DE102017103991A1

DE102017103991A1 - Initialisieren des Batteriezellenladezustands beim Vorhandensein von Spannungsmessunsicherheit

Info

Publication number: DE102017103991A1
Application number: DE102017103991.0A
Authority: DE
Inventors: Xiaoguang Chang; Xu Wang; Chuan He
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-03-02
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2017-09-07
Also published as: US9925888B2; CN107150599A; US20170253140A1

Abstract

Ein Fahrzeug enthält eine Traktionsbatterie und eine Steuerung. Die Steuerung ist dazu programmiert, einen mit einer Batteriezelle verknüpften Spannungsmessfehler zu detektieren. Die Steuerung ist auch dazu programmiert, als Reaktion auf das Detektieren eines Spannungsmessfehlers für eine Batteriezelle einen Ladezustand der Batteriezelle gemäß einer durchschnittlichen Änderung der zwischen Leistungszyklen gespeicherten Kapazität zu initialisieren.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Diese Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf das Schätzen eines Ladezustands für eine Traktionsbatterie in einem Fahrzeug.
STAND DER TECHNIK
Zu elektrisch betriebenen Fahrzeugen zählen Hybridelektrofahrzeuge (HEV) und batterieelektrische Fahrzeuge (BEV). Elektrisch betriebene Fahrzeuge enthalten eine Traktionsbatterie, um Energie zu speichern, die für den Vortrieb und andere Zwecke verwendet werden soll. Die Traktionsbatterie wird allgemein unter Verwendung verschiedener Parameter betrieben, die während der Entwicklungsphase definiert werden. Im Laufe der Zeit ändern sich Betriebsparameter der Traktionsbatterie, was Änderungen der Leistung der Traktionsbatterie bewirkt.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug enthält eine Batterie, die mehrere Zellen enthält. Das Fahrzeug enthält auch eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Leistungszyklen in einem vorbestimmten Bereich liegt und dass eine Amperestundenänderung einer der Zellen über die Dauer um eine vorbestimmte Größe geringer als eine durchschnittliche Amperestundenänderung der Zellen über die Dauer ist, einen Ladezustand für die eine der Zellen auf Basis der durchschnittlichen Amperestundenänderung auszugeben.
Ein Batteriemanagementsystem enthält eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Leistungszyklen größer als eine vorbestimmte Dauer ist und dass eine Amperestundenänderung einer von mehreren Batteriezellen über die Dauer um eine vorbestimmte Größe größer als eine durchschnittliche Amperestundenänderung der Batteriezellen über die Dauer ist, einen Ladezustand für die eine der Batteriezellen auf Basis der durchschnittlichen Amperestundenänderung auszugeben.
Ein Verfahren beinhaltet, durch eine Steuerung einen Ladezustand für eine von mehreren Batteriezellen auf Basis einer durchschnittlichen Amperestundenänderung über eine Dauer zwischen Leistungszyklen als Reaktion darauf auszugeben, dass die Dauer in einem vorbestimmten Bereich liegt und dass eine Amperestundenänderung einer der Batteriezellen über die Dauer um eine vorbestimmte Größe geringer als die durchschnittliche Amperestundenänderung ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm eines Hybridfahrzeugs, das typische Antriebsstrang- und Energiespeicherkomponenten veranschaulicht.
2 ist eine grafische Darstellung einer möglichen Batteriesatzanordnung, die aus mehreren Zellen besteht und von einem Batterieenergiesteuermodul überwacht und gesteuert wird.
3 ist eine Kurve, die eine mögliche Beziehung zwischen der Batterieleerlaufspannung und dem Batterieladezustand zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das eine mögliche Abfolge von Operationen zum Schätzen eines Ladezustands einer Traktionsbatterie zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und dass andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Einzelheiten besonderer Bauteile zu zeigen. Daher sollen hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionale Einzelheiten nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die vorliegende Erfindung auf verschiedene Art und Weise einzusetzen ist. Für einen Durchschnittsfachmann liegt auf der Hand, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf irgendeine der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu schaffen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen veranschaulichter Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Es können jedoch verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die den Lehren der vorliegenden Offenbarung entsprechen, für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
1 zeigt ein elektrisch betriebenes Fahrzeug 112, das als ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) bezeichnet werden kann. Ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug 112 kann eine oder mehrere Elektromaschinen 114 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 116 gekoppelt sind. Die Elektromaschinen 114 können in der Lage sein, als ein Motor oder als ein Generator zu arbeiten. Zusätzlich ist das Hybridgetriebe 116 mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 118 gekoppelt. Das Hybridgetriebe 116 ist auch mit einer Antriebswelle 120 mechanisch gekoppelt, die mit den Rädern 122 mechanisch gekoppelt ist. Die Elektromaschinen 114 können Vortriebs- und Verlangsamungsfähigkeit bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 118 ein- oder ausgeschaltet ist. Die Elektromaschinen 114 können auch als Generatoren fungieren und können Vorteile hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit bereitstellen, indem sie Energie zurückgewinnen, die in einem Friktionsbremssystem normalerweise als Wärme verloren gehen würde. Die Elektromaschinen 114 können auch Fahrzeugemissionen reduzieren, indem sie es dem Verbrennungsmotor 118 gestatten, bei effizienteren Drehzahlen zu arbeiten, und indem sie es dem Hybridelektrofahrzeug 112 gestatten, unter gewissen Bedingungen im elektrischen Modus mit ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 118 betrieben zu werden. Ein elektrisch betriebenes Fahrzeug 112 kann auch ein Batterie-Elektrofahrzeug (BEV) sein. In einer BEV-Konfiguration ist der Verbrennungsmotor 118 möglicherweise nicht vorhanden. Bei anderen Konfigurationen kann das elektrisch betriebene Fahrzeug 112 ein Vollhybrid-Elektrofahrzeug (FHEV) ohne Plug-in-Fähigkeit sein.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriesatz 124 speichert Energie, die von den Elektromaschinen 114 verwendet werden kann. Der Fahrzeugbatteriesatz 124 kann eine Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe (DC-Ausgabe) bereitstellen. Die Traktionsbatterie 124 kann elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodulen 126 gekoppelt sein. Einer oder mehrere Schützkontakte 142 können die Traktionsbatterie 124 von anderen Komponenten entkoppeln, wenn sie geöffnet sind, und die Traktionsbatterie 124 mit anderen Komponenten verbinden, wenn sie geschlossen sind. Das Leistungselektronikmodul 126 ist auch mit den Elektromaschinen 114 elektrisch gekoppelt und stellt die Fähigkeit zur bidirektionalen Übertragung von Energie zwischen der Traktionsbatterie 124 und den Elektromaschinen 114 bereit. Zum Beispiel kann eine Traktionsbatterie 124 eine Gleichspannung bereitstellen, während die Elektromaschinen 114 zum Funktionieren mit einer dreiphasigen Wechselspannung arbeiten können. Das Leistungselektronikmodul 126 kann die Gleichspannung in einen dreiphasigen Wechselstrom umwandeln, um die Elektromaschinen 114 zu betreiben. In einem Rekuperationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 126 den dreiphasigen Wechselstrom aus den Elektromaschinen 114, die als Generatoren fungieren, in die mit der Traktionsbatterie 124 kompatible Gleichspannung umwandeln.
Das Fahrzeug 112 kann einen regelbaren Spannungswandler (VVC) 152 aufweisen, der zwischen der Traktionsbatterie 124 und dem Leistungselektronikmodul 126 elektrisch gekoppelt ist. Der VVC 152 kann ein Gleichspannungs-Aufwärtswandler sein, der dazu ausgelegt ist, die von der Traktionsbatterie 124 bereitgestellte Spannung zu erhöhen oder aufwärts zu wandeln. Durch Erhöhen der Spannung können Stromanforderungen verringert werden, was zu einer Reduzierung der Verdrahtungsgröße für das Leistungselektronikmodul 126 und die Elektromaschinen 114 führt. Weiterhin können die Elektromaschinen 114 mit besserem Wirkungsgrad und geringeren Verlusten betrieben werden.
Zusätzlich dazu, dass die Traktionsbatterie 124 Energie für den Vortrieb bereitstellt, kann sie Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Das Fahrzeug 112 kann ein Gleichspannungswandlermodul 128 enthalten, das die Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe der Traktionsbatterie 124 in eine Niederspannungs-Gleichstrom-Versorgung umwandelt, die kompatibel mit Niederspannungs-Fahrzeuglasten ist. Ein Ausgang des Gleichspannungswandlermoduls 128 kann mit einer Hilfsbatterie 130 (z. B. einer 12 V-Batterie) elektrisch gekoppelt sein, um die Hilfsbatterie 130 aufzuladen. Die Niederspannungssysteme können mit der Hilfsbatterie 130 elektrisch gekoppelt sein. Eine oder mehrere elektrische Lasten 146 können mit dem Hochspannungs-Bus gekoppelt sein. Die elektrischen Lasten 146 können eine verknüpfte Steuerung aufweisen, die die elektrischen Lasten 146 betreibt und steuert, wenn es angemessen ist. Beispiele elektrischer Lasten 146 können ein Lüfter, ein elektrisches Heizelement und/oder ein Klimaanlagenkompressor sein.
Das Elektrofahrzeug 112 kann dafür ausgelegt sein, die Traktionsbatterie 124 aus einer externen Leistungsquelle 136 aufzuladen. Die externe Leistungsquelle 136 kann eine Verbindung zu einer elektrischen Steckdose sein. Die externe Leistungsquelle 136 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder einer Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE) 138 gekoppelt sein. Die externe Leistungsquelle 136 kann ein elektrisches Leistungsverteilungsnetzwerk oder ein Stromnetz sein, wie es von einem Elektrizitätsversorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Die EVSE 138 kann Schaltungsanordnungen und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von Energie zwischen der Leistungsquelle 136 und dem Fahrzeug 112 zu regeln und zu managen. Die externe Leistungsquelle 136 kann der EVSE 138 elektrische Gleichstrom- oder Wechselstromleistung bereitstellen. Die EVSE 138 kann einen Ladeverbinder 140 zum Einstecken in einen Ladeport 134 des Fahrzeugs 112 aufweisen. Der Ladeport 134 kann irgendeine Art von Port sein, die dazu ausgelegt ist, Leistung aus der EVSE 138 zum Fahrzeug 112 zu übertragen. Der Ladeport 134 kann mit einem Ladegerät oder einem fahrzeugeigenen Leistungswandlungsmodul 132 elektrisch gekoppelt sein. Das Leistungswandlungsmodul 132 kann die aus der EVSE 138 zugeführte Leistung aufbereiten, um für die Traktionsbatterie 124 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungswandlungsmodul 132 kann an die EVSE 138 angekoppelt sein, um die Zufuhr von Leistung zum Fahrzeug 112 zu koordinieren. Der EVSE-Verbinder 140 kann Pins aufweisen, die mit entsprechenden Vertiefungen des Ladeports 134 ineinandergreifen. Alternativ können verschiedene Komponenten, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben werden, Leistung unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung übertragen.
Eine oder mehrere Radbremsen 144 können zum Verlangsamen des Fahrzeugs 112 und zum Verhindern von Bewegung des Fahrzeugs 112 bereitgestellt sein. Die Radbremsen 144 können hydraulisch, elektrisch oder mit einer Kombination daraus betätigt werden. Die Radbremsen 144 können ein Teil eines Bremssystems 150 sein. Das Bremssystem 150 kann andere Komponenten enthalten, um die Radbremsen 144 zu betätigen. Zur Vereinfachung zeigt die Figur eine einzige Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und einer der Radbremsen 144. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und den anderen Radbremsen 144 wird vorausgesetzt. Das Bremssystem 150 kann eine Steuerung enthalten, um das Bremssystem 150 zu überwachen und zu koordinieren. Das Bremssystem 150 kann die Bremsenkomponenten überwachen und die Radbremsen 144 zur Fahrzeugverlangsamung steuern. Das Bremssystem 150 kann auf Fahrerbefehle reagieren und kann zum Umsetzen von Merkmalen, wie zum Beispiel Stabilitätskontrolle, auch autonom arbeiten. Die Steuerung des Bremssystems 150 kann ein Verfahren zum Anlegen einer angeforderten Bremskraft umsetzen, wenn dies von einer anderen Steuerung oder Unterfunktion angefordert wird.
Elektronikmodule im Fahrzeug 112 können über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Vielzahl von Kanälen zur Kommunikation enthalten. Ein Kanal des Fahrzeugnetzwerks kann ein serieller Bus sein, wie zum Beispiel ein Controller Area Network (CAN). Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerks kann ein Ethernet-Netzwerk enthalten, das durch die Familie der Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802 Standards definiert ist. Zu zusätzlichen Kanälen des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen zählen, und sie können Leistungssignale aus der Hilfsbatterie 130 enthalten. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Zum Beispiel können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuersignale über CAN- oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann irgendwelche Hardware- und Software-Komponenten enthalten, die beim Übertragen von Signalen und Daten zwischen Modulen helfen. Das Fahrzeugnetzwerk wird in 1 nicht gezeigt, aber es kann impliziert werden, dass das Fahrzeugnetzwerk mit irgendeinem elektronischen Modul, das im Fahrzeug 112 vorhanden ist, verbinden kann. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC, Vehicle System Controller) 148 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Die Traktionsbatterie 124 kann aus einer Vielzahl von chemischen Formulierungen aufgebaut sein. Typische Batteriesatz-Chemien können Blei-Säure, Nickel-Metallhydrid (NiMH) oder Lithium-Ionen sein. 2 zeigt den Traktionsbatteriesatz 124 als eine einfache Reihenkonfiguration von N Batteriezellen 202. Die Traktionsbatterie 124 kann allerdings aus irgendeiner Anzahl von einzelnen Batteriezellen zusammengesetzt sein, die in Reihe oder parallel oder in irgendeiner Kombination daraus verbunden sind. Ein Fahrzeugbatteriemanagementsystem kann eine oder mehrere Steuerungen aufweisen, wie zum Beispiel ein Batterieenergie-Steuermodul (BECM, Battery Energy Control Module) 206, das die Leistung der Traktionsbatterie 124 überwacht und steuert. Die Traktionsbatterie 124 kann Sensoren enthalten, um verschiedene Pegelcharakteristika des Satzes zu messen. Die Traktionsbatterie 124 kann einen oder mehrere Satzstrommesssensoren 208, Satzspannungsmesssensoren 210 und Satztemperaturmesssensoren 212 aufweisen. Das BECM 206 kann Schaltungsanordnungen zum Ankoppeln an die Satzstrommesssensoren 208, die Satzspannungsmesssensoren 210 und die Satztemperaturmesssensoren 212 enthalten. Das BECM 206 kann nichtflüchtigen Speicher aufweisen, so dass Daten gehalten werden können, wenn sich das BECM 206 in einem Aus-Zustand befindet. Gehaltene Daten können beim nächsten Betriebszeitraum verfügbar sein.
Zusätzlich zu den Pegelcharakteristika des Satzes kann es Pegelcharakteristika der Batteriezelle 202 geben, die gemessen und überwacht werden. Zum Beispiel können die Anschlussspannung, der Strom und die Temperatur jeder Zelle 202 gemessen werden. Ein System kann ein oder mehrere Sensormodule 204 verwenden, um die Charakteristika der Batteriezelle 202 zu messen. Abhängig von den Fähigkeiten können die Sensormodule 204 die Charakteristika einer oder mehrerer der Batteriezellen 202 messen. Die Traktionsbatterie 224 kann bis zu N_c Sensormodule 204 verwenden, um die Charakteristika aller Batteriezellen 202 zu messen. Jedes der Sensormodule 204 kann die Messwerte an das BECM 206 zur weiteren Verarbeitung und Koordinierung übertragen. Die Sensormodule 204 können Signale in analoger oder digitaler Form an das BECM 206 übertragen. In einigen Konfigurationen kann die Funktionalität der Sensormodule 204 intern im BECM 206 integriert sein. Das heißt: Die Hardware der Sensormodule 204 kann als Teil der Schaltungsanordnung im BECM 206 integriert sein, und das BECM 206 kann das Verarbeiten von Rohsignalen bewältigen. Das BECM 206 kann auch Schaltungsanordnungen enthalten, um an den einen oder die mehreren Schützkontakte 142 anzukoppeln, um die Schützkontakte 142 zu öffnen und zu schließen.
Es kann nützlich sein, verschiedene Charakteristika des Batteriesatzes zu berechnen. Größen, wie zum Beispiel die Batterieleistungsfähigkeit, die Batteriekapazität und der Batterieladezustand können nützlich sein, um den Betrieb der Traktionsbatterie 124 sowie irgendwelche elektrischen Lasten, die Strom aus der Traktionsbatterie 124 empfangen, zu steuern. Die Batterieleistungsfähigkeit ist ein Maß der maximalen Leistungsmenge, die die Traktionsbatterie 124 bereitstellen kann, oder der maximalen Leistungsmenge, die die Traktionsbatterie 124 aufnehmen kann. Die Kenntnis der Batterieleistungsfähigkeit gestattet es, die elektrischen Lasten so zu managen, dass die angeforderte Leistung innerhalb der Grenzen liegt, die die Traktionsbatterie 124 handhaben kann.
Die Batteriekapazität ist ein Maß einer Gesamtmenge an Energie, die in der Traktionsbatterie 124 gespeichert werden kann. Die Batteriekapazität (oft durch die Variable Q dargestellt) kann in Einheiten von Amperestunden ausgedrückt werden. Werte, die zur Batteriekapazität in Beziehung stehen, können als Amperestundenwerte bezeichnet werden. Die Batteriekapazität der Traktionsbatterie 124 kann sich während der Lebensdauer der Traktionsbatterie 124 verringern. Die Traktionsbatterie 124 kann durch eine maximale Batteriekapazität charakterisiert sein, die die Batteriekapazität darstellt, wenn sie voll aufgeladen ist (z. B. die Kapazität bei 100 % Ladezustand). Die Traktionsbatterie 124 kann durch eine gegenwärtige oder momentane Batteriekapazität charakterisiert sein, die die Batteriekapazität darstellt, die zu einem gegenwärtigen Zeitpunkt genutzt wird.
Der Ladezustand (SOC, status of charge) zeigt an, wie viel Ladung in der Traktionsbatterie 124 verbleibt. Der SOC kann als eine Prozentzahl der gesamten möglichen Ladung, die in der Traktionsbatterie 124 verbleibt, ausgedrückt werden. Wenn der SOC bei hundert Prozent liegt, kann die Traktionsbatterie 124 auf die Batteriekapazität geladen sein. Der SOC-Wert kann ausgegeben werden, um den Fahrer darüber zu informieren, wie viel Ladung in der Traktionsbatterie 124 verbleibt, analog zu einer Kraftstoffstandanzeige. Der SOC kann auch verwendet werden, um den Betrieb eines Elektro- oder Hybridelektrofahrzeugs zu steuern. Die Berechnung des SOC kann durch eine Vielzahl von Verfahren erfolgen. Ein mögliches Verfahren zum Berechnen des SOC ist es, eine Integration des Traktionsbatteriestroms über der Zeit durchzuführen. Dies ist in der Technik allgemein als Amperestundenintegration bekannt.
Das Fahrzeugbatteriemanagementsystem kann dazu ausgelegt sein, die Traktionsbatterie 124 zu betreiben, um den Ladezustand der Traktionsbatterie 124 zu managen. Die Traktionsbatterie 124 kann gemäß einem Zielladezustand im Vergleich zu einem vorhandenen Ladezustand aufgeladen oder entladen werden. Wenn zum Beispiel der vorhandene Ladezustand größer als der Zielladezustand ist, kann die Traktionsbatterie 124 entladen werden. Der Betrieb der Traktionsbatterie 124 kann erreicht werden, indem ein Drehmoment der Elektromaschinen 114 angewiesen wird, um Strom aus der Traktionsbatterie 124 zu ziehen oder Strom für sie bereitzustellen. Der Betrieb der Traktionsbatterie 124 kann weiterhin das Befehlen des Betriebs des Verbrennungsmotors 118 zum Bereitstellen von Leistung an die Elektromaschinen 114 zum Laden der Traktionsbatterie 124 beinhalten.
Es können mehrere Verfahren verwendet werden, um den SOC der Batteriezellen und/oder der Traktionsbatterie zu schätzen. Ein typisches Verfahren ist die Coulomb-Zählung oder Amperestundenintegration. Bei Verwendung des Ansatzes der Coulomb-Zählung wird der SOC geschätzt als:
wobei SOC_k,0 ein anfänglicher SOC-Wert der k-ten Batteriezelle zu einem Anfangszeitpunkt ist, C_k eine maximale Kapazität der k-ten Batteriezelle ist und i ein Strom ist, der durch die Batteriezelle fließt. Die maximale Kapazität der Batteriezellen kann sich ändern, wenn die Batterie altert, und die Steuerung 206 kann Algorithmen beinhalten, um die maximale Kapazität über die Lebensdauer der Batterie zu schätzen.
Der anfängliche SOC-Wert SOC_k,0 bestimmt den Startwert für die Amperestundenintegration. Von daher ist es erwünscht, dass der Integrationsprozess bei einem genauen Wert startet. Es ist ohne Weiteres zu beobachten, dass jede Ungenauigkeit im Startwert durch den gesamten Prozess übertragen wird. Daher ist ein genauer Schätzwert oder Messwert des anfänglichen SOC-Werts erwünscht.
Für eine Lithiumionen-Batteriezelle wird der anfängliche SOC-Wert typischerweise auf Basis eines Leerlaufspannungs-(OCV-)Messwerts vor dem Koppeln der Batteriezelle an eine Last geschätzt. Nach einer Ruheperiode wird eine Anschlussspannung der Batteriezelle und die Leerlaufspannung unter Nicht-Last-Bedingungen äquivalent sein. Es gibt eine Beziehung zwischen dem SOC und der Leerlaufspannung der Batteriezelle. Eine mögliche Beziehung wird in 3 als eine charakteristische Kurve 300 gezeigt, die den SOC zur Leerlaufspannung (V_OC oder OCV) in Beziehung setzt. Die charakteristische Kurve 300 kann während der Batteriezellenprüfung erfasst werden und kann zum Speichern in nichtflüchtigem Speicher des BECM 206 in eine Tabelle übertragen werden. Der anfängliche SOC kann durch Messen der Anschlussspannung der Batteriezelle und Setzen des anfänglichen SOC auf den SOC-Wert aus der charakteristischen Kurve 300, der dem gemessenen Spannungswert entspricht, bestimmt werden.
Solch eine Vorgehensweise ist im Allgemeinen effektiv, um den anfänglichen SOC-Wert herzuleiten. Allerdings kann der Spannungsmesswert unter einigen Bedingungen ungenau oder nicht verfügbar sein. Zum Beispiel kann die Spannungsmessschaltung einen getrennten Leiter aufweisen, oder ein Widerstandswert kann ungenau sein. Weiterhin kann Signalrauschen vorhanden sein, das den Spannungsmesswert ungenau machen kann. Ein ungenauer Spannungsmesswert kann zu einem ungenauen anfänglichen SOC-Wert führen.
Die Spannungserfassungsschaltung kann eine Fehlerbedingung erfahren. Die Fehlerbedingung kann ein Out-of-Range-Fehler sein. Das Spannungssignal kann dazu konzipiert sein, innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereichs zu arbeiten. Ein Out-of-Range-Fehler kann auftreten, wenn das Spannungssignal außerhalb des vorbestimmten Spannungsbereichs liegt. Zum Beispiel kann das Spannungssignal auf Masse oder auf eine Referenzspannung der Schaltung kurzgeschlossen sein. Der vorbestimmte Bereich ist im Allgemeinen dazu ausgelegt, diese kurzgeschlossenen Bedingungen zu identifizieren. Zu anderen Fehlerbedingungen können Unregelmäßigkeiten aufgrund von Analog-Digital-(A/D-)Wandlerfehlern und Kommunikationsverlust zählen. Zum Beispiel können die Spannungsmesswerte in einigen Konfigurationen von Sensormodulen über eine Kommunikationsverknüpfung empfangen werden. Jeder Kommunikationsverlust auf der Kommunikationsverknüpfung führt zu einem Verlust zeitnaher Spannungsmesswerte.
Unter einigen Bedingungen kann ein Spannungsmessfehler vorhanden sein, obwohl er möglicherweise nicht durch die Out-of-Range-Fehler-Detektionslogik detektierbar ist. Der Spannungsmesswert kann im vorbestimmten Bereich liegen, jedoch aus einer Reihe von Gründen ungenau sein. Ein modellbasiertes Verfahren kann verwendet werden, um die Spannungssensormessschaltungen auf In-Range-Sensorfehler zu diagnostizieren. Das BECM 206 kann mit einem Batteriezellenmodell programmiert sein, das die Batteriezellenspannung prognostiziert. Die Batteriemodellspannung kann mit einer gemessenen Batteriezellenspannung verglichen werden. Falls die Modellspannung und die gemessene Spannung voneinander um mehr als eine vorbestimmte Größe abweichen, kann ein In-Range-Sensorfehler detektiert werden. Wenn ein In-Range-Sensorfehler detektiert wird, kann der verknüpfte Batteriezellenspannungsmesswert von der weiteren Verwendung in der Batteriesteuerstrategie ausgeschlossen werden.
Wenn die Spannungssensorschaltung eine Fehlerbedingung erfährt, ist der Spannungsmesswert der verknüpften Batteriezelle möglicherweise nicht mehr verfügbar. Allerdings kann die Batteriezelle immer noch in der Lage sein, korrekt zu funktionieren. Von daher kann es sinnvoll sein, bei einem Vorhandensein von Spannungsmessfehlern den SOC der Batteriezelle durch alternative Mittel zu schätzen.
Ein normaler Spannungssensormesswert kann vor dem Schließen des Schützkontakts einer Gaußschen Verteilung folgen. Die Wahrscheinlichkeit ist gering, dass der Spannungssensor möglicherweise einen relativ hohen oder geringen Wert ausgibt, der signifikant vom wirklichen Spannungswert abweicht. Abtastwerte, die über eine Zeitspanne erfasst werden, zu der die Batterie in einem Ruhezustand ist, können schwanken. Das heißt: Aufgrund von Rauschen und Messfehlern kann der Spannungsmesswert Werte innerhalb eines erwarteten Wertebereichs ändern. In einigen Fällen kann der Spannungssensor einen Offset aufweisen. Der Offset ist ein konstanter Wert, der immer im Messwert vorhanden ist. Es kann schwierig sein, den Offset zu schätzen, weil möglicherweise kein Referenzsignal zum Vergleich verfügbar ist.
Die Batteriezellen 202 sind parallel, in Reihe oder in irgendeiner Kombination daraus verbunden. In der Traktionsbatterie 124 bestehen die Batteriezellen 202 im Allgemeinen aus der gleichen Chemie (z. B. Lithium-Ionen). Die Batteriezellen 202 sind im Allgemeinen den gleichen Umgebungsbedingungen ausgesetzt (z. B. Temperatur oder Feuchtigkeit). Die Batteriezellen 202 arbeiten im Allgemeinen unter einer ähnlichen Last. Weiterhin sind die Batteriezellen 202 im Allgemeinen dazu konzipiert, einheitliche Eigenschaften aufzuweisen, wie zum Beispiel Selbstentladung und charakteristische Kurven. Unter ähnlichen Bedingungen kann erwartet werden, dass die Batteriezellen 202 auf eine ähnliche Weise arbeiten. Wenn von daher ein Batteriezellenspannungsmesswert signifikant anders als andere Batteriezellenspannungsmesswerte ist, kann ein Spannungssensorfehler vermutet werden.
Das BECM 206 kann dazu programmiert sein, eine anormale Zellenspannung unter den Batteriezellenspannungsmesswerten zu detektieren. Bei Hochfahren des Systems vor dem Schließen der Schützkontakte 142 (z. B. wenn keine Last mit der Traktionsbatterie 124 verbunden ist) kann der SOC der i-ten Zelle SOC_i,OCV auf Basis des Leerlaufspannungsmesswerts hergeleitet werden, falls dieser verfügbar ist. Nachdem die Schützkontakte 142 geschlossen sind, wird der Batteriezellen-SOC vor allem auf Basis der Amperestundenintegration berechnet. Batteriezellen-SOC-Werte können beim Herunterfahren des Systems in nichtflüchtigem Speicher gespeichert werden und stellen die SOC-Werte am Ende des vorherigen Leistungszyklus dar. Der SOC am Ende des letzten Fahrzyklus kann als SOC_i,LAST bezeichnet werden. Der über die Spannung geschätzte SOC-Wert SOC_i,OCV am Start eines Leistungszyklus kann sich von gespeicherten SOC-Werten SOC_i,LAST wegen des Vorhandenseins von Amperestundenintegrationsfehlern, Spannungsmessfehlern und Batterieselbstentladung unterscheiden. Ein Differenzwert SOC_i,delta kann als eine Differenz zwischen SOC_i,OCV und SOC_i,LAST wie folgt definiert werden: SOC_i,delta = SOC_i,OCV – SOC_i,LAST; i = 1, 2, ...N (2)
Dies stellt die Differenz zwischen dem über die Spannung geschätzten SOC am Start des gegenwärtigen Batterieleistungszyklus und dem SOC vom Ende des vorherigen Leistungszyklus dar. Ein entsprechender Amperestundenintegrationsfehler oder Amperestundenänderung kann berechnet werden als: AH_i,error = SOC_i,deltaC_i; i = 1, 2, ...N (3)
Es ist zu erwarten, dass der Amperestundenintegrationsfehler für jede der Zellen ähnlich ist, weil die Zellen aus der gleichen Batteriechemie aufgebaut sind und in der gleichen Umgebung arbeiten. Der Amperestundenwert hilft, die Werte in Bezug auf die Batteriekapazität zu normalisieren, die für jede der Zellen ein wenig variieren kann. Die Amperestundenänderung stellt eine Änderung der in den Batteriezellen gespeicherten Ladungsmenge über eine Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Leistungszyklen dar.
Ein Mittelwert des Amperestundenintegrationsfehlers oder -änderungen kann berechnet werden als:
und eine entsprechende Standardabweichung kann berechnet werden als:
Unter normalen Bedingungen ist zu erwarten, dass der Amperestundenintegrationsfehler für jede der Zellen nahe am Mittelwert liegt. Ein Amperestundenintegrationsfehler, der signifikant vom Mittel abweicht, kann ein Anzeichen für einen anormalen Spannungsmesswert und/oder einen anormalen Selbstentladungsverlust der Batteriezelle sein.
Das statistische Mittel und die Standardabweichung können verwendet werden, jede der Batteriezellen zu analysieren. Falls sich die mit einer Batteriezelle verknüpfte Amperestundenänderung über die Dauer von der mittleren Amperestundenänderung über die Dauer unterscheidet, indem sie größer als ein vorbestimmter Wert ist, dann kann ein Spannungssensorfehler vorhanden sein. Der Amperestundenintegrationsfehler kann analysiert werden, um zu bestimmen, ob der Wert in einem der folgenden Bereiche liegt: AH_i,error > AH_{mean error} + K·AH_std (6) AH_{mean error} – K·AH_std ≤ AH_i,error ≤ AH_{mean error} + K·AH_std (7) AH_i,error < AH_{mean error} – K·AH_std (8)
Der Amperestundenintegrationsfehler basiert auf einem SOC-Wert vom Ende eines unmittelbar vorhergehenden Leistungszyklus und einem spannungsbasierten SOC-Wert vom Start des gegenwärtigen Leistungszyklus. Die durchschnittliche Spannung der Batteriezellen kann sich während der zeitlichen Dauer zwischen den Leistungszyklen aufgrund von Selbstentladung oder anderem Leckstrom verringern. Die durchschnittliche Spannung kann sich während der zeitlichen Dauer zwischen den Leistungszyklen aufgrund von Relaxationsprozessen der Batteriezelle erhöhen. In jedem Fall ist unter normalen Bedingungen zu erwarten, dass die Batteriezellenspannungen für jede der Zellen auf ähnliche Weise ansteigen und absenken. Weiterhin kann das Verhalten der Zellenspannungen von der Dauer zwischen Leistungszyklen abhängen.
Ein Spannungssensorfehler kann vorhanden sein, wenn die Größe des Amperestundenintegrationsfehlers einen gewissen Schwellenwert überschreitet. Der Schwellenwert kann als die mittlere Amperestundenänderung über die Dauer für alle der Zellen plus einem Produkt aus einem Faktor und der Standardabweichung der Amperestundenänderung definiert werden. Der Faktor K kann zu einem vorbestimmten Vertrauensniveau in Beziehung stehen. Solch eine Bedingung kann detektiert werden, wenn die gemessene Spannung der Batteriezelle größer als die anderen Batteriezellenspannungen ist. Die Bedingung kann durch überhöhtes Messrauschen oder irgendeinen Fehler in der Schaltung verursacht werden. Unter solch einer Bedingung kann eine Fehlerbedingung für den Spannungssensor angezeigt sein.
Wenn die Amperestundenänderung der Batteriezelle über die Dauer innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, kann abgeleitet werden, dass die Spannungserfassungsschaltungen korrekt funktionieren. Im Ergebnis können die verknüpften Spannungsmesswerte als zuverlässig erachtet und für weitere Steuerstrategien verwendet werden.
Wenn der mittlere Amperestundenintegrationsfehler positiv ist, zeigt das an, dass der SOC seit dem letzten Leistungszyklus angestiegen ist. Solch ein Ergebnis kann auf den Relaxationsprozess der Batteriezellen während der Zeit zwischen Leistungszyklen zurückzuführen sein. Wenn der mittlere Amperestundenintegrationsfehler negativ ist, zeigt das an, dass der SOC seit dem letzten Leistungszyklus abgeklungen ist. Eine Batteriezelle, die einen Amperestundenintegrationsfehler aufweist, der um eine vorbestimmte Größe größer als die durchschnittliche Amperestundenänderung oder um eine vorbestimmte Größe geringer als die durchschnittliche Amperestundenänderung ist, kann einen Spannungsmessfehler für diese Batteriezelle anzeigen.
Wenn der Amperestundenintegrationsfehler für eine Zelle um eine vorbestimmte Größe größer als der Mittelwert ist, kann ein Spannungsmessfehler detektiert werden. Ein Amperestundenintegrationsfehler für eine Zelle, der um eine vorbestimmte Größe geringer als der Mittelwert ist, kann einen hohen Selbstentladungsverlust für die Zelle oder einen Spannungsmessfehler anzeigen. Weil es unterschiedliche Problemquellen geben kann, kann es von Vorteil sein, ein Verfahren zu entwickeln, um zwischen den Fehlerquellen zu unterscheiden. Das Steuersystem kann unterschiedlich auf eine anormale Zelle und einen Spannungserfassungsfehler reagieren. Indem die Ursache des Fehlers detektiert wird, kann das Steuersystem auf eine geeignete Weise reagieren.
Falls die Dauer zwischen Leistungszyklen relativ kurz ist, sollte sich der SOC nicht signifikant verringern. Die normale Selbstentladungsrate für eine Lithiumionen-Batterie kann ungefähr 1–2 Prozent pro Monat sein. Die Selbstentladungsrate kann auch als eine Funktion der Zeit, der Umgebungstemperatur und des Alters der Batterie variieren. Zum Beispiel kann sich die Selbstentladungsrate erhöhen, wenn sich der SOC erhöht, wenn sich die Temperatur erhöht und/oder wenn sich das Batteriealter erhöht.
Die Steuerung kann eine zeitliche Dauer überwachen, in der die Batterie sich zwischen Leistungszyklen befindet. Ein Leistungszyklus kann damit beginnen, dass ein Nutzer das Fahrzeug startet (z. B. Zündung-Ein-Zyklus). Der Leistungszyklus kann auch zu vorbestimmten Zeitintervallen beginnen (z. B. Batteriesteuerungs-Wake-Up zum Durchführen von Überwachung). Der Leistungszyklus kann auch dem Aufladen der Traktionsbatterie 124 entsprechen. Ein maximaler Ausschaltzeitparameter kann definiert werden, um zu bestimmen, ob die Batterierelaxationszeit kurz genug ist, um einen Spannungsmessfehler zu vermuten.
Die Dauer zwischen Leistungszyklen kann mit einem Mindestzeitparameter (T_min) verglichen werden, der ausgewählt wird, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Ruhezeit abgelaufen ist. Falls die Ruhezeit nicht ausreichend ist, kann die Anschlussspannung nicht genau die Leerlaufspannung wiedergeben. In solch einem Fall wird der anhand der Spannungsmesswerte hergeleitete SOC nicht genau sein und sollte nicht als verlässlich angesehen werden. In diesem Fall kann der SOC auf den gespeicherten SOC-Wert vom unmittelbar vorhergehenden Leistungszyklus initialisiert werden. Der Mindestzeitparameter kann als ein erwarteter Zeitraum ausgewählt werden, damit die Anschlussspannung der Batteriezellen sich auf die Leerlaufspannung der Batteriezellen entspannt.
Die Dauer zwischen Leistungszyklen kann mit einem maximalen Ausschaltzeitparameter (T_max) verglichen werden. Falls die Dauer zwischen Leistungszyklen geringer als der maximale Ausschaltzeitparameter ist, dann ist zu erwarten, dass der Amperestundenintegrationsfehler aufgrund von Selbstentladung gering ist. Eine SOC-Verringerungsschwellenwert (K_{soc decr}) kann definiert werden. Das Produkt aus dem Schwellenwertparameter der SOC-Verringerung und der maximalen Zellenkapazität kann eine Mindestgröße der Abweichung der Amperestundenintegration vom mittleren Amperestundenintegrationsfehler definieren, um einen Spannungsmessfehler zu vermuten. Die Steuerung 206 kann mit einem hohen Vertrauensniveau ableiten, dass der Spannungsmesswert für diese Zelle einen Fehler aufweist, falls der folgende Ausdruck erfüllt ist: AH_i,error < AH_{mean error} – max(K·AH_std, C_iK_{SOC dear}) (9)
Nach einem relativ kurzen Ausschaltzyklus sollte der Amperestundenintegrationsfehler, der auf Selbstentladung zurückzuführen ist, recht gering sein. Falls die durch die Gleichung (9) angegebenen Bedingungen erfüllt sind, kann ein Spannungsmessfehler begründet werden. Ein Diagnosemerker kann gesetzt werden, um eine alternative Betriebsstrategie für die Traktionsbatterie auszulösen. Zusätzlich kann der SOC der Zelle durch alternative Mittel initialisiert werden, die nicht vom Spannungsmesswert abhängig sind.
Falls die Dauer zwischen Leistungszyklen größer als der maximale Ausschaltzeitparameter ist und die Amperestundenintegrationsfehlerbdingung erfüllt ist, dann ist es schwierig, die eigentliche Bedingung, die den Amperestundenintegrationsfehler verursacht, festzustellen. In diesem Fall kann angenommen werden, dass der Zellenspannungsmesswert korrekt ist. Der Zellenspannungsmesswert kann zum Betreiben der Batteriezelle verwendet werden. Dieser Ansatz ist angemessen, weil er Über-Entladen der Batterie verhindern wird, falls eine signifikante Selbstentladung vorliegt und der Batteriezellen-SOC tatsächlich gering ist. Im Fall, dass eine überhöhte Selbstentladung vorhanden ist, wird die Selbstentladung mit der Zeit eine Zellenungleichgewichtsbedingung einbringen. Die Zellenungleichgewichtsbedingung kann detektiert werden, und Zellenausgleich kann ausgelöst werden. Zum Beispiel können andere Batteriezellen entladen werden, bis alle Batteriezellenspannungen angeglichen sind.
Wenn die Bedingungen, die einen Spannungsmessfehler anzeigen, erfüllt sind, kann eine alternative Betriebsstrategie für die Traktionsbatterie eingesetzt werden. Weil der Spannungsmesswert für die beeinträchtigte Batteriezelle fehlerhaft ist, kann der Spannungsmesswert nicht als verlässlich für das Steuern der Batteriezelle angesehen werden. Das Problem ist, wie der SOC der beeinträchtigten Batteriezelle beim Auslösen eines Leistungszyklus zu initialisieren ist.
In einer anfänglichen Bestimmungsphase kann die oben beschriebene Logik durchgeführt werden. Für die anfängliche Bestimmungsphase beinhaltet der durchschnittliche Amperestundenintegrationsfehler den Wert für jede der Zellen. Dieser volle Durchschnittswert wird verwendet, um für jede der Zellen zu bestimmen, ob ein Spannungsfehler vorhanden ist. Jede Zelle mit einem Spannungsfehler kann in der anfänglichen Bestimmungsphase identifiziert werden. Zum Beispiel kann bei N₁ der Zellen der Spannungsmesswert als gültig erachtet werden, während bei N₂ der Zellen ein Spannungsmessfehler vermutet wird.
In einer SOC-Bestimmungsphase kann der SOC für jede der Zellen bestimmt werden. Der SOC für diejenigen N₁ Zellen, die einen gültigen Spannungsmesswert aufweisen, kann aus dem Spannungsmesswert hergeleitet werden. Die Steuerung 206 kann dazu programmiert sein, den Ladezustand jeder der Zellen auszugeben.
Der SOC für diejenigen N₂ Zellen, die einen Spannungsmessfehler aufweisen, kann auf Basis des durchschnittlichen Amperestundenintegrationsfehlers berechnet werden. In einigen Konfigurationen kann der in der anfänglichen Bestimmungsphase berechnete Durchschnitt verwendet werden. In einigen Konfigurationen kann es erwünscht sein, die durchschnittliche Amperestundenintegration unter Verwendung nur derjenigen Zellen mit einem gültigen Spannungsmesswert neu zu berechnen.
Für jede Zelle kann der SOC-Fehler SOC_i,delta für jede der Batteriezellen berechnet werden. Ein durchschnittlicher Amperestundenintegrationsfehler für die N₁ nicht verdächtigten Zellen kann berechnet werden. Der Durchschnitt kann nur den Amperestundenintegrationsfehler für diejenigen Zellen beinhalten, von denen nicht vermutet wird, dass sie einen Spannungsmessfehler aufweisen. Diejenigen Zellen, die die Spannungsmessfehlerbedingungen erfüllen, können von der Durchschnittsberechnung ausgeschlossen werden.
wobei N₁ die Anzahl der Batteriezellen ist, von denen nicht vermutet wird, dass sie einen Spannungsmessfehler aufweisen. Der Durchschnitt beinhaltet nur diejenigen Zellen, die einen gültigen Leerlaufspannungsmesswert aufweisen. Der SOC für eine Zelle mit einem vermutetem Spannungsmessfehler kann geschätzt werden als:
wobei j die Anzahl N₂ derjenigen Batteriezellen darstellt, bei denen ein Spannungsmessfehler vermutet wird. Der Wert SOC_j,last ist der SOC für die Batteriezelle am Ende des letzten Leistungszyklus.
Das beschriebene System kann in einer Steuerung (z. B. dem BECM 206) umgesetzt werden. 4 zeigt ein Flussdiagramm für eine mögliche Abfolge von Operationen zum Umsetzen der beschriebenen Spannungsmessfehlerdetektion und des SOC-Initialisierungsverfahrens 400 in der Steuerung. Die Ausführung kann mit der Operation 402 beginnen. In der Operation 404 kann die Dauer zwischen Leistungszyklen (T_off) berechnet und mit dem Mindestzeitparameter (T_min) verglichen werden. Falls die Dauer zwischen Leistungszyklen geringer oder gleich dem Mindestzeitparameter ist, kann die Operation 424 ausgeführt werden. In der Operation 424 kann der SOC für die Zelle auf den verknüpften SOC-Wert vom unmittelbar vorhergehenden Leistungszyklus initialisiert werden.
Falls die Dauer zwischen Leistungszyklen länger als der Mindestzeitparameter ist, kann die Operation 406 ausgeführt werden. In der Operation 406 kann der Spannungsmesswert für jede Zelle verfügbar sein, und der SOC für jede Zelle kann aus dem Spannungsmesswert hergeleitet werden. In der Operation 408 kann die Amperestundenänderung über die Dauer für jede Zelle unter Verwendung des spannungsbasierten SOC-Werts und des SOC vom Ende des letzten Leistungszyklus berechnet werden. In der Operation 410 kann die mittlere Amperestundenänderung und die Standardabweichung der Amperestundenänderungen berechnet werden.
In der Operation 412 kann die Amperestundenänderung für jede Zelle mit einer Obergrenze verglichen werden. Die Obergrenze kann zum Teil durch ein Produkt eines vorbestimmten Faktors und die Standardabweichung der Amperestundenänderung für die Zellen definiert sein, wie oben beschrieben wird. Falls die Amperestundenänderung für die Zelle größer als die Obergrenze ist, dann kann die Operation 418 ausgeführt werden. In der Operation 418 kann ein Spannungsmessfehlermerker für die Zelle gesetzt werden. Die Operation 422 kann dann ausgeführt werden, um den SOC für die Zelle auf Basis der durchschnittlichen Amperestundenänderung zu berechnen, wie oben beschrieben wird.
Falls die Amperestundenänderung für die Zelle geringer oder gleich der Obergrenze ist, dann kann die Operation 426 ausgeführt werden. In der Operation 426 kann die Amperestundenänderung für jede Zelle mit einer ersten Untergrenze verglichen werden. Die erste Untergrenze kann wie in der Gleichung (8) definiert werden. Falls die Amperestundenänderung größer oder gleich der ersten Untergrenze ist, dann kann die Operation 420 ausgeführt werden. In der Operation 420 wird der SOC für die Zelle aus dem Spannungsmesswert hergeleitet.
Falls die Amperestundenänderung für die Zelle geringer als die erste Untergrenze ist, dann kann die Operation 414 ausgeführt werden. In der Operation 414 kann die Dauer zwischen Leistungszyklen mit dem maximalen Ausschaltzeitparameter (T_max) verglichen werden. Die maximale Ausschaltzeit kann als ein Zeitraum definiert sein, in dem nicht erwartet wird, dass die Amperestundenänderung größer als die vorbestimmte Größe ist. Falls die Dauer zwischen Leistungszyklen länger als der maximale Ausschaltzeitparameter ist, kann dann die Operation 420 ausgeführt werden. In der Operation 420 wird der SOC für die Zelle auf Basis des Spannungsmesswerts hergeleitet.
Falls die Dauer zwischen Leistungszyklen geringer als oder gleich dem maximalen Ausschaltzeitparameter ist, dann kann die Operation 416 ausgeführt werden. In der Operation 416 wird die Amperestundenänderung für jede Zelle mit einer zweiten Untergrenze verglichen. Falls die Amperestundenänderung größer oder gleich der zweiten Untergrenze ist, dann kann die Operation 420 ausgeführt werden. Die zweite Untergrenze kann wie in der Gleichung (9) definiert werden. In der Operation 420 wird der SOC für die Zelle aus dem Spannungsmesswert hergeleitet.
Falls die Amperestundenänderung für die Zelle geringer als die zweite Untergrenze ist, dann kann die Operation 418 ausgeführt werden. In der Operation 418 kann ein Spannungsmessfehlermerker für die Zelle gesetzt werden. Die Steuerung 206 kann auch einen Diagnoseindikator ausgeben, der mit denjenigen Batteriezellen verknüpft ist, von denen vermutet wird, dass sie einen Spannungsmessfehler aufweisen. Die Operation 422 kann dann ausgeführt werden, um den SOC für die Zelle auf Basis der durchschnittlichen Amperestundenänderung zu berechnen, wie oben beschrieben wird.
Nachdem der SOC für jede der Zellen berechnet worden ist, kann die Traktionsbatterie gemäß den SOC-Werten betrieben werden. Der initialisierte Wert kann der Startwert für die Amperestundenintegration während des Leistungszyklus sein. Die beschriebene Technik zum Initialisieren des SOC für die Batteriezellen ermöglicht genaues Überwachen des SOC beim Vorhandensein von Spannungsmessfehlern. Weiterhin können durch die beschriebenen Prozeduren Spannungsmessfehler identifiziert werden. Das Ergebnis ist genaueres Steuern der Traktionsbatterie.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können an eine Verarbeitungseinrichtung, eine Steuerung oder einen Computer, zu denen irgendeine bereits vorhandene programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit zählen können, lieferbar sein oder durch sie umgesetzt werden. Ebenso können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen, die durch eine Steuerung oder einen Computer ausführbar sind, in vielen Formen gespeichert werden, darunter unter anderem Informationen, die auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie etwa ROM-Einrichtungen, permanent gespeichert sind, und Informationen, die auf beschreibbaren Speichermedien, wie etwa Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Einrichtungen und anderen magnetischen und optischen Medien, veränderbar gespeichert sind. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können auch in einem als Software ausführbaren Objekt umgesetzt werden. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen im Ganzen oder zum Teil unter Verwendung von geeigneten Hardware-Komponenten umgesetzt werden, wie zum Beispiel von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits, ASICs), Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs), Zustandsautomaten, Steuerungen oder anderen Hardware-Komponenten oder -Einrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten.
Obwohl oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen, durch die Ansprüche erfassten Formen beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke dienen eher der Beschreibung als der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorher beschrieben worden ist, können die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Offenbarung zu bilden, die möglicherweise nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht worden sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen so beschrieben worden sein können, dass sie Vorteile gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer erwünschter Charakteristika bereitstellen bzw. diesen vorzuziehen sind, erkennen Durchschnittsfachleute, dass Kompromisse hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale oder Charakteristika eingegangen werden können, um erwünschte Eigenschaften des Gesamtsystems zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzungsform abhängig sind. Zu diesen Merkmalen können Kosten, Festigkeit, Langlebigkeit, Lebensdauerkosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. zählen, sie sind aber nicht darauf beschränkt. Von daher liegen Ausführungsformen, die hinsichtlich eines oder mehrerer Charakteristika als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen bzw. als Umsetzungsformen nach dem Stand der Technik beschrieben worden sind, nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für spezielle Anwendungen erwünscht sein.
Es ist ferner beschrieben:

A. Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Batterie mit mehreren Zellen; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Leistungszyklen in einem vorbestimmten Bereich liegt und dass eine Amperestundenänderung einer der Zellen über die Dauer um eine vorbestimmte Größe geringer als eine durchschnittliche Amperestundenänderung der Zellen über die Dauer ist, einen Ladezustand für die eine der Zellen auf Basis der durchschnittlichen Amperestundenänderung auszugeben.
B. Fahrzeug nach A, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Amperestundenänderung um eine zweite vorbestimmte Größe größer als die durchschnittliche Amperestundenänderung ist, den Ladezustand für die eine der Zellen auf Basis der durchschnittlichen Amperestundenänderung auszugeben.
C. Fahrzeug nach B, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Amperestundenänderung innerhalb eines Bereichs der durchschnittlichen Amperestundenänderung liegt, der die vorbestimmte Größe und die zweite vorbestimmte Größe einschließt, den Ladezustand für die eine der Zellen auf Basis einer Zellenspannung auszugeben, die während eines gegenwärtigen Leistungszyklus gemessen worden ist.
D. Fahrzeug nach A, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, eine Standardabweichung der Amperestundenänderung über alle der Zellen zu schätzen und wobei die vorbestimmte Größe auf der Standardabweichung basiert. E. Fahrzeug nach D, wobei die vorbestimmte Größe wenigstens eine vorbestimmte maximale Änderungsgröße ist.
F. Fahrzeug nach A, wobei der vorbestimmte Bereich einen Mindestwert einschließt, der ein erwarteter Zeitraum ist, in dem sich eine Anschlussspannung der Zellen auf eine Leerlaufspannung der Zellen entspannt.
G. Fahrzeug nach A, wobei der vorbestimmte Bereich einen maximalen Wert einschließt, der ein Zeitraum ist, in dem nicht erwartet wird, dass die Amperestundenänderung größer als die vorbestimmte Größe ist.
H. Fahrzeug nach A, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Dauer zwischen Leistungszyklen geringer als eine Mindestdauer ist, den Ladezustand für die eine der Zellen auf Basis eines vorherigen Ladezustands aus einem unmittelbar vorhergehenden Leistungszyklus auszugeben.
I. Fahrzeug nach A, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, den Ladezustand für die eine der Zellen auf Basis eines vorherigen Ladezustands aus einem unmittelbar vorhergehenden Leistungszyklus und einer maximalen Kapazität der einen der Zellen auszugeben.
J. Fahrzeug nach A, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, als Reaktion auf das Ausgeben des Ladezustand für die eine der Zellen auf Basis der durchschnittlichen Amperestundenänderung einen mit der Zelle verknüpften Diagnoseindikator auszugeben, der einen Spannungsmessfehler anzeigt.
K. Batteriemanagementsystem, das Folgendes umfasst: eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Leistungszyklen größer als eine vorbestimmte Dauer ist und dass eine Amperestundenänderung einer von mehreren Batteriezellen über die Dauer um eine vorbestimmte Größe größer als eine durchschnittliche Amperestundenänderung der Batteriezellen über die Dauer ist, einen Ladezustand für die eine der Batteriezellen auf Basis der durchschnittlichen Amperestundenänderung auszugeben.
L. Batteriemanagementsystem nach K, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Amperestundenänderung der einen der Batteriezellen innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um die durchschnittliche Amperestundenänderung liegt, den Ladezustand auf Basis einer gemessenen Batteriezellenspannung während eines gegenwärtigen Leistungszyklus auszugeben.
M. Batteriemanagementsystem nach L, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, die durchschnittliche Amperestundenänderung auf Basis der Batteriezellen zu erzeugen, die den Ladezustand auf Basis der gemessenen Zellenspannung ausgeben.
N. Batteriemanagementsystem nach K, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, eine Standardabweichung der Amperestundenänderung der Batteriezellen zu schätzen und wobei die vorbestimmte Größe auf einer Standardabweichung der Amperestundenänderung der Batteriezellen basiert.
O. Batteriemanagementsystem nach K, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Amperestundenänderung um eine zweite vorbestimmte Größe geringer als die durchschnittliche Amperestundenänderung ist und die Dauer innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, den Ladezustand für die eine der Batteriezellen auf Basis der durchschnittlichen Amperestundenänderung auszugeben.
P. Verfahren, das Folgendes umfasst: durch eine Steuerung einen Ladezustand für eine von mehreren Batteriezellen auf Basis einer durchschnittlichen Amperestundenänderung über eine Dauer zwischen Leistungszyklen als Reaktion darauf auszugeben, dass die Dauer innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt und dass eine Amperestundenänderung einer der Batteriezellen über die Dauer um eine vorbestimmte Größe geringer als die durchschnittliche Amperestundenänderung ist.
Q. Verfahren nach P, das weiterhin umfasst, durch die Steuerung den Ladezustand für die eine der Batteriezellen auf Basis der durchschnittlichen Amperestundenänderung als Reaktion darauf auszugeben, dass die Amperestundenänderung um eine zweite vorbestimmte Größe größer als die durchschnittliche Amperestundenänderung ist.
R. Verfahren nach Q, das weiterhin umfasst, durch die Steuerung den Ladezustand für die eine der Batteriezellen auf Basis einer gemessenen Spannung auszugeben, die mit der einen der Batteriezellen verknüpft ist, als Reaktion darauf, dass die Amperestundenänderung innerhalb eines durch die vorbestimmte Größe und die zweite vorbestimmte Größe definierten Bereichs um die durchschnittliche Amperestundenänderung liegt.
S. Verfahren nach P, das weiterhin umfasst, durch die Steuerung den Ladezustand für die eine der Batteriezellen auf Basis eines vorherigen Ladezustandswerts aus einem unmittelbar vorhergehenden Leistungszyklus als Reaktion darauf auszugeben, dass die Dauer geringer als ein Mindestwert des vorbestimmten Bereichs ist.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

(IEEE) 802 Standards [0017]

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Batterie mit mehreren Zellen; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass eine Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Leistungszyklen in einem vorbestimmten Bereich liegt und dass eine Amperestundenänderung einer der Zellen über die Dauer um eine vorbestimmte Größe geringer als eine durchschnittliche Amperestundenänderung der Zellen über die Dauer ist, einen Ladezustand für die eine der Zellen auf Basis der durchschnittlichen Amperestundenänderung auszugeben.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Amperestundenänderung um eine zweite vorbestimmte Größe größer als die durchschnittliche Amperestundenänderung ist, den Ladezustand für die eine der Zellen auf Basis der durchschnittlichen Amperestundenänderung auszugeben.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Amperestundenänderung innerhalb eines Bereichs der durchschnittlichen Amperestundenänderung liegt, der die vorbestimmte Größe und die zweite vorbestimmte Größe einschließt, den Ladezustand für die eine der Zellen auf Basis einer Zellenspannung auszugeben, die während eines gegenwärtigen Leistungszyklus gemessen worden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, eine Standardabweichung der Amperestundenänderung über alle der Zellen zu schätzen und wobei die vorbestimmte Größe auf der Standardabweichung basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmte Größe wenigstens eine vorbestimmte maximale Änderungsgröße ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Bereich einen Mindestwert einschließt, der ein erwarteter Zeitraum ist, in dem sich eine Anschlussspannung der Zellen auf eine Leerlaufspannung der Zellen entspannt.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der vorbestimmte Bereich einen maximalen Wert einschließt, der ein Zeitraum ist, in dem nicht erwartet wird, dass die Amperestundenänderung größer als die vorbestimmte Größe ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Dauer zwischen Leistungszyklen geringer als eine Mindestdauer ist, den Ladezustand für die eine der Zellen auf Basis eines vorherigen Ladezustands aus einem unmittelbar vorhergehenden Leistungszyklus auszugeben.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, den Ladezustand für die eine der Zellen auf Basis eines vorherigen Ladezustands aus einem unmittelbar vorhergehenden Leistungszyklus und einer maximalen Kapazität der einen der Zellen auszugeben.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung weiterhin dazu programmiert ist, als Reaktion auf das Ausgeben des Ladezustand für die eine der Zellen auf Basis der durchschnittlichen Amperestundenänderung einen mit der Zelle verknüpften Diagnoseindikator auszugeben, der einen Spannungsmessfehler anzeigt.