DE102017103710A1

DE102017103710A1 - System und verfahren zur identifikation eines fahrzeugbatterieabbaus

Info

Publication number: DE102017103710A1
Application number: DE102017103710.1A
Authority: DE
Inventors: Xiaohong Nina Duan; Xu Wang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2017-08-24
Also published as: US20170242079A1; CN107117045A; CN107117045B; US10114079B2

Abstract

Ein Fahrzeug umfasst eine Traktionsbatterie. Eine Steuerung ist zum Betreiben der Traktionsbatterie gemäß einer Kapazitätsschätzung konfiguriert. Die Kapazitätsschätzung basiert auf einer Differenz zwischen einer strombasierten Schätzung und einer spannungsbasierten Schätzung einer Änderung des Batterieladezustands über ein Zeitintervall. Die Differenz wird über eine vorgegebene Anzahl von Zeitintervallen ausgewertet. Wenn mehr als ein vorbestimmter Prozentsatz der Differenzen einen Schwellenwert überschreitet, wird die Kapazitätsschätzung basierend auf einem Durchschnitt der Differenzen aktualisiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft im Allgemeinen ein System zum zeitlichen Abschätzen einer Batteriekapazität.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Hybrid- und Elektrofahrzeuge umfassen eine Hochspannungstraktionsbatterie, um gespeicherte elektrische Energie zum Antrieb und für andere Fahrzeugfunktionen bereitzustellen. Die Leistungsfähigkeit der Traktionsbatterie kann sich mit der Zeit verändern. Zum Beispiel sinkt mit der Zeit der Höchstbetrag an Energie, der in der Traktionsbatterie gespeichert werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung schlägt ein Fahrzeugstromsystem gemäß Anspruch 1 vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
In einigen Konfigurationen umfasst ein Fahrzeugstromsystem eine Steuerung, die programmiert ist, eine Batterie entsprechend einer Batteriekapazitätsschätzung zu betreiben und in Reaktion auf Differenzen zwischen strombasierten Schätzungen und spannungsbasierten Schätzungen von Änderungen in Ladezuständen, die einen Schwellenwertbetrag mehrfach übersteigen, die Batteriekapazitätsschätzung basierend auf einem Durchschnitt der Differenzen zu ändern.
Einige Konfigurationen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. In dem Fahrzeugstromsystem kann die Steuerung ferner programmiert sein, die strombasierten Schätzungen basierend auf einer Integration des Batteriestroms über die zugeordneten Zeitintervalle und der Batteriekapazitätsschätzung eines Batteriemodells zu aktualisieren. In dem Fahrzeugstromsystem kann die Steuerung ferner programmiert sein, die spannungsbasierten Schätzungen basierend auf einer Differenz zwischen einem einem vorhergehenden Zündzyklus zugeordneten ersten Ladezustandswert und einem einem aktuellen Zündzyklus zugeordneten zweiten Ladezustandswert zu aktualisieren. In dem Fahrzeugstromsystem kann die Steuerung ferner programmiert sein, eine erste Leerlaufspannung bei Beginn des vorhergehenden Zündzyklus zu messen und den ersten Ladezustandswert basierend auf dem ersten Leerlaufspannungswert abzuschätzen, und eine zweite Leerlaufspannung bei Beginn des aktuellen Zündzyklus zu messen und den zweiten Ladezustandswert basierend auf dem zweiten Leerlaufspannungswert abzuschätzen. In dem Fahrzeugstromsystem kann die Steuerung ferner programmiert sein, den ersten Ladezustandswert und den zweiten Ladezustandswert auf einer aus einer Vielzahl an Kennlinien ausgewählten Kennlinienkurve basierend, die auf der Batteriekapazitätsschätzung basiert, abzuschätzen. In dem Fahrzeugstromsystem kann die Steuerung ferner programmiert sein einen auf einer Batteriekapazitätsschätzung basierenden Batteriealtersindikator auszugeben. In dem Fahrzeugstromsystem kann die Steuerung ferner programmiert sein, den Batteriealtersindikator als ein Verhältnis von der Batteriekapazitätsschätzung zu einer Beginn-der-Lebensdauer-Batteriekapazität auszugeben. In dem Fahrzeugstromsystem kann die Steuerung ferner programmiert sein, Differenzen für eine vorbestimmte Maximalzahl an Zeitintervallen zu sichern und wobei die vorbestimmte Anzahl an Malen ein vorbestimmter Prozentsatz der vorbestimmten Maximalzahl ist.
In einigen Konfigurationen umfasst ein Verfahren ein Ändern einer Batteriekapazitätsschätzung in Reaktion auf Differenzen zwischen strombasierten Schätzungen und spannungsbasierten Schätzungen in Batterieladezuständen, die einen Schwellenwertbetrag mehrfach überschreitet, durch eine Steuerung. Das Verfahren umfasst auch ein Betreiben einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug entsprechend der Batteriekapazitätsschätzung, durch eine Steuerung.
Einige Konfigurationen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. Das Verfahren kann ein Aktualisieren der strombasierten Schätzungen gemäß einem Quotienten einer Integration eines Batteriestroms über die entsprechenden Zeitintervalle und der Batteriekapazitätsschätzung durch die Steuerung umfassen. Das Verfahren kann ein Aktualisieren der spannungsbasierten Schätzungen entsprechend einer Differenz zwischen einem einem vorhergehenden Zündzyklus zugeordneten ersten Ladezustandswert und einem einem aktuellen Zündzyklus zugeordneten zweiten Ladezustandswert durch die Steuerung umfasst sein. Das Verfahren kann ein Ausgeben eines auf einer Batteriekapazitätsschätzung basierenden Batteriealtersindikators umfassen. Das Verfahren kann ein Sichern der Differenzen einer vorbestimmten Maximalzahl an Zeitintervallen umfassen, wobei die Anzahl der Male ein vorbestimmter Prozentsatz der vorbestimmten Maximalzahl ist.
In einigen Konfigurationen umfasst ein Fahrzeugstromsystem eine Steuerung, die programmiert ist zum Ausgeben eines auf einer Batteriekapazitätsschätzung basierenden Batteriealtersindikators und in Reaktion auf Differenzen zwischen strombasierten Schätzungen und spannungsbasierten Schätzungen der Änderungen von Batterieladezuständen, die einen Schwellenwertbetrag eine vorbestimmte Anzahl an Malen überschreitet, die Batteriekapazitätsschätzung basierend auf einem Durchschnitt der Differenzen ändert, umfasst.
Einige Konfigurationen können eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen. In dem Fahrzeugstromsystem kann die Steuerung ferner programmiert sein einen Batteriealtersindikator als ein Verhältnis der Batteriekapazitätsschätzung zu einer Beginn-der-Lebensdauer-Batteriekapazität auszugeben. In dem Fahrzeugstromsystem kann die Steuerung ferner programmiert sein die strombasierten Schätzungen basierend auf eine Integration des Batteriestroms über die zugeordneten Zeitintervalle und die Batteriekapazitätsschätzungen zu aktualisieren. In dem Fahrzeugstromsystem kann die Steuerung ferner programmiert sein die spannungsbasierten Schätzungen basierend auf einer Differenz zwischen einem einen vorhergehenden Zündzyklus zugeordneten ersten Ladezustandswert und einen einem aktuellen Zündzyklus zugeordneten Ladezustandswert zu aktualisieren. In dem Fahrzeugstromsystem kann die Steuerung ferner programmiert sein einen ersten Leerlaufstrom bei Beginn des vorhergehenden Zündzyklus zu messen und den ersten Ladezustandswert basierend auf dem ersten Leerlaufspannungswert abzuschätzen, und eine zweite Leerlaufspannung bei Beginn des aktuellen Zündzyklus zu messen und den zweiten Ladezustandswert basierend auf dem zweiten Leerlaufspannungswert abzuschätzen. In dem Fahrzeugstromsystem kann die Steuerung ferner programmiert sein, den ersten Ladezustandswert und den zweiten Ladezustandswert basierend auf einer von einer Vielzahl an, basierend auf der Batteriekapazitätsschätzung ausgewählter Kennlinienkurven, abzuschätzen. In dem Fahrzeugstromsystem kann die Steuerung ferner programmiert sein, eine von einer Vielzahl an Kennlinien auszuwählen, die die Leerlaufspannung zum Ladezustand zum Betreiben einer Traktionsbatterie betreffen und in Reaktion auf Differenzen, die mit einer aktuell ausgewählten Kennlinie verbunden sind, die die Differenzen übersteigen, mit einer nächsten Lebensdauerstadium-Kennlinie für die vorgegebene Anzahl von Malen die nächste Lebensdauerstadium-Kennlinie für den Betrieb der Traktions-Batterie auswählen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Darstellung eines Hybridfahrzeugs, die einen typischen Antriebsstrang und Energiespeicherkomponenten darstellt.
2 ist eine Darstellung einer möglichen Batteriepaketanordnung, die eine Mehrzahl an Zellen umfasst und durch ein Batterieenergiesteuerungsmodul gesteuert wird.
3 ist ein Graph, der mögliche Ruhespannungs/Ladezustandskurven über eine Lebensdauer einer Batterie darstellt.
4 ist ein Flussdiagramm einer möglichen Sequenz von Operation zur Schätzung einer Batteriekapazität.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind hier beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen ausbilden können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstäblich und es können einige Merkmale vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um Einzelheiten einzelner Komponenten zu zeigen. Daher sind spezifische strukturelle und funktionelle Details, die hierin offenbart sind, nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis der Lehre für den Fachmann, um die vorliegende Erfindung unterschiedlich anzuwenden. Wie der Fachmann versteht, können verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine der Figuren dargestellt und beschrieben sind mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen dar. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit der Lehre dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
1 stellt ein typisches elektrisches Plug-In Hybridfahrzeug (PHEV) dar. Ein typisches elektrisches Plug-In Hybridfahrzeug (PHEV) kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 114 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridtriebstrang 116 gekoppelt sind. Die elektrischen Maschinen 114 sind in der Lage als Motor oder als Generator zu arbeiten. Außerdem ist der Hybridtriebstrang 116 mechanisch mit einem Motor 118 gekoppelt. Der Hybridtriebstrang 116 ist auch mechanisch mit einer Antriebswelle 120, die mechanisch mit den Rädern 122 gekoppelt ist, gekoppelt. Die elektrischen Maschinen 114 können eine Antriebs- und Verzögerungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Motor 118 ein oder ausgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 114 können auch als Generatoren betrieben werden und Vorteile bei der Kraftstoffeffizienz durch die Wiedergewinnung von Energie bereitstellen, die normalerweise als Wärme in einem Reibungsbremssystem verloren ginge. Die elektrischen Maschinen 114 können auch die Fahrzeugemissionen dadurch reduzieren, dass es dem Motor 118 ermöglicht wird, bei effizienteren Drehzahlen betrieben zu werden und es dem elektrischen Hybridfahrzeug 112 ermöglicht wird, in einem elektrischen Modus, in dem der Motor 118 unter bestimmten Bedingungen ausgeschaltet ist, betrieben zu werden.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepaket 124 speichert Energie, die durch die elektrischen Maschinen 114 verwendet werden kann. Ein Fahrzeugbatteriepaket 124 stellt üblicherweise Hochspannungsgleichstrom (DC) zur Verfügung. Die Traktionsbatterie 124 kann elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 126 gekoppelt sein.
Eines oder mehrere Schütze 142 können, wenn diese geöffnet sind, die Traktionsbatterie 124 von anderen Komponenten isolieren und die Traktionsbatterie 124 mit anderen Komponenten verbinden, wenn diese geschlossen sind. Die Leistungselektronikmodule 126 können auch elektrisch mit den elektrischen Maschinen 114 gekoppelt sein und weisen die Fähigkeit bidirektionale Energie zwischen der Traktionsbatterie 124 und den elektrischen Maschinen 114 zu übertragen, auf. Zum Beispiel kann eine Traktionsbatterie 124 eine Gleichspannung (DC) bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 114, um zu funktionieren, mit einem Dreiphasenwechselstrom (AC) betrieben werden. Die Leistungselektronikmodule 126 können die Gleichspannung in einen Dreiphasenwechselstrom umwandeln, um die elektrischen Maschinen 114 zu betreiben. In einem Generatorbetriebsmodus können die Leistungselektronikmodule 126 den Dreiphasenwechselstrom der elektrischen Maschinen 114, die als Generatoren wirken in eine Gleichspannung umwandeln, die mit der Traktionsbatterie 124 kompatibel ist. Die Beschreibung hier ist gleichermaßen auf ein rein elektrisches Fahrzeug anwendbar. Für ein rein elektrisches Fahrzeug kann der Hybridtriebstrang 116 ein mit einer elektrischen Maschine 114 verbundenes Getriebe sein und auf den Motor 118 kann verzichtet werden.
Zusätzlich zu dem Bereitstellen von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie Energie für andere elektrische Systeme des Fahrzeugs bereitstellen. Ein Fahrzeug 112 kann ein Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlermodul 128 aufweisen, das die Ausgangshochspannungsgleichstromleistung der Traktionsbatterie in ein Niederspannungsgleichstromversorgung konvertieren kann, die mit den Niederspannungsfahrzeuglasten kompatibel ist. Eine Ausgabe des Gleichstrom/Gleichstrom-Wandlermodul 128 kann elektrisch mit einer Zusatzbatterie 130 (z. B. 12 V Batterie) gekoppelt sein. Die Niederspannungssysteme können elektrisch mit der Zusatzbatterie gekoppelt sein. Andere Hochspannungslasten 146, wie Kompressoren und elektrische Heizungen können mit dem Hochspannungsausgang der Traktionsbatterie gekoppelt sein. Die elektrischen Lasten 146 können eine zugeordnete Steuerung, welche die elektrischen Lasten, wenn es geeignet ist, betreibt und steuert.
Das Fahrzeug 112 kann ein elektrisches Fahrzeug oder ein Plug-In Hybridfahrzeug sein, in dem die Traktionsbatterie 124 durch eine externe Stromquelle 136 wieder geladen werden kann. Die externe Stromquelle 136 kann eine Verbindung zu einer Steckdose sein. Die externe Stromquelle 136 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder elektrischem Fahrzeugversorgungsausrüstung (EVSE) verbunden sein. Die externe Stromquelle 136 kann ein elektrisches Energieverteilungsnetzwerk oder -netz sein, wie dieses durch ein Energieversorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Die EVSE 138 kann Schaltkreise und Steuerungen zum Regulieren und Bereitstellen und Verwalten der Energieübertragung zwischen der externen Stromquelle 136 und dem Fahrzeug 112 bereitstellen. Die externe Stromquelle 136 kann Gleichstrom oder Wechselstrom für die EVSE 138 bereitstellen. Die EVSE 138 kann einen Ladestecker 140 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 134 des Fahrzeugs 112 aufweisen. Der Ladeanschluss 134 kann jeder Typ von Anschluss sein, der zur Übertragung von Strom von der EVSE 138 zu dem Fahrzeug 112 ausgebildet ist. Der Ladeanschluss 134 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder einem Bord-Leistungsumwandlungsmodul 132 verbunden sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann die Leistung, die von der EVSE 138 bereitgestellt wird in die richtige Spannung und das richtige Stromniveau für die Traktionsbatterie 124 umwandeln. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann mit der EVSE 138 verbunden sein, um die Zuführung des Stroms zu dem Fahrzeug 112 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 140 kann Stifte aufweisen, die mit den entsprechenden Ausnehmungen in dem Ladeanschluss 134 gepaart werden. Alternativ können verschiedene Komponenten, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben werden, elektrischen Strom über Verwendung einer kabellosen induktiven Kopplung übertragen.
Es können eine oder mehrere Radbremsen 144 ausgebildet sein, um das Fahrzeug 112 zu verzögern und eine Bewegung des Fahrzeugs 112 zu verhindern. Die Radbremsen 144 können hydraulisch betätigt, elektrisch betätigt oder eine Kombination davon sein. Die Radbremsen 144 können Teil eines Bremssystems 150 sein. Das Bremssystem 150 kann andere Komponenten zur Betätigung der Radbremsen 144 umfassen. Der Einfachheit halber stellt die Figur eine einzige Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und einer der Radbremsen 144 dar. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und den anderen Radbremsen 144 ist impliziert. Die Bremssystemverbindungen können hydraulisch und/oder elektrisch sein. Das Bremssystem 150 kann eine Steuerung zur Überwachung und Koordinierung der Betätigung der Radbremsen 144 aufweisen. Das Bremssystem 150 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 144 zur Fahrzeugverzögerung steuern. Das Bremssystem 150 kann auf Fahrerbefehle reagieren und kann auch autonom auf implementierte Merkmale wie eine Stabilitätskontrolle reagieren. Die Steuerung des Bremssystems 150 kann ein Verfahren zur Aufbringung einer geforderten Bremskraft, wenn diese durch eine andere Steuerung oder Unterfunktion gefordert wird, implementieren.
Elektronische Module in dem Fahrzeug 112 können über eines oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Mehrzahl von Kanälen zur Kommunikation umfassen. Ein Kanal des Fahrzeugnetzwerkes kann ein serieller BUS, wie ein Steuergerätenetz (CAN), sein. Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerkes kann ein Ethernetnetzwerk, das durch die Normenfamilie 802 vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) definiert ist, umfassen. Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen umfassen und können Stromsignale von der Zusatzbatterie 130 umfassen. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Zum Beispiel können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuerungssignale über CAN oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann jegliche Hardware und Softwarekomponenten umfassen, die bei der Signal- und Datenübertragung zwischen den Modulen helfen kann. Das Fahrzeugnetzwerk ist nicht in 1 dargestellt, aber kann es kann impliziert werden, dass das Fahrzeugnetzwerk mit jedem der elektronischen Module, das in dem Fahrzeug 112 vorhanden ist, verbunden ist. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) 148 kann zur Koordination des Betriebs der verschiedenen Komponenten ausgebildet sein.
Eine Traktionsbatterie 124 kann aus einer Vielzahl an unterschiedlichen chemischen Präparaten aufgebaut sein. Die Chemie typischer Batteriepakete kann Bleisäure, Nickelmetallhydrid (NIMH) oder Lithium-Ion sein. 2 zeigt ein typisches Batteriepaket 124 in einer einfachen Serienkonfiguration von N Batteriezellen 202. Andere Batteriepakete 124 können jedoch aus jeder Anzahl an einzelnen Batteriezellen, die in Serie, parallel oder einer Kombination davon verbunden sind, aufgebaut sein. Ein Batteriemanagementsystem kann eine oder mehrere Steuerungen, wie ein Batterieenergiesteuerungsmodul (BECM) aufweisen, dass die Leistungsfähigkeit der Traktionsbatterie 124 überwacht und steuert. Das Batteriepaket 124 kann Sensoren zum Messen von verschiedenen Paketniveaukennlinien umfassen. Das Batteriepaket 124 kann einen oder mehrere Paketstrommessungssensoren 208, Paketspannungsmessungssensoren 210 und Pakettemperaturmessungssensoren 212 umfassen. Das BECM 206 kann Schaltkreise, um mit den Paketstromsensoren 208, den Paketspannungssensoren 210 und den Pakettemperatursensoren 212 verbunden zu sein, umfassen. Das BECM 206 kann einen nicht flüchtigen Speicher aufweisen, sodass Daten gesichert bleiben, wenn das BECM 206 in einem ausgeschalteten Zustand ist. Die gesicherten Daten können bei dem nächsten Schlüsselzyklus vorhanden sein.
Zusätzlich zu den Paketniveaukennlinien kann eine Niveaukennlinie der Batteriezelle 202 gemessen und überwacht werden. Zum Beispiel können Klemmenspannung, Strom und Temperatur jeder Zelle 202 gemessen werden. Ein System kann einen oder mehrere Sensoren 204 zum Messen der Kennlinien der Batteriezellen 202 verwenden. In Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit können die Sensormodule die Kennlinien von einer oder mehrerer der Batteriezellen 202 messen. Das Batteriepaket 124 kann bis zu N_C Sensormodule 204 nutzen, um die Kennlinien von allen Batteriezellen 202 zu messen. Jedes der Sensormodule 204 kann die Messungen zu dem BECM 206 zur weiteren Verarbeitung und Koordination übertragen. Das Sensormodul 204 kann Signale in analoger oder digitaler Form zu dem BECM 206 übertragen. In einigen Konfigurationen kann die Funktionalität des Sensormoduls 204 im Inneren des BECM 206 enthalten sein. Das heißt die Hardware der Sensormodule 204 kann als Teil des Schaltkreis in dem BECM 206 integriert sein und das BECM 206 kann die Verarbeitung der Signale handhaben. Das BECM 206 kann ferner Schaltkreise zum Verbinden mit einem der mehreren Schütze 142 umfassen, um die Schütze 142 zu öffnen und zu schließen.
Es kann nützlich sein die verschiedenen Kennlinien des Batteriepakets zu berechnen. Größen, Batteriestromkapazität, die Batteriekapazität und der Batterieladezustand können zum Steuern des Betriebs der Traktionsbatterie 124 nützlich sein, genauso wie jegliche elektrischen Lasten, die Strom von der Traktionsbatterie 124 aufnehmen. Die Batteriestromkapazität ist ein Maß für den Maximalbetrag an Strom, den die Traktionsbatterie 124 bereitstellen kann oder der Maximalbetrag an Strom, den die Traktionsbatterie 124 aufnehmen kann. Kenntnis der Batteriestromkapazität erlaubt es die elektrischen Lasten derart verwaltet werden, sodass die angeforderte Leistung innerhalb dem liegt, was die Traktionsbatterie 124 bewältigen kann.
Die Batteriekapazität ist ein Maß für einen Gesamtbetrag an Energie, der in der Traktionsbatterie 124 gespeichert werden kann. Die Batteriekapazität kann in der Einheit Amperestunden ausgedrückt werden. Werte die mit der Batteriekapazität im Zusammenhang stehen, können als Amperestundenwerte bezeichnet werden. Die Batteriekapazität der Traktionsbatterie 124 kann über die Lebenszeit der Traktionsbatterie 124 sinken.
Ein Ladezustand (SOC) ist eine Angabe darüber, wie viel Ladung innerhalb der Traktionsbatterie 124 verbleibt. Der SOC kann als ein Prozentsatz der Gesamtladung relativ zu der in der Traktionsbatterie 124 verbleibenden Batteriekapazität ausgedrückt werden. Der SOC-Wert kann ausgegeben werden, um den Fahrer, ähnlich wie bei einer Tankanzeige, zu informieren, wie viel Ladung in der Traktionsbatterie 124 verbleibt. Der SOC kann auch dazu verwendet werden, den Betrieb des Elektro oder Hybridelektrofahrzeugs zu steuern. Die Berechnung des SOC kann durch eine Vielzahl an Verfahren erreicht werden. Ein mögliches Verfahren der Berechnung des SOC ist es eine Integration des Batteriestroms über Zeit durchzuführen. Dies ist auch als Amperestundenintegration bekannt.
Die vorstehend beschriebenen Komponenten können Teil eines Fahrzeugstromsystems sein, das zum Verwalten und Steuern des Stroms zu und von einer Traktionsbatterie 124 konfiguriert ist. Das Fahrzeugstromsystem kann die Traktionsbatterie 124 betreiben, um den Ladezustand der Traktionsbatterie 124 zu verwalten. Die Traktionsbatterie 124 kann entsprechend eines Soll-Ladezustands verglichen mit einem Ist-Ladezustand geladen oder entladen werden. Zum Beispiel, wenn der Ist-Ladezustand größer als der Soll-Ladezustand ist, kann die Traktionsbatterie 124 entladen werden. Der Betrieb der Traktionsbatterie 124 kann durch Steuern eines Drehmoments der elektrischen Maschinen 114 erreicht werden, um von der Traktionsbatterie 124 Strom zu entnehmen oder Strom bereitzustellen. Der Betrieb der Traktionsbatterie 124 kann ferner einen Befehlsbetrieb des Motors 118 umfassen, um den elektrischen Maschinen 114 Energie zuzuführen, um die Traktionsbatterie 124 aufzuladen.
Die Kapazität der Traktionsbatterie 124 kann mit der Zeit und dem Fahrzeuggebrauch abnehmen. Dies kann als Alterung der Traktionsbatterie 124 bezeichnet werden. Der Batterieabfall oder die Batteriealterung ist als eine Abnahme der Batteriekapazität und der Lade/Entladeleistungsfähigkeit charakterisiert. Der Batterieabfall kann die Leistung und den Kraftstoffverbrauch von Hybridfahrzeugen beeinträchtigen, wenn die Steuerungsstrategien nicht aktualisiert werden, um die Alterung der Batterie zu berücksichtigen. Um das Fahrzeug 112 richtig zu steuern, ist es nützlich, die Kapazität der alternden Traktionsbatterie 124 zu kennen.
3 zeigt eine Kurve 300 der Leerlaufspannung (OCV) einer Batteriezelle 202 als Funktion des Ladezustands. Eine Kurve 302 für den Beginn der Lebensdauer (BOL) kann das OCV-SOC Verhältnis kurz nach der Produktion der Batteriezelle 202 ausdrücken. Eine Ende-der-Lebensdauer-Kurve (EOL) 306 kann das OCV-SOC-Verhältnis nach der Nutzung über eine erwartete Nutzungsdauer der Batteriezelle 202 ausdrücken. Eine Mitte-der-Lebensdauer(MOL)-Kurve 304 kann das OCV-SOC-Verhältnis zu einer Zeit zwischen BOL und EOL verkörpern. Das Batterie-Management-System kann auf einem charakteristischen Verhältnis beruhen, um den SOC basierend auf der Leerlaufspannung zu bestimmen. Es wird beobachtet, dass sich über die Lebensdauer der Batteriezelle das Verhältnis verändert. Daher kann ein mit dem BOL-Verhältnis programmiertes Batterie-Management-system den korrekten SOC nicht basierend auf der Spannung am Ende der Batterielebensdauer bestimmen. Dies kann zu Problemen führen, bei denen der SOC möglicherweise nicht korrekt identifiziert wird und die Batterie außerhalb eines erwarteten Betriebsbereichs betrieben werden kann. Ein solcher Betrieb könnte eine zusätzliche Alterung verursachen und die Fahrzeugleistung begrenzen.
Damit die Traktionsbatterie 124 während aller Nutzungslebensstadien in einem optimalen Zustand arbeitet, können die Steuerstrategien mit einem Gesundheits- (oder Alterungs-)Zustand der Batterie aktualisiert werden. Um die Steuerstrategien entsprechend dem Batteriealter einzustellen, können dem BECM 206 Informationen über die Batteriegesundheit zur Verfügung gestellt werden. Um den Batteriegesundheitsstatus zu bestimmen, kann ein Parameter zur Darstellung der Batteriegesundheit und ein Verfahren zum Verfolgen und Melden des Wertes des Parameters über die Nutzungslebensdauer des Fahrzeugs entwickelt werden. Durch Schätzen der Batteriekapazität können, um eine annehmbare Fahrzeugleistung aufrechtzuerhalten, Fahrzeugsteuerungsstrategien eingestellt werden. Beispielsweise können SOC-Fenstergrenzwerte (z. B. Minimum, niedrig, hoch und Maximum) den normalen SOC-Betriebsbereich definieren. Wenn die Batteriekapazität abfällt, können die SOC-Fenstergrenzen eingestellt werden, um sicherzustellen, dass (i) genügend Strom zwischen den niedrigen und hohen SOC-Fenstergrenzwerten vorhanden ist, (ii) genügend Strom vorhanden ist, um den Motor zu starten, iii) ein Überladungsschutz der Batterie robust bleibt, um Ungenauigkeiten oder Fehler der Sensormessung zu vermeiden.
Viele Hybridfahrzeuge sind so konfiguriert, dass sie die Traktionsbatterie 124 in einem engen Betriebsbereich betreiben, um die Batterielebensdauer zu maximieren. Die OCV-SOC-Kurve kann im Betriebsbereich relativ flach sein, was es schwierig macht, die wahre Batteriekapazität zu identifizieren. Große Änderungen des SOC im relativ flachen Bereich können zu kleinen Änderungen des OCV führen. In einigen Konfigurationen kann die Traktionsbatterie überdimensioniert sein, sodass sie in der Lage ist, größeren Strom und Energie bereitzustellen, als es das Fahrzeug benötigt. In solchen Konfigurationen können die SOC-Fenstergrenzen, in denen die Traktionsbatterie betrieben wird, enger sein als der SOC-Bereich, in dem die Batterie betriebsfähig ist. Wenn die Traktionsbatterie altert, kann sich der wahre SOC aus den auferlegten SOC-Fenstergrenzen der Steuerung 206 herausbewegen. Jedoch kann die Batterie weiterhin eine akzeptable Leistungsfähigkeit bereitstellen, obwohl sie außerhalb der SOC-Fenstergrenzen liegt. Ferner kann die SOC-Fenstergrenze erweitert werden, um eine stärkere Nutzung der Traktionsbatterie (z. B. BEV- oder PHEV-Anwendung) zu ermöglichen.
Unter Verwendung vorhandener Steuerstrategien kann die Traktionsbatterie weit außerhalb der zulässigen SOC-Fenstergrenzen betrieben werden. Wenn die Batterie altert und der wahre minimale SOC unter die SOC-Fenstergrenze fällt, kann die Traktionsbatterie möglicherweise nicht genügend Energie zum Starten und Betreiben des Fahrzeugs bereitstellen. Zum Beispiel kann der Entladungestrom der Traktionsbatterie abnehmen, wenn die Batterie altert und bei niedrigeren SOC-Werten arbeiten. Es kann sinnvoll sein, den Batteriealterungszustand zum Sicherzustellen, dass dieser Arbeitspunkt nicht erreicht wird, zu überwachen. Der Batteriealterungsstatus kann verwendet werden, um eine Warnung zu erzeugen, wenn sich die Traktionsbatterie einer Bedingung annähert, in der sie keine Fahrzeugleistungsanforderungen stützen kann.
Viele Batteriebetriebsstrategien beruhen auf Parametern von dem BOL der Traktionsbatterie 124. Der SOC kann durch eine Amperestundenintegration während des Betriebs relativ zu einer BOL-Batteriekapazität abgeschätzt werden. Wenn die Batterie altert, verringert sich die Batteriekapazität, weshalb der Wert der SOC-Änderung für die gleichen Betrag der Amperestundenintegration relativ zu einer BOL-Batteriekapazität geringer ist, als der für die gleiche Amperestundenintegration relativ zu einer wahren Batteriekapazität. Das Ergebnis kann sein, dass die an die Steuerung gemeldete SOC-Variation geringer ist, als die tatsächliche SOC-Variation. In anderen Konfigurationen wird der SOC unter Verwendung einer Leerlaufspannungsmessung und Tabellen, die Kurven, wie in 3 repräsentiert, geschätzt. Wenn die Batterie altert (z. B. die OCV-SOC-Kurve sich verändert), kann der tatsächliche SOC der Traktionsbatterie 124 außerhalb der empfohlenen Grenzen liegen. Ferner kann das BECM 206 keine Kenntnis von dem Zustand haben und kann weiterhin die Traktionsbatterie 124 betreiben, was zu einer größeren Verschlechterung führt. Da eine Batterieverschlechterung eine Verringerung der Batteriekapazität und eine Erhöhung der internen Batterie- und Entladungswiderstandsfähigkeit bewirken kann, kann ein System zum Schätzen des Batteriekapazitätsabfalls vorteilhaft sein.
Für die Schätzung der Batteriekapazität stehen verschiedene selbstlernende Algorithmen zur Verfügung. Das BECM 206 kann so programmiert werden, dass es die Traktionsbatteriekapazität während des Betriebs des Fahrzeugs 112 abschätzen kann. Die Batteriekapazitätslernstrategie kann ein beliebiger Algorithmus oder eine Strategie sein, die aus dem Stand der Technik bekannt ist. Zum Beispiel kann die Batterieladungskapazität als Batteriestromdurchsatz, dividiert durch einen Unterschied der Ladungszustands-(SOC-)Werte, abgeschätzt werden. Dieser Ansatz basiert auf der Kenntnis zweier separater SOC-Werte, die unabhängig von der Batteriekapazität erhalten werden. Die Batteriekapazität kann wie folgt berechnet werden:
wobei SOC_i und SOC_f jeweils die Ladezustandswerte zu den Zeitpunkten T_i und T_f sind und der zu oder weg von der Batterie fließende Strom ist. Der Batteriestromdurchsatz kann als das Integral des Batteriestroms über einen Zeitraum definiert werden. Wenn es in einer Steuerung 206 implementiert wird, kann das Integral durch eine Summierung der aktuellen Werte mit der Abtastzeit multipliziert, ersetzt werden. Durch Umordnen der Gleichung (1) kann eine Änderung des SOC wie folgt berechnet werden:
Der Ladezustandswert kann auf gemessenen Spannungen beruhen, die über zwei Schlüssel-Ein/Schlüssel-Aus-Zyklen abgetastet werden. Für eine Lithium-Ionen-Batterie ist es allgemein bekannt, dass die Klemmenspannung, nachdem die Batterie eine ausreichende Zeitdauer geruht hat, annähernd gleich der Leerlaufspannung der Batterie (d. h. V_t = Voc) ist. Die Klemmenspannung kann beim Einschalten des Systems gemessen werden, und der Ladezustand kann aus der Leerlaufspannung abgeleitet werden. Ein Verhältnis zwischen dem Ladezustand und der Leerlaufspannung kann über Testdaten oder Herstellerdaten erhalten werden (siehe 3). Der Durchsatzwert kann während jedes Zündzyklus akkumuliert und in einem nicht-flüchtigen Speicher zur Verwendung in dem nächsten Zündzyklus gespeichert werden. Beim Einschalten in einem unmittelbar darauf folgenden Zündzyklus kann die Klemmenspannung abgetastet werden. Andere Verfahren der Batteriekapazität können auf die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme gleichermaßen anwendbar sein.
Das BECM 206 kann programmiert werden, um einen Parameter zu erzeugen, der ein Alter der Traktionsbatterie 124 repräsentiert. Das Kombiinstrument 152 kann konfiguriert sein, um den Alterswert in digitaler oder analoger Form als prozentualen Wert anzuzeigen. In einigen Konfigurationen kann das Kombiinstrument 152 konfiguriert sein, um den Alterswert als Balkendiagramm anzuzeigen. Das Kombiinstrument 152 kann so konfiguriert sein, dass es einen Kapazitätsabbauwert oder einen Kapazitätsbeibehaltungswert anzeigt. Der Kapazitätsabbauwert und/oder der Kapazitätsbeibehaltungswert kann ein Prozentsatz der BOL-Batteriekapazität sein. In einigen Konfigurationen kann das Alter der Traktionsbatterie 124 in einem von einer Vielzahl an vorbestimmten diskreten Zuständen klassifiziert werden.
Wenn der Kapazitätsbeibehaltungswert größer als ein erster vorbestimmter Schwellenwert ist, kann die Traktionsbatterie 124 als in einem BOL-Zustand befindlich klassifiziert werden. Wenn der Kapazitätsbeibehaltungswert kleiner als ein zweiter vorbestimmter Schwellenwert ist, der kleiner als der erste vorbestimmte Schwellenwert ist, kann die Traktionsbatterie 124 als in einem alten oder EOL-Zustand befindlich klassifiziert werden. Wenn der Kapazitätsbeibehaltungswert zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellenwert liegt, kann die Traktionsbatterie 124 als in einem MOL-Zustand befindlich klassifiziert werden. In einigen Konfigurationen kann das Kombiinstrument 152 konfiguriert sein, um ein Ausgangssignal anzuzeigen, das den Stand der Lebensdauer der Traktionsbatterie 124 anzeigt. Das Kombiinstrument 152 kann eine Nachricht anzeigen, die das Alter der Batterie als neu, mittlerer Lebensdauer oder am Ende-der-Lebensdauer, abhängig vom Alterswert, anzeigt. Das Kombiinstrument 152 kann für jeden Lebensdauerzustand eine andere Farbnachricht oder ein anderes Symbol anzeigen. Grün kann den BOL-Zustand verkörpern, Gelb kann den MOL-Zustand verkörpern und Rot kann den EOL-Zustand verkörpern. Die Batterielebensdaueranzeige kann den Fahrzeugeigentümer beim Verständnis der bevorstehenden Fahrzeugwartung unterstützen.
Das BECM 206 kann, zum Erzeugen und/oder Empfangen von Zeitinformationen konfiguriert sein, um Zeitintervalle während der Einschalt- und Ausschaltzustände festzulegen. Das BECM 206 kann einen Zeitstempel speichern, der mit Werten assoziiert ist, die in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert sind. Der Zeitstempel erlaubt eine Weiterverarbeitung der Werte auf der Grundlage von Zeitintervallen.
Bei Zündung-Ein kann das BECM 206 die Klemmenspannung der Batterie messen. Die Leerlaufspannung kann äquivalent zu der Klemmenspannung sein, vorausgesetzt, dass die Batterieruhezeit eine vorbestimmte Zeitdauer überschreitet. Das BECM 206 kann zum Bestimmen der Ruhezeit programmiert sein, indem eine Differenz zwischen der zuvor gespeicherten Zündung-Aus-Zeit und der aktuellen Zeit verwendet wird. Der Batterie-SOC bei Zündung kann aus der Leerlaufspannungsschätzung auf Basis der OCV-SOC-Kennliniendiagramme ermittelt werden. Das BECM 206 kann die Leerlaufspannung und die SOC-Werte zusammen mit einem zugeordneten Zeitstempel in einem nichtflüchtigen Speicher zur späteren Verwendung speichern. Wenn ein Zündung-Ein-Zustand auftritt, kann das BECM 206 die Zeit- und Batterietemperaturinformationen aktualisieren.
Während des Zündzyklus kann das BECM 206 zum Berechnen eines akkumulierten Stromdurchsatzwerts programmiert sein. Das BECM 206 kann ein Integral des Batteriestroms während des Zündzyklus berechnen.
Am Ende des Zündzyklus (z. B. Zündung-Aus-Anforderung) kann das BECM 206 den akkumulierten Stromdurchsatzwert (zusammen mit einem zugehörigen Zeitstempel) in einem nichtflüchtigen Speicher zur Verwendung in einem nachfolgenden Zündzyklus speichern. Zusätzlich kann das BECM 206 Temperaturinformationen von verschiedenen Temperatursensoren, umfassend Batterietemperatursensoren, Umgebungslufttemperatursensoren und Kabinentemperatursensoren, messen oder empfangen. Ferner kann das BECM 206, wenn ein Zündung-Aus-Zustand auftritt, die Temperaturinformation mit zugeordneten Zeitstempeln in einem nichtflüchtigen Speicher zur späteren Verwendung speichern. Eine Parkzeit kann als Zeitunterschied zwischen den bei der Zündung-Aus gespeicherten Zeitstempelwerten und der bei Zündung-Ein erhaltenen Zeit berechnet werden. Die Temperaturinformation kann eine Batterietemperatur, eine Umgebungstemperatur und eine Kabinentemperatur umfassen.
Der Batteriekapazitätsabbau kann durch die Temperaturhistorie der Traktionsbatterie 124 beeinflusst werden. Das BECM 206 kann eine oder mehrere Temperaturen der Traktionsbatterie 124 während eines Zündung-An-Zustands messen. Die Temperatur der Traktionsbatterie 124 kann bei der Initialisierung nach dem Zündung-Ein-Zustand gemessen werden. Die Temperatur der Traktionsbatterie 124 kann unmittelbar vor einem Zündung-Aus-Zustand gemessen und in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert werden.
Das BECM 206 kann ein Batterielebensdauermodell implementieren. Ein Batteriekapazitätsbeibehaltungs/Abbau-Wert kann aus dem Batterielebensdauermodell ermittelt werden. In das Batterielebensdauermodell können Traktionsbatterietemperaturen, akkumulierten Batteriestromdurchsatz und Leistungsparameter wie der SOC und die Spannung einfließen. Der Batteriekapazitätsbeibehaltungs/Abbau-Wert kann als Batteriealtersindikator verwendet werden.
Das Batterielebensdauermodell kann ein Parklebensdauermodell umfassen. Als Reaktion auf den Übergang zum Zündung-Ein-Zustand kann die Parklebensdaueraktualisierung ausgelöst werden. Die Parklebensdaueraktualisierung kann ein Wärmemodell umfassen, das Temperaturinformationen aus dem Fahrzeugnetzwerk und in dem nichtflüchtigen Speicher des BECM 206 gespeicherte Informationen lädt. Die gesicherten Daten können Zellentemperaturen und Zeitstempeldaten aus dem vorherigen Abschalten und dem gegenwärtigen Zündzyklus enthalten. Die Temperaturdaten können eine oder mehrere Batteriezellentemperaturen, die gespeichert werden, wenn das Fahrzeug während des vorhergehenden Zündzyklus ausgeschaltet wurde, umfassen. Die Temperaturdaten können eine Fahrzeugkabinentemperatur, wenn das Fahrzeug während des vorhergehenden Zündzyklus ausgeschaltet wurde, umfassen. Die Zeitdaten können einen Zeitpunkt enthalten, zu dem das BECM 206 im gegenwärtigen Zündzyklus eingeschaltet wurde. Die Zeitdaten können einen Zeitpunkt enthalten, zu dem das BECM 206 während des letzten Betriebs des Fahrzeugs ausgeschaltet wurde. Die Temperatur- und Zeitdaten können als Eingabe für ein Fahrzeug-Wärmemodell verwendet werden.
Das BECM 206 kann eine Verbindung (z. B. durch eine Cloud verbunden) mit anderen Rechenmaschinen, um zusätzliche Daten zu empfangen, umfassen. In einem verwendeten Netzwerk kann sich das BECM 206 mit einer Rechenvorrichtung, die in einem Server oder einer Client-Maschine in einer Server-Client-Netzwerkumgebung oder einer Peer-Maschine in einer Peer-to-Peer-(oder verteilten)Netzwerkumgebung betrieben wird, verbinden. Das BECM 206 kann auch mit einer außerhalb des Fahrzeugs sich befindlichen Vorrichtung verbunden sein. Wenn das BECM 206 mit der sich außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Vorrichtung verbunden ist, kann das BECM 206 zum Empfang von Umgebungstemperaturdaten während einer vorausgegangenen Parkperiode konfiguriert sein. Das BECM 206 kann auch die in dem Fahrzeug über die Zeit und mit dem Fahrzeugort gespeicherte statistische Umgebungstemperatur verwenden und laden. Die Umgebungstemperatur kann in das Fahrzeugwärmemodell eingegeben werden, um den Zelltemperaturverlauf während der Parkdauer zu berechnen. Das Fahrzeugwärmemodell kann dann die Temperaturhistorie ausgeben.
Der geschätzte Temperaturverlauf kann als Eingangswert für ein Batterielebensdauermodell verwendet werden. Das Batterielebensdauermodell kann den Temperaturverlauf und andere in dem BECM 206 gespeicherte Batterieparameter verwenden, um die Batteriekapazitätsbeibehaltung/abbau während der Parkdauer zu berechnen. Nach Beendigung kann der aktualisierte Kapazitätsbeibehaltungs/abbau-Wert als ein Anfangswert für zusätzliche Berechnungen verwendet werden. Sobald der anfängliche Kapazitätsbeibehaltungs/abbau-Wert verfügbar ist, kann ein Batteriemodell ausgeführt werden.
Das Batteriemodell kann die Batteriekapazitätsbeibehaltung/abbau während des aktuellen Fahrzeugbetriebszustandes berechnen. Das Batteriemodell kann der Kapazitätsbeibehaltungs/abbau-Wert basierend auf den Batteriezellentemperaturen, dem Batteriestrom, der Batterie-SOC, der Batteriespannung und den Zeitdaten aktualisiert werden. Das Batteriemodell kann eine Batteriekapazitätsschätzung ausgeben.
Die geschätzte Kapazität aus dem Batteriemodell kann mit einer Kapazität verglichen werden, die mit gemessenen OCV-Werten beim Fahrzeugeinschalten/ausschalten berechnet wird. Der gemessene OCV-Wert und die offline ermittelten OCV-SOC-Kurven können verwendet werden, um jedwede Fehler in der geschätzten Batteriekapazität aus dem Batteriemodell zu ermitteln. Die Batterie-OCV-SOC-Kurve kann je nach Alter der Batterie variieren. Wenn die OCV-SOC-Schwankung über die Batterielebensdauer geringer als der Bereich der Fahrzeugsensorgenauigkeit/empfindlichkeit während der gesamten Fahrzeuglebensdauer ist, dann kann nur eine OCV-SOC-Kurve verwendet werden, die offline für eine neue Batteriezelle gemessen wurde. In anderen Konfigurationen können, wie in 3 dargestellt, eine Vielzahl an OCV-SOC-Kurven verwendet werden. Beispielsweise kann eine offline gemessene BOL OCV-SOC Kurve einer Zelle, eine MOL OCV-SOC Kurve und eine EOL OCV-SOC Kurve definiert werden. Die Anzahl der verwendeten Kurven kann von der Größe der OCV-Änderungen während der Lebensdauer und dem Bereich abhängen, den der Messsensor erfassen kann.
Ein Beispiel des Systems wird für den Fall einer einzigen gespeicherten OCV-SOC-Kurve dargelegt. Wenn die Kapazitätsvergleichsfunktion ausgelöst wird, kann das System den SOC (OCV1) von einem vorherigen Zündzyklus und den SOC(OCV2) von einem anderen vorherigen oder einem aktuellen Zündzyklus laden. Die OCV-SOC-Daten können als Zuordnungstabelle gespeichert werden. Interpolation kann verwendet werden, um Werte zu erhalten, die zwischen gespeicherten Datenpunkten der Tabelle liegen. Die SOC-Werte können durch Indizieren der Zuordnungstabellen mit dem OCV-Wert erhalten werden. Das System kann ferner den akkumulierten Betrag der Stromintegration zwischen dem Zeitpunkt der OCV1- und OCV2-Messungen laden. Das System kann einen Puffer implementieren, der Informationen über den SOC-Fehler zwischen dem Modell und den gemessenen Daten (auf OCV-Basis) enthält, wenn der Fehler außerhalb einer vorbestimmten Grenze liegt. Der Fehlerdatensatz kann Daten für eine vorbestimmte maximale Anzahl von N Zyklen des Aufzeichnungszählens aus dem ersten Datensatz eines SOC-Fehlers umfassen.
Eine erste geschätzte Änderung des Ladezustands kann auf einer strombasierten Schätzung der Änderung basieren. Die Kapazitätsvergleichsfunktion kann eine Änderung des SOC basierend auf der akkumulierten aktuellen Integration über die vorhergehende Zeitspanne berechnen. Die Änderung des SOC kann folgendermaßen berechnet werden:
wobei der integrale Ausdruck die über die letzte Zeitspanne integrierte akkumulierte Strommenge ist. Die geschätzte Batteriekapazität aus dem Batteriemodell und dem Standzeitmodell kann im Nenner verwendet werden. Die Änderung des SOC-Werts liefert die erwartete Änderung im SOC aufgrund einer Amperestundenintegration relativ zu der Kapazität aus dem Batteriemodell. Der Batteriestrom kann über das entsprechende Zeitintervall gemessen und integriert werden.
Eine zweite geschätzte Änderung im Ladezustand kann auf einer spannungsbasierten Schätzung der Änderung basieren. Die Änderung des SOC kann auch als SOC-Differenz auf Basis von zwei Spannungsmesswerten ermittelt werden. Die Änderung der SOC auf der Grundlage der OCV-Werte kann wie folgt ausgedrückt werden: ΔSOC_OCV = SOC(OCV₁) – SOC(OCV₂) (4) wobei der SOC(x) aus der SOC-OCV-Kurve oder Tabellen basierend auf dem OCV-Wert ermittelt wird. Die OCV_x-Werte können zu einem Zeitpunkt gemessen werden, zu dem die Batterie mindestens eine vorbestimmte Zeitdauer geruht hat. Zum Beispiel können die OCV_x-Werte am Beginn von zweier aufeinanderfolgender Zündzyklen genommen werden.
Eine Betrag einer Differenz zwischen den beiden Änderungen der SOC-Werte kann berechnet werden. Der Betrag kann wie folgt mit einer Fehlerschwelle verglichen werden: |ΔSOC_Ah – ΔSOC_OCV| > ε (5)
Wobei ε ein vorbestimmter Fehlerbetrag ist, oberhalb dem die Batteriekapazität aktualisiert werden kann.
Der Kapazitätsvergleich kann die Differenz zwischen der Änderung der SOC basierend auf der aktuellen Integration und der Änderung der SOC basierend auf der OCV-Differenz überprüfen. Wenn der Betrag (z. B. der Absolutwert) der Differenz kleiner oder gleich dem Schwellenwert ε ist, dann ist keine Einstellung der Batteriekapazität erforderlich. Wenn der absolute Wert der Differenz größer als der Schwellenwert ε ist, dann kann ein Kapazitätsaktualisierungszustand markiert werden. Die Differenzinformation kann in dem Puffer aufgezeichnet werden. Eine Differenzbtrag, der größer als der Schwellenwert ist, kann anzeigen, dass der Batteriekapazitätswert ungenau ist.
Die Differenz zwischen der modellbasierten Kapazität und der OCV-basierten Kapazität kann unter Verwendung von Gleichung (6) berechnet werden. Wenn die Kapazität als aktualisiert markiert wird, kann der Kapazitätsdifferenzwert in dem Puffer für zukünftige Kapazitätsaktualisierungen gespeichert werden. Aufgrund des normalen SOC-Betriebsbereichs in FHEV und mHEV (z. B. der SOC wird im relativ flachen Teil der SOC-OCV-Kurve gehalten) kann das OCV-basierte Kapazitätslernen große Fehler einführen, da das Erhalten des SOC von dem OVC Einfluss auf die Genauigkeit der Zellenspannungssensorik hat. Die von dem Batteriemodell erzeugte Kapazität kann genauer sein als die OCV-basierte Kapazität. Die modellbasierte Kapazität kann für die Batteriesteuerung verwendet werden, und die OCV kann verwendet werden, um zu prüfen, ob es einen großen Unterschied in der SOC-Änderung gibt.
Die Steuerung kann einen Puffer aus N Datensätzen in einem nicht-flüchtigen Speicher für die Kapazitätsberechnungen speichern. Jeder der N Datensätze kann eines einer Vielzahl von Zeitintervallen darstellen. Bei jeder Aktualisierungsperiode kann der vorliegende Pufferindex mit einem Maximalindex verglichen werden, um zu ermitteln, ob der Puffer voll ist. Wenn der Puffer voll ist (z. B. N ≥ N_max), können die ältesten Daten in dem Puffer durch die aktuellen Daten ersetzt werden. Der Puffer kann Werte für die letzten N Werte beibehalten.
Um zu festzustellen, ob die Batteriekapazität aktualisiert werden soll, können die Puffereinträge analysiert werden, um zu bestimmen, ob die Differenz ein wiederkehrendes Ereignis ist. Ein Verhältnis einer Anzahl von Malen, die der Differenzbetrag den Schwellenwert überschreitet, zu der Gesamtzahl der aufgezeichneten Puffereinträge kann berechnet werden. Wenn das Verhältnis einen vorbestimmten Wert übersteigt, dann kann die Batteriekapazität eingestellt werden. Wenn das Verhältnis den vorbestimmten Wert nicht überschreitet, kann die Batteriekapazität auf dem gegenwärtigen Wert gehalten werden. Wenn beispielsweise 80% der Puffereinträge den Schwellenwert überschreiten, dann kann der Batteriekapazitätswert aktualisiert werden. Ferner hilft dieses Filtern, die Änderung der Batteriekapazität auf der Grundlage von Rauschen in den Messungen zu minimieren.
Die Batteriekapazität kann gemäß einem Durchschnitt der im Puffer gespeicherten Differenzen geändert werden. Der Puffer kann gelöscht oder zurückgesetzt werden, so dass der Prozess wiederholt werden kann. Der Durchschnittswert der Differenzwerte kann als eine Summierung der Differenzwerte geteilt durch N_ε, was die Anzahl der Abtastwerte ist, in denen die SOC-Differenz erfüllt (5) ist, berechnet werden. Das Batteriekapazitätsaktualisierung kann wie folgt berechnet werden:
Die Strategie ermittelt die Batteriekapazitätsänderungen durch Vergleichen der Änderungen des SOC unter Verwendung zweier verschiedener Verfahren. Ein Teil des Vergleichs ist der aktuelle Integrationsteil, der die geschätzte Batteriekapazität aus dem Modell einschließt. Ein anderer Teil des Vergleichs ist die aus OCV ermittelte Änderung des SOC. Wenn sich die Batteriekapazität ändert, können die zwei Abschnitte eine unterschiedliche Änderung in dem SOC aufweisen. Wenn ein Fehler zwischen den beiden für mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Abtastwerten bestand hat, kann der Batteriekapazitätswert aktualisiert werden.
Die beschriebene Logik kann verwendet werden, um eine OCV-SOC-Kurve auszuwählen, die das aktuelle Stadium der Batterielebensdauer darstellt. Die Änderung des SOC kann basierend auf der vorliegenden OCV-SOC-Kurve (z. B. 3, 302) berechnet werden. Die Änderung des SOC kann auch für die OCV-SOC-Kurve des nächsten Lebensstadiums (z. B. 3, 304) berechnet werden. Die Differenzgröße kann mit beiden SOC-basierten Änderungswerten berechnet werden. Die resultierenden unterschiedlichen Größen können verglichen werden. Die Steuerung kann die Auswahl der gegenwärtigen OCV-SOC-Kurve anpassen, wenn die Differenzgröße für die gegenwärtige Kurve größer ist, als die Differenzgröße für das nächste Stadium der Batterielebensdauer. Die Steuerung kann die OCV-SOC-Kurvenauswahl ändern, wenn die Bedingung für eine vorbestimmte Anzahl von Zyklen fortbesteht. Der Vorgang kann über die Lebensdauer der Traktionsbatterie wiederholt werden. Das Ergebnis wäre, dass am Ende der Batterielebensdauer der EOL OCV-SOC genutzt würde. Ein Altersindikator kann auf der gewählten Kurve basieren. Wenn beispielsweise die MOL-Kurve ausgewählt ist, kann die Altersanzeige einen MOL-Zustand für die Traktionsbatterie anzeigen.
Der geschätzte Batteriekapazitätswert kann verwendet werden, um einen Altersindikator für die Traktionsbatterie bereitzustellen. Ein Verhältnis der geschätzten Batteriekapazität zur BOL-Batteriekapazität kann berechnet werden. Das Verhältnis kann einen Prozentsatz der verbleibenden Batteriekapazität (z. B. Kapazitätsretention) angeben. In anderen Konfigurationen kann die Kapazitätsbeibehaltung von einhundert Prozent subtrahiert werden, um den Kapazitätsabbauwert zu erhalten.
Die geschätzte Batteriekapazität und/oder die Kapazitätsbeibehaltungs/Abbauwerte können in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert werden, um die Werte zwischen den Zündzyklen beizubehalten. Der Kapazitätsbeibehaltungs/Abbauwert kann als kontinuierlicher Wert oder Prozentsatz angezeigt werden. Der Kapazitätsbeibehaltungs/Abbauwert kann umgesetzt werden, um diskrete Lebenszustände anzuzeigen. Beispielsweise kann die Anzeige dem Bediener BOL-, MOL- und EOL-Zustände anzeigen. Jeder Lebenszustand kann einem Bereich von Kapazitätsbeibehaltungs/Abbauwerte entsprechen.
4 ist ein Flussdiagramm, das eine mögliche Folge von Operationen darstellt, die in dem BECM 206 implementiert sein können. Die Sequenz kann am Eingangsblock 400 beginnen, wobei sich das Fahrzeug in einem Zündung-Ein-Zustand befindet. Bei der Operation 402 kann die Batteriekapazitätsschätzung, wie beschrieben, aktualisiert werden. Die Kapazitätsschätzung kann einen Beitrag aus der Parkzeit basierend auf dem Temperaturverlauf und einer Betriebszeit, aufgrund eines Fahrzeugbetriebes, umfassen. Bei der Operation 404 wird eine strombasierte Schätzung des SOC, basierend auf der Stromintegration und Kapazität, berechnet. Die strombasierten Schätzungen können auf einer Integration des Batteriestroms über zugehörige Zeitintervalle und der Batteriekapazitätsschätzung basieren.
Bei der Operation 406 wird eine spannungsbasierte Schätzung des SOC auf der Grundlage von zwei Spannungsmessungen berechnet. Die spannungsbasierten Schätzungen können basierend auf einer Differenz zwischen einem ersten Zustand eines Ladewertes, der mit einem vorherigen Zündzyklus assoziiert ist, und einem zweiten Zustand eines Ladewertes, der einem gegenwärtigen Zündzyklus zugeordnet ist, aktualisiert werden. Die Steuerung kann eine erste Leerlaufspannung bei Beginn des vorangegangenen Zündzyklus messen und den ersten Zustand des Ladewertes basierend auf der ersten Leerlaufspannung abschätzen und eine zweite Leerlaufspannung bei Beginn des vorliegenden Zündzyklus messen und den zweiten Ladezustandswert basierend auf der zweiten Leerlaufspannung abschätzen. Der erste Ladezustandswert und der zweite Ladezustandswert können basierend auf einer von einer Vielzahl von Kennlinien, die auf der Grundlage der Batteriekapazitätsschätzung ausgewählt werden, abgeschätzt werden.
Bei der Operation 408 wird eine Differenz oder ein Fehler zwischen der strombasierten SOC-Schätzung und der spannungsbasierten SOC-Schätzung berechnet. Bei der Operation 410 kann der Puffer der gespeicherten Information verarbeitet und verwaltet werden. Beispielsweise können die gespeicherten Werte abgerufen und verarbeitet werden. Die Steuerung kann so programmiert sein, dass sie Differenzen für eine vorbestimmte maximale Anzahl von Zeitintervallen beibehält.
Bei Operation 412 wird eine Größe des Fehlers mit einem Schwellenwert verglichen. Wenn die Fehlergröße den Schwellenwertbetrag überschreitet, kann die Operation 414 ausgeführt werden. Bei Operation 414 kann eine Anzahl von Malen berechnet werden, die die Fehlergröße den Schwellenwertbetrag übersteigt. Die Anzahl von Malen kann durch Zählen der Anzahl von Fehlergrößen, die in dem Puffer gespeichert sind, erhalten werden, die den Schwellenwertbetrag überschreiten. Zusätzlich wird ein Prozentsatz von Abtastwerten aus den Pufferdaten mit einer Fehlergröße, die größer als der Schwellenwertbetrag ist, bestimmt. Bei Operation 416 wird der Prozentsatz mit einer Schwelle verglichen. Alternativ kann die Häufigkeit, mit der die Unterschiede den Betragsschwellenwert überschreiten, mit einem vorbestimmten Wert verglichen werden. Wenn der Prozentsatz einen vorbestimmten Prozentsatz überschreitet, dann wird die Operation 418 ausgeführt. Bei der Operation 418 wird die Batteriekapazität basierend auf dem Mittelwert der in dem Puffer gespeicherten Fehler geändert oder eingestellt. Die Ausführung kann dann mit der Operation 420 fortfahren.
Wenn der Fehlerbetrag kleiner oder gleich dem Schwellenwert ist oder der Prozentsatz kleiner oder gleich dem vorbestimmten Prozentsatz ist, dann wird Operation 420 ausgeführt. Bei der Operation 420 wird der Kapazitätsbeibehaltungs/Abbauwert berechnet. Bei Operation 422 kann das Batteriealter berechnen und an das Armaturenbrett ausgegeben werden. Das Batteriealter kann als Verhältnis der Batteriekapazitätsschätzung zu einem Beginn-der-Lebensdauer der Batteriekapazität berechnet werden.
Bei Operation 424 kann die OCV-SOC-Kurve, die dem Batteriealtersindikator zugeordnet ist, für die kommenden Zyklen ausgewählt werden. Die Steuerung kann so programmiert werden, dass diese eine von einer Vielzahl von Kennlinien auswählt, die die Leerlaufspannung zum Ladezustand zum Betreiben der Traktionsbatterie betreffen. In Reaktion auf Unterschiede, die mit einer gegenwärtig ausgewählten Kennlinienkurve übereinstimmen, die mit einer nächsten Lebensstadium-Kennlinie für eine vorbestimmte Anzahl von Malen verbunden sind, übersteigen, kann die Steuereinrichtung die nächste Lebensstadium-Kennlinie zum Betreiben der Traktionsbatterie auswählen. Die Antriebsbatterie kann dann entsprechend der geschätzten Batteriekapazität und der ausgewählten Kennlinie betrieben werden. Die Abfolge der Vorgänge kann bei jedem Zündzyklus wiederholt werden.
Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können an eine Verarbeitungseinrichtung, eine Steuerung oder einen Rechner ausgegeben oder implementiert werden, die jede existierende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine bestimmte elektronische Steuereinheit umfassen können. Ebenso können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Befehle gespeichert werden, die von einer Steuereinheit oder einem Computer in vielen Formen ausgeführt werden können, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Informationen, die dauerhaft auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie ROM-Geräten gespeichert sind und Informationen, die veränderbar auf beschreibbare Speichermedien, wie etwa Disketten, Magnetbänder, CDs, RAM-Vorrichtungen und anderen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem softwareausführbaren Objekt implementiert werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise durch geeignete Hardwarekomponenten wie z. B. anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASICs), feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder andere Hardwarekomponenten oder Geräte oder eine Kombination von Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten.
Ein Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es die folgenden Schritte umfasst: Ändern einer Batteriekapazitätsschätzung in Reaktion auf Differenzen zwischen den strombasierten Schätzungen und spannungsbasierten Schätzungen der Batterieladezustände, die einen Schwellenwertbetrag mehrfach überschreitet, durch eine Steuerung; Betreiben einer Traktionsbatterie 124 für ein Fahrzeug entsprechend der Batteriekapazitätsschätzung, durch eine Steuerung.
Hierbei kann es ein Aktualisieren der strombasierten Schätzungen gemäß einem Quotienten einer Integration eines Batteriestroms über die entsprechenden Zeitintervalle und der Batteriekapazitätsschätzung durch die Steuerung umfassen.
Ferner kann hierbei ein Aktualisieren der spannungsbasierten Schätzungen entsprechend einer Differenz zwischen einem einem vorhergehenden Zündzyklus zugeordneten ersten Ladezustandswert und einem einem aktuellen Zündzyklus zugeordneten zweiten Ladezustandswert durch die Steuerung umfasst sein.
Weiterhin kann es ein Ausgeben eines auf einer Batteriekapazitätsschätzung basierenden Batteriealtersindikators umfassen.
Hierbei kann es ferner ein Sichern der Differenzen einer vorbestimmten Maximalzahl an Zeitintervallen umfassen, wobei die Anzahl der Male ein vorbestimmter Prozentsatz der vorbestimmten Maximalzahl ist.
Ein Fahrzeugstromsystem zeichnet sich dadurch aus, dass es eine Steuerung, die programmiert ist zum Ausgeben eines auf einer Batteriekapazitätsschätzung basierenden Batteriealtersindikators und in Reaktion auf Differenzen zwischen strombasierten Schätzungen und spannungsbasierten Schätzungen der Änderungen von Batterieladezuständen, die einen Schwellenwertbetrag mehrfach überschreitet, die Batteriekapazitätsschätzung basierend auf einem Durchschnitt der Differenzen ändert, umfasst.
Hierbei kann die Steuerung ferner programmiert sein einen Batteriealtersindikator als ein Verhältnis der Batteriekapazitätsschätzung zu einer Beginn-der-Lebensdauer-Batteriekapazität auszugeben.
Zudem kann die Steuerung ferner programmiert sein die strombasierten Schätzungen, basierend auf eine Integration des Batteriestroms über die zugeordneten Zeitintervalle und die Batteriekapazitätsschätzungen, zu aktualisieren.
Weiterhin kann die Steuerung ferner programmiert sein die spannungsbasierten Schätzungen, basierend auf einer Differenz zwischen einem einen vorhergehenden Zündzyklus zugeordneten ersten Ladezustandswert und einen einem aktuellen Zündzyklus zugeordneten Ladezustandswert, zu aktualisieren.
Die Steuerung kann ferner programmiert sein einen ersten Leerlaufstrom bei Beginn des vorhergehenden Zündzyklus zu messen und den ersten Ladezustandswert basierend auf dem ersten Leerlaufspannungswert abzuschätzen, und eine zweite Leerlaufspannung bei Beginn des aktuellen Zündzyklus zu messen und den zweiten Ladezustandswert, basierend auf dem zweiten Leerlaufspannungswert, abzuschätzen.
Zudem kann die Steuerung ferner programmiert sein, den ersten Ladezustandswert und den zweiten Ladezustandswert basierend auf einer von einer Vielzahl an, basierend auf der Batteriekapazitätsschätzung ausgewählter Kennlinienkurven, abzuschätzen.
Schließlich kann die Steuerung ferner programmiert sein, eine von einer Vielzahl Kennlinienkurven auszuwählen, die die Leerlaufspannung zum Ladezustand zum Betreiben einer Traktionsbatterie betreffen und in Reaktion auf Differenzen, die mit einer aktuell ausgewählten Kennlinie verbunden sind, die die Differenzen übersteigen, mit einer nächsten Lebensdauerstadium-Kennlinie für die vorgegebene Anzahl von Malen die nächste Lebensdauerstadium-Kennlinie für den Betrieb der Traktions-Batterie auswählen.
Während Ausführungsformen vorstehend beschrieben worden, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen umfasst sind. Die in der Beschreibung verwendeten Worte sind beschreibemde Worte und nicht als Beschränkungen zu verstehen, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind. Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sein können, um Vorteile oder Vorzüge gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften zu schaffen, erkennt der angesprochene Fachleute, dass ein oder mehrere Merkmale oder Charakteristiken beeinträchtigt sein können, um das gewünschte Ziel zum erzielen Gesamtsystemattribute, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Attribute können die Kosten, die Festigkeit, die Haltbarkeit, die Lebenszykluskosten, die Marktfähigkeit, das Aussehen, die Verpackung, die Größe, die Gebrauchstauglichkeit, das Gewicht, die Herstellbarkeit, die Einfachheit der Montage usw. umfassen. Als solches, liegen Ausführungsformen, die als weniger bevorzugt beschrieben worden sind oder Ausführungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere Charakteristiken nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Fahrzeugstromsystem umfassend: eine Steuerung, die programmiert ist, eine Batterie (124) entsprechend einer Batteriekapazitätsschätzung zu betreiben und in Reaktion auf Differenzen zwischen strombasierten Schätzungen und spannungsbasierten Schätzungen von Änderungen in Batterieladezuständen, die einen Schwellenwertbetrag um eine vorbestimmte Anzahl übersteigen, die Batteriekapazitätsschätzung basierend auf einem Durchschnitt der Differenzen zu ändern.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, die strombasierten Schätzungen basierend auf einer Integration des Batteriestroms über die zugeordneten Zeitintervalle und der Batteriekapazitätsschätzung eines Batteriemodells zu aktualisieren.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, die spannungsbasierten Schätzungen basierend auf einer Differenz zwischen einem einem vorhergehenden Zündzyklus zugeordneten ersten Ladezustandswert und einem einem aktuellen Zündzyklus zugeordneten zweiten Ladezustandswert zu aktualisieren.
System nach Anspruch 3, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, eine erste Leerlaufspannung bei Beginn des vorhergehenden Zündzyklus zu messen und den ersten Ladezustandswert, basierend auf dem ersten Leerlaufspannungswert, abzuschätzen, und eine zweite Leerlaufspannung bei Beginn des aktuellen Zündzyklus zu messen und den zweiten Ladezustandswert, basierend auf dem zweiten Leerlaufspannungswert, abzuschätzen.
System nach Anspruch 3, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, den ersten Ladezustandswert und den zweiten Ladezustandswert auf einer aus einer Vielzahl an Kennlinien ausgewählten Kennlinienkurve basierend, die auf der Batteriekapazitätsschätzung basiert, abzuschätzen.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, einen auf einer Batteriekapazitätsschätzung basierenden Batteriealtersindikator auszugeben.
System nach Anspruch 6, wobei die Steuerung ferner programmiert, ist den Batteriealtersindikator als ein Verhältnis von der Batteriekapazitätsschätzung zu einer Beginn-der-Lebensdauer-Batteriekapazität auszugeben.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, Differenzen für eine vorbestimmte Maximalzahl an Zeitintervallen beizubehalten und wobei die vorbestimmte Anzahl ein vorbestimmter Prozentsatz der vorbestimmten Maximalzahl ist.