden. Wenn K Einträge in der Datenbank vorhanden sind und ein neuer Parameter gelernt wird, kann der neu gelernte Parameter die ältesten Daten aus der Gruppe schieben.
Wenn K Datenwerte gelernt wurden, kann die Standardabweichung der K Einträge berechnet werden. Eine Abbildung kann definiert werden, um die QOPE aufgrund der Standardabweichung zu berechnen: QOPE(i, j) = f (Standardabweichung der K Werte). Wenn die Standardabweichung der K Einträge Null ist (d. h. die Werte alle gleich sind), kann der QOPE ein Maximalwert zugeordnet werden, der zu einer höheren ProjQOP führt. Wenn die Standardabweichung einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, kann die Abbildung einen Wert kleiner Eins ausgeben, was zu einer niedrigeren ProjQOP führt. Je mehr die Standardabweichung zunimmt, desto geringer kann die anfängliche QOPR(i, j) werden.
Die Parameterschätzungen können mithilfe der oben beschriebenen modellgestützten Verfahren erhalten werden. Die Parameterschätzungen können das Ergebnis einer passiven oder einer aktiven Erregung sein. Zusätzliche Kriterien für die Parameterschätzungen wie zum Beispiel eine dauerhafte Erregung oder SIOF-Bedingungen können geprüft werden. Das beschriebene Konzept versucht, aufgrund des Alters und aufgrund der Qualität der Parameterschätzung zu entscheiden, wann eine neue Parameterschätzung für einen gegebenen Gitterpunkt erforderlich ist.
Das obige Konzept kann mit anderen gleichwertigen Schaltkreismodellen oder parametrisierten elektrochemischen Modellen verwendet werden. Das Verfahren zum Erzeugen einer aktiven Erregung kann zu genaueren Parameterschätzungen führen. Die Anforderung eines aktiven Parameterlernens kann auf dem letzten Aktualisierungsverlauf der Parameter beruhen. Ein aktives Lernen kann nur angefordert werden, wenn es aufgrund der Auswirkung des potenziellen Parameterfehlers auf die Schätzungen der Batteriesteuersignale erforderlich ist. Der Lernzeitpunkt kann aufgrund der Batterieeigenschaften und der Schätzqualität gelernter Langzeitdaten ermittelt werden.
Das obige Verfahren kann in einer oder mehreren Steuereinheiten als Teil eines Antriebsstrangsteuersystems oder eines Fahrzeugstromversorgungssystems umgesetzt werden. Eine aktive Erregung kann aufgrund einer Schwankung der Parameterschätzungen und dem Alter der zuletzt ausgeführten Schätzung angefordert werden. In dem Maße, in dem die Schwankung der Parameter abnimmt, kann die Zeit zwischen den Anforderungen für eine aktive Erregung zunehmen.
Die Batterieschätzungen aus dem Stand der Technik können sich auf Spannungs- und Strommessungen stützen, die während des normalen Batteriebetriebs erhalten wurden. Ein normaler Batteriebetrieb kann versuchen, einen Kraftstoffwirkungsgrad auf ein Höchstmaß zu setzen oder Systemverluste auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Dieser Normalbetrieb muss für das Schätzen der Batterieparameter nicht optimal sein. Das Ergebnis kann sein, dass die Schätzungen der Batterieparameter mehr Zeit zum Konvergieren benötigen oder dass die Schätzungen der Batterieparameter ungenau sind. Zum Verbessern der Parameterschätzung ist es möglich, die Traktionsbatterie so zu erregen, dass optimale Bedingungen für eine Parameterschätzung vorhanden sind.
Eine ausreichende Bedingung für eine genaue Parameterschätzung der Parameter des gleichwertigen Schaltkreismodells ist, dass das Eingangssignal mindestens eine unterschiedliche Frequenzkomponente für jeweils zwei unbekannte Parameter enthält. Diese Frequenzkomponenten müssen in dem Eingangssignal einen großen Signal-Rausch-Abstand (Signal-To-Noise, SNR) aufweisen. Das Profil der Batterieleistungsnachfrage muss mehr als zwei unterschiedliche Frequenzkomponenten aufweisen, um mit dem einfachsten Modell eine Qualitätsschätzung zu erreichen.
Während des Fahrzeugbetriebs können die dauerhaften Erregungsbedingungen nicht erfüllt werden oder sie können nur schwach erfüllt werden. Ein Verfahren zum Analysieren der hinreichenden Qualität der Batterieleistungsnachfrage kann sein, den Frequenzinhalt des Signals der Batterieleistungsnachfrage zu analysieren. Zum ordnungsgemäßen Schätzen der Batterieparameter kann es wünschenswert sein, dass die Batterieleistungsnachfrage zeitabhängig variiert. Zum Beispiel können die Bedingungen während eines Geschwindigkeitsregelungsbetriebs mit gleichbleibender Geschwindigkeit nicht erfüllt sein. Bei gleichbleibenden Geschwindigkeiten kann die Batterieleistungsnachfrage auf einem nahezu gleichbleibenden Wert liegen. Dieser konstante Wert kann nicht genügend Frequenzen erregen, um eine genaue Schätzung zu erlauben. Es ist notwendig, dass die Größen der Frequenzkomponenten über allen Rauschsignalen liegen, um eine Identifizierung der Parameter zu erlauben. Während eines Fahrzeugbetriebs, bei dem die Batterieleistungsnachfrage variiert wird, ist es wahrscheinlicher, dass die Bedingungen erfüllt werden. Dies bedeutet, dass die Größe der Frequenzkomponenten groß genug sein kann, um die Identifizierung der Parameter zu erlauben. Wenn die Bedingungen erfüllt sind, kann die Schätzung der Batterieparameter genauer sein.
Eine ungenaue Parameterschätzung oder ein seltenes Aktualisieren der Parameter kann dazu führen, dass ungenaue Batteriesteuerwerte wie zum Beispiel der Ladezustand und das Batterieleistungspotential berechnet werden. Das Batterieleistungspotential kann zum Beispiel falsch sein, was die Haltbarkeit und die Lebensdauer der Batterie beeinträchtigt. Der Batterieladezustand kann falsch sein, was die Fahrzeugsystemsteuerung und die Energieverwaltungsstrategie beeinträchtigen kann. Während des Fahrzeugbetriebs kann eine Kraftstoffeinsparung oder ein Energiewirkungsgrad vermindert werden.
Ein Beispiel dafür, wann Kriterien für eine dauerhafte Erregung nicht erfüllt werden, besteht allgemein während konstanter Batterieleistungsnachfragen. Diese treten während Fahrtzyklen auf, bei denen eine konstante oder gleichbleibende Geschwindigkeit beibehalten wird. Während einer allgemein konstanten Batterieleistungsnachfrage kann eine kleine oder keine Variation bei der Batterieleistung auftreten, die von der Batterie bereitgestellt wird. Bei einer Analyse im Frequenzbereich können die Amplituden der Frequenzkomponenten für einen gegebenen Bereich von Frequenzen relativ niedrig sein. Wenn die Leistungsnachfrage konstant ist, kann die Frequenzamplitude genau genommen nur Null sein.
Bei einem weiteren Beispiel wird eine sinusförmige Batterieleistungsnachfrage betrachtet, die bei einer konstanten Frequenz mit einer gewissen Größe variiert. In diesem Fall kann die Amplitude der Frequenzkomponente bei der konstanten Frequenz größer sein als die Amplitude, die bei anderen Frequenzen gefunden wird. Wenn die Amplitude über der Frequenz aufgetragen wird, kann bei der konstanten Frequenz eine Spitze beobachtet werden. Durch das Hinzufügen zusätzlicher Frequenzkomponenten zur Batterieleistungsnachfrage werden die Amplitudenwerte bei den verschiedenen Frequenzen zunehmen.
Wie oben erörtert, kann das Steuersystem eine Parameterschätzung passiv ausführen, indem darauf gewartet wird, dass die Bedingungen erfüllt werden. Alternativ kann eine Anforderung für ein aktives Steuern der Batterieleistungsnachfrage ausgelöst werden, um die Bedingungen zu erfüllen. Die Steuerstrategie für ein aktives Verändern der Batterieleistungsnachfrage kann mehrere Funktionen erfordern. Eine Überwachungsfunktion eines Batteriesystemzustands kann ermitteln, wann eine Anforderung für eine aktive Systemerregung erzeugt wird. Eine Erkennungsfunktion für ein Eingangssignalmuster einer Batteriesystemerregung kann das Eingangsformat und die Frequenzkomponenten der Batterieleistung ermitteln. Eine Ausgangsfunktion der Batteriesystemerregung kann Anweisungen ausgeben, um den gewünschten Batteriesystemeingang zu erzielen.
Es kann erforderlich sein, das Format des Batterieleistungsnachfragesignals zu ermitteln. Im Allgemeinen kann ein Batterieleistungsnachfragesignal ausgewählt werden, das für einen kurzen Zeitraum ein bestimmtes vordefiniertes Muster mit einer Anzahl von verschiedenen und beherrschenden Frequenzkomponenten n > N/2 bildet, wobei N die Gesamtanzahl der zu identifizierenden Systemparameter ist. Diese Bedingung kann als das Äquivalent im Frequenzbereich der weiter oben beschriebenen dauerhaften Erregungsbedingung betrachtet werden. In der Praxis muss die Form des Erregungsmustereingangs so festgelegt werden, dass die sich ergebende Batterieleistungsnachfrage eine nicht unerhebliche Größe aufweist, die aber durch die Batterieleistungsgrenzen eingeschränkt ist. Ohne den Anspruch auf eine Allgemeingültigkeit zu verlieren, kann ein Kandidatensignal Pbatt_av erzeugt werden als:
wobei ω und ϕ die Winkelfrequenz und die Phase der i-ten Frequenzkomponente sind und A_i die Größe der i-ten Komponente ist. Außerdem sollte das Muster der aktiven Batterieleistung die Anforderungen der Batterie-SOC-Erhaltung erfüllen.
Bei einer Betrachtung im Frequenzbereich kann während der Zeiträume mit einer allgemein konstanten Batterieleistungsnachfrage ein Bereich von Frequenzkomponentenamplituden der Batterieleistungsnachfrage geringer sein als eine vordefinierte Größe. Eine aktive Erregung verursacht, dass eine vorbestimmte Anzahl von Frequenzkomponentenamplituden die vordefinierte Größe überschreitet, indem die Batterieleistungsnachfrage verändert wird. Der spezifische Bereich und die vordefinierte Größe können von den speziellen Batterieimpedanzparametern abhängig sein.
Bei einem Elektrofahrzeug kann die Batterieleistungsnachfrage Pbatt zum Erfüllen einer gegebenen Leistungsnachfrage des Fahrers P_whl wie folgt ermittelt werden: P_eng + P_batt – P_loss – P_acc = P_whl (40) P_drv = P_whl – P_brk – P_load (41) wobei Peng die Motorleistung ist, Pbatt die Batterieleistung ist, Ploss der Leistungsverlust des Antriebsstrangs ist, Pacc die Zubehörleistungslast ist, Pwhl die Antriebsradleistung ist, Pdrv die Nachfrage des Fahrers ist, Pbrk die Radbremsenleistung ist und Pload die externe Leistungslast ist. Unter den Fahrtbedingungen muss Pwhl die Nachfrage des Fahrers erfüllen.
Ein mögliches Verfahren zum Ändern der Batterieleistungsnachfrage ist ein Anpassen der Zuordnung der Leistungsnachfrage in dem Steuerbereich des Fahrzeugsystems. Die gesamte Leistungsverteilung kann zwischen dem Verbrennungsmotor und der Batterie aufgeteilt werden, indem eine Leistungsverteilung zwischen der Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors und der Leistungsabgabe des Elektromotors gesteuert wird. Die gewünschte Batterieleistungsnachfrage kann bei einem Leistungsnachfragepegel der Räder erzeugt werden als: P_batt = P_whl + P_loss + P_acc – P_eng = P_{batt_atv} (42)
Wenn die Batterieleistung auf das Kandidatensignal eingestellt wird, kann der Verbrennungsmotor angepasst werden, um wie folgt zu kompensieren: P_eng = –P_{batt_atv} + P_whl + P_loss + P_acc (43)
7 zeigt einen Leistungsablaufplan für das System, das die obigen Gleichungen darstellt. Wenn eine normale Leistungsverteilung zwischen der Batterie und dem Verbrennungsmotor betrachtet wird, können die Schalter (418, 420, 422, 424) als offen betrachtet werden. Das System kann eine Verbrennungsmotorleistung (Peng) 400 und eine Batterieleistung (Pbatt) 402 berechnen, um die festgelegten Durchführungsziele wie zum Beispiel den Systemwirkungsgrad zu erfüllen, während gleichzeitig die gesamte Nachfrage des Fahrers (Pdrv) 414 erfüllt wird. Die gesamte von dem Verbrennungsmotor und der Batterie zur Verfügung gestellte Leistung (P_tot) 428 ist die Summe der Leistungen des Verbrennungsmotors und der Batterie. Es ist zu beachten, dass die elektrische Leistung der Batterie durch einen Elektromotor in eine mechanische Leistung umgewandelt werden kann. Eine Leistung ist erforderlich, um für Verluste (Ploss) 404 und den Zubehörleistungsverbrauch (Pacc) 406 aufzukommen. Eine Leistung an den Rädern (Pwhl) 410 wird aufgrund der von der Batterie und dem Verbrennungsmotor zur Verfügung gestellten Leistung minus dieser Verluste und Zubehörlasten ermittelt. Die Leistungsabgabe von dem Antriebsstrang (Pdrv) 414 ist die Leistung, die den Rädern 410 bereitgestellt wird, minus jeglicher Bremsleistung (Pbrk) 408 und minus jeglicher Fahrzeuglast (Pload) 412.
Pwhl 410 kann die gesamte Leistung sein, die von dem Verbrennungsmotor und den Elektromotoren an die Räder des Fahrzeugs geleitet wird. Die Leistung an den Rädern gibt das auf die Räder angewandte Drehmoment wieder, das eine Funktion des Verbrennungsmotordrehmoments und des Elektromotordrehmoments ist. Die Verluste Ploss 404 können Verluste am Antriebsstrang sein, die Getriebewirkungsgrade und Drehbewegungsverluste umfassen. Diese Verluste können auch die Wirkungsgrade und Verluste des Elektromotors und der Leistungselektronik umfassen.
Während einer aktiven Erregung kann die Batterieleistungsnachfrage auf ein Muster eingestellt werden, dass das System ausreichend erregt, sodass die Genauigkeit der Parameterschätzung verbessert werden kann. Der Verbrennungsmotorleistung darf nicht erlaubt werden, dass sie irgendwelche Grenzen der Verbrennungsmotorleistung verletzt, und abrupte Änderungen bei der Verbrennungsmotordrehzahl oder dem Drehmoment können begrenzt werden. Die Gesamtleistung des Verbrennungsmotors und der Batterie kann gleich bleiben, während die Verteilung der bereitgestellten Leistung zwischen den beiden verändert werden kann, um eine ausreichende Erregung für die Schätzung der Batterieparameter bereitzustellen. Wenn mehr Batterieleistung bereitgestellt wird, wird weniger Leistung vom Verbrennungsmotor benötigt.
Eine Anpassung der Batterieleistung wird in 7 als eine Leistungszunahme einer aktiven Erregung ΔPbatt_av 416 dargestellt. Wie oben erörtert wurde, kann die zusätzliche Batterieleistung eine positive oder negative Größe aufweisen, die Pbatt gleich Pbatt_av setzt. Wenn der Verbrennungsmotor verwendet wird, um das Hinzufügen der Batterieleistung zu kompensieren, kann jede Zunahme der zugeführten Batterieleistung zu einer Abnahme der zugeführten Verbrennungsmotorleistung führen. Jede Abnahme der zugeführten Batterieleistung kann zu einer Zunahme der zugeführten Verbrennungsmotorleistung führen. In diesem Modus der aktiven Erregung können die Schalter S1 (418) und S2 (420) geschlossen sein. Die zusätzliche Leistung ΔPbatt_av 416 kann zu Pbatt (402) addiert werden, um eine angepasste Batterieleistung P'batt 430 zu ergeben. Die zusätzliche Leistung ΔPbatt_av 416 kann von Peng 400 subtrahiert werden, um eine angepasste Verbrennungsmotorleistung P'eng 426 zu ergeben. In diesem Modus kann die gesamte Leistungsabgabe Ptot 428 gleich sein wie zuvor (dies bedeutet, ohne das Addieren von ΔPbatt_av 416). Dieser Modus passt nur den relativen Leistungsbeitrag zwischen dem Verbrennungsmotor und der Batterie an.
Ein weiteres mögliches Verfahren zum Verändern der Batterieleistungsnachfrage kann eine Veränderung der Zubehörleistung Pacc sein. Dies kann erreicht werden, indem die Leistung gesteuert wird, die von einer elektrischen Last verbraucht wird. Die obigen Gleichungen sind anwendbar, außer dass die Verbrennungsmotorleistung nicht geändert wird, eine Leistung für eine Zubehörlast aber geändert werden kann. Die sich ergebende Gleichung lautet: P_acc = P_eng + P_{batt_atv} – P_whl – P_loss (44)
Da in diesem Fall mehr Batterieleistung bereitgestellt wird, wird die Zubehörlast betrieben, um die zusätzliche Batterieleistung zu verwenden.
Dieses Verfahren kann in 7 analysiert werden, indem der Schalter S1 (418) und der Schalter S3 (422) geschlossen werden. Die Batterieleistung kann durch ΔPbatt_av 416 so angepasst werden, dass eine angepasste Batterieleistung P'batt 430 geliefert wird. Die Zubehörleistung Pacc 406 kann sowohl durch ΔPbatt_av 416 als auch auf P'acc 432 vergrößert werden. In diesem Modus wird die zusätzliche Leistung aus der Batterie gezogen, um eine vergrößerte Nachfrage von Zubehörlasten zu beliefern. Das Verändern der Zubehörlast kann eine enge Koordination mit den zugehörigen Steuereinheiten erforderlich machen, um eine Leistungsnachfrage für die Zubehörlast zu vergrößern.
Ein weiteres mögliches Verfahren zum Verändern der Batterieleistungsnachfrage kann durch ein Löschen des Raddrehmoments erfolgen. Das Löschen des Drehmoments wendet ein aktives Bremsdrehmoment an, um das Drehmoment der Antriebsräder über die normale Antriebsleistungsnachfrage plus den Lastdrehmomentpegel zu erhöhen. Dieser Effekt kann erreicht werden, indem eine Leistungsabgabe eines Elektromotors gesteuert wird und eine Radbremse betrieben wird, um die Änderungen bei der Leistungsabgabe des Elektromotors zu kompensieren. Wenn Pbrk vergrößert wird, kann Pwhl zum Kompensieren vergrößert werden. Die Zunahme bei Pwhl kann mit einer zusätzlichen Batterieleistung Pbatt bewerkstelligt werden. Auf diese Weise können Pbrk und Pbatt mithilfe von Pbatt_av so geändert werden, dass die gewünschte Erregung bei der Batterieleistungsnachfrage erreicht wird.
Dieses Verfahren kann in 7 analysiert werden, indem der Schalter S1 (418) und der Schalter S4 (424) geschlossen werden. Die Batterieleistung kann durch ΔPbatt_av 416 so angepasst werden, dass eine angepasste Batterieleistung P'batt 430 geliefert wird. Die Bremsleistung Pbrk 408 kann sowohl durch ΔPbatt_av 416 als auch auf P'brk 434 vergrößert werden. In diesem Modus kann die Leistung, die von dem Bremssystem aufgenommen wird, von der Batterie geliefert werden.
Das Löschen des Raddrehmoments kann eine enge Koordination mit dem Bremssystem erforderlich machen, um eine Bremskraft auf die Räder anzuwenden.
Außerdem kann eine Koordination mit der Batteriesteuereinheit und dem Leistungselektronikmodul notwendig sein. Das Leistungselektronikmodul kann erforderlich sein, um die mechanische Leistungsabgabe eines Elektromotors zu ändern und um die Zusatzleistung zu liefern, die von den Bremsen aufgenommen wird.
In all den beschriebenen Fällen bleibt die zur Verfügung gestellte Leistung Pdrv 414 gleich. Das Fahrzeug und der Antriebsstrang stellen eine Leistung zur Verfügung und nehmen eine Leistung jeweils in einer Weise auf, die für den Fahrzeugbenutzer erkennbar ist. Jede zusätzlich in den Antriebsstrang eingespeiste Leistung kann von anderen Komponenten aufgenommen werden, sodass die abgegebene Leistung konstant bleibt. Da die Leistung an den Antriebsrädern in jedem Fall gleich bleibt, hat die Erregung der Traktionsbatterie keine Auswirkung auf die Fahrzeugbeschleunigung. Das beschriebene System erzeugt eine Bedingung für eine verbesserte Batterieerregung, ohne die Beschleunigung des Fahrzeugs zu beeinträchtigen.
Es ist zu beachten, dass die Schalter in 7 nur anschaulich dafür sind, wie der Betrieb des Systems zu verstehen ist. In der Praxis kann die Logik in der Steuereinheit umgesetzt werden und es sind keine physischen Schalter erforderlich.
Es gibt mehrere Situationen, in denen eine aktive Erregung einer Batterieleistung nützlich sein kann. Eine Situation kann während einer Kaltstartbedingung sein. Das Batteriesystem kann mit einem Temperatursteuersystem ausgestattet sein, um den Batteriebetrieb in einem bestimmten Temperaturbereich zu halten. Unter Kaltstartbedingungen kann es wünschenswert sein, die Batterieparameter genau zu schätzen. Zum Sicherstellen, dass die Parameter genau gelernt wurden, kann das Konzept der aktiven Erregung gestartet werden.
Die Parameterwerte des Batteriesystems sind auch von dem Batterie-SOC abhängig. Bei bestimmten SOC-Pegeln können die Batterieparameter nicht gelernt werden, außer wenn die Bedingungen für eine Systemschätzung erfüllt werden. Diese können in einem PHEV und einem BEV beobachtet werden, wenn sich die Batterie während eines Fahrzeugbetriebs von einem hohen SOC zu einem niedrigen SOC erschöpft. Bei bestimmten SOC-Pegeln kann die aktive Erregung gestartet werden, um eine genaue Parameterschätzung zu erlauben. Eine genaue Kenntnis der Batterieparameter ist wichtig für den Schutz und die Haltbarkeit des Batteriesystems. Außerdem unterstützt die genaue Kenntnis der Parameter das Erreichen einer gleichmäßigen Leistungsfähigkeit und einer Kraftstoffeinsparung.
Das beschriebene System der aktiven Erregung findet am häufigsten während der Zeiträume mit einer allgemein konstanten Batterieleistungsnachfrage Verwendung. Während der Zeiträume mit einer allgemein konstanten Batterieleistungsnachfrage können die Frequenzkomponentenamplituden in einem gegebenen Bereich geringer sein als ein Schwellenwert. Dies kann anzeigen, dass die Kriterien einer dauerhaften Erregung nicht erfüllt werden. Wenn eine Bedingung identifiziert wird, bei der eine aktive Erregung erforderlich ist, kann die Batterieleistungsnachfrage so angepasst werden, dass die gewünschte Anzahl von Frequenzkomponentenamplituden einen Schwellenwert überschreitet. Der Bereich der Frequenzen und die Größe der Frequenzkomponentenamplituden können auf erwarteten Batterieimpedanzparametern beruhen. Das System der aktiven Erregung kann dann mehrere Fahrzeugsysteme betreiben, um die gewünschte Batterieleistungsnachfrage zu erreichen, ohne die Beschleunigung des Fahrzeugs zu beeinträchtigen.
Die aktive Erregung kann als Teil eines Antriebsstrangsteuersystems für ein Fahrzeug umgesetzt werden. Das beschriebene System kann eine Koordination zwischen mehreren Systemen oder Steuereinheiten erforderlich machen. Es kann erforderlich sein, eine elektrische Last zu steuern, die eine zugehörige Steuereinheit aufweisen kann. Es kann erforderlich sein, die Leistung des Elektromotors zu steuern, die eine zugehörige Steuereinheit aufweisen kann. Es kann ebenfalls erforderlich sein, Änderungen am Betrieb des Verbrennungsmotors vorzunehmen. Die Steuereinheiten können über ein Netzwerk in einem Datenaustausch stehen, um ihren Betrieb zu koordinieren. Eine Koordinationssteuereinheit, die den Algorithmus umsetzt, kann einen Teil eines Antriebsstrangsteuersystems bilden und kann in einem Datenaustausch mit anderen Steuereinheiten stehen, um den gewünschten Betrieb zu erreichen.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können weitergegeben werden an, oder umgesetzt werden durch eine Verarbeitungseinheit, eine Steuereinheit oder einen Computer, die eine vorhandene programmierbare elektronische Speichereinheit oder eine zweckbestimmte elektronische Steuereinheit umfassen können. Auf ähnliche Weise können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Befehle gespeichert werden, die in vielen Formen, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, als Informationen, die dauerhaft auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie zum Beispiel ROM-Einheiten gespeichert werden, und als Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien wie zum Beispiel Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Einheiten oder anderen magnetischen und optischen Medien gespeichert werden, durch eine Steuereinheit oder einen Computer ausführbar sind. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem Element zur Ausführung von Software umgesetzt werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren und Algorithmen als Ganzes oder in Teilen mithilfe geeigneter Hardwarekomponenten wie zum Beispiel anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), anwenderprogrammierbarer Gate-Arrays (Field Programmable Gate Arrays, FPGAs), Zustandsautomaten, Steuereinheiten oder anderer Hardwarekomponenten oder Einheiten oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten verkörpert werden.
Obwohl oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, sind diese nicht so zu verstehen, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen eingeschlossen werden. Die Begriffe, die in dieser Beschreibung verwendet werden, sind Begriffe der Beschreibung, aber nicht als Einschränkungen zu verstehen, und es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und dem Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie oben beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht ausdrücklich beschrieben oder dargestellt werden. Obwohl zahlreiche Ausführungsformen als Vorteile bereitstellend oder als vor weiteren Ausführungsformen oder Umsetzungen des Stands der Technik in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften bevorzugt beschrieben worden sein könnten, wird der Fachmann erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften abgewandelt sein können, um die gewünschten Gesamtsystemmerkmale zu erreichen, die jeweils von der spezifischen Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Zu diesen Merkmalen können gehören, ohne auf diese beschränkt zu sein, Kosten, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktgängigkeit, Erscheinung, Verpackung, Größe, Zweckdienlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfaches Zusammenbauen usw. Von daher befinden sich Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen aus dem Stand der Technik beschrieben wurden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für spezielle Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Antriebsstrangsteuersystem für ein Fahrzeug, umfassend: mindestens eine Steuereinheit, die so programmiert ist, dass aufgrund einer Schwankung der Schätzungen eines Batterieparameters und aufgrund eines Alters einer zuletzt ausgeführten Schätzung des Batterieparameters eine Batterie so erregt wird, dass mindestens eine Frequenzkomponentenamplitude einer Batterieleistungsnachfrage innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eine vorbestimmte Größe überschreitet, ohne die Beschleunigung des Fahrzeugs zu beeinträchtigen, wenn die Frequenzkomponenten innerhalb des vorbestimmten Bereichs geringer als die vorbestimmte Größe sind.
Antriebsstrangsteuersystem nach Anspruch 1, wobei ein Zeitraum zwischen den Erregungen abnimmt, wenn die Schwankung zunimmt.
Antriebsstrangsteuersystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Steuereinheit außerdem so programmiert ist, dass die Batterie außerdem aufgrund eines Alters der Batterie erregt wird.
Antriebsstrangsteuersystem nach Anspruch 3, wobei ein Zeitraum zwischen den Erregungen zunimmt, wenn das Alter der Batterie zunimmt.
Antriebsstrangsteuersystem nach Anspruch 1, wobei die Schwankung auf einer Standardabweichung vorher gelernter Schätzungen eines Batterieparameters beruht.
Antriebsstrangsteuersystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Steuereinheit außerdem so programmiert ist, dass der Batterieparameter geschätzt wird, wenn die mindestens eine Frequenzkomponentenamplitude der Batterieleistungsnachfrage innerhalb des vorbestimmten Bereichs die vorbestimmte Größe überschreitet.
Antriebsstrangsteuersystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Steuereinheit außerdem so programmiert ist, dass der Batterieparameter bei einer Vielzahl von Werten des Ladezustands und der Temperatur geschätzt wird.
Verfahren für das Steuern eines Fahrzeugs, umfassend: Erregen einer Traktionsbatterie, ohne eine Beschleunigung des Fahrzeugs zu beeinträchtigen, sodass mindestens eine Frequenzkomponentenamplitude einer Batterieleistungsnachfrage innerhalb eines vordefinierten Bereichs eine vorbestimmte Größe aufgrund einer Schwankung von Schätzungen eines Batterieparameters und aufgrund eines Alters einer zuletzt ausgeführten Schätzung des Batterieparameters überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein Zeitraum zwischen den Erregungen abnimmt, wenn die Schwankung zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Erregen der Traktionsbatterie außerdem auf einem Alter der Traktionsbatterie beruht.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein Zeitraum zwischen den Erregungen zunimmt, wenn das Alter der Traktionsbatterie zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Schwankung auf einer Standardabweichung einer Vielzahl von vorher gelernter Schätzungen des Batterieparameters beruht.
Verfahren nach Anspruch 12, das außerdem ein Schätzen des Batterieparameters, wenn die mindestens eine Frequenzkomponentenamplitude innerhalb des vordefinierten Bereichs die vorbestimmte Größe überschreitet, und ein Betreiben der Traktionsbatterie gemäß der Schätzung des Batterieparameters umfasst.
Fahrzeug, umfassend: eine Traktionsbatterie; und mindestens eine Steuereinheit, die so programmiert ist, dass aufgrund einer Schwankung der Schätzungen eines Batterieparameters und aufgrund eines Alters einer zuletzt ausgeführten Schätzung des Batterieparameters die Traktionsbatterie so erregt wird, dass mindestens eine Frequenzkomponentenamplitude einer Batterieleistungsnachfrage innerhalb eines vordefinierten Bereichs eine vorbestimmte Größe überschreitet, ohne die Beschleunigung des Fahrzeugs zu beeinträchtigen.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei ein Zeitraum zwischen den Erregungen abnimmt, wenn die Schwankung zunimmt.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die mindestens eine Steuereinheit außerdem so programmiert ist, dass die Traktionsbatterie aufgrund eines Alters der Traktionsbatterie erregt wird.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei ein Zeitraum zwischen den Erregungen zunimmt, wenn das Alter der Traktionsbatterie zunimmt.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die mindestens eine Steuereinheit außerdem so programmiert ist, dass der Batterieparameter geschätzt wird, wenn die mindestens eine Frequenzkomponentenamplitude der Batterieleistungsnachfrage innerhalb eines vorbestimmten Bereichs die vorbestimmte Größe überschreitet.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei der vorbestimmte Bereich und die vorbestimmte Größe durch die Impedanzparameter der Traktionsbatterie definiert werden.