DE102016210341A1

DE102016210341A1 - Systeme und verfahren zur einschätzung von batterie-systemparametern

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Publication number: DE102016210341A1
Application number: DE102016210341.5A
Authority: DE
Inventors: Patricia M. Laskowsky; Patrick Frost; Raghunathan K; Brian J. Koch; John E. Novak
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2015-06-15
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2016-12-15
Also published as: US20160363630A1; US10288692B2; CN106246391A

Abstract

Ein System und Verfahren zur Einschätzung eines Verhältnisses zwischen dem SOC und der OCV eines in einem Fahrzeug eingesetzten Batteriesystems werden vorgestellt. In bestimmten Ausführungsformen können ein ursprüngliches Verhältnis zwischen einer Leerlaufspannung („OCV”) und dem Ladezustand („SOC”) einer Zelle des Batteriesystems zu Beginn der Lebensdauer der Zelle bestimmt werden. Änderungen in einem oder mehreren stöchiometrischen Punkten einer Halbzelle der Zelle können mit fortschreitender Alterung der Zelle bestimmt werden. Ausgehend von den festgestellten Änderungen der stöchiometrischen Punkte der Halbzelle kann ein anfängliches Verhältnis zwischen der OCV und dem SOC der Zelle korrigiert werden, um ein aktualisiertes Verhältnis zwischen der OCV und dem SOC der Zelle zu generieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zur Einschätzung von Parametern eines Batteriesystems. Insbesondere, aber nicht ausschließlich, beziehen sich die hierin offenbarten Systeme und Verfahren auf die Einschätzung von Änderungen in einer Beziehung zwischen dem Ladezustand und der Leerlaufspannung eines Batteriesystems während des Alterungsprozesses des Batteriesystems.
HINTERGRUND
Personenkraftwagen enthalten oft elektrische Batterien zum Betreiben von elektrischen Systemen und Antriebssystemen des Fahrzeugs. Beispielsweise sind Fahrzeuge gewöhnlich mit einer 12V-Blei-Säure-Autobatterie ausgestattet, um elektrische Energie für die Fahrzeug-Startersysteme (z. B. ein Anlasser), Beleuchtungs- und/oder Zündungssysteme zu liefern. In Elektro-, Brennstoffzellen-(„BZ”), und/oder Hybrid-Fahrzeugen kann ein Hochspannungs-(„HS”) Batteriesystem (z. B., ein 360V-HS-Batteriesystem) zur Energieversorgung von elektrischen Antriebskomponenten (z. B. elektrische Antriebsmotoren u. ä.) Anwendung finden. Beispielsweise kann ein aufladbares HS-Energiespeichersystem („ESS”) in einem Fahrzeug dazu verwendet werden, elektrische Antriebskomponenten des Fahrzeugs mit Energie zu versorgen.
Informationen zu einem Verhältnis zwischen dem Ladezustand („SOC”) und einer Leerlaufspannung („OCV”) eines Batteriesystems können zur Modellierung der Leistungsfähigkeit des Batteriesystems und/oder in Verbindung mit Steuerungs- und/oder Managemententscheidungen für das Batteriesystem herangezogen werden. Beispielsweise können über eine mit dem Batteriesystem in Verbindung stehenden SOC-OCV-Kurve ermittelte Informationen zu der im Batteriesystem des Fahrzeugs gespeicherten Energie dazu verwendet werden, die Reichweite des Fahrzeugs einzuschätzen. In manchen Ausführungsformen können verschiedene Batteriesystemparameter und/oder Leistungsdaten von einem mit dem Batteriesystem verbundenen System zur Batteriezustandseinschätzung („BSE”) bestimmt werden.
Das elektrische Verhalten eines Batteriesystems kann sich mit fortschreitender Alterungsdauer des Batteriesystems ändern. Beispielsweise kann die Ladekapazität des Batteriesystems sinken, und die Gleichgewichtsspannung (z. B. die OCV) des Batteriesystems für einen gegebenen SOC kann sich gegenüber des Wertes am Beginn der Lebensdauer („BOL”) des Batteriesystems ändern. Bestimmte in Verbindung mit der Einschätzung der Batteriesystemparameter und/oder Leistungsinformationen verwendete Algorithmen tragen diesen Änderungen u. U. keine Rechnung und setzen ein statisches OCV-/SOC-Verhältnis für das Batteriesystem während der gesamten Lebensdauer voraus.
ZUSAMMENFASSUNG
Die hierin dargestellten Systeme und Verfahren können eine verbesserte Einschätzung des Verhältnisses zwischen der OCV und dem SOC eines Batteriesystems geben, während das Batteriesystem altert. Informationen in Verbindung mit einem geschätzten Verhältnis zwischen der OCV und dem SOC eines Batteriesystems können in Verbindung mit einer Reihe verschiedener Anwendungen genutzt werden, darunter, ohne Einschränkung, die Modelldarstellung von Batteriesystemparametern und/oder Leistungsinformationen, wie bspw. Einschätzungen der Batteriekapazität, der Leistungskapazität und der Fahrzeugreichweite. Ausführungsformen der dargestellten Systeme und Verfahren können daher die Präzision derartiger Einschätzungen während der Lebensdauer des Batteriesystems verbessern. Unter bestimmten Umständen können diese Verbesserungen die Zuverlässigkeit und Fahrbeständigkeit eines von einem Batteriesystem mit Energie versorgten Fahrzeugs erhöhen. In weiteren Ausführungsformen können aktualisierte Stöchiometrieparameter, die in Verbindung mit den offenbarten Ausführungsformen genutzt werden, für das Aufstellen zuverlässigerer Diagnosen über den Gesundheitszustand („SOH”) von Batteriesystemen, -paketen und/oder -zellen dienen, die die Wartungskosten für Batteriesystem senken und Modellierungen zur Verlängerung der Lebensdauer von Batterien erleichtern.
In manchen Ausführungsformen kann eine Methode zur Einschätzung des Verhältnisses zwischen SOC und OCV eines in einem Fahrzeug verwendeten Batteriesystems die Bestimmung eines anfänglichen Verhältnisses zwischen SOC und OCV einer Zelle des Batteriesystem bei einer bestimmten BOL der Zelle beinhalten. Es kann eine Änderung bei einem oder mehreren stöchiometrischen Punkten einer Halbzelle der Zelle bestimmt werden. In bestimmten Ausführungsformen kann die Bestimmung der Änderungen bei einem oder mehreren stöchiometrischen Punkten der Halbzelle das Messen von Parameterinformationen in Verbindung mit einem oder mehreren Betriebsparametern des die Halbzelle enthaltenden Batteriepacks beinhalten, sowie die Speicherung der gemessenen Parameterinformationen in einem oder mehreren Datenbins, die Identifizierung eines oder mehrerer aktualisierter stöchiometrischer Punkte der Halbzelle, ausgehend von den gemessenen und gespeicherten Parameterinformationen unter Nutzung eines Optimierungsprozesses (z. B. eines abgestuften Optimierungsprozesses oder dergleichen), und die Bestimmung der Änderungen in einem oder mehreren stöchiometrischen Punkten ausgehend von den identifizierten aktualisierten stöchiometrischen Punkten.
In bestimmten Ausführungsformen umfassen die gemessenen Parameterinformationen mindestens entweder die Spannung oder den SOC des Batteriepakets, oder die Zeit, wann der Batteriesystem verbundene Controller initialisiert. In bestimmten Ausführungsformen können die Datenbins ausgehend von einem SOC bezeichnet werden, der mit dem anfänglichen Verhältnis zwischen OCV und SOC in Verbindung steht. In manchen Ausführungsformen kann vor der Identifizierung eines oder mehrerer aktualisierter stöchiometrischer Punkte der Halbzelle die Zulänglichkeit der gemessenen und in den Datenbins gespeicherten Parameterinformationen bestimmt werden.
Ausgehend von den erfassten Änderungen in den stöchiometrischen Punkten der Halbzelle kann das anfängliche Verhältnis OCV/SOC der Zelle korrigiert werden, um ein aktualisiertes Verhältnis zwischen der OCV und dem SOC der Zelle zu generieren. In bestimmten Ausführungsformen kann das aktualisierte Verhältnis zwischen der OCV und dem SOC der Zelle eine mit der Zelle verbundene OCV/SOC-Kurve umfassen. In weiteren Ausführungsformen kann ein Steuervorgang in einem Fahrzeug in Verbindung mit dem Batteriesystem vom aktualisierten Verhältnis zwischen der OCV und dem SOC der Zelle ausgehen. In weiteren Ausführungsformen kann mindestens ein Betriebsparameter des Batteriesystems ausgehend vom aktualisierten Verhältnis zwischen der OCV und dem SOC der Zelle bestimmt werden.
In bestimmten Ausführungsformen kann das soeben beschriebene Verfahren von einem BSE-System und/oder jedem beliebigen Rechensystem durchgeführt werden und/oder unter Einsatz eines nicht flüchtigen computerlesbaren Mediums, das zugehörige ausführbare Anweisungen speichert, implementiert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nicht einschränkende und nicht erschöpfende Ausführungsformen der Offenbarung werden beschrieben, einschließlich verschiedener Ausführungsformen der Offenbarung mit Bezug auf die Figuren, in denen:
veranschaulicht ein exemplarisches System zur Bestimmung eines Verhältnisses zwischen einem SOC und einer OCV eines in ein Fahrzeug eingebautes Batteriesystem in Übereinstimmung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen.
stellt eine Graphik dar, die ein Verhältnis zwischen einem SOC und und einer OCV eines exemplarischen Batteriesystems in Übereinstimmung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen zeigt.
stellt ein Flussdiagramm eines ersten Teils eines exemplarischen Verfahrens zum Bestimmen eines Verhältnisses zwischen einem SOC und und einer OCV eines Batteriesystem in Übereinstimmung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen dar.
stellt ein Flussdiagramm eines zweiten Teils eines exemplarischen Verfahrens zum Bestimmen eines Verhältnisses zwischen einem SOC und und einer OCV eines Batteriesystem in Übereinstimmung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen dar.
stellt ein exemplarisches System für die Implementierung bestimmter Ausführungsformen der hierin offenbarten Systeme und Verfahren dar.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachstehend wird eine genaue Beschreibung von Systemen und Verfahren in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt. Obwohl mehrere Ausführungsformen beschrieben werden, versteht es sich, dass die Offenbarung nicht auf eine beliebige Ausführungsform begrenzt ist, sondern stattdessen zahlreiche Alternativen, Modifikationen und Äquivalente umfasst. Obwohl zahlreiche spezielle Details in der folgenden Beschreibung offengelegt werden, um ein gründliches Verständnis der hier offenbarten Ausführungsformen bereitzustellen, können zudem einige Ausführungsformen ohne einige oder alle diese Details in die Praxis umgesetzt werden. Darüber hinaus 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. Die Komponenten der offenbarten Ausführungsformen, die in den Abbildungen hier allgemein beschrieben und veranschaulicht sind, können in einer großen Vielfalt von verschiedenen Konfigurationen angeordnet und konstruiert sein. Daher ist die folgende genaue Beschreibung der Ausführungsformen der Systeme und Verfahren der Offenbarung nicht dazu gedacht, den Umfang der beanspruchten Offenbarung einzuschränken, sondern sie stellt nur mögliche Ausführungsformen der Offenbarung bereit. Zudem müssen die Schritte eines Verfahrens nicht unbedingt in einer beliebigen speziellen Reihenfolge, dauch nicht sequenziell, ausgeführt werden, noch müssen die Schritte nur einmal ausgeführt, sofern nicht anders angegeben.
Die hierin offenbarten Systeme und Verfahren können eine verbesserte Schätzung für das Verhältnis zwischen einer OCV und einem SOC eines Batteriesystems abgeben. In manchen Ausführungsformen können die offenbarten Systeme und Verfahren eine Schätzung des Verhältnisses zwischen OCV und SOC eines Batteriesystems abgeben, die durch eine SOC-OCV-Kurve über die Lebensdauer des Batteriesystems dargestellt werden kann. In bestimmten Ausführungsformen können die SOC-OCV-Kurveneinschätzungen von einem BSE-System und/oder einem anderen System zur Kontrolle, Überwachung und zum Testen, Modellieren, und/oder Management der Batterie durchgeführt werden.
Wenn eine Batteriezelle altert, kann sich das SOC-OCV Verhältnis der Zelle als Ergebnis des Verlustes von aktivem Material in den Elektroden der Batteriezelle und/oder Verlust von aktivem Lithium in der Zelle ändern und dabei die OCV der Batteriezelle bei einem gegebenen SOC ändern. In bestimmten Ausführungsformen kann das Verhältnis zwischen der OVC und dem SOC einer Batterievollzelle aus den SOC-OCV Verhältnissen der einzelnen Elektroden berechnet werden. Für einen gegebenen SOC kann die Vollzellen-OCV die Differenz zwischen den OCV der positiven und negativen Elektrode dieses gleichen SOC sein. Die Vollzellen-OCV-Kurve kann über einen gesamten SOC-Bereich mittels der Differenzen zwischen Elektroden-OCV-Kurven über den gesamten Bereich aufgebaut werden. Die Elektroden können jedoch ungleiche Kapazitäten aufweisen, und eine Elektrode kann überschüssige Kapazitäten aufweisen, die nicht immer in der Vollzelle genutzt werden. Dadurch kann die Frage der gegenseitigen Ausrichtung zwischen den Elektroden-SOC-OCV-Kurven im Kontext der Vollzelle aufkommen. Übereinstimmend mit den hierin offenbarten Ausführungsformen kann diese Ausrichtung und/oder das Ausmaß, bis zu dem jede Halbzellenkurve in der Vollzelle benutzt wird, mit einem oder mehreren stöchiometrischen Punkten beschrieben werden. Durch die Auswahl der korrekten stöchiometrischen Punkte und die Einberechnung der Differenzen zwischen der Elektroden-OCV-Kurven in dem von den Punkten gekennzeichneten Bereich kann die BOL-SOC-OCV-Kurve der Zelle erzeugt werden. Übereinstimmend mit den offenbarten Ausführungsformen kann das Verschieben und Skalieren der einzelnen Halbzellen-SOC-Achsenkurven durch die Änderung der stöchiometrischen Punkte erfolgen, um eine geänderte, repräsentative Vollzellen-SOC-OCV-Kurve für eine Batterie zu erzeugen, die mit zunehmendem Alter etwas aktives Material verloren hat. Angenommen, dass das Verschieben und Skalieren der Halbzellen-SOC-OCV-Kurve die Altersmechanismen in der Batterie präzise wiedergibt, kann dieser Prozess zur Modellierung der Entwicklung einer realen Vollzellen-SOC-OCV-Kurve in der Zeit verwendet werden.
Zur Bestimmung einer Änderung in den stöchiometrischen Punkten können die Ausführungsformen der hierin offenbarten Systeme und Verfahren Datensammlungs- und Optimierungsprozesse anwenden. In bestimmten Ausführungsformen können die Spannung eines Batteriepakets bzw. einer Batteriesektion gemessen und der SOC des Pakets bzw. der Sektion ausgehend von von der vorhandenen Kapazität des Pakets bzw. der Sektion bestimmt werden, und eine Zeit kann festgelegt werden, zu welcher der Fahrzeugcontroller initiieren und/oder anderweitig mit dem Batteriepaket bzw. der Batteriesektion im Gleichgewicht schalten soll. Diese Informationen können in einem oder mehreren Datenbins gespeichert und sortiert werden, ausgehend von einem SOC, der aus der Kapazität im Verhältnis zur BOL berechnet wurde. In manchen Ausführungsformen kann dadurch sichergestellt werden, dass ein breites Datenspektrum in Verbindung mit den offenbarten Systemen und Verfahren genutzt wird. Wenn feststeht, dass die Datenbins mit einer ausreichenden Datenmenge gefüllt sind und die Daten in den Bins ausreichend variieren, kann ein Optimierungsprozess (z. B. ein Gradientenabstiegs-Optimierungsprozess und/oder jeder andere passende Optimierungsprozess) durchgeführt werden, um stöchiometrischen Punkte an den Elektroden der Anode und der Kathode zu identifizieren, die zu den erhobenen Daten passen. Identifizierte stöchiometrische Punkte können in eine Historie einfließen und zur Berechnung einer neuen OCV-Achse für eine mit dem Batteriepaket und/oder der -sektion verbundene OCV-/SOC-Kurve verwendet werden. In bestimmten Ausführungsformen können identifizierte stöchiometrische Punkte mittels Anwendung eines Tiefpass-Glättungsfilters (z. B. ein rekursives Least-Squares-Filter und/oder jeder andere passende Filtertyp) in die Historie der Updates der stöchiometrischen Punkte eingefügt werden, um zu vermeiden, dass sich die stöchiometrischen Punkte (und damit ein von diesen ausgehend berechnetes OCV/SOC-Verhältnis) im Zeitverlauf unregelmäßig ändern.
Übereinstimmend mit den offenbarten Ausführungsformen, durch die Bestimmung der Lithium-Stöchiometrie einer Zelle in einem Batteriesystem kann der SOC der Zelle gemäß der Nutzung der einzelnen Elektroden x und y folgendermaßen zugeordnet werden: V(SOC) = U_pos(SOC(x_f – x_i) + x_i) – U_neg(y_i + SOC(y_f – y_i)). Gl. 1 wobei V die Vollzellen-OCV ist, U_pos die OCV der positiven Elektrode ist, U_neg die OCV der negativen Elektrode, x_f die Nutzung der positiven Elektrode entsprechend 100 % des Vollzellen-SOC (der sich mit dem Alter nicht nennenswert ändert) ist, x_i die Nutzung der positiven Elektrode 0 % des Vollzellen-SOC ist, der im Zusammenhang mit der Bestimmung der OCV/SOC-Kurve optimiert werden kann; y_f ist die Nutzung der negativen Elektrode entsprechend 100 % des Vollzellen-SOC, der im Zusammenhang mit der Bestimmung der OCV/SOC-Kurve optimiert werden kann, y_i ist die Nutzung der negativen Elektrode entsprechend 0 % des Vollzellen-SOC (der sich mit dem Alter nicht nennenswert ändert), und SOC ist der Vollzellen-Ladestatus. In bestimmten Ausführungsformen können U_pos und U_neg von der Elektrodennutzung abhängen, die dem SOC entsprechen kann. SOC·(x_f – x_i) + x_i und y_i + SOC·(y_f – y_i) können die äquivalente Nutzung jeder Elektrode aufgrund der alterungsbedingten Degradation sein.
In manchen Ausführungsformen können die Stöchiometrie-Koeffizienten x_f und y_i unzureichende Empfindlichkeit für die Alterung zeigen und daher konstant bleiben. Unter Nutzung der gesammelten Spannungsdaten und SOC-Punkte des Batteriesystems können die verbleibenden Koeffizienten x_i und y_f optimiert werden.
In bestimmten Ausführungsformen kann ein Optimierungsprozess in Verbindung mit der Minimierung der Fehlerfunktion f(x_i, y_f) zur Anwendung kommen, der anhand folgender Gleichung ausgedrückt werden kann: min(f(x_i, y_f)) = min(Σ|V_meas – V_die(x_i, y_f|) ≈ 0. Gl. 2 wobei V_meas die gemessene ausgeglichene Spannung und V_die geschätzte Leerlaufspannung ist.
Die Optimierung von x_i und y_f kann f(x_i, y_f) minimieren, wobei V_die anhand folgender Gleichung ausgedrückt werden kann: V_die(x_i, y_f) = U_pos(SOC·(x_f – x_i) + x_i) – U_pos(y_i + SOC·(y_f – y_i)) Gl. 3
Ausführungsformen der offenbarten Systeme und Verfahren können verschiedene Optimierungsprozesse verwenden. In manchen Ausführungsformen kann ein Gradientenabstiegs-Optimierungsprozess verwendet werden, der einer steilsten partiell-derivativen Richtung folgen kann, um ein nächstes Parameter-Update zu setzen.
In bestimmten Ausführungsformen kann ein nächstes Parameter-Update-Iterationsschema folgendermaßen ausgedrückt werden:
Der Optimierungsprozess kann ausgeführt werden, bis eine gewissen Anzahl von Iterationen n erreicht ist, oder bis eps kleiner ist als ein maximal zulässiger Fehler.
stellt ein exemplarisches System zur Bestimmung eines Verhältnisses zwischen einem SOC und einer OCV eines Batteriesystems 102 dar, das mit den hierin offenbarten Ausführungsformen übereinstimmt. In bestimmten Ausführungsformen kann das Batteriesystem 102 in ein Fahrzeug 100 eingebaut sein. Das Fahrzeug 100 kann ein Kraftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug und/oder eine beliebige andere Art von Fahrzeug sein und es kann einen Antriebsstrang mit Verbrennungsmotor („ICE”), Elektromotor, Hybridantrieb, Brennstoffzellen-Antrieb („FC”) bzw. jedem weiteren Antriebstyp enthalten, der geeignet ist, um die hier offenbarten Systeme und Verfahren aufzunehmen. Das Fahrzeug 100 kann ein Batteriesystem 102 enthalten, das in bestimmten Ausführungsformen ein HS-Batteriesystem sein kann. Das HS-Batteriesystem kann zur Energieversorgung elektrischer Antriebskomponenten dienen (z. B. in einem elektrischen, hybriden oder FC-Antriebssystem). In weiteren Ausführungsformen kann das Batteriesystem 102 eine Niederspannungs-Batterie (z. B. eine 12V Blei-Säure-Autobatterie) und konfiguriert zur Energieversorgung einer Reihe von Systemen des Fahrzeugs 100 sein, darunter beispielsweise Fahrzeugstartsysteme (z. B. ein Anlassermotor), Beleuchtungssysteme, Zündsysteme u. ä. Trotzdem es hier in Verbindung mit einem Batteriesystem 102 in einem Fahrzeug 100 dargestellt ist, wird der Nutzer begrüßen, dass Ausführungsformen der offenbarten Systeme und Verfahren in Verbindung mit einem breiten Spektrum von Batteriesystemen, einschließlich in Verbindung mit Batteriesystemen angewendet werden können, die nicht in ein Fahrzeug eingebaut sind.
Das Batteriesystem 102 kann ein Batteriesteuersystem 104 beinhalten. Das Batteriesteuersystem 104 kann zur Überwachung und Steuerung bestimmter Betriebsfunktionen des Batteriesystems 102 konfiguriert sein. Beispielsweise kann das Batteriesteuersystem 104 zur Überwachung der Lade- und Entladevorgänge des Batteriesystems 102 konfiguriert sein. In bestimmten Ausführungsformen kann das Batteriesteuersystem 104 mit den hierin offenbarten Verfahren zur Einschätzung, Modellierung bzw. anderweitigen Bestimmung der Energieaufnahmefähigkeit des Batteriesystems angewendet werden. In bestimmten Ausführungsformen kann das Batteriesteuersystem 104 mit einem oder mehreren Sensoren 106 (z. B. Spannungs-, Stromstärkesensoren und/oder dergleichen usw.) kommunikativ gekoppelt sein, und/oder anderen Systemen (z. B. internes Computersystem 108, externes Computersystem 110 usw.), dazu konfiguriert, das Batteriesteuersystem 104 zur Überwachung und Steuerung der Funktionen des Batteriesystems 102 und/oder zur Ausführung bestimmter hierin offenbarter Verfahren zu aktivieren. Beispielsweise können Sensoren 106 das Batteriesteuersystem 104 mit Informationen zur Einschätzung eines SOC und/oder eines SOE, zur Messung der Impedanz, der Stromstärke oder Spannung eines Batteriepakets 112 und/oder einzelner Batteriezellen 114 versorgen, sowie mit weiteren Informationen, die in Verbindung mit den offenbarten Ausführungsformen genutzt werden können.
Das Batteriesteuersystem 104 kann weiterhin zur Bereitstellung von Informationen an bzw. zum Empfang von Informationen von anderen, in dem Fahrzeug 100 vorhandenen Systemen konfiguriert sein (z. B. internes Computersystem 108), die in manchen Ausführungsformen BSE-Systems umfassen können. Beispielsweise kann das Batteriesteuersystem 104 mit einem internen Fahrzeugcomputersystem 108 und/oder einem externen Computersystem 110 (z. B. über ein drahtgestütztes und/oder drahtloses Telecommunikationssystem oder dergleichen) kommunikativ gekoppelt sein, konfiguriert zur Ausführung von BSE-Verfahren in Übereinstimmung mit den offenbarten Ausführungsformen. In manchen Ausführungsformen kann das interne Fahrzeug-Computersystem 108 und/oder ein externes Computersystem 110 zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen dem SOC und der OCV eines Batteriesystems 102 während des Alterungsprozesses des Batteriesystems konfiguriert sein, in Übereinstimmung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen
In bestimmten Ausführungsformen kann das Batteriesteuersystem 104 konfiguriert sein, zumindest teilweise, um Informationen über das Batteriesystem 102 bereitzustellen, (z. B. Sensor- 106 und/oder Steuersystemdaten 104) an Benutzer, Test- oder Wartungspersonal und dergleichen des Fahrzeugs 100, ein Fahrzeug-Computersystem 108 und/oder ein externes Computersystem 110. Derartige Informationen können, ohne Einschränkung, Informationen über SOC, SOE und/oder den Gesundheitszustand („SOH”) der Batterie, die Batterieenergiekapazität, die Batteriebetriebszeit, die Batteriezyklen, die Batteriebetriebstemperatur, die Fahrzeugreichweite sowie alle weiteren Informationen über das Batteriesystem 102 beinhalten, die in Verbindung mit der Bestimmung der Energiespeicherfähigkeit des Batteriesystems und/oder in Verbindung mit dem Management und oder Steuerfunktionen des Batteriesystems 102 und/oder des Fahrzeugs 100 genutzt werden können.
Das Batteriesystem 102 kann aus einem oder mehreren Batteriepaketen 112 bestehen, die geeignet bemessen sind, um Elektroenergie für das Fahrzeug 100 zu liefern. Jedes Batteriepaket 112 kann aus einer oder mehreren Batteriezellen 114 bestehen. Die Batteriezellen 114 können jede geeignete Batterietechnologie oder Kombination derselben nutzen. Als geeignete Batterietechnologien können beispielsweise Blei-Säure-Kombinationen, Nickelmetallhydrid (NiMH), Lithium-Ionen (Li-Ion), Lithium-Ionen-Polymer, Lithium-Luft, Nickel-Cadmium (NiCad), ventilgeregelte Blei-Säure-Kombinationen (VRLA) mit absorbierendem Glasvlies (AGM), Nickel-Zink (NiZn), Salzschmelze (z. B. ZEBRA-Batterie) und/oder andere geeignete Batterietechnologien zur Anwendung kommen. Jede Batteriezelle 114 kann mit Sensoren 106 verbunden sein, die zum Messen eines oder mehrerer Parameter konfiguriert sind (z. B. Spannung, Stromstärke, Temperatur usw.) in Verbindung mit jeder Zelle 114. zeigt getrennte Sensoren 106 für jede Batteriezelle 114; in manchen Ausführungsformen kann jedoch ein zum Messen verschiedener elektrischer Parameter von mehreren Zellen 114 konfigurierter Sensor zur Anwendung kommen.
Die von Sensoren 106 gemessenen Informationen können an das Batteriesteuersystem 104 und/oder eines oder mehrere Systeme (z. B. internes Computersystem 108 und/oder externes Computersystem 110) übertragen werden. Unter Nutzung der Informationen kann das Batteriesteuersystem 104 und/oder ein anderes geeignetes System den Betrieb des Batteriesystems 102 koordinieren (z. B.Lade-, Entlade- und Ausgleichsvorgänge usw.). Das Batteriesteuersystem 104, das interne Computersystem 108, das externe Computersystem 110, und/oder jedes andere geeignete System, das BSE-Verfahren anwendet, kann derartige Informationen in Verbindung mit den offenbarten Ausführungsformen zur Bestimmung eines Verhältnisses zwischen dem SOC und der OCV des Batteriesystems 102 als Teil der Überwachung, Steuerung, Charakterisierung und/oder Modellierung desselben nutzen.
stellt eine Graphik dar, die das Verhältnis zwischen dem SOC 202 und der OCV 204 in der Zeit eines exemplarischen, mit den hierin offenbarten Ausführungsformen übereinstimmenden Batteriesystems zeigt. Insbesondere veranschaulicht die Graphik 200 unterschiedliche exemplarische SOC/OCV-Kurven 206 im Verlauf des Lebenszyklus der Batterie (z. B. von BOL bis zum Lebensende („EOL”). Wie dargestellt, kann eine mit SOC/OCV-Kurven 206 in Verbindung stehende OCV 204 mit zunehmendem Alter des Batteriesystems bei höheren SOC-Werten 202 sinken, und bei niedrigeren SOC-Werten 202 steigen. In Übereinstimmung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen können derartige zeitbestimmte Änderungen für die Einschätzung des Verhältnisses zwischen SOC 202 und OCV 204 eines Batteriesystems in Verbindung mit BSE-Verfahren und/oder der Überwachung, Steuerung, Charakterisierung und/oder Modellierung des Batteriesystems in Betracht gezogen werden.
In den – zeigen die Flussdiagramme 300a, 300b ein exemplarisches Verfahren zur Bestimmung des Verhältnisses zwischen dem SOC und der OCV eines Batteriesystems in Übereinstimmung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen. In bestimmten Ausführungsformen können eines oder mehrere der dargestellten Elemente des Verfahrens von einem Batteriesteuersystem, einem internen Computersystem, einem externen Computersystem und/oder beliebigen anderen Systemen oder Systemkombinationen ausgeführt und/oder implementiert werden, und mit implementierten BSE-Verfahren zur Überwachung, Modellierung und/oder anderweitigen Charakterisierung der Parameter eines Batteriesystems, einschließlich einer SOC/OCV-Kurve des Batteriesystems, konfiguriert werden.
Das dargestellte Verfahren kann eine oder mehrere Schritte zur Ausgabe von OCV-Achsen 301, zur Berechnung von SOC-Werten 303 sowie zur Bestimmung der Datenvalidität und -erfassung 305, der Datensuffizienz 307, der Optimierung der stöchiometrischen Werte 309, der Optimierungsvermischung 311 und/oder der Berechnung der OCV-Achse 313 umfassen. Bei 302 kann das Verfahren initiieren. Bei 304 kann bestimmt werden, ob ein Batteriecontroller und/oder Steuersystem in Verbindung mit dem Batteriesystem eingeschaltet und/oder anderweitig in einem aktivierten Status ist. Wenn nicht, kann das Verfahren warten, bis der Batteriecontroller eingeschaltet und/oder aktiviert ist. Wenn der Batteriecontroller und/oder das Steuersystem in Verbindung mit dem Batteriesystem eingeschaltet und/oder anderweitig aktiviert sind, kann das Verfahren mit den Schritten 306, 314 und 334 fortfahren. In manchen Ausführungsformen können die weiter unten detaillierter beschriebenen Schritte 306, 314 und 334 parallel und/oder in jeder geeigneten Reihenfolge weiter durchgeführt werden, um den offenbarten Ausführungsformen zu entsprechen.
Bei 306 kann bestimmt werden, ob die Sektionen des Batteriesystems (z. B. Batteriesystem-Unterteilungen) eine gleichförmige und/oder im Wesentlichen gleichförmige Kapazität aufweisen. Wenn die Sektionen keine gleichförmige und/oder im Wesentlichen gleichförmige Kapazität aufweisen, kann das Verfahren bis 310 fortgesetzt werden, wo vorab gespeicherte Informationen zur OCV-Achse in Verbindung mit einer SOC/OCV-Kurve für die schwächste Sektionen des Batteriesystems abgerufen werden können. Wenn die Sektionen eine gleichförmige und/oder im Wesentlichen gleichförmige Kapazität aufweisen, kann das Verfahren bis 308 fortgesetzt werden, wo vorab gespeicherte Informationen zur OCV-Achse in Verbindung mit dem ersten Abschnitt des Batteriesystem abgerufen werden können. Die bei 308 oder 310 abgerufenen Informationen zur OCV-Achse können bei 312 an verschiedene Softwarekomponenten und/oder zur Nutzung in Verbindung mit anderen Schritten im dargestellten Verfahren ausgegeben werden.
In manchen Ausführungsformen können bestimmte Ausführungsformen der offenbarten Verfahren in Verbindung mit einem kompletten Batteriesystem, einem Batteriepaket, einem Paket als Anzahl von Sektionen und/oder einer einzelnen Zelle und/oder jedes anderen Teils eines Batteriesystems ausgehend von den verfügbaren Messinformationen angewendet werden.
Der hierin verwendete Ausdruck Batteriesystem kann ein komplettes Batteriesystem und/oder alle Bestandteile desselben, ein Paket (z. B. ein Paket mit einer Anzahl von Zellen), eine Zelle und/oder dergleichen umfassen. In manchen Ausführungsformen können die Verfahren in Verbindung mit der schwächsten Sektion und/oder Zelle des Batteriesystems (z. B. eine erste Batteriesektion) angewendet werden. Wenn die Batteriesektionen/-zellen relativ gleichförmig sind, kann die erste Sektion als repräsentativ für das Paket erachtet und daher in Verbindung mit Ausführungsformen der offenbarten Verfahren angewendet werden.
Bei 314 können ein rahmenspezifischer BOL-SOC und ein geschätzter Kapazitäts-SOC für das Batteriesystem initalisiert werden. Die Stromstärke kann integriert werden, um einen BOL-SOC für das Batteriesystem und einen geschätzten SOC für das Batteriesystem bei 316 zu berechnen. Wie hierin verwendet, kann ein rahmenspezifischer BOL-SOC ein BOL-SOC in Verbindung mit einem speziellen funktionellen Softwarebereich sein. Diese Informationen können an 332 zur Nutzung in Verbindung mit anderen Schritten des Verfahrens weitergeleitet werden.
Bei 318 kann bestimmt werden, ob ein Reset eines nichtflüchtigen Speichers erfolgt ist (z. B. ob ein Reset in einem vorhergehenden Zeitraum oder dergleichen erfolgt ist). Wenn ja, kann ein Zeichen bei 328 gesetzt werden, das anzeigt, dass der berechnete SOC nicht in Verbindung mit dem offenbarten Verfahren angewendet werden soll, wodurch in manchen Ausführungsformen ein Verfahren zur Beendigung führen kann. Wenn kein Reset erfolgt ist, kann das Verfahren bis 320 fortgesetzt werden, wo die Zeit seit dem letzten Abschluss eines Ladezyklus mit einer Schwelle verglichen wird, um festzustellen, ob zu viel Zeit verstrichen ist. In manchen Ausführungsformen kann die Schwelle einen Wert umfassen, der darstellen kann, wenn der integrierte Stromsensorfehler zu hoch ist, um eine präzise OCV/SOC-Kurve zu berechnen. Wenn die Zeit seit der Beendigung des letzten Ladezyklus zu lang ist, kann ein Zeichen bei 328 gesetzt werden, das anzeigt, dass der berechnete SOC nicht in Verbindung mit dem offenbarten Verfahren angewendet werden soll, wodurch in manchen Ausführungsformen ein Verfahren zur Beendigung führen kann. Wenn nicht, kann das Verfahren mit 322 fortfahren.
Bei 322 kann bestimmt werden, ob ein Ladezyklus-Abschluss ausgelöst wurde. Wenn ja, kann das Verfahren mit 326 fortfahren, wo der BOL-SOC und der geschätzte Kapazitäts-SOC auf einen Ladezyklus-Endzeitpunkt des Batteriesystems zurückgesetzt werden können, ein Zeichen bei 330 gesetzt werden, das anzeigt, dass der berechnete SOC in Verbindung mit dem offenbarten Verfahren angewendet werden kann. Anderweitig kann das Verfahren mit 324 fortfahren, wo festgestellt werden kann, ob das Zeichen bei 330 vorher gesetzt wurde (d. h., ob das Zeichen bei 330 gesetzt wurde, um anzuzeigen, dass der berechnete SOC benutzt werden kann). Wenn nicht, kann ein Zeichen bei 328 gesetzt werden, das anzeigt, dass der berechnete SOC nicht in Verbindung mit dem offenbarten Verfahren angewendet werden soll, was in manchen Ausführungsformen die Beendigung des Verfahrens veranlassen kann. Wenn ja, kann ein Zeichen bei 330 gesetzt werden, das anzeigt, dass der berechnete SOC in Verbindung mit dem offenbarten Verfahren angewendet werden kann.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Stromstärke zur Berechnung eines SOC herangezogen werden, der nicht gesetzt oder von der Spannung bestimmt ist, um stöchiometrische Punkte zur Berechnung der OCV/SOC-Kurve zu finden und so die Erzeugung einer zirkulären Abhängigkeit zu vermeiden. Der SOC kann zurückgesetzt werden, wenn die Batterie einen vollen Ladezyklus abschließt, während die OCV/SOC-Kurve bei hohem SOC mit zunehmendem Alter der Batterie weniger Änderungen zeigt. Wenn die Batterie für eine bestimmte Dauer nicht voll geladen wurde, oder die Datenspeicherung eines Systems, das die offenbarten Systeme und Verfahren anwendet, wurde zurückgesetzt, kann der berechnete SOC nicht in Verbindung mit den Optimierungsprozesses gemäß den offenbarten Ausführungsformen angewendet werden, bevor eine volle Ladung abgeschlossen wurde.
Bei 334 kann bestimmt werden, ob das Batteriesystem in Betrieb ist. Wenn nicht, kann das Verfahren warten bis das Batteriesystem in Betrieb ist. Ist das der Fall, kann das Verfahren bis 336 fortgesetzt werden, wo festgestellt werden kann, ob das Batteriesystem in einem ausgeglichenen Zustand ist. In manchen Ausführungsformen kann ein Gleichgewichtszustand einen Zustand umfassen, in dem die Batterie für ausreichend lange Zeit im Leerlaufzustand war, sodass sich die durch das Auf- und Entladen der Batterie aufgebaute Polarisierung aufgelöst hat und/oder keine und/oder relativ geringe transiente Effekte auftreten. Ist das nicht der Fall, kann das Verfahren bei 338 beendet werden, denn das Batteriesystem kann nicht ruhen. Ist das der Fall, kann das Verfahren bis 340 fortgesetzt werden.
Wenn das Zeichen bei 330 gesetzt ist, und anzeigt, dass der berechnete SOC verwendet werden kann, kann bei 340 bestimmt werden, ob der berechnete SOC verwendbar ist. Wenn nicht, kann das Verfahren bis 338 fortgesetzt werden, wo es beendet werden kann, da das Batteriesystem u. U. nicht ruhen kann. Wenn ja, kann das Verfahren bis 342 fortgesetzt werden.
Bei 342 kann die geschätzte SOC-Kapazität für das bei 332 passierte Batteriesystem zusammen mit den zugehörigen Zeitinformationen in einem oder mehreren vom zugehörigen BOL SOC bestimmten Datenbins gespeichert werden. In manchen Ausführungsformen können die Zeitinformationen eine laufende zeitbezogene Zählung umfassen, wenn ein System, das Ausführungsformen der offenbarten Systeme und Verfahren implementiert, mit Energie versorgt wird (z. B. an eine 12V-Batterie oder dergleichen).
Bei 344 kann bestimmt werden, ob Sektionen des Batteriesystems (z. B. Batteriesystem-Unterteilungen) gleichförmige und/oder im Wesentlichen gleichförmige Kapazitäten aufweisen. Wenn die Sektionen keine gleichförmige und/oder im Wesentlichen gleichförmige Kapazität aufweisen, kann das Verfahren bis 348 fortgesetzt werden, wo eine Durchschnittsspannung der Sektionen, die auf eine Paketspannung skaliert werden kann, in einem oder mehreren, vom zugehörigen BOL SOC bestimmten Datenbins gespeichert werden. Wenn die Sektionen keine gleichförmige und/oder im Wesentlichen gleichförmige Kapazität aufweisen, kann das Verfahren bis 346 fortgesetzt werden, wo die Paketspannung in einem oder mehreren, vom zugehörigen BOL SOC bestimmten Datenbins gespeichert werden kann.
Bei 350 kann bestimmt werden, ob eine ausreichende Anzahl von Datenbins ab dem letzten Update neue Daten enthalten. Wenn nicht, kann das Verfahren bei 360 enden, denn es wurde eine unzureichende Datenmenge zum Fortsetzen des Verfahrens gesammelt. Wenn ja, kann das Verfahren bis 352 fortgesetzt werden, wo bestimmt werden kann, ob die Daten ausreichend verteilt sind. Wenn nicht, kann das Verfahren bei 360 enden, denn es wurde eine unzureichende Datenmenge zum Fortsetzen des Verfahrens gesammelt. Wenn ja, kann das Verfahren bis 354 fortgesetzt werden.
Bei 354 kann bestimmt werden, ob die neuen Daten bei etwa 50 % zentriert sind. Wenn nicht, kann das Verfahren bei 360 enden, denn es wurde eine unzureichende Datenmenge zum Fortsetzen des Verfahrens gesammelt. Wenn ja, kann das Verfahren bis 356 fortgesetzt werden, wo bestimmt werden kann, ob die neuen Datenspeicherorte ausreichend variieren. Wenn nicht, kann das Verfahren bei 360 enden, denn es wurde eine unzureichende Datenmenge zum Fortsetzen des Verfahrens gesammelt. Wenn ja, kann ein Optimierungsprozess bei 358 ausgelöst werden. In manchen Ausführungsformen kann die OCV/SOC eine Reihe von Kurven aufzeigen und/oder einen relativ steilen Rückgang bei niedrigeren SOC. In bestimmten Ausführungsformen können die Schritte 350–356 unter anderem sicherstellen, dass eine ausreichende Datenmenge über einen ausreichend weiten Bereich gesammelt wurden, sodass eine präzise Kurve erstellt werden kann.
Der Optimierungsprozess kann mit der Erstellung eines verbundenen Optimierungsalgorithmus bei 362 mit den gespeicherten Werten beginnen. In manchen Ausführungsformen können diese Werte bei vorherigen Durchläufen des Optimierungsprozesses und/oder BOL-Werten berechnet werden, wenn der Optimierungsprozess nicht vorher berechnet wurde. Die Werte können ohne Einschränkung zu optimierende und konstante Stöchiometriewerte und/oder gemessene Spannungen zur Bewertung einer damit verbundenen Kosten- und/oder Fehlerfunktion umfassen. Bei 364 kann bestimmt werden, ob Sektionen des Batteriesystems (z. B. Batteriesystem-Unterteilungen) gleichförmige und/oder im Wesentlichen gleichförmige Kapazitäten aufweisen. Wenn die Sektionen gleichförmige und/oder im Wesentlichen gleichförmige Kapazitäten aufweisen, kann das Verfahren bis 366 fortgesetzt werden, wo der Optimierungsprozess mit einem einzelnen Aufruf ausgeführt werden kann (z. B. N = 1). Anderweitig kann das Verfahren bis 368 fortgesetzt werden, wo der Optimierungsprozess für jede Sektion ausgeführt werden kann (z. B. 1 < n < = 12).
Bei 370 kann bestimmt werden, ob eine Iterationsgrenze für den rekursiven Optimierungsprozess erreicht wurde und, wenn nicht, ob ein Fehler im Optimierungsprozess unter einer Fehlerschwelle liegt. Wenn die Iterationsgrenze nicht erreicht wurde und/oder der Fehler im Optimierungsprozess nicht unter einer Fehlerschwelle liegt, kann bei 372 eine Kostenfunktion in Verbindung mit dem Optimierungsprozess bewertet werden. Bei 374 können partielle Derivate für jeden Parametersatz im Optimierungsprozess berechnet werden, und bei 376 können die nächsten Parameter berechnet werden.
Nachdem bei der Bestimmung bei 370 die Iterationsgrenze erreicht wurde oder der Optimierungsprozessfehler unter der Fehlerschwelle liegt, kann das Verfahren bis 378 fortgesetzt werden. Bei 378 kann der resultierende optimierte Wert in einem Mischpuffer gespeichert werden. Ein Mittel und eine Varianz der Mischpufferwerte können bei 380 berechnet werden. Bei 382 kann eine rekursive Least-Squares-Filterkonstante („RLS”) berechnet werden, ausgehend vom berechneten Mittel und der Varianz. Ein Filter kann angewendet werden, unter Nutzung der RLS-Konstante für die neuen optimierten Parameter und der vorab bei 384 gespeicherten Parameter.
Bei 386 kann bestimmt werden, ob Sektionen des Batteriesystems (z. B. Batteriesystem-Unterteilungen) gleichförmige und/oder im Wesentlichen gleichförmige Kapazitäten aufweisen. Wenn die Sektionen gleichförmige und/oder im Wesentlichen gleichförmige Kapazitäten aufweisen, kann das Verfahren bis 388 fortgesetzt werden, wo die vermischten Parameter genutzt werden können, um Informationen zur OCV-Achse für eine SOC/OCV-Kurve in Verbindung mit einer ersten Sektion des Batteriesystems zu berechnen. Anderweitig kann das Verfahren bis 390 fortgesetzt werden, wo die vermischten Parameter zur Berechnung der OCV-Achseninformationen für eine SOC/OCV-Kurve in Verbindung mit jeder Sektion genutzt werden können. Bei 392 können die bei 388 oder 390 berechneten OCV-Achsen gespeichert werden. Das Verfahren kann bis 394 fortgesetzt und an diesem Punkt beendet werden.
4 stellt ein exemplarisches System 400 für die Implementierung bestimmter Ausführungsformen der hierin offenbarten Systeme und Verfahren dar. In bestimmten Ausführungsformen kann das Computersystem 400 ein Personalcomputersystem, ein Server-Computersystem, ein Fahrzeug-Bordcomputer, ein Batteriesteuersystem, ein externes Computersystem und/oder jeder für die Implementierung der offenbarten Systeme und Verfahren geeignete andere Systemtyp sein. In weiteren Ausführungsformen kann das Computersystem 400 ein beliebiges tragbares elektronisches Computersystem oder elektronisches Gerät sein, einschließlich, beispielsweise ein Notebook-Computer, ein Smartphone, und/oder ein Tablet-Computer.
Wie dargestellt, kann das Computersystem 400 unter anderem einen oder mehrere Prozessoren 402, einen Direktzugriffsspeicher („RAM”) 404, eine Kommunikationsschnittstelle 406, eine Benutzeroberfläche 408 und ein nicht-transitorisches computerlesbares Speichermedium 410 beinhalten. Der Prozessor 402, der RAM-Speicher 404, die Kommunikationsschnittstelle 406, die Benutzeroberfläche 408, und das computerlesbare Speichermedium 410 können kommunikativ miteinander über einen gemeinsamen Datenbus 412 gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen können die verschiedenen Komponenten des Computersystems 400 unter Verwendung von Hardware, Software, Firmware und/oder einer beliebigen Kombination davon implementiert werden.
Die Benutzeroberfläche 408 kann eine beliebige Anzahl von Vorrichtungen beinhalten, mittels derer der Benutzer mit dem Computersystem 400 interagieren kann. Zum Beispiel kann die Benutzeroberfläche 408 verwendet werden, um einem Benutzer eine interaktive Schnittstelle anzuzeigen. Die Benutzeroberfläche 408 kann ein separates kommunikativ mit dem Computersystem 400 gekoppeltes Schnittstellensystem sein, oder alternativ kann sie ein integriertes System, wie beispielsweise eine Anzeigeschnittstelle für einen Laptop oder eine andere ähnliche Vorrichtung, sein. In bestimmten Ausführungsformen kann die Benutzeroberfläche 408 auf einem Touchscreen-Display erzeugt werden. Das Touchscreen-Display 408 kann auch eine beliebige Anzahl von anderen Eingabevorrichtungen, einschließlich beispielsweise einer Tastatur, einen Trackball und/oder Zeigegeräte, beinhalten.
Die Kommunikationsschnittstelle 406 kann eine beliebige Schnittstelle sein, die mit anderen Computersystemen, Peripheriegeräten in Verbindung steht, und/oder ein anderes kommunikativ mit dem Computersystem 400 gekoppeltes Gerät. Zum Beispiel kann die Kommunikationsschnittstelle 506 es dem Computersystem 400 ermöglichen, mit anderen Computersystemen zu kommunizieren (z. B. Computersysteme, die mit externen Datenbanken und/oder dem Internet verbunden sind), um die Übertragung und den Empfang von Daten aus solchen Systemen zu ermöglichen. Die Kommunikationsschnittstelle 406 kann unter anderem ein Modem, ein Satelliten-Datenübertragungssystem, eine Ethernet-Karte und/oder eine beliebige andere geeignete Vorrichtung beinhalten, die es dem Computersystem 400 ermöglicht mit Datenbanken und Netzwerken verbinden zu können, wie beispielsweise LANs, MANs, WANs und das Internet.
Der Prozessor 402 kann einen oder mehrere Universalprozessoren, anwendungsspezifische Prozessoren, programmierbare Mikroprozessoren, Mikrocontroller, digitale Signalprozessoren, FPGAs, andere anpassbare oder programmierbare Verarbeitungsgeräte und/oder andere Geräte oder Anordnungen von Vorrichtungen beinhalten, die zur Umsetzung der hierin offenbarten Systeme und Verfahren in der Lage sind.
Der Prozessor 402 kann konfiguriert sein, computerlesbare auf dem nicht-transitorischen computerlesbaren Speichermedium 410 gespeicherte Anweisungen auszuführen. Das computerlesbare Speichermedium 410 kann andere Daten oder Informationen speichern, wie gewünscht. In einigen Ausführungsformen können die computerlesbaren Anweisungen computerausführbare Funktionsmodule 414 beinhalten. Zum Beispiel können die computerlesbaren Anweisungen ein oder mehrere Funktionsmodule beinhalten, die konfiguriert sind alle oder einen Teil der Funktionalität der oben beschriebenen Systeme und Verfahren zu implementieren. Spezifische, in dem computerlesbaren Speichermedium 410 zu speichernde Funktionsmodelle können Module zum Testen, Überwachen und/oder Modellieren eines Verhältnisses zwischen OCV und SOC eines Batteriesystems während des Alterungsprozesses des Batteriesystems und/oder andere, zur Implementierung der hierin offenbarten Systeme und Verfahren konfigurierte Module beinhalten.
Das hierin beschriebene System und Verfahren kann unabhängig von der Programmiersprache implementiert werden, die zur Erstellung der computerlesbaren Anweisungen und/oder eines auf dem Computersystem 400 ausgeführten Betriebssystems verwendet wird. Die computerlesbaren Anweisungen können beispielsweise in jeder geeigneten Programmiersprache geschrieben werden, darunter, jedoch nicht ausschließlich, C, C++, Visual C++, und/oder Visual Basic, Java, Perl oder jede andere geeignete Programmiersprache. Weiterhin können die computerlesbaren Anweisungen und/oder Funktionsmodule die Form einer Kollektion separater Programme oder Module annehmen, und/oder eines Programmmoduls in einem größeren Programm, oder eines Teils eines Programmmoduls. Die Verarbeitung von Daten durch das Computersystem 500 kann als Reaktion auf Nutzerbefehle, auf Ergebnisse von früheren Verarbeitungen oder auf eine Anforderung einer anderen Verarbeitungseinrichtung erfolgen. Es erweist sich als vorteilhaft, dass das Computersystem 400 alle geeigneten Betriebssysteme anwenden kann, beispielsweise Unix, DOS, Android, Symbian, Windows, iOS, OSX, Linux, und/oder dergleichen.
Obwohl das Vorangehende in einigen Einzelheiten zum Zwecke der Klarheit beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, dass bestimmte Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne von den Prinzipien davon abzuweichen. Es wird darauf hingewiesen, dass es viele alternative Wege zur Implementierung der hierin beschriebenen Prozesse und Verfahren gibt. Dementsprechend sind die vorliegenden Ausführungsformen als veranschaulichend und nicht beschränkend anzusehen, und die Erfindung ist nicht auf die hierin gegebenen Details beschränkt, sondern kann innerhalb des Umfangs und der Äquivalente der beigefügten Ansprüche modifiziert werden.
Die vorangehende Beschreibung wurde unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben. Jedoch wird ein Fachmann auf dem Gebiet erkennen, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen möglich sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise können verschiedene Arbeitsschritte und Komponenten für die Ausführung der Arbeitsschritte auf anderweitig angewendet werden, abhängig von der jeweiligen Anwendung oder unter Berücksichtigung einer bestimmten Anzahl von Kostenfunktionen in Verbindung mit dem Betrieb des Systems. Dementsprechend kann einer oder mehrere der Schritte gelöscht, modifiziert oder mit anderen Schritten kombiniert werden. Ferner ist diese Offenbarung eher als in einem veranschaulichenden als in einem einschränkenden Sinne zu sehen, und alle derartigen Modifikationen sollen im Umfang davon umfasst werden. Ebenso wurden der Nutzen, andere Vorteile und Lösungen für Probleme im Hinblick auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben. Jedoch sollen Nutzen, Vorteile, Lösungen für Probleme und jedes Element(e), das dazu führen kann, das ein Nutzen, Vorteil, oder eine Lösung auftritt oder ausgeprägter wird, nicht als ein kritisches, ein erforderliches oder ein wesentliches Merkmal oder Element ausgelegt werden.
Wie hier verwendet, sollen die Begriffe „umfasst” und „beinhaltet” und andere Variation davon eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken, sodass ein Prozess, ein Verfahren, ein Artikel oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfassen, nicht nur diese Elemente beinhalten, sondern auch andere Elemente umfassen können, die nicht ausdrücklich aufgeführt oder bei einem solchen Prozess, Verfahren, System, Artikel oder Vorrichtung inhärent sind. Auch, wie hierin verwendet, sollen die Begriffe „gekoppelt”, „Koppeln” und andere Varianten davon eine physikalische Verbindung, eine elektrische Verbindung, eine magnetische Verbindung, eine optische Verbindung, eine kommunikative Verbindung, eine funktionelle Verbindung, und/oder jede andere Verbindung abdecken.
Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass viele Änderungen Details der oben beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von den zugrunde liegenden Prinzipien der Erfindung abzuweichen. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung sollte daher nur durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Verhältnisses zwischen einer Leerlaufspannung und dem Ladezustand eines eines Batteriesystems, umfassend: die Bestimmung eines anfänglichen Verhältnisses zwischen einer Leerlaufspannung („OCV”) und dem Ladezustand („SOC”) eines Batteriesystems bei Beginn der Lebensdauer einer Zelle; die Bestimmung einer Veränderung in einem oder mehreren stöchiometrischen Punkten einer Halbzelle der Zelle; und die Korrektur des ursprünglichen Verhältnisses zwischen der OCV und dem SOC der Zelle, ausgehend teilweise von der festgestellten Änderung bei einem oder mehreren stöchiometrischen Punkten der Halbzelle, zur Erzeugung einer aktualisierten Verhältnisses zwischen der OCV und dem SOC der Zelle.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das aktualisierte Verhältnis zwischen der OCV und dem SOC der Zelle eine OCV/SOC-Kurve in Verbindung mit der Zelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Bestimmung der Änderung in einem oder mehreren stöchiometrischen Punkten der Halbzelle umfasst: die Messung von Parameterdaten in Verbindung mit einem oder mehreren Betriebsparametern eines Batterieteils das die Halbzelle beinhaltet; Speicherung der gemessenen Parameterdaten in einem oder mehreren Datenbins; und Feststellung eines oder mehrerer aktualisierter stöchiometrischer Punkte der Halbzelle ausgehend von den gespeicherten gemessenen Parameterdaten mittels eines Optimierungsprozesses; und Bestimmung der Änderung in einem oder mehreren stöchiometrischen Punkten ausgehend von einem oder mehreren festgestellten aktualisierten stöchiometrischen Punkten.
Verfahren nach Anspruch 1, worin der Optimierungsprozess einen Gradientenabstiegs-Optimierungsprozess umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die gemessenen Parameterdaten mindestens eine Spannung des Batterieteils, einen SOC des Batterieteils und einen Zeitpunkt, an dem ein Controller in Verbindung mit dem Batteriesystem initialisiert, umfassen.
Verfahren nach Anspruch 3, worin eines oder mehrere Datenbins ausgehend von einem SOC in Verbindung mit dem anfänglichen Verhältnis zwischen der OCV und dem SOC bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, worin das Verfahren weiter umfasst, vor der Feststellung eines oder mehrerer aktualisierter stöchiometrischer Punkte der Halbzelle die Zulänglichkeit der gemessenen und in einem oder mehreren Datenbins gespeicherten Parameterdaten zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Verfahren weiter umfasst: Implementierung eines Steuervorgangs in ein Fahrzeug in Verbindung mit dem Batteriesystem, ausgehend vom aktualisierten Verhältnis zwischen der OCV und dem SOC der Zelle.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Verfahren weiterhin die Bestimmung mindestens eines Betriebsparameters des Batteriesystems ausgehend vom aktualisiertes Verhältnis zwischen der OCV und dem SOC der Zelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die Korrektur des anfänglichen Verhältnisses zwischen der OCV und dem SOC der Zelle zur Generierung eines aktualisierten Verhältnisses zwischen der OCV und dem SOC der Zelle weiter die Korrektur einer OCV-Kurve der Halbzelle umfasst, teilweise ausgehend von der festgestellten Änderung der stöchiometrischen Punkte zur Generierung eines aktualisierten Verhältnisses zwischen der OCV und dem SOC der Zelle.