DE102016100082A1 - Verfahren, Vorrichtungen und Systeme zum Verhindern eines Batteriebetriebs bei Übertemperatur - Google Patents

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Abstract

Verfahren und Systeme zum Verhindern von Übertemperaturbedingungen in Fahrzeugbatteriestapeln. In einigen Implementierungen können derartige Verfahren umfassen, dass ein Widerstands in einer Schaltvorrichtung eines Elektrofahrzeugs gemessen wird, dass eine Temperatur der Schaltvorrichtung unter Verwendung des gemessenen Widerstands geschätzt wird und dass die geschätzte Temperatur der Schaltvorrichtung mit einer Schwellenwerttemperatur verglichen wird. In einigen Implementierungen kann beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur die Schwellenwerttemperatur überschritten hat, der durch die Schaltvorrichtung hindurch gelieferte Strom begrenzt werden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft das Verhindern von Übertemperaturbedingungen für Batteriestapel für Fahrzeuge. Beispielsweise betrifft diese Offenbarung in einigen Ausführungsformen und Implementierungen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme zum Schätzen der Temperatur eines Abschnitts des Batteriesystems, etwa einer Schaltvorrichtung/eines Schützes des Batteriesystems, und zum Verwenden der Temperaturschätzwerte, um bei Bedarf eine Stromverteilung zu begrenzen.
  • HINTERGRUND
  • In Elektrofahrzeugen, Brennstoffzellenfahrzeugen (FC-Fahrzeugen) und/oder Hybridfahrzeugen kann ein Hochspannungs-Batteriesystem (HV-Batteriesystem) verwendet werden, um elektrische Antriebsstrangkomponenten des Fahrzeugs (beispielsweise elektrische Antriebsmotoren und dergleichen) mit Leistung zu versorgen. Beispielsweise kann ein wiederaufladbares HV-Energiespeichersystem (HV-ESS), das in einem Fahrzeug enthalten ist, zum Versorgen von elektrischen Antriebsstrangkomponenten des Fahrzeugs mit Leistung verwendet werden.
  • Das Überwachen einer Temperatur von einer oder mehreren Komponenten oder Abschnitten eines derartigen Batteriesystems kann ermöglichen, dass genauere Entscheidungen zur Steuerung und/oder zum Management des Batteriesystems auf der Grundlage dieser Informationen getroffen werden, wodurch die Batteriegesamtleistung verbessert wird. Eine genaue Kenntnis der Temperatur eines Batteriesystems kann ferner verbesserte Diagnose- und/oder Prognoseverfahren ermöglichen, um potentielle Batteriesystemprobleme zu erkennen. Herkömmliche Verfahren zum Schätzen der Temperatur eines Batteriesystems können eine Vielzahl von Temperatursensoren (z. B. Thermistoren bzw. temperaturabhängige Widerstände) in dem Batteriesystem verwenden, die ausgestaltet sind, um eine Anzeige einer Temperatur zu liefern. Derartige Verfahren können jedoch keinen besonders genauen Schätzwert einer Durchschnittstemperatur in einem Fahrzeugbatteriesystem liefern, wodurch sie zu einer schlechteren Fahrbarkeit des Fahrzeugs und/oder einem erhöhten Energieverbrauch des Fahrzeugs und/oder einer schnelleren Verschlechterung der Batteriekapazität führen. Darüber hinaus kann das Verwenden einer Vielzahl von Temperatursensoren zum Schätzen einer Temperatur in einem Fahrzeugbatteriesystem erhöhte Produktionseinstandskosten sowie fortlaufende Reparatur- und/oder Garantiekosten mit sich bringen.
  • Es ist speziell bekannt, dass Schaltvorrichtungen, die bei Anwendungen mit hohen Strömen verwendet werden, etwa bei Leistungsbatterien, sich bei Hochlast überhitzen. Bei etwa 150°C versagt typischerweise der Decklack, der zum Beschichten der Drähte verwendet wird, welche die Elektromagnete der Schaltvorrichtung bilden. Dies kann bewirken, dass die Schaltvorrichtungen ausfallen und den Schaltkreis des Stapels unterbrechen, was zu einem Verlust des Fahrzeugantriebs führt. Gegenwärtig gibt es keine Softwaresteuerungen an dieser Stelle, um zu verhindern, dass Fahrer unbeabsichtigt Komponenten überhitzen und beschädigen.
  • Die gegenwärtigen Erfinder haben daher festgestellt, dass es wünschenswert wäre, Verfahren, Vorrichtungen und Systeme zum Überwachen von Batterietemperaturen und/oder zum Justieren einer Stromverteilung bereitzustellen, die eine oder mehrere der vorstehenden Begrenzungen und/oder andere Begrenzungen des Standes der Technik überwinden.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es werden hier Verfahren, Vorrichtungen und Systeme offenbart, um Übertemperaturbedingungen für Batteriestapel für Fahrzeuge, etwa für Elektrofahrzeuge, die Schaltvorrichtungen enthalten, zu verhindern.
  • Einige Ausführungsformen können verwendet werden, um ein Überhitzen aktiv zu verhindern, um die Lebensdauer von Schaltvorrichtungen zu verbessern und einen Ausfall des Batteriesystems zu verhindern. Einige Ausführungsformen können außerdem die Verwendung des gesamten Temperaturbetriebsbereichs der Schaltvorrichtungen ermöglichen, bevor auf Fahrzeugleistung verzichtet wird. Dies kann zusätzliche Kosten verringern, die mit einer Überdimensionierung der Schaltvorrichtungen verbunden sind, welche andernfalls notwendig sein kann, um Ausfälle des Batteriesystems zu verhindern.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Messung des Widerstandseiner Antriebsspule der Schaltvorrichtungen in Verbindung mit einer Softwarenachschlagetabelle verwendet werden, um die Temperatur der Spule auf der Grundlage des Werts des Spulenwiderstands herzuleiten. Dies kann eine Softwaresteuerung ermöglichen, die verwendet werden kann, um den Strom zu verringern, der durch die Schaltvorrichtung hindurchfließt, um das Potential für einen Ausfall des Systems und von Komponenten zu verhindern.
  • In einigen Ausführungsformen und Implementierungen kann ein Software-Patch bei existierenden oder zukünftigen Fahrzeugen angewendet werden, um eine Implementierung ohne jegliche Hardwareänderungen zu ermöglichen. Einige Ausführungsformen und Implementierungen können eine Maximierung eines Lieferantenbetriebsbereichs bei Leistungselektrofahrzeugen oder elektrischen Systemen ermöglichen, die eine Verwendung der Schaltvorrichtungen in der Nähe ihrer Temperaturobergrenze erfordern. Verschiedene Ausführungsformen können außerdem als ein Früherkennungssystem für irgendwelche Wärmequellen bei oder in der Nähe der Schaltvorrichtungen verwendet werden, welche Ausfälle oder Langlebigkeitsprobleme des Batteriestapels/Systems verursachen können.
  • Bei einem spezielleren Beispiel für ein Verfahren zum Begrenzen der Betriebstemperatur einer Schaltvorrichtung in einem Elektrofahrzeug, das ein Batteriesystem mit einer Schaltvorrichtung umfasst, kann das Verfahren umfassen, dass ein Widerstand in der Schaltvorrichtung gemessen wird, dass eine Temperatur der Schaltvorrichtung unter Verwendung des gemessenen Widerstands geschätzt wird, dass die geschätzte Temperatur der Schaltvorrichtung mit einer Schwellenwerttemperatur verglichen wird und dass beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur die Schwellenwerttemperatur überschritten hat, ein Strom durch die Schaltvorrichtung hindurch begrenzt wird.
  • In einigen Implementierungen kann der Schritt des Messens eines Widerstandswerts in der Schaltvorrichtung umfassen, dass ein Widerstand in einer Spule der Schaltvorrichtung gemessen wird, etwa einer Antriebsspule der Schaltvorrichtung.
  • In einigen Implementierungen kann der Schritt des Messens eines Widerstands in der Schaltvorrichtung umfassen, dass eine Spannung und/oder ein Strom in der Schaltvorrichtung gemessen wird bzw. werden und dass die gemessene Spannung und/oder der gemessene Strom verwendet wird bzw. werden, um den Widerstand in der Schaltvorrichtung zu ermitteln.
  • In einigen Implementierungen kann die Schwellenwerttemperatur zwischen etwa 130 Grad Celsius und etwa 180 Grad Celsius liegen. In einigen derartigen Implementierungen kann die Schwellenwerttemperatur zwischen 140 Grad Celsius und etwa 180 Grad Celsius liegen. In einigen derartigen Implementierungen kann die Schwellenwerttemperatur etwa 150 Grad Celsius betragen.
  • Einige Implementierungen können ferner umfassen, dass eine Vielzahl von Temperaturmesswerten einer Schaltvorrichtung eines Elektrofahrzeugs erfasst wird, dass eine Vielzahl von Widerstandsmesswerten in der Schaltvorrichtung, die der Vielzahl von Temperaturmesswerten zugeordnet ist, erfasst wird, und dass die Widerstandsmesswerte mit den Temperaturmesswerten korreliert werden. In einigen derartigen Implementierungen kann der Schritt des Korrelierens der Widerstandsmesswerte mit den Temperaturmesswerten umfassen, dass eine Nachschlagetabelle aus den Temperaturmesswerten und den Widerstandsmesswerten erzeugt wird. In einigen derartigen Implementierungen kann der Schritt des Schätzens einer Temperatur der Schaltvorrichtung unter Verwendung des gemessenen Widerstands umfassen, dass die Nachschlagetabelle verwendet wird, um die Temperatur der Schaltvorrichtung zu schätzen.
  • In einem speziellen Beispiel für ein System zum Begrenzen der Betriebstemperatur einer Schaltvorrichtung eines Fahrzeugbatteriesystems in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen kann das System ein Fahrzeugbatteriesystem; mindestens einen Sensor, der ausgestaltet ist, um einen Strom und/oder einen Widerstandswert von mindestens einem Abschnitt des Fahrzeugbatteriesystems zu messen; und ein Temperaturschätzmodul zum Schätzen einer Temperatur von zumindest einem Abschnitt des Fahrzeugbatteriesystems umfassen. Das Temperaturschätzmodul kann ausgestaltet sein, um Batteriedaten von dem mindestens einen Sensor zu empfangen, etwa einen Widerstand, eine Spannung und/oder einen Strom in der Schaltvorrichtung, und um eine Temperatur von dem mindestens einen Abschnitt des Fahrzeugbatteriesystems unter Verwendung der Batteriedaten zu schätzen.
  • Einige Ausführungsformen können ferner ein Stromsteuerungsmodul zum Begrenzen eines Stroms durch das Fahrzeugbatteriesystem hindurch auf der Grundlage von geschätzten Temperaturen, die von dem Temperaturschätzmodul empfangen wurden, umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeugbatteriesystem eine Schaltvorrichtung umfassen, und der mindestens eine Abschnitt des Fahrzeugbatteriesystems kann mindestens einen Abschnitt der Schaltvorrichtung umfassen, etwa eine Stromversorgungsschaltung der Schaltvorrichtung.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Stromsteuerungsmodul ausgestaltet sein, um eine geschätzte Temperatur, die es von dem Temperaturschätzmodul empfangen hat, mit einer Schwellenwerttemperatur zu vergleichen, und um beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur den Temperaturschwellenwert überschritten hat, den Strom durch die Schaltvorrichtung hindurch zu verringern.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeugbatteriesystem ein Hochspannungs-Batteriesystem umfassen, und das Fahrzeug kann ein Elektrofahrzeug umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann des Stromsteuerungsmodul ausgestaltet sein, um eine geschätzte Temperatur mit einer Schwellenwerttemperatur zu vergleichen und um beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur die Schwellenwerttemperatur überschritten hat, den Strom durch den mindestens einen Abschnitt des Fahrzeugbatteriesystems hindurch, etwa durch die Schaltvorrichtung des Fahrzeugbatteriesystems hindurch, zu verringern.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Temperaturschätzmodul ausgestaltet sein, um eine Nachschlagetabelle zum Schätzen der Temperatur des mindestens einen Abschnitts des Fahrzeugbatteriesystems zu verwenden. In einigen derartigen Ausführungsformen kann die Nachschlagetabelle ausgestaltet sein, um eine Temperatur mit einem Widerstand für das Fahrzeugbatteriesystem zu korrelieren. In Ausführungsformen, in denen das Fahrzeugbatteriesystem eine Schaltvorrichtung umfasst, kann die Nachschlagetabelle ausgestaltet sein, um eine Temperatur innerhalb der Schaltvorrichtung mit einem Widerstand in der Schaltvorrichtung zu korrelieren.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Stromsteuerungsmodul ausgestaltet sein, um eine geschätzte Temperatur, die es von dem Temperaturschätzmodul empfangen hat, mit mindestens einer Schwellenwerttemperatur zu vergleichen und um beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur die mindestens eine Schwellenwerttemperatur überschritten hat, den Strom durch das Fahrzeugbatteriesystem hindurch zu verringern.
  • In einigen Ausführungsformen kann die mindestens eine Schwellenwerttemperatur eine Vielzahl von Schwellenwerttemperaturen umfassen. In einigen derartigen Ausführungsformen kann das Stromsteuerungsmodul ausgestaltet sein, um eine geschätzte Temperatur, die es von dem Temperaturschätzmodul empfangen hat, mit einer ersten Schwellenwerttemperatur der Vielzahl von Schwellenwerttemperaturen zu vergleichen, und um beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur die erste Schwellenwerttemperatur überschritten hat, den Strom durch das Fahrzeugbatteriesystem hindurch um einen ersten Betrag zu verringern. Analog kann das Stromsteuerungsmodul ausgestaltet sein, um eine geschätzte Temperatur, die es von dem Temperaturschätzmodul empfangen hat, mit einer zweiten Schwellenwerttemperatur der Vielzahl von Schwellenwerttemperaturen zu vergleichen, und um beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur die zweite Schwellenwerttemperatur überschritten hat, den Strom durch das Fahrzeugbatteriesystem hindurch um einen zweiten Betrag zu verringern, der größer als der erste Betrag ist.
  • In einem Beispiel für ein System zum Begrenzen der Betriebstemperatur einer Schaltvorrichtung in einem Hochspannungs-Batteriesystem eines Elektrofahrzeugs in Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform kann das System ein Hochspannungs-Fahrzeugbatteriesystem mit einer Schaltvorrichtung umfassen. Das System kann ferner mindestens einen Sensor umfassen, der ausgestaltet ist, um einen Widerstand der Schaltvorrichtung des Hochspannungs-Fahrzeugbatteriesystems zu messen. In einigen Ausführungsformen kann der Sensor ausgestaltet sein, um Widerstandsmesswerte aus Strom- und Spannungsmesswerten an der Schaltvorrichtung herzuleiten.
  • Einige Ausführungsformen können ferner ein Temperaturschätzmodul zum Schätzen einer Temperatur der Schaltvorrichtung umfassen, wobei das Temperaturschätzmodul ausgestaltet ist, um Widerstandswertdaten von dem mindestens einen Sensor zu empfangen und um eine Temperatur der Schaltvorrichtung unter Verwendung der Widerstandsdaten zu schätzen, indem es eine Nachschlagetabelle verwendet, die eine Temperatur in der Schaltvorrichtung mit einem Widerstandswert in der Schaltvorrichtung korreliert. Ein Stromsteuerungsmodul kann mit dem Temperaturschätzmodul gekoppelt sein, wobei das Stromsteuerungsmodul ausgestaltet ist, um eine geschätzte Temperatur, die es von dem Temperaturschätzmodul empfangen hat, mit mindestens einer Schwellenwerttemperatur zu vergleichen, und um beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur die mindestens eine Schwellenwerttemperatur überschritten hat, den Strom durch die Schaltvorrichtung hindurch zu verringern.
  • Die Merkmale, Strukturen, Schritte oder Eigenschaften, die hier in Verbindung mit einer Ausführungsform offenbart werden, können auf eine beliebige geeignete Weise in einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen kombiniert werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Nicht einschränkende und nicht erschöpfende Ausführungsformen der Offenbarung werden beschrieben, welche verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung mit Bezug auf die Figuren umfassen, in denen:
  • 1 eine graphische Darstellung ist, welche beispielhafte Beziehungen zwischen einem Stapelstrom und einer Temperatur über die Zeit in bestimmten Komponenten eines Elektrofahrzeugs zeigen.
  • 2 eine graphische Darstellung ist, die beispielhafte Beziehungen zwischen einem Widerstand einer Schaltvorrichtungsspule eines Elektrofahrzeugs und einer Temperatur der Spule zeigt.
  • 3 eine Ausführungsform eines Systems zum Begrenzen der Betriebstemperatur einer Schaltvorrichtung eines Fahrzeugbatteriesystems eines Elektrofahrzeugs darstellt.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • Nachstehend wird eine genaue Beschreibung von Vorrichtungen, Systemen und Verfahren in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Obwohl mehrere Ausführungsformen beschrieben werden, versteht es sich, dass diese Offenbarung nicht auf eine beliebige der speziellen offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern stattdessen zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente umfasst. Zwar werden zahlreiche spezielle Details in der folgenden Beschreibung offengelegt, um ein gründliches Verständnis der hier offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, jedoch können darüber hinaus einige Ausführungsformen ohne einige oder alle diese Details in die Praxis umgesetzt werden. Zudem wurde der Klarheit halber bestimmtes technisches Material, das auf dem zugehörigen technischen Gebiet bekannt ist, nicht im Detail beschrieben, um ein unnötiges Verschleiern der Offenbarung zu vermeiden.
  • Die Ausführungsformen der Offenbarung werden durch Bezugnahme auf die Zeichnungen am besten verstanden werden, bei denen gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sein können. Es ist leicht zu verstehen, dass die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, die hier in den Figuren allgemein beschrieben und dargestellt sind, in einer großen Vielfalt unterschiedlicher Konfigurationen angeordnet und konstruiert sein können. Folglich ist die folgende genaue Beschreibung der Ausführungsformen der Systeme und Verfahren der Offenbarung nicht dazu gedacht, den beanspruchten Umfang der Offenbarung zu begrenzen, sondern sie stellt nur mögliche Ausführungsformen der Offenbarung dar. Zudem müssen die Schritte eines Verfahrens nicht unbedingt in einer beliebigen speziellen Reihenfolge oder auch sequenziell ausgeführt werden, noch müssen die Schritte nur einmal ausgeführt werden, sofern es nicht anderweitig angegeben ist.
  • Ausführungsformen der hier offenbarten Systeme, Vorrichtungen und Verfahren können verwendet werden, um eine Temperatur eines Abschnitts eines Batteriesystems eines Elektrofahrzeugs, etwa einer Schaltvorrichtung des Batteriesystems, aus gemessenen Größen eines Spulenwiderstands, einer Spannung und/oder eines Stroms der Schaltvorrichtung herzuleiten, um eine Stromverteilung nach Bedarf zu justieren, um die Langlebigkeit von Komponenten zu verbessern und Ausfälle von Batteriesystemen und/oder andere ungewünschte Ergebnisse zu verringern.
  • Zusätzliche Details von bestimmten Ausführungsformen und Implementierungen werden nun in größerem Detail in Verbindung mit den beiliegenden Figuren erörtert. 1 zeigt eine graphische Darstellung, die beispielhafte Beziehungen zwischen einem Stapelstrom und einer Temperatur über die Zeit in verschiedenen Komponenten eines Elektrofahrzeugs zeigt. Insbesondere repräsentiert eine Achse 102 der graphischen Darstellung die Zeit in Sekunden, eine Achse 104 repräsentiert die Temperatur in Grad Celsius und eine Achse 106 repräsentiert den Stapelstrom in Ampere. Eine Aufzeichnungslinie 110 repräsentiert die Temperatur an einem negativen Schaltvorrichtungsanschluss über die Zeit, eine Aufzeichnungslinie 120 repräsentiert eine Temperatur eines negativen Anschlusses eines Verbinders des Antriebs-Gleichrichter/Wechselrichter-Moduls (TPIM) über die Zeit, und eine Aufzeichnungslinie 130 repräsentiert den Stapelstrom über die Zeit.
  • Wie in der graphischen Darstellung von 1 gezeigt ist, ist das Verhalten der Temperatur am negativen Anschluss der Schaltvorrichtung beruhend auf dem Lesewert der Temperatur am negativen Anschluss des TPIM-Verbinders relativ vorhersagbar und umgekehrt. Darüber hinaus kann eine relativ kleine Anzahl von Zyklen (zehn) von 80–130 km/h (50–80 Meilen pro Stunde) zu einer Schaltvorrichtungstemperatur führen, die ungewünscht hoch ist. Bei etwa 150 Grad Celsius kann der Decklack versagen, der verwendet wird, um die Drähte zu beschichten, welche Elektromagnete der Schaltvorrichtung bilden. Dies kann veranlassen, dass die Schaltvorrichtungen ausfallen und den Stapelschaltkreis unterbrechen können, was zu einem Verlust des Fahrzeugantriebs führen kann.
  • Um derartige Übertemperaturbedingungen zu verhindern und/oder um andere Vorteile bereitzustellen, etwas das Detektieren von Wärmequellen bei oder in der Nähe der Schaltvorrichtungen, welche auch einen Ausfall des Batteriestapels/Systems, Leistungsprobleme, Langlebigkeitsprobleme oder andere Probleme verursachen können, haben die gegenwärtigen Erfinder festgestellt, dass es eine Beziehung zwischen Parametern in der Antriebsspule der Schaltvorrichtung, etwa einem Widerstand und/oder einer Spannung, und der Temperatur der Schaltvorrichtungsspule und/oder anderen Komponenten oder Teilen der Schaltvorrichtungen gibt.
  • 2 zeigt eine graphische Darstellung, die beispielhafte Beziehungen zwischen dem Widerstand der Schaltvorrichtungsspule und einer Temperatur der Spule darstellt. Eine Achse 202 dieser graphischen Darstellung repräsentiert die Kammerglühtemperatur in Grad Celsius und eine Achse 204 repräsentiert den Spulenwiderstand in Ohm. Datenpunkte 206 und 208 repräsentieren spezielle Widerstandsmesswerte von positiven bzw. negativen Anschlüssen einer Stromversorgungsschaltung der Schaltvorrichtungsspule. Aufzeichnungslinien 210 und 220 wurden mit linearen Regressionstechniken erzeugt, die unter Verwendung der Datenpunkte 206 und 208 angewendet wurden. Für diese speziellen Datenpunkte ist der quadrierte Korrelationskoeffizient (R2) etwa 0,99, was bedeutet, dass die Daten eine starke lineare Beziehung zeigen.
  • Da elektrische Komponenten dieser Art typischerweise nicht mit einer Temperatureigenüberwachung konstruiert sind, um eine Überhitzung zu verhindern, kann diese grob lineare Beziehung verwendet werden, um eine Temperatur von nicht überwachten Komponenten zu erkennen. Daher können einige Ausführungsformen und Implementierungen einen Parameter von einer oder von mehreren Komponenten der Schaltvorrichtung verwenden, etwa einen Messwert der Spannung und/oder des Widerstands einer Antriebsspule der Schaltvorrichtung, um eine Temperatur der Schaltvorrichtung herzuleiten oder zu schätzen. In einigen derartigen Ausführungsformen kann eine Softwarenachschlagetabelle verwendet werden, um die Temperatur der Spule auf der Grundlage des Werts des Spulenwiderstands herzuleiten. Dies kann eine Softwaresteuerung ermöglichen, die verwendet werden kann, um den Strom zu verringern, der durch die Schaltvorrichtung hindurchfließt, wodurch das Potential für einen System- und/oder Komponentenausfall verhindert oder zumindest verringert wird.
  • Typischerweise gibt es vor Ort keine Softwaresteuerungen, um zu verhindern, dass Fahrer unbeabsichtigt Komponenten überhitzen und beschädigen. Verschiedene hier offenbarte Ausführungsformen und Implementierungen können daher verwendet werden, um ein Überhitzen auf aktive Weise zu verhindern, um die Lebensdauer der Schaltvorrichtung zu verbessern und einen Ausfall des Batteriesystems zu verhindern. Diese Ausführungsformen können außerdem die Fähigkeit von Elektrofahrzeugen verbessern, die Verwendung des gesamten Temperaturbetriebsbereichs der Schaltvorrichtungen zu maximieren, bevor auf Fahrzeugleistung verzichtet wird, was zusätzliche Kosten reduzieren kann, die mit einer Überdimensionierung der Schaltvorrichtungen verbunden sind. Einige Ausführungsformen können außerdem oder alternativ die Verwendung der Schaltvorrichtungen bei einer höheren Temperatur ermöglichen, welche näher bei ihrer Temperaturobergrenze liegen kann, aufgrund der Fähigkeit zur genaueren Erfassung von Temperaturen und zur Anwendung von Gegenmaßnahmen, um eine Beschädigung der Batterie und/oder andere ungewünschte Effekte zu vermeiden, wie hier an anderer Stelle offenbart ist.
  • Einige Ausführungsformen können die Aktualisierung aktueller Fahrzeuge mit einem Softwarepatch ermöglichen. Folglich können diese Ausführungsformen die Implementierung eines oder mehrerer der erfinderischen Prinzipien, die hier offenbart sind, mit nur kleineren Veränderungen an der Messhardware in einem Fahrzeugintegrationssteuerungsmodul (VICM) ermöglichen.
  • Zudem können die hier offenbarten Prinzipien eine Früherkennung von problematischen Wärmequellen bei oder in der Nähe der Schaltvorrichtungen ermöglichen. Beispielsweise können verschiedene hier offenbarte Ausführungsformen verwendet werden, um eine Überhitzung von Hochspannungsverbindungen in einer Battery Bulkhead Disconnect Unit (BBDU) eines Batteriesystems in einem Fahrzeug zu detektieren und/oder zu verhindern.
  • 3 veranschaulicht ein beispielhaftes System zum Begrenzen der Betriebstemperatur einer Schaltvorrichtung 316 eines Fahrzeugbatteriesystems 302 in einem Fahrzeug 300 in Übereinstimmung mit hier offenbarten Ausführungsformen. Das Fahrzeug 300 kann ein Kraftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzug und/oder ein beliebiger anderer Fahrzeugtyp sein und es kann einen Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine (ICE), einen Elektromotor-Antriebsstrang, einen Hybridkraftmaschinen-Antriebsstrang, einen Brennstoffzellen-Antriebsstrang und/oder einen beliebigen anderen Antriebsstrangtyp enthalten, der geeignet ist, um die hier offenbarten Systeme und Verfahren einzubauen. Das Fahrzeug 300 kann ein Batteriesystem 302 enthalten, das in bestimmten Ausführungsformen ein HV-Batteriesystem sein kann. Das HV-Batteriesystem kann verwendet werden, um elektrische Antriebsstrangkomponenten mit Leistung zu versorgen (beispielsweise in einem System mit elektrischer, hybrider oder Brennstoffzellen-Leistung).
  • Das Batteriesystem 302 kann ein Batteriesteuerungssystem 304 enthalten. Das Batteriesteuerungssystem 304 kann ausgestaltet sein, um bestimmte Operationen des Batteriesystems 302 zu überwachen und zu steuern. Zum Beispiel kann das Batteriesteuerungssystem 304 ausgestaltet sein, um Auflade- und Entladeoperationen des Batteriesystems 302 zu überwachen und zu steuern. In bestimmten Ausführungsformen kann das Batteriesteuerungssystem 304 in Verbindung mit den hier offenbarten Verfahren verwendet werden, um eine Temperatur von einem oder mehreren Abschnitten der Schaltvorrichtung 316 des Batteriesystems 302 zu schätzen.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann das Batteriesteuerungssystem 304 mit einem oder mehreren Sensoren 306 (beispielsweise Spannungssensoren, Stromsensoren, Temperatursensoren und/oder dergleichen usw.) und/oder mit anderen Systemen kommunikationstechnisch gekoppelt sein, die ausgestaltet sind, um zu ermöglichen, dass das Batteriesteuerungssystem 304 Operationen des Batteriesystems 302 überwacht und steuert. Beispielsweise können die Sensoren 306 das Batteriesteuerungssystem 304 mit Informationen versorgen, die verwendet werden, um eine Temperatur, eine Kapazität, einen Ladezustand (SOC) und/oder einen Funktionszustand (SOH) zu schätzen, einen Widerstand zu schätzen, einen Strom zu messen und/oder eine Spannung des Batteriesystems 302 und/oder der daran beteiligten Komponenten zu messen.
  • Ein oder mehrere zusätzliche Sensoren 318 können verwendet werden, um Parameter der Schaltvorrichtung 316 zu überwachen/zu messen. Daher kann beispielsweise ein Sensor 318 verwendet werden, um eine Spannung einer Stromversorgungsschaltung/Spule der Schaltvorrichtung 316 zu messen, welche wie vorstehend erörtert mit der Temperatur der Schaltvorrichtung 316 in Beziehung stehen kann, und daher verwendet werden kann, um diese Temperatur zu schätzen.
  • Das Batteriesteuerungssystem 304 kann ferner ausgestaltet sein, um Informationen für andere Systeme, die in dem Fahrzeug 300 enthalten sind, bereitzustellen und/oder um von diesen Informationen zu empfangen. Beispielsweise kann das Batteriesteuerungssystem 304 mit einem Fahrzeugcomputersystem 308 kommunikationstechnisch gekoppelt sein.
  • Das Fahrzeugcomputersystem 308 kann auch mit einem Motor 310 gekoppelt sein, sodass Informationen von dem Batteriesteuerungssystem 304 verwendet werden können, um den Betrieb des Fahrzeugs zu justieren, indem beispielsweise ein Strom direkt oder indirekt justiert wird, der an den Motor 310 geliefert wird. In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeugcomputersystem daher ein Stromsteuerungsmodul und Temperaturschätzmodul umfassen. Das Stromsteuerungsmodul kann verwendet werden, um einen Strom durch das Fahrzeugbatteriesystem 302 hindurch auf der Grundlage von geschätzten Temperatur zu begrenzen, die es von dem Temperaturschätzmodul empfängt.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeugcomputersystem ausgestaltet sein, um eine geschätzte Temperatur der Schaltvorrichtung von dem Temperaturschätzmodul zu empfangen und es kann ausgestaltet sein, um die geschätzte Temperatur mit einer Schwellenwerttemperatur zu vergleichen. Das Fahrzeugcomputersystem kann ausgestaltet sein, um beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur die Schwellenwerttemperatur überschritten hat, einen Strom durch Schaltvorrichtung hindurch zu begrenzen. In einigen Ausführungsformen kann dies Schwellenwerttemperatur zwischen etwa 130 Grad Celsius und etwa 180 Grad Celsius liegen. Bei einigen derartigen Ausführungsformen kann die Schwellenwerttemperatur zwischen etwa 140 Grad Celsius und etwa 180 Grad Celsius liegen. Bei einigen derartigen Ausführungsformen kann die Schwellenwerttemperatur bei etwa 150 Grad Celsius liegen.
  • In bestimmten Ausführungsformen kann das Batteriesteuerungssystem 304 zumindest teilweise ausgestaltet sein, um Informationen im Hinblick auf das Batteriesystem 302 (z. B. Informationen, die von den Sensoren 306, 318 gemessen und/oder von dem Steuerungssystem 304 ermittelt wurden) an das Fahrzeugcomputersystem 308 und/oder an einen Benutzer des Fahrzeugs 310 zu liefern. In einigen Ausführungsformen kann das Batteriesteuerungssystem 304 ausgestaltet sein, um Informationen im Hinblick auf die Schaltvorrichtung 316 an das Fahrzeugcomputersystem 308 zu liefern. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen eine Spannung an einer Antriebsspule/Schaltung der Schaltvorrichtung 316 gemessen werden, aus welcher der Widerstand dieser Schaltung gemessen werden kann. Dieser Widerstandswert kann an das Fahrzeugcomputersystem 308 gesendet werden, welches diesen Wert verwenden kann, um einen Schätzwert der Temperatur der Schaltvorrichtung 316 zu berechnen. In einigen Ausführungsformen kann dies unter Verwendung einer Softwarenachschlagetabelle bewerkstelligt werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeugcomputersystem 308 die geschätzte Temperatur verwenden, um einen Strom zu begrenzen/zu justieren, der an die Schaltvorrichtung 316 und/oder an den Motor 310 geliefert wird. In einigen Ausführungsformen kann der Fahrzeugcomputersystem 308 die geschätzte Temperatur der Schaltvorrichtung 316 mit einer oder mehreren Schwellenwerttemperaturen vergleichen und beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur eine oder mehrere der Schwellenwerttemperaturen überschritten hat, den Strom entsprechend begrenzen oder justieren. Folglich kann in einigen Ausführungsformen der Betrag, um welchen der Strom begrenzt wird, mit den Schwellenwerttemperaturen korrespondieren.
  • Das Batteriesystem 302 kann einen oder mehrere Batteriestapel 312 enthalten, die geeignet ausgelegt sind, um elektrische Leistung für das Fahrzeug 300 bereitzustellen. Jeder Batteriestapel 312 kann eine oder mehrere Teilgruppen 314 (z. B. Zellen) enthalten. Die Teilgruppen 314 können Teilstapel umfassen, von denen jeder eine oder mehrere Batteriezellen umfassen kann, die eine beliebige geeignete Batterietechnologie oder eine Kombination daraus verwenden. Geeignete Batterietechnologien können beispielsweise Bleisäure, Nickel-Metall-Hydrid (NiMH), Lithium-Ionen (Li-ion), Lithium-Ionen-Polymer, Lithium-Luft, Nickel-Cadmium (Ni-Cad), ventilgeregelte Bleisäure (VRLA) mit einem absorbierenden Glasvlies (AGM), Nickel-Zink (NiZn), Salzschmelze (z. B. eine ZEBRA-Batterie), Nickel-Mangan-Kobalt (NMC), Lithium-Eisenphosphat (LFP), Lithium-Manganoxid (LMO) und/oder andere geeignete Batterietechnologien und/oder eine Kombination daraus umfassen.
  • Jede Teilgruppe 314 kann einem Sensor 306 zugeordnet sein, der ausgestaltet ist, um einen oder mehrere Parameter (z. B. eine Temperatur, eine Spannung einen Strom, eine Impedanz, einen SOC usw.) zu messen, der bzw. die jeder Batterieteilgruppe 314 zugeordnet ist bzw. sind. Obwohl 3 separate Sensoren 306 veranschaulicht, die jeder Batterieteilgruppe 314 zugeordnet sind, kann in einigen Ausführungsformen auch ein Sensor verwendet werden, der ausgestaltet ist, um verschiedene elektrische Parameter zu messen, die einer Vielzahl von Teilgruppen 314 zugeordnet sind.
  • Die vorstehende Beschreibung wurde mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen und Implementierungen beschrieben. Jedoch wird der Fachmann feststellen, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Beispielsweise können verschiedene Betriebsschritte sowie Komponenten zum Ausführen von Betriebsschritten in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung oder bei Berücksichtigung einer beliebigen Anzahl von Kostenfunktionen, die mit dem Betrieb des Systems verbunden sind, auf alternative Weisen implementiert werden. Folglich kann ein beliebiger oder können mehrere der Schritte gelöscht, modifiziert oder mit anderen Schritten kombiniert werden. Außerdem muss diese Offenbarung als Veranschaulichung statt als Restriktion betrachtet werden, und alle derartigen Modifikationen sollen im Umfang derselben enthalten sein. Analog wurden Nutzen, andere Vorteile und Lösungen für Probleme vorstehend mit Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben. Jedoch dürfen Nutzen, Vorteile, Lösungen für Probleme und beliebige Elemente, die bewirken können, dass ein beliebiger Nutzen, ein beliebiger Vorteil oder eine beliebige Lösung auftritt oder besser hervorgehoben wird, nicht als kritisches, notwendiges oder wesentliches Merkmal oder Element aufgefasst werden.
  • Der Fachmann wird feststellen, dass viele Veränderungen an den Details der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den zugrundeliegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der vorliegenden Erfindung soll daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Begrenzen der Betriebstemperatur einer Schaltvorrichtung in einem Elektrofahrzeug, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: ein Widerstand in einer Schaltvorrichtung eines Elektrofahrzeugs gemessen wird; eine Temperatur der Schaltvorrichtung unter Verwendung des gemessenen Widerstands geschätzt wird; die geschätzte Temperatur der Schaltvorrichtung mit einer Schwellenwerttemperatur verglichen wird; und beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur den Temperaturschwellenwert überschritten hat, der Strom durch die Schaltvorrichtung hindurch begrenzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Messens eines Widerstands in einer Schaltvorrichtung eines Elektrofahrzeugs umfasst, dass eine Spannung in der Schaltvorrichtung gemessen wird und die gemessene Spannung verwendet wird, um den Widerstand in der Schaltvorrichtung zu ermitteln.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schwellentemperatur zwischen etwa 130 Grad Celsius und etwa 180 Grad Celsius liegt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: eine Vielzahl von Temperaturmesswerten einer Schaltvorrichtung eines Elektrofahrzeugs erfasst wird; eine Vielzahl von Widerstandsmesswerten in der Schaltvorrichtung erfasst wird, die der Vielzahl von Temperaturmesswerten zugeordnet sind; die Widerstandsmesswerte mit den Temperaturmesswerten korreliert werden.
  5. System zum Begrenzen der Betriebstemperatur einer Schaltvorrichtung eines Fahrzeugbatteriesystems, umfassend: ein Fahrzeugbatteriesystem; mindestens einen Sensor, der ausgestaltet ist, um einen Strom und/oder einen Widerstand von mindestens einem Abschnitt des Fahrzeugbatteriesystems zu messen; ein Temperaturschätzmodul, um eine Temperatur von mindestens einem Abschnitt des Fahrzeugbatteriesystems zu schätzen, wobei das Temperaturschätzmodul ausgestaltet ist, um Batteriedaten von dem mindestens einen Sensor zu empfangen und um eine Temperatur von dem mindestens einen Abschnitt des Fahrzeugbatteriesystems unter Verwendung der Batteriedaten zu schätzen; und ein Stromsteuerungsmodul zum Begrenzen eines Stroms durch das Fahrzeugbatteriesystem hindurch auf der Grundlage von geschätzten Temperaturen, die es von dem Temperaturschätzmodul empfangen hat.
  6. System nach Anspruch 5, wobei das Stromsteuerungsmodul ausgestaltet ist, um eine geschätzte Temperatur, die es von dem Temperaturschätzmodul empfangen hat, mit einer Schwellenwerttemperatur zu vergleichen, und um beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur die Schwellenwerttemperatur überschritten hat, den Strom durch die Schaltvorrichtung hindurch zu reduzieren.
  7. System nach Anspruch 5, wobei das Stromsteuerungsmodul ausgestaltet ist, um eine geschätzte Temperatur mit einer Schwellenwerttemperatur zu vergleichen und um beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur die Schwellenwerttemperatur überschritten hat, den Strom durch den mindestens einen Abschnitt des Fahrzeugbatteriesystems hindurch zu reduzieren.
  8. System nach Anspruch 5, wobei das Stromsteuerungsmodul ausgestaltet ist, um eine geschätzte Temperatur, die es von dem Temperaturschätzmodul empfangen hat, mit mindestens einer Schwellenwerttemperatur zu vergleichen und um beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur die mindestens eine Schwellenwerttemperatur überschritten hat, den Strom durch das Fahrzeugbatteriesystem hindurch zu reduzieren.
  9. System nach Anspruch 8, wobei die mindestens eine Schwellenwerttemperatur eine Vielzahl von Schwellenwerttemperaturen umfasst, wobei das Stromsteuerungsmodul ausgestaltet ist, um eine geschätzte Temperatur, die es von dem Temperaturschätzmodul empfangen hat, mit einer ersten Schwellenwerttemperatur der Vielzahl von Schwellenwerttemperaturen zu vergleichen, und um beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur die erste Schwellenwerttemperatur überschritten hat, den Strom durch das Fahrzeugbatteriesystem hindurch um einen ersten Betrag zu verringern, und wobei das Stromsteuerungsmodul ausgestaltet ist, um eine geschätzte Temperatur, die es von dem Temperaturschätzmodul empfangen hat, mit einer zweiten Schwellenwerttemperatur der Vielzahl von Schwellenwerttemperaturen zu vergleichen, und um beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur die zweite Schwellenwerttemperatur überschritten hat, den Strom durch das Fahrzeugbatteriesystem hindurch um einen zweiten Betrag zu verringern, der größer als der erste Betrag ist.
  10. System zum Begrenzen der Betriebstemperatur einer Schaltvorrichtung in einem Hochspannungs-Batteriesystem eines Elektrofahrzeugs, umfassend: ein Hochspannungs-Fahrzeugbatteriesystem mit einer Schaltvorrichtung; mindestens einen Sensor, der ausgestaltet ist, um einen Widerstand der Schaltvorrichtung des Hochspannungs-Fahrzeugbatteriesystems zu messen; ein Temperaturschätzmodul zum Schätzen einer Temperatur der Schaltvorrichtung, wobei das Temperaturschätzmodul ausgestaltet ist, um Widerstandsdaten von dem mindestens einen Sensor zu empfangen und um eine Temperatur der Schaltvorrichtung unter Verwendung der Widerstandsdaten zu schätzen, indem es eine Nachschlagetabelle verwendet, welche die Temperatur in der Schaltvorrichtung mit einem Widerstand in der Schaltvorrichtung korreliert; und ein Stromsteuerungsmodul, das mit dem Temperaturschätzmodul gekoppelt ist, wobei das Stromsteuerungsmodul ausgestaltet ist, um eine geschätzte Temperatur, die es von dem Temperaturschätzmodul empfangen hat, mit mindestens einer Schwellenwerttemperatur zu vergleichen, und um beim Feststellen, dass die geschätzte Temperatur die mindestens eine Schwellenwerttemperatur überschritten hat, den Strom durch die Schaltvorrichtung hindurch zu verringern.
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