DE102019108498A1 - Batteriezustandsschätzung basierend auf leerlaufspannung und kalibrierten daten - Google Patents

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Abstract

Ein Entlademodul ist konfiguriert, um eine Kapazitätsänderung der Batterie zu bestimmen zwischen: (i) eine Messung einer ersten Leerlaufspannung (OCV) einer Batterie eines Fahrzeugs; und (ii) eine Messung einer zweiten OCV der Batterie. Eine Nachschlagetabelle wird im Speicher gespeichert und beinhaltet Referenzladezustände (SOCs), die durch Referenz-OCVs und Referenzkapazitäten indiziert sind. Ein Beziehungsmodul ist konfiguriert, um: aus der Nachschlagetabelle einen ersten Satz von Referenz-SOCs zu identifizieren, die jeweils der ersten OCV und den Referenzkapazitäten zugeordnet sind; aus der Nachschlagetabelle einen zweiten Satz von Referenz-SOCs zu identifizieren, die der zweiten OCV bzw. den Referenzkapazitäten zugeordnet sind; Änderungen im SOC zu bestimmen, die den Referenzkapazitäten zugeordnet sind; Kapazitätsänderungen zu bestimmen; und eine Gleichung zu bestimmen, die Änderungen in der Kapazität zu Kapazität basierend auf den Änderungen in der Kapazität bzw. den Referenzkapazitäten in Beziehung setzt.

Description

  • EINLEITUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Fahrzeugantriebssysteme, und insbesondere auf Systeme und Verfahren zum Bestimmen des Ladezustands einer Batterie eines Fahrzeugs.
  • Dieser Abschnitt sieht Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung vor, bei denen es sich nicht notwendigerweise um den Stand der Technik handelt.
  • Einige Fahrzeugtypen beinhalten nur einen Verbrennungsmotor, der Antriebsdrehmoment erzeugt. Hybridfahrzeuge beinhalten sowohl einen Verbrennungsmotor als einen oder mehrere Elektromotoren. Einige Arten von Hybridfahrzeugen verwenden den Elektromotor und den Verbrennungsmotor, um eine größere Kraftstoffeffizienz zu erreichen, als wenn nur der Verbrennungsmotor verwendet würde. Einige Arten von Hybridfahrzeugen verwenden den Elektromotor und den Verbrennungsmotor, um eine größere Drehmomentabgabe zu erreichen, als der Verbrennungsmotor selbst erreichen könnte.
  • Einige exemplarische Arten von Hybridfahrzeugen beinhalten Parallelhybridfahrzeuge, Serienhybridfahrzeuge und andere Arten von Hybridfahrzeugen. In einem Parallelhybridfahrzeug arbeitet der Elektromotor parallel mit dem Motor, um Leistungs- und Reichweitenvorteile des Motors mit Effizienz- und regenerativen Bremsvorteilen von Elektromotoren zu kombinieren. In einem Serienhybridfahrzeug treibt der Motor einen Generator an, um Elektrizität für den Elektromotor zu erzeugen, und der Elektromotor treibt ein Getriebe an. Dies ermöglicht, dass der Elektromotor einen Teil der Leistungsverantwortlichkeiten des Motors übernimmt, was die Verwendung eines kleineren und möglicherweise effizienteren Motors ermöglichen kann.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Dieser Abschnitt sieht eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung vor und ist keine umfassende Offenbarung des vollständigen Schutzumfangs oder aller Merkmale.
  • In einem Merkmal beinhaltet ein Batteriesystem eines Fahrzeugs ein erstes Speichermodul, das konfiguriert ist, um selektiv eine erste Leerlaufspannung (OCV) einer Batterie des Fahrzeugs zu speichern. Ein zweites Speichermodul ist konfiguriert, um selektiv eine zweite OCV der Batterie des Fahrzeugs zu speichern. Ein Entlademodul ist konfiguriert, um eine Kapazitätsänderung der Batterie zu bestimmen zwischen: (i) dem Messen des ersten OCV der Batterie; und (ii) dem Messen des zweiten OCV der Batterie. Eine Nachschlagetabelle wird im Speicher gespeichert und beinhaltet Referenzladezustände (SOCs), die durch Referenz-OCVs und Referenzkapazitäten indiziert sind. Referenz-SOCs, die dem ersten OCV bzw. den Referenzkapazitäten zugeordnet sind, zu identifizieren, aus der Nachschlagetabelle einen zweiten Satz der dem zweiten OCV bzw. den Referenzkapazitäten zugeordneten Referenz-SOCs zu identifizieren; Bestimmen von Änderungen in SOC, die den Referenzkapazitäten zugeordnet sind, basierend auf Unterschieden zwischen denen des ersten Satzes von Referenz-SOCs und denen des zweiten Satzes von Referenz-SOCs; Bestimmen von Änderungen in der Kapazität basierend auf den Änderungen in SOC und den Referenzkapazitäten; und Bestimmen einer Gleichung, die Änderungen in der Kapazität zu Kapazität basierend auf den Änderungen in der Kapazität bzw. den Referenzkapazitäten in Beziehung setzt. Ein Kapazitätsmodul ist konfiguriert, um eine gegenwärtige Kapazität der Batterie unter Verwendung der Gleichung und basierend auf der Änderung der Kapazität der Batterie zu bestimmen zwischen: (i) dem Messen des ersten OCV der Batterie; und (ii) dem Messen des zweiten OCV der Batterie.
  • In weiteren Merkmalen ist das Kapazitätsmodul konfiguriert, um die Gleichung für die Kapazität angesichts der Kapazitätsänderung zu lösen zwischen: (i) dem Messen des ersten OCV der Batterie; und (ii) dem Messen des zweiten OCV der Batterie.
  • In weiteren Merkmalen ist das Kapazitätsmodul konfiguriert, um die gegenwärtige Kapazität basierend auf einer gewichteten Summe der bestimmten gegenwärtigen Kapazität und einem vorherigen Wert der gegenwärtigen Kapazität einzustellen und die Gewichtungen für die gewichtete Summe basierend auf Konfidenzintervallen für die bestimmte gegenwärtige Kapazität und den vorherigen Wert der gegenwärtigen Kapazität zu bestimmen.
  • In weiteren Merkmalen ist das Beziehungsmodul konfiguriert, um die Kapazitätsänderungen basierend auf mathematischen Produkten der Änderungen im SOC mit den Referenzkapazitäten zu bestimmen.
  • In weiteren Merkmalen reichen die OCVs in der Nachschlagetabelle von einem vorgegebenen minimalen OCV bis zu einem vorgegebenen maximalen OCV.
  • In weiteren Merkmalen ist ein Ladezustandsmodul konfiguriert, um einen aktuellen SOC der Batterie zu bestimmen.
  • In weiteren Merkmalen befindet sich eine Anzeige in einem Fahrgastraum des Fahrzeugs. Ein Anzeigemodul ist konfiguriert, um einen Fahrbereich des Fahrzeugs basierend auf dem gegenwärtigen SOC der Batterie zu bestimmen und den Fahrbereich des Fahrzeugs auf der Anzeige anzuzeigen.
  • Bei weiteren Merkmalen ist ein Motorsteuergerät konfiguriert, um einen Motor zu starten, wenn der gegenwärtige SOC der Batterie kleiner als ein vorgegebener SOC ist.
  • In weiteren Merkmalen ist ein Spannungssensor konfiguriert, um die erste OCV und die zweite OCV der Batterie zu messen.
  • In weiteren Merkmalen ist das erste Speichermodul konfiguriert, um die erste OCV der Batterie beim Anfahren des Fahrzeugs zu speichern, wenn die Batterie mindestens für einen vorbestimmten Zeitraum vor dem Anfahren des Fahrzeugs nicht geladen oder entladen wurde.
  • In weiteren Merkmalen ist das zweite Speichermodul konfiguriert, um die zweite OCV der Batterie nach dem Anfahren des Fahrzeugs zu speichern, wenn die Batterie mindestens für einen vorbestimmten Zeitraum nach dem Anfahren des Fahrzeugs nicht geladen oder entladen wurde.
  • In weiteren Merkmalen ist das Entlademodul konfiguriert, um die Kapazitätsänderung der Batterie basierend auf dem Stromfluss von der Batterie zu einem Elektromotor zu bestimmen zwischen: (i) dem Messen des ersten OCV der Batterie; und (ii) dem Messen des zweiten OCV der Batterie.
  • In weiteren Merkmalen ist ein Kalibriermodul vom Fahrzeug getrennt und konfiguriert, um die Nachschlagetabelle durch Ausführen eines vorgegebenen Prüfprotokolls an einer zweiten Batterie zu füllen.
  • In weiteren Merkmalen ist das vorgegebene Prüfprotokoll das Prüfprotokoll des dynamischen Stresstests (DST) 100.
  • In weiteren Merkmalen ist das Kalibriermodul konfiguriert zum: (i) Entladen der zweiten Batterie, sodass ein gegenwärtiger SOC der zweiten Batterie um einen ersten vorbestimmten SOC abnimmt; nach (i), (ii) Ruhen der zweiten Batterie für eine vorbestimmte Zeitspanne; nach dem (ii), (iii) Messen einer dritten OCV der zweiten Batterie an dem gegenwärtigen SOC der zweiten Batterie; Wiederholen von (i) - (iii), bis der gegenwärtige SOC der zweiten Batterie kleiner oder gleich einem zweiten vorgegebenen SOC ist; Bestimmen einer Kapazitätsänderung der zweiten Batterie während des Entladens der zweiten Batterie von einem anfänglichen SOC auf weniger als oder gleich dem zweiten vorbestimmten SOC; und Bestimmen einer Kapazität der zweiten Batterie basierend auf der Kapazitätsänderung; und Indexieren der vorhandenen SOCs in der Nachschlagetabelle durch die dritten OCVs und die Kapazität der zweiten Batterie.
  • In weiteren Merkmalen ist das Kalibriermodul ferner konfiguriert, um: erste zusätzliche Referenz-OCVs zu bestimmen, die kleiner als ein Minimum der dritten OCVs sind; zweite zusätzliche Referenz-OCVs zu bestimmen, die größer als ein Maximum der dritten OCVs sind; dritte zusätzliche Referenz-OCVs zu bestimmen, die zwischen einem der dritten OCVs liegen; basierend auf den vorliegenden SOCs und den dritten OCVs: Bestimmen erster zusätzlicher Referenz-SOCs, die den ersten zusätzlichen Referenz-OCVs entsprechen; Bestimmen zweiter zusätzlicher Referenz-SOCs, die den zweiten zusätzlichen Referenz-OCVs entsprechen; Bestimmen dritter zusätzlicher Referenz-SOCs, die den dritten zusätzlichen Referenz-OCVs entsprechen; und Indexieren der ersten, zweiten und dritten zusätzlichen Referenz-SOCs in der Nachschlagetabelle durch die ersten, zweiten und dritten zusätzlichen Referenz-OCVs und die Kapazität der zweiten Batterie.
  • In einem Merkmal beinhaltet ein Verfahren: das selektive Speichern einer ersten Leerlaufspannung (OCV) einer Batterie eines Fahrzeugs; das selektive Speichern einer zweiten OCV der Batterie des Fahrzeugs; ein Bestimmen einer Kapazitätsänderung der Batterie zwischen: (i) dem Messen der ersten OCV der Batterie; und (ii) dem Messen der zweiten OCV der Batterie; aus einer Nachschlagetabelle, die Referenzladezustände (SOCs) beinhaltet, die durch Referenz-OCVs und Referenzkapazitäten indiziert sind, Identifizieren eines ersten Satzes von Referenz-SOCs, die mit der ersten OCV bzw. den Referenzkapazitäten verbunden sind; aus der Nachschlagetabelle, Identifizieren eines zweiten Satzes von Referenz-SOCs, die jeweils der zweiten OCV und den Referenzkapazitäten zugeordnet sind; Bestimmen von Änderungen in der SOC, die den Referenzkapazitäten zugeordnet sind, basierend auf Unterschieden zwischen denen der ersten Menge von Referenz-SOCs und denen der zweiten Menge von Referenz-SOCs; Bestimmen von Kapazitätsänderungen basierend auf den Änderungen des SOC bzw. der Referenzkapazitäten; Bestimmen einer Gleichung, die Kapazitätsänderungen mit Kapazitätsänderungen basierend auf den Kapazitätsänderungen bzw. den Referenzkapazitäten in Beziehung setzt; und Bestimmen einer aktuellen Kapazität der Batterie unter Verwendung der Gleichung und basierend auf der Kapazitätsänderung der Batterie zwischen: (i) dem Messen des ersten OCV der Batterie; und (ii) dem Messen des zweiten OCV der Batterie.
  • In weiteren Merkmalen beinhaltet das Verfahren ferner das Lösen der Gleichung für die Kapazität aufgrund der Änderung der Kapazität zwischen: (i) dem Messen des ersten OCV der Batterie; und (ii) dem Messen des zweiten OCV der Batterie.
  • In weiteren Merkmalen beinhaltet das Verfahren ferner das Einstellen der gegenwärtigen Kapazität basierend auf einer gewichteten Summe der bestimmten gegenwärtigen Kapazität und einem früheren Wert der gegenwärtigen Kapazität und das Bestimmen der Gewichtungen für die gewichtete Summe basierend auf Konfidenzintervallen für die bestimmte gegenwärtige Kapazität und den vorherigen Wert der gegenwärtigen Kapazität.
  • In weiteren Merkmalen beinhaltet das Verfahren ferner das Bestimmen der Kapazitätsänderungen basierend auf mathematischen Produkten der Änderungen des SOC mit den Referenzkapazitäten.
  • Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung dienen ausschließlich zur Veranschaulichung und sollen keinesfalls den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschränken.
  • Figurenliste
  • Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen ausschließlich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und stellen nicht die Gesamtheit der möglichen Realisierungen dar und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht beschränken.
    • 1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motorsteuersystems.
    • 2 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motors und Motorsteuersystems.
    • 3 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen BatterieManagementmoduls.
    • 4 beinhaltet ein exemplarisches Diagramm, das den Zusammenhang zwischen der Kapazität einer Batterie und der Kapazitätsänderung (dQ) der Batterie für einen Satz von zwei Leerlaufspannungen der Batterie veranschaulicht.
    • 5 beinhaltet ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren zum Bestimmen von Kapazität und Ladezustand (SOC) einer Batterie darstellt.
    • 6 beinhaltet ein Funktionsblockdiagramm einer exemplarischen Implementierung eines Kalibriermoduls.
    • 7 beinhaltet ein exemplarisches Diagramm der Leerlaufspannung einer Batterie im Vergleich zum Ladezustand der Batterie, das während mehrerer Zyklen der Batterie gezeigt wird.
    • 8 beinhaltet ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren zum Erzeugen einer Nachschlagetabelle von Ladezuständen darstellt, die durch Kapazität und Leerlaufspannung indiziert sind.
  • Ähnliche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen bezeichnen ähnliche Teile.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ein Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs verbrennt Luft und Kraftstoff innerhalb von Zylindern, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Der Motor überträgt ein Drehmoment über ein Getriebe auf die Räder des Fahrzeugs. Einige Arten von Fahrzeugen beinhalten möglicherweise keinen Verbrennungsmotor, oder der Verbrennungsmotor ist möglicherweise nicht mechanisch mit einem Antriebsstrang des Fahrzeugs gekoppelt. Das Kraftfahrzeug kann zum Beispiel keinen Verbrennungsmotor beinhalten.
  • Ein Elektromotor kann mechanisch mit einer Welle des Getriebes gekoppelt sein. Unter bestimmten Umständen kann ein Hybridsteuermodul des Fahrzeugs Spannung von einer Batterie an den Elektromotor anlegen, um den Elektromotor zu veranlassen, ein Drehmoment für den Fahrantrieb auszugeben. Unter anderen Umständen kann das Hybridsteuermodul den Leistungsfluss zu dem Elektromotor sperren und ermöglichen, dass das Getriebe die Drehung des Elektromotors antreibt. Der Elektromotor erzeugt Strom, wenn dieser durch das Getriebe angetrieben wird. Durch den Elektromotor erzeugte Energie kann zum Wiederaufladen der Batterie verwendet werden, wenn eine über den Elektromotor erzeugte Spannung größer ist als eine Spannung der Batterie. In einigen Beispielen kann die vom Elektromotor erzeugte Spannung zum Laden der Batterie verstärkt (erhöht) werden.
  • Ein Modul des Fahrzeugs bestimmt eine aktuelle Kapazität der Batterie basierend auf zwei Leerlaufspannungen (OCVs) der Batterie und einer Kapazitätsänderung der Batterie zwischen der Aufnahme der beiden OCVs. Die OCVs werden entnommen, wenn sich die Batterie im stationären Zustand befindet, z. B. beim Anfahren des Fahrzeugs, nachdem das Fahrzeug für mindestens einen vorbestimmten Zeitraum abgeschaltet wurde.
  • Das Modul bestimmt die aktuelle Kapazität unter Verwendung einer Nachschlagetabelle, die Kapazitäten und Leerlaufspannungen mit Ladezuständen verknüpft. Die Nachschlagetabelle wird während der Fahrzeugkonstruktion mit einem Testprotokoll kalibriert, das die Alterung einer oder mehrerer anderer Batterien steuert, wie beispielsweise dem Prüfprotokoll zum dynamischen Stresstest (DST) 100 oder dem USABC-Protokoll. Die kalibrierten Daten korrelieren mit Daten von im Fahrzeug gealterten Batterien und liefern somit genaue Kapazitäts- und Ladezustandsschätzungen im Fahrzeug.
  • Die Gesamtkapazität einer Batterie nimmt mit zunehmendem Alter ab. Dies wirkt sich auf die Reichweite des Fahrzeugs aus, sowohl auf die Gesamtreichweite bei voll geladener Batterie als auch auf die Vorhersage der verbleibenden Reichweite bei Teilentladung der Batterie. Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden OCV-Messungen (Spannung, wenn die Batterie lange genug geruht hat) und die Coulomb-Zählung der von der Batterie zwischen den OCV-Messungen abgegebenen Amperestunden verwendet, um die gealterte Gesamtkapazität der Batterie zu schätzen.
  • Die Form der OCV-Kurve variiert auch mit dem Alter. Die OCV-Kurve ist Teil eines Batteriezustands-Schätzverfahrens, das die Spannung als Nachschlagewerk verwendet. In diesem Beispiel kann die relevante OCV-Kurve eine Spalte einer Nachschlagetabelle sein, die der geschätzten gealterten Gesamtkapazität entspricht.
  • Nun mit Verweis auf 1 wird ein Funktionsblockdiagramm eines Beispiels für einen Antrieb 100 präsentiert. Das Antriebsstrangsystem 100 eines Fahrzeug beinhaltet einen Motor 102, der zum Erzeugen von Drehmoment ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt. Das Fahrzeug kann ein nicht-autonomes, ein halbautonomes oder ein autonomes Modell sein.
  • Luft wird durch ein Einlasssystem 108 in den Motor 102 gezogen. Das Ansaugsystem 108 kann einen Ansaugkrümmer 110 und eine Drosselklappe 112 beinhalten. Ausschließlich als Beispiel kann das Drosselventil 112 eine Drosselklappe mit einem drehbaren Flügel beinhalten. Ein Motorsteuergerät (ECM) 114 steuert ein Drosselklappenstellgliedmodul 116 und das Drosselklappenstellgliedmodul 116 reguliert das Öffnen der Drosselklappe 112, um den Luftstrom in den Ansaugkrümmer 110 zu steuern. Das ECM 114 steuert ebenfalls das Starten und Abstellen des Motors 102.
  • Die Luft vom Ansaugkrümmer 110 wird in die Zylinder des Motors 102 gesaugt. Obwohl der Motor 102 mehrere Zylinder beinhaltet, ist zu Veranschaulichungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 dargestellt. Der Motor 102 kann beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder beinhalten. Das ECM 114 kann ein Zylinderstellgliedmodul 120 anweisen, einige der Zylinder unter manchen Umständen selektiv zu deaktivieren, wie nachfolgend abgehandelt, was die Kraftstoffeffizienz verbessern kann.
  • Der Motor 102 kann unter Verwendung eines Viertaktzyklus oder eines anderen geeigneten Motorzyklus arbeiten. Die vier Takte eines Viertaktzyklus, der nachfolgend beschrieben wird, werden als der Einlasstakt, der Verdichtungstakt, der Verbrennungstakt und der Auslasstakt bezeichnet. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) erfolgen zwei der vier Takte innerhalb des Zylinders 118. Demzufolge sind zwei Umdrehungen der Kurbelwelle erforderlich, damit der Zylinder 118 alle vier Takte ausführen kann. Bei Viertaktmotoren kann ein Motorzyklus zwei Kurbelwellenumdrehungen entsprechen.
  • Wenn der Zylinder 118 aktiviert ist, dann wird Luft vom Ansaugkrümmer 110 während des Einlasstakts durch ein Einlassventil 122 in den Zylinder 118 gezogen. Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffstellgliedmodul 124, das die Kraftstoffeinspritzung reguliert, um ein erwünschtes Kraftstoff-/Luft-Gemisch zu erzielen. Kraftstoff kann in den Ansaugkrümmer 110 an einer zentralen Stelle oder mehreren Stellen, wie beispielsweise nahe am Einlassventil 122 jedes Zylinders, eingespritzt werden. Bei unterschiedlichen Implementierungen (nicht dargestellt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in mit den Zylindern verbundenen Mischkammern/- anschlüssen eingespritzt werden. Das Kraftstoffstellgliedmodul 124 kann das Einspritzen von Kraftstoff in die deaktivierten Zylinder stoppen.
  • Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit Luft und bildet innerhalb des Zylinders 118 ein Kraftstoff-/Luftgemisch. Während des Verdichtungstaktes komprimiert ein Kolben (nicht dargestellt) im Zylinder 118 das Kraftstoff-/Luftgemisch. Der Motor 102 kann ein Kompressionszündungsmotor sein, wobei in diesem Fall die Kompression die Zündung des Luft-/Kraftstoffgemischs verursacht. Alternativ kann der Motor 102 ein Fremdzündungsmotor sein, wobei in diesem Fall das Zündfunkenstellgliedmodul 126 eine Zündkerze 128 im Zylinder 118 basierend auf einem Signal vom ECM 114 mit Strom beaufschlagt, wodurch das Luft-Kraftstoff-Gemisch gezündet wird. Einige Arten von Motoren, wie z. B. homogene Dieselverbrennungsmotoren (HCCI), können sowohl Kompressions- als auch Fremdzündung ausführen. Der Zeitpunkt des Zündfunkens kann im Verhältnis zur Zeit spezifiziert werden, wenn sich der Kolben in seiner obersten Position befindet, was als oberer Totpunkt (TDC) bezeichnet wird.
  • Das Zündfunkenstellgliedmodul 126 kann durch ein Zeitsignal gesteuert werden, das festlegt, wie lange vor oder nach dem OT der Funke ausgelöst werden soll. Da die Kolbenposition direkt mit der Kurbelwellenumdrehung in Zusammenhang steht, kann der Betrieb des Zündstellgliedmoduls 126 mit der Position der Kurbelwelle synchronisiert werden. Das Zündfunkenstellgliedmodul 126 kann die Bereitstellung von Zündfunken für deaktivierte Zylinder deaktivieren oder Zündfunken für deaktivierte Zylinder bereitstellen.
  • Während des Verbrennungstakts treibt die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs den Kolben nach unten und treibt dadurch die Kurbelwelle an. Der Verbrennungstakt kann als die Zeit definiert werden, die zwischen dem Erreichen des TDC des Kolbens und der Rückkehr des Kolbens zu einer untersten Position, die als unterer Totpunkt (BDC) bezeichnet wird.
  • Während des Auslasstakts beginnt der Kolben, sich vom unteren Totpunkt (BDC) nach oben zu bewegen und stößt dabei die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Auslassventil 130 aus. Die Verbrennungsabfallprodukte werden über ein Abgassystem 134 aus dem Fahrzeug ausgestoßen.
  • Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. In unterschiedlichen Anwendungen können mehrere Einlassnockenwellen (einschließlich der Einlassnockenwelle 140) mehrere Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) für den Zylinder 118 steuern und/oder können die Einlassventile (einschließlich des Einlassventils 122) mehrerer Zylinderbänke (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Auf ähnliche Weise können mehrere Auslassnockenwellen (einschließlich der Auslassnockenwelle 142) mehrere Auslassventile für den Zylinder 118 steuern und/oder können Auslassventile (einschließlich des Auslassventils 130) mehrerer Zylinderbänke (einschließlich des Zylinders 118) steuern. Obwohl die nockenwellenbasierte Ventilbetätigung dargestellt und abgehandelt wurde, können nockenlose Ventilstellglieder implementiert werden. Obwohl separate Einlass- und Auslassnockenwellen dargestellt sind, kann eine Nockenwelle verwendet werden, die Nocken für die Einlass- und Auslassventile aufweist.
  • Das Zylinderstellgliedmodul 120 kann den Zylinder 118 durch Deaktivieren des Öffnens des Einlassventils 122 und/oder des Auslassventils 130 deaktivieren. Die Zeit, wenn das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann im Verhältnis zum TDC des Kolbens durch einen Einlassnockenversteller 148 variiert werden. Die Zeit, wenn das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann im Verhältnis zum TDC des Kolbens durch einen Auslassnockenversteller 150 variiert werden. Ein Verstellstellgliedmodul 158 kann den Einlassnockenverstell 148 und den Auslassnockenverstell 150 basierend auf Signalen vom ECM 114 steuern. In verschiedenen Anwendungen kann Nockenwellenverstellung entfallen. Variabler Ventilhub (nicht dargestellt) kann ebenfalls durch das Verstellstellgliedmodul 158 gesteuert werden. Bei unterschiedlichen anderen Implementierungen können das Einlassventil 122 und/oder das Auslassventil 130 durch Stellglieder außer einer Nockenwelle, wie z. B. durch elektromechanische Stellglieder, elektrohydraulische Stellglieder, elektromagnetische Stellglieder usw., gesteuert werden.
  • Der Motor 102 kann keine, eine oder mehrere Ladevorrichtung(en) enthalten, die dem Ansaugkrümmer 110 unter Druck stehende Luft zuführt/zuführen. 1 stellt beispielsweise einen Turbolader mit einer Turbine 160-1 dar, die durch Abgase angetrieben wird, die durch das Abgassystem 134 strömen. Ein Kompressor ist eine andere Art einer Ladevorrichtung.
  • Der Turbolader enthält auch einen Turbolader-Verdichter 160-2, der durch die Turbolader-Turbine 160-1 angetrieben wird und die Luft komprimiert, die in die Drosselklappe 112 geleitet wird. Ein Ladedruckregelventil 162 steuert Abgasströmung durch die Turbolader-Turbine 160-1 und deren Bypass. Ladedruckregelventile können auch als (Turbolader-)Turbinen-Bypassventile bezeichnet werden. Das Ladedruckregelventil 162 kann die Abgase an der Turbine 160-1 vorbei leiten und dadurch den vom Turbolader erzeugten Ladedruck (die Stärke der Einlassluftkompression) reduzieren. Das ECM 114 kann den Turbolader über ein Ladedruckregelventil-Stellgliedmodul 164 steuern. Das Stellgliedmodul 164 des Ladedruckregelventils kann die Verstärkung des Turboladers durch Steuern der Öffnung des Ladedruckregelventils 162 verändern.
  • Ein Kühler (z. B. ein Ladeluftkühler oder Intercooler) kann einen Teil der in der Druckluftladung enthaltenen Hitze ableiten, die erzeugt werden kann, wenn die Luft komprimiert wird. Obwohl zum Zwecke der Veranschaulichung getrennt dargestellt, können die Turbine 160-1 und der Kompressor 160-2 mechanisch miteinander verbunden sein, wobei Ansaugluft sehr nahe bei heißen Abgasen positioniert wird. Die Druckluftladung kann Wärme von Komponenten des Abgassystems 134 absorbieren.
  • Der Motor 102 kann ein Abgasrückführventil (AGR) 170 enthalten, das die Abgase selektiv zum Ansaugkrümmer 110 zurückführt. Das AGR-Ventil 170 kann Abgas stromaufwärts von der Turbine des Turboladers 160-1 im Abgassystem 134 erhalten. Das AGR-Ventil 170 kann durch ein AGR-Stellgliedmodul 172 gesteuert werden.
  • Die Kurbelwellenstellung kann unter Verwendung eines Kurbelwellenstellungssensors 180 gemessen werden. Eine Motordrehzahl kann basierend auf der Kurbelwellenstellung ermittelt werden, die unter Verwendung des Kurbelwellenstellungssensors 180 gemessen wird. Eine Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Motorkühlmittel-Temperatursensors (ECT) 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann innerhalb des Motors 102 oder an anderen Stellen angeordnet sein, an denen das Kühlmittel umgewälzt wird, wie beispielsweise ein Radiator (nicht dargestellt).
  • Der Druck im Ansaugkrümmer 110 kann unter Verwendung eines Ansaugkrümmer-Absolutdruck-(MAP)-Sensors 184 gemessen werden. In verschiedenen Ausführungen kann der aus der Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck im Ansaugkrümmer 110 bestehende Motorunterdruck gemessen werden. Der Massenstromdurchsatz der Luft, die durch den Ansaugkrümmer 110 strömt, kann unter Verwendung eines Luftstrommassen (MAF)-Sensors 186 gemessen werden. In unterschiedlichen Implementierungen kann der MAF-Sensor 186 in einem Gehäuse positioniert sein, das auch die Drosselklappe 112 beinhaltet.
  • Die Position der Drosselklappe 112 kann unter Verwendung eines oder mehrerer Drosselklappenpositionssensoren (TPS) 190 gemessen werden. Eine Temperatur von Luft, die in den Motor 102 gezogen wird, kann unter Verwendung eines Ansauglufttemperatursensors (IAT) 192 gemessen werden. Ein oder mehrere Sensor(en) 193 können ebenfalls implementiert werden.
  • Zu den anderen Sensoren 193 gehören ein Gaspedalpositions-(APP)-Sensor, ein Bremspedalpositions-(BPP)-Sensor sowie möglicherweise ein Kupplungspedalpositions-(CPP)-Sensor (z. B. bei einem Schaltgetriebe) und ein oder mehrere andere Arten von Sensoren. Ein APP-Sensor misst eine Position eines Fahrpedals innerhalb eines Passagierraums des Fahrzeugs. Ein BPP-Sensor misst eine Position eines Bremspedals innerhalb eines Passagierraums des Fahrzeugs. Ein CPP-Sensor misst eine Position eines Kupplungspedals innerhalb der Fahrgastzelle des Fahrzeugs. Zu den anderen Sensoren 193 können auch ein oder mehrere Beschleunigungssensor(en) gehören, mit dem/denen die Längsbeschleunigung (d. h. entlang der Linie vom Heck zur Front) des Fahrzeugs gemessen werden kann. Ein Beschleunigungsmesser ist ein Beispiel für eine Art von Beschleunigungssensor, obwohl auch andere Arten von Beschleunigungssensoren verwendet werden können. Das ECM 114 kann Signale der Sensoren verwenden, um Entscheidungen für die Steuerung des Motors 102 zu treffen.
  • Das ECM 114 kann z. B. mit einem Getriebesteuermodul 194 kommunizieren, um den Betrieb des Motors mit dem Schalten von Gängen in einem Getriebe 195 zu koordinieren. Das Getriebe 195 überträgt das Drehmoment auf die Räder des Fahrzeugs. Das ECM 114 kann z. B. mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um den Betrieb des Motors 102 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren. Während das Beispiel einen Elektromotor verwendet, können auch mehrere Elektromotoren implementiert werden.
  • Der Elektromotor 198 kann ein Permanentmagnet-Elektromotor oder ein anderer geeigneter Typ eines Elektromotors sein, der eine Spannung basierend auf der elektromagnetischen Gegenkraft (Gegen-EMK) beim freien Drehen ausgibt, wie beispielsweise ein Gleichstrom-Elektromotor (DC-Elektromotor) oder ein Synchronelektromotor. In verschiedenen Ausführungen können verschiedene Funktionen des ECM 114, des Getriebesteuermoduls 194 und des Hybridsteuermoduls 196 in ein oder mehrere Module integriert werden.
  • Jedes System, das einen Motorparameter beeinflusst, kann als Motorstellglied bezeichnet werden. Jedes Motorstellglied weist einen zugehörigen Stellgliedwert auf. Das Drosselklappenstellgliedmodul 116 kann beispielsweise als ein Motorstellglied bezeichnet werden und der Drosselklappenöffnungsbereich kann als der Stellgliedwert bezeichnet werden. Im Beispiel der 1 erreicht das Drosselklappenstellgliedmodul 116 den Drosselklappenöffnungsbereich durch Einstellen eines Winkels des Flügels des Drosselventils 112.
  • Das Zündstellgliedmodul 126 kann auch als ein Motorstellglied bezeichnet werden, obwohl der entsprechende Stellgliedwert der Frühzündungsgrad in Bezug auf den TDC des Zylinders sein kann. Andere Motorstellglieder können das Zylinderstellgliedmodul 120, das Kraftstoffstellgliedmodul 124, das Verstellstellgliedmodul 158, das Verstärkerstellgliedmodul 164 und das AGR-Stellgliedmodul 172 beinhalten. Für diese Stellglieder können die Stellgliedwerte jeweils einer Zylinderaktivierungs-/-deaktivierungsfolge, Kraftstoffversorgungsrate, Einlass- und Auslassnockenphasenwinkel, Wastegate-Sollöffnungen und AGR-Ventilöffnungsbereich jeweils entsprechen.
  • Das ECM 114 kann die Stellgliedwerte steuern, um den Motor 102 zu veranlassen, das angeforderte Ausgangsdrehmoment zu produzieren. Das ECM 114 kann die Drehmomentanforderung beispielsweise aufgrund von einer oder mehreren Fahrereingaben festlegen, wie eine APP, eine BPP, eine CPP, und/oder einer oder mehreren anderen passenden Fahrereingaben. Das ECM 114 kann die Drehmomentanforderung zum Beispiel anhand einer oder mehrerer Funktionen oder Nachschlagetabellen festlegen, welche die Fahrereingabe(n) zu den Drehmomentanforderungen in Beziehung setzen.
  • Unter bestimmten Umständen steuert das Hybridsteuermodul 196 die MGU 198 an, um Ausgangsdrehmoment zu liefern, beispielsweise zur Ergänzung des Ausgangsdrehmoments des Motors. Das Hybridsteuermodul 196 kann den Elektromotor 198 auch ansteuern, um ein Ausgangsdrehmoment für den Fahrzeugantrieb zu Zeiten auszugeben, zu denen der Motor 102 abgeschaltet ist. In verschiedenen Implementierungen kann der Motor 102 abgeschaltet bleiben und der Elektromotor 198 kann als Antrieb verwendet werden. Das ECM 114 kann den Motor 102 starten und betreiben, um elektrische Energie für den Elektromotor 198 zu erzeugen, beispielsweise wenn ein Ladezustand (SOC) kleiner als ein vorgegebener SOC oder ein geschätzter Einsatzbereich des Elektromotors 198 kleiner als ein vorgegebener Bereich ist.
  • Das Hybridsteuermodul 196 legt elektrische Energie von einer Batterie 199 an den Elektromotor 198 an, damit der Elektromotor 198 positives Drehmoment abgibt. Die Batterie 199 kann beispielsweise eine oder mehrere Einzelbatterien, wie beispielsweise Lithium-Ionen-(Li)-Batterien oder Batterien mit einer anderen Art von Chemie beinhalten. Die Batterie 199 kann für einen Stromfluss zu und von dem Elektromotor 198 vorgesehen sein, und eine oder mehrere andere Batterie(n) können Energie für weiterer Fahrzeugfunktionen bereitstellen.
  • Der Elektromotor 198 kann ein Drehmoment beispielsweise an eine Eingangswelle des Getriebes 195 oder an eine Abtriebswelle des Getriebes 195 ausgeben. Eine Kupplung 200 ist eingerückt, um den Elektromotor 198 mit dem Getriebe 195 zu koppeln, und ausgerückt, um den Elektromotor 198 von dem Getriebe 195 zu entkoppeln. Eine oder mehrere Getriebevorrichtungen können zwischen einem Ausgang der Kupplung 200 und einem Eingang des Getriebes 195 implementiert sein, um ein vorgegebenes Verhältnis zwischen der Drehung des Elektromotors 198 und der Drehung des Eingangs des Getriebes 195 bereitzustellen. Eine zweite Kupplung (nicht dargestellt) kann ein- und ausgekuppelt werden, um den Motor 102 mit dem Getriebe 195 zu koppeln und zu entkoppeln.
  • Das Hybridsteuermodul 196 kann mechanische Energie des Fahrzeugs ebenfalls selektiv in elektrische Energie umwandeln. Genauer gesagt erzeugt und gibt der Elektromotor 198 über die Gegen-EMK Leistung aus, wenn der Elektromotor 198 durch das Getriebe 195 angetrieben wird und das Hybridsteuermodul 196 keine Leistung von der Batterie 199 an den Elektromotor 198 anlegt. Das Hybridsteuermodul 196 kann die Batterie 199 über die von dem Elektromotor 198 ausgegebene Leistung laden. Dies kann als Regeneration bezeichnet werden.
  • Mit Verweis auf 2 wird ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Motorsteuersystems dargestellt. Das ECM 114 beinhaltet ein Fahrer-Drehmomentmodul 204, das eine Fahrerdrehmomentanforderung 208 basierend auf Fahrereingaben 212 ermittelt. Die Fahrereingaben 212 können beispielsweise eine Fahrpedalstellung (APP), eine Bremspedalstellung (BPP) und Eingaben in ein Fahrtreglersystem beinhalten. In verschiedenen Implementierungen kann die Fahrtreglereingabe durch ein adaptives Fahrtreglersystem erfolgen, das bestrebt ist, zumindest einen vorgegebenen Abstand zwischen dem Fahrzeug und Objekten zu halten, die sich in der Bahn des Fahrzeugs befinden. Das Fahrer-Drehmomentmodul 204 ermittelt die Fahrerdrehmomentanforderung 208 basierend auf einer oder mehreren Nachschlagetabellen, die die Fahrereingaben mit den Fahrerdrehmomentanforderungen in Verbindung bringen. Die APP und BPP können jeweils mit einem oder mehreren APP-Sensoren und BPP-Sensoren gemessen werden.
  • Die Fahrerdrehmomentanforderung 208 ist eine Achsdrehmomentanforderung. Achsmomente (einschließlich Achsmomentanforderung) beziehen sich auf Drehmoment an den Rädern. Wie weiter unten erörtert, unterscheiden sich Antriebsmomente (einschließlich Antriebsmomentanforderungen) von Achsmomenten darin, dass sich Antriebsmomente auf das an einer Getriebeantriebswelle anliegende Drehmoment beziehen können.
  • Ein Achsmoment-Arbitriermodul 216 arbitriert zwischen der Fahrerdrehmomentanforderung 208 und anderen Achsen-Drehmomentanforderungen 220. Das Achsmoment (Drehmoment an den Rädern) kann aus verschiedenen Quellen erzeugt werden, darunter der Verbrennungsmotor 102 und/oder eine oder mehrere Elektromotoren wie der Elektromotor 198. Beispiele anderer Achsmomentanforderungen 220 beinhalten unter anderem eine von einem Antriebsschlupfregelungssystem angeforderte Drehmomentreduzierung, wenn positiver Radschlupf erfasst wird, eine Drehmomenterhöhungsanforderung, um negativem Radschlupf entgegenzuwirken, Bremsmanagmentanforderungen, um das Achsmoment zu verringern, um zu gewährleisten, dass das Achsmoment nicht die Fähigkeit der Bremsen zum Anhalten des Fahrzeugs überschreitet, wenn das Fahrzeug gestoppt wird und Fahrzeugübergeschwindigkeits-Drehmomentanforderungen, die das Achsmoment verringern, um zu verhindern, dass das Fahrzeug eine vorgegebene Geschwindigkeit überschreitet. Das Achsmoment-Arbitriermodul 216 gibt eine oder mehrere Achsmomentanforderungen 224 basierend auf den Ergebnissen der Arbitrierung zwischen den empfangenen Achsmomentanforderungen 208 und 220 aus.
  • Ein Hybridmodul 228 kann bestimmen, wie viel von dem einen oder mehreren Achsmomentanforderungen 224 durch den Motor 102 erzeugt werden soll und wie viel von der einen oder mehreren Achsmomentanforderungen 224 durch den Elektromotor 198 erzeugt werden soll. Das Beispiel des Elektromotors 198 wird der Einfachheit halber fortgesetzt, es können jedoch auch mehrere Elektromotoren verwendet werden.
  • Das Hybridmodul 228 gibt eine oder mehrere V-Motordrehmomentanforderungen 232 an ein Antriebsmoment-Arbitriermodul 236 aus. Die V-Motordrehmomentanforderung 232 gibt eine angeforderten Drehmomentabgabe des Motors 102 an. Der Hybridbaustein 228 gibt auch eine Motordrehmomentanforderung 234 an das Hybridsteuermodul 196 aus. Die Motordrehmomentanforderung 234 zeigt ein gefordertes Abtriebsdrehmoment (positiv oder negativ) des Elektromotors 198 an. Bei Fahrzeugen, bei denen der Motor 102 weggelassen wird oder nicht mit dem Abtriebsdrehmoment des Fahrzeugs verbunden ist, kann das Achsmoment-Arbitriermodul 216 eine Achsmomentanforderung ausgeben und die Motordrehmomentanforderung 234 kann dieser Achsmomentanforderung entsprechen.
  • Das Antriebsmoment-Arbitriermodul 236 wandelt die V-Motordrehmomentanforderungen 232 von einem Achsmomentbereich (Drehmoment an den Rädern) in einen Antriebsmomentbereich (Drehmoment an der Kurbelwelle) um. Das Antriebsmoment-Arbitriermodul 236 arbitriert zwischen den umgewandelten Antriebsmomentanforderungen 240 und anderen Antriebsmomentanforderungen. Beispiele für andere Antriebsmomentanforderungen 240 beinhalten unter anderem zum Schutz vor Motorüberdrehzahlen angeforderte Drehmomentsenkungen und zur Blockierverhinderung angeforderte Drehmomenterhöhungen. Das Antriebsmoment-Arbitriermodul 236 kann eine oder mehrere Antriebsmomentanforderungen 244 als Ergebnis der Arbitrierung ausgeben.
  • Ein Stellglied-Steuermodul 248 steuert die Stellglieder 252 des Motors 102 basierend auf den Antriebsdrehmomentanforderungen 244. Basierend auf die Antriebsmomentanforderungen 244 kann das Stellglied-Steuermodul 248 die Öffnung der Drosselklappe 112, den Zündzeitpunkt von Zündkerzen, Zeitpunkt und Menge des eingespritzten Kraftstoffs, die Zylinderaktivierung/-deaktivierung, die Ansaug- und Abgasventilverstellung, die Ausgaben einer oder mehrerer Aufladeeinrichtungen (z. B. Turbolader, Kompressoren usw.), das Öffnen des EGR-Ventils 170 und/oder ein oder mehrere andere Motorstellglieder steuern. In verschiedenen Anwendungen können die Antriebsmomentanforderungen 244 vor der Nutzung durch das Stellglied-Steuermodul 248 eingestellt oder verändert werden, z. B. um eine Drehmomentreserve zu schaffen.
  • Das Hybridsteuermodul 196 steuert das Schalten eines Wechselrichtermoduls 256 basierend auf der Drehmomentanforderung 234. Das Schalten des Wechselrichtermoduls 256 steuert den Energiefluss von der Batterie 199 zu dem Elektromotor 198. Demnach steuert das Schalten des Wechselrichtermoduls 256 das Drehmoment des Elektromotors 198. Das Wechselrichtermodul 256 wandelt auch die vom Elektromotor 198 erzeugte Leistung um und gibt die Leistung an die Batterie 199 ab, um zum Beispiel die Batterie 199 zu laden.
  • Das Wechselrichtermodul 256 beinhaltet eine Vielzahl von Schaltern. Die Schalter werden zum Umwandeln von Gleichstrom von der Batterie 199 in Wechselstrom (AC) und zum Anlegen der AC-Leistung an den Elektromotor 198 zum Antreiben des Elektromotors 198 geschaltet. So kann beispielsweise das Wechselrichtermodul 256 die Gleichspannung von der Batterie 199 in eine 3-Phasen-Wechselspannung umwandeln und die 3-Phasen-Wechselspannung (z. B. a, b und c oder u, v und W) an die Statorwicklungen des Elektromotors 198 anlegen. Der Magnetfluss, der durch den Stromfluss durch die Statorwicklungen erzeugt wird, treibt einen Rotor des Elektromotors 198 an. Der Rotor ist mit einer Abtriebswelle des Elektromotors 198 verbunden und treibt deren Drehung an.
  • In verschiedenen Implementierungen können ein oder mehrere Filter zwischen dem Wechselrichtermodul 256 und der Batterie 199 elektrisch verbunden sein. Der eine oder die mehreren Filter können zum Beispiel implementiert werden, um den Energiefluss zu und von der Batterie 199 zu filtern. Als ein Beispiel kann ein Filter, der einen oder mehrere Kondensatoren und Widerstände beinhaltet, elektrisch parallel mit dem Wechselrichtermodul 256 und der Batterie 199 verbunden sein.
  • Ein Ladegerätmodul 270 ist mit einem Ladeanschluss 274 des Fahrzeugs verbunden und lädt die Batterie 199 mit Wechselstrom, der über ein Kabel 278 empfangen wird, das zwischen einer Wechselstromquelle (z.B. einem Dienstprogramm) und dem Ladeanschluss 274 verbunden ist. Die AC-Leistung kann beispielsweise 110 V der AC-Leistung oder 220 V der AC-Leistung sein. Das Ladegerätmodul 270 wandelt die empfangene Wechselspannung in Gleichspannung um, um die Batterie 199 aufzuladen.
  • Ein Batteriemanagementmodul 290 überwacht die Betriebsparameter der Batterie 199, die von verschiedenen Sensoren gemessen werden, wie beispielsweise eine oder mehrere Spannungen der Batterie 199, Stromfluss zu und von der Batterie 199, eine oder mehrere Temperaturen der Batterie 199 und andere Betriebsparameter. Die Betriebsparameter der Batterie 199 können durch Sensoren gemessen werden, die zur Vereinfachung durch 294 zusammengefasst veranschaulicht sind. In verschiedenen Implementierungen kann das Batteriemanagementmodul 290 einen oder mehrere Betriebsparameter der Batterie 199 schätzen, wie beispielsweise eine aktuelle Kapazität der Batterie 199 und einen aktuellen Ladezustand (SOC) der Batterie 199.
  • Das Batteriemanagementmodul 290 speichert die Leerlaufspannungen (OCVs) der Batterie 199, beispielsweise wenn das Fahrzeug gestartet wird und vor der Inbetriebnahme ausreichend lange im Ruhezustand war, damit die Batterie 199 den stationären Zustand erreicht. Das Batteriemanagementmodul 290 verfolgt auch die Kapazitätsänderung (z. B. in Amperestunden) der Batterie 199 während der Verwendung der Batterie 199.
  • Unter Verwendung einer Nachschlagetabelle der Kapazitäten und OCVs zum SOC erzeugt das Batteriemanagementmodul 290 eine Beziehung zur aktuellen Kapazität der Batterie 199 als Funktion der verbrauchten Batteriekapazität. Ausgehend von der Kapazitätsänderung der Batterie 199 zwischen zwei OCVs bestimmt das Batteriemanagementmodul 290 eine aktuelle Kapazität der Batterie 199 beim Starten des Fahrzeugs. Die Nachschlagetabelle wird vom Fahrzeughersteller durch Tests kalibriert und im Fahrzeug gespeichert, wie im Folgenden näher erläutert wird.
  • 3 beinhaltet ein Funktionsblockdiagramm einer exemplarischen Implementierung des Batteriemanagementmoduls 290. Ein erstes Speichermodul 304 speichert eine Spannung 306 der Batterie 199 als Reaktion auf das Erzeugen eines Auslösesignals 308 durch ein Auslösemodul 312. Die Spannung 306 der Batterie 199 ist eine Ausgangsspannung der Batterie 199 zum Wechselrichtermodul 256. Die Spannung 306 wird von einem der Sensoren 294, wie beispielsweise einem Spannungssensor, gemessen. Das erste Speichermodul 304 gibt die gespeicherte Spannung als erste OCV (Leerlaufspannung) 316 der Batterie 199 aus. Das erste Speichermodul 304 ersetzt die gespeicherte Spannung mit der (aktuellen) Spannung 306 jedes Mal, wenn das Auslösesignal 308 erzeugt wird.
  • Das Auslösemodul 312 erzeugt das Auslösesignal 308, wenn das Fahrzeug gestartet wird und das Fahrzeug vor der Inbetriebnahme mindestens für einen vorbestimmten Zeitraum abgeschaltet war. Die vorgegebene Zeitspanne wird so kalibriert, dass die Batterie 199 den stationären Zustand erreicht, wenn der vorgegebene Zeitraum nach der letzten Fahrzeugstilllegung abgelaufen ist. Der vorher festgelegte Zeitraum kann beispielsweise eine Stunde, mehr als eine Stunde oder ein anderer geeigneter Zeitraum sein. Die vorgegebene Zeitspanne kann eine Funktion der Temperatur sein, da eine Relaxationszeitkonstante der Batterie 199 temperaturabhängig ist.
  • Die Fahrzeuginbetriebnahme 320 kann durch einen Zündzustand des Fahrzeugs angezeigt werden, der von einem Aus- in einen anderen Zustand übergeht, wie beispielsweise Ein, Betrieb, Zubehör oder Kurbel. Der Zündzustand kann von Aus in einen anderen Zustand übergehen, beispielsweise als Reaktion auf die Betätigung eines oder mehrerer Zündschlüssel, Tasten und/oder Schalter, einschließlich Tasten und Schalter des Fahrzeugs, sowie Tasten und Schalter von Fernbedienungsvorrichtungen, wie beispielsweise Schlüsselanhängern. Das Abschalten des Fahrzeugs kann durch den Zündzustand des Fahrzeugs angezeigt werden, der in den Aus-Zustand übergeht. Der Zündzustand kann in den Aus-Zustand übergehen, beispielsweise als Reaktion auf das Betätigen eines oder mehrerer Zündschlüssel, Tasten und/oder Schalter durch den Benutzer.
  • Ein zweites Speichermodul 324 speichert die erste OCV 316 der Batterie 199 (bevor die erste OCV 316 aktualisiert wird) als Reaktion auf das Erzeugen des Auslösesignals 308 durch das Auslösemodul 312. Das zweite Speichermodul 324 gibt die gespeicherte Spannung als zweite OCV 328 der Batterie 199 aus. Das zweite Speichermodul 324 ersetzt die gespeicherte Spannung mit der ersten OCV 316 jedes Mal, wenn das Auslösesignal 308 erzeugt wird.
  • Ein Änderungsmodul 332 überwacht eine Kapazitätsänderung (z. B. Entladung) der Batterie 199 zwischen aufeinanderfolgenden Instanzen des Erzeugens des Auslösesignals 308. Das Änderungsmodul 332 bestimmt eine Kapazitätsänderung 336 zwischen aufeinanderfolgenden Zeiten, in denen das Auslösesignal 308 erzeugt wird. Die Kapazitätsänderung 336 entspricht einer Kapazitätsänderung (dQ) der Batterie 199, die zwischen den aufeinanderfolgenden Zeiten, in denen das Auslösesignal 308 erzeugt wird, aufgetreten ist. Die Kapazitätsänderung 336 entspricht somit der Kapazitätsänderung, die zwischen dem Zeitpunkt der Speicherung der ersten OCV 316 und dem Zeitpunkt der Speicherung der zweiten OCV 328 aufgetreten ist. Die Kapazitätsänderung 336 ist die Coulomb-Zählung der vorzeichenbehafteten Amperestunden, d. h. die zeitliche Integration des Stroms, zwischen den Zeitpunkten der beiden OCV-Auslöser. Das Änderungsmodul 332 kann die Kapazitätsänderung bestimmen, beispielsweise basierend auf dem Stromfluss 338 zu und von der Batterie 199 zwischen den aufeinanderfolgenden Zeiten.
  • Obwohl das Beispiel von zwei Speichermodulen vorgesehen ist, können mehr als zwei Speichermodule implementiert werden, um ein Protokoll der OCV-Messungen und für jedes OCV im Protokoll die Kapazitätsänderung zwischen diesem OCV und dem vorherigen Eintrag im Protokoll zu speichern. Sind zwei OCV-Einträge im Protokoll ausreichend getrennt, wird die nachfolgend beschriebene Kapazitätsaktualisierungsfunktion ausgelöst. Zwei OCV-Einträge können als ausreichend getrennt betrachtet werden, wenn beispielsweise der Absolutwert einer Differenz zwischen den beiden OCVs größer als ein Schwellenwert und/oder der Absolutwert einer Differenz zwischen den entsprechenden SOC-Werten der beiden OCVs (bestimmt durch Interpolation in der Spalte der nachstehend beschriebenen Nachschlagetabelle) entsprechend der letzten Schätzung der Kapazität größer als ein Schwellenwert ist. Weitere Beispiele zum Bestimmen einer ausreichenden Trennung sind ebenfalls möglich. Die Einträge in der OCV-Historientabelle können einen Datumsstempel beinhalten, und Einträge, die als zu alt eingestuft werden, können aus dem Protokoll gelöscht werden. Wenn mehr als ein Paar Einträge im Protokoll das Kriterium für eine ausreichende Trennung erfüllen, kann das jüngste Paar ausgewählt werden oder das am weitesten voneinander entfernte Paar kann ausgewählt werden, um die Kapazitätsschätzung zu aktualisieren. Alternativ könnten auch Schätzungen aus mehreren qualifizierten Paaren erzeugt und eine zusammengesetzte Schätzung als gewichtete Summe der Schätzungen berechnet werden. In der nachfolgenden Beschreibung beziehen sich „erste OCV“ und „zweite OCV“ auf zwei OCV-Werte, die für die Kapazitätsaktualisierung ausgewählt werden und nicht notwendigerweise die ersten und zweiten Einträge im OCV-Protokoll sind.
  • Eine Nachschlagetabelle (LUT) 340 beinhaltet eine Zuordnung von (Referenz)-Leerlaufspannungen und (Referenz)-skalierten Kapazitäten zu (Referenz)-SOCs. Die skalierten Kapazitäten entsprechen den vollständig geladenen Kapazitäten. Die LUT 340 wird wie nachfolgend beschrieben kalibriert, beispielsweise von einem Hersteller des Fahrzeugs.
  • Ein Beispiel für eine derartige Nachschlagetabelle ist nachstehend aufgeführt.
    Skaliert Kapazität → SC1 SC2 SC3 SC4 ... ... ... SCM
    OCV
    ↓
    OCVMin SOC1, 1 SOC2, 1 SOC3, 1 SOC4, 1 ... ... ... SOC1,M
    OCV2 SOC2, 1 ... ... SOC2,M
    OCV3 ... ... ...
    OCV4 ... ...
    ... ... ... ... ...
    OCV Max SOCMax,1 SOCMax,X
    wobei SC1 eine erste skalierte Kapazität ist, SC2 ist eine zweite skalierte Kapazität, .. ., SCM ist eine M-te skalierte Kapazität, OCVMin ist eine minimale OCV der Batterie 199, OCV2 ist eine zweite OCV der Batterie 199, OCV3 ist eine dritte OCV der Batterie 199, ..., OCVMax ist eine maximale OCV der Batterie 199, und SOCY,Z ist eine SOC der Batterie 199, die OCV der Y-ten Reihe der LUT 340 und der skalierten Kapazität der Z-ten Reihe der LUT 340 entspricht, wobei Y eine Ganzzahl im Bereich von 1 bis zur Anzahl der OCV-Zeilen ist und Z eine Ganzzahl im Bereich von 1 bis zur Anzahl der skalierten Kapazitätsspalten (d. h. M) ist. Die OCVs der LUT 340 können für jede vorgegebene Schrittweite (z. B. 0,01 V) zwischen den minimalen und maximalen OCVs bereitgestellt werden. Die Zeilen können in aufsteigender Reihenfolge der OCV angeordnet werden, während die Spalten in absteigender Reihenfolge der skalierten Kapazität angeordnet werden können. Obwohl vorstehend ein exemplarisches Format für die LUT 340 angegeben ist, kann ein anderes geeignetes Format verwendet werden.
  • Basierend auf der ersten OCV 316, der zweiten OCV 328 und Daten aus der LUT 340 erzeugt ein Beziehungsmodul 344 beim Erzeugen des Auslösesignals 308 eine Beziehung 348, welche die Kapazitätsänderung (dQ) auf die geschätzte aktuelle Kapazität der Batterie 199 in Beziehung setzt. Die Beziehung 348 kann beispielsweise eine LUT oder eine Gleichung sein.
  • Unter Verwendung des vorstehend genannten exemplarischen Formats der LUT 340 identifiziert das Beziehungsmodul 344 eine erste Zeile der LUT 340 für eine OCV, die der ersten OCV 316 entspricht. Das Beziehungsmodul 344 identifiziert eine zweite Reihe der LUT 340 für eine OCV, die der zweiten OCV 328 entspricht. So kann beispielsweise das Beziehungsmodul 344 die Zeile identifizieren, die der dritten OCV (OCV3) und der siebten OCV (OCV7) entspricht. Eine exemplarische Darstellung einer Tabelle mit diesen Zeilen und Spalten ist nachfolgend aufgeführt.
    SC1 SC2 SC3 SC4 ... ... ... SCM
    OCV3 SOC3 , 1 SOC3, 2 SOC3, 3 SOC3 ,4 ... ... ... SOC3, M
    OCV7 SOC7 , 1 ... ... SOC7, M
  • Das Beziehungsmodul 344 bestimmt dann Änderungen im SOC für die skalierten Kapazitäten basierend auf Unterschieden zwischen den Werten den ersten und zweiten Zeilen. Unter Verwendung des vorstehenden Beispiels der Zeile, die der dritten OCV (OCV3) entspricht, und der Zeile, die der siebten OCV (OCV7) entspricht, bestimmt das Beziehungsmodul 344 beispielsweise eine erste Änderung des SOC für die erste Spalte basierend auf einer Differenz zwischen SOC3, 1 (d. h. in der dritten Zeile und der ersten Spalte) und SOC 7,1 (d. h. in der siebten Zeile und der ersten Spalte), eine zweite Änderung des SOC für die zweite Spalte basierend auf einer Differenz zwischen SOC3, 2 (d. h. in der dritten Zeile und der zweiten Spalte) und SOC 7,2 (d. h. in der siebten Zeile und der zweiten Spalte), ..., und eine M-te Änderung des SOC für die M-te Spalte basierend auf einer Differenz zwischen SOC3, M (d. h. in der dritten Zeile und der M-ten Spalte) und SOC 7,M (d. h. in der siebten Zeile und der M-ten Spalte). Eine exemplarische Darstellung einer Tabelle mit diesen Spalten und einer Zeile zum Ändern des SOC ist nachfolgend aufgeführt.
    SC1 SC2 SC3 SC4 ... ... ... SCM
    ΔSO C ΔSOC 1 ΔSOC 2 ΔSOC 3 ΔSOC 4 ... ... ... ΔSOC M
  • ΔSOC1 ist die Änderung des SOC der ersten Spalte, ΔSOC2 ist die Änderung des SOC der zweiten Spalte und ΔSOCM ist die Änderung des SOC der M-ten Spalte.
  • Wenn das erste OCV 316 zwischen zwei OCV-Einträgen in der LUT 340 liegt, wird der entsprechende SOC in jeder Spalte durch das Beziehungsmodul 344 durch Interpolation bestimmt. Wenn beispielsweise das OCV zwischen OCV3 und OCV4 liegt, dann ist eine stückweise lineare Interpolationsregel zum Bestimmen des SOC-Werts in der Spalte SCj S O C j = ( O C V 4 − O C V ) S O C 3, j + ( O C V − O C V 3 ) S O C 4, j O C V 4 − O C V 3
    Figure DE102019108498A1_0001
  • Andere Interpolationsregeln, wie beispielsweise Nächster Nachbar oder kubische Interpolation, können stattdessen verwendet werden. Bestimmen eines ersten SOCj,a und eines zweiten SOCj,b, die ersten OCV 316 bzw. zweiten OCV 328 entsprechen, Δ S O C j = S O C j , b − S O C j , a .
    Figure DE102019108498A1_0002
  • Das Beziehungsmodul 344 bestimmt dann für jede der Spalten eine Kapazitätsänderung (dQ), indem es die Änderung des SOC der Spalten mit den skalierten Kapazitäten der Spalten multipliziert. So ermittelt beispielsweise das Beziehungsmodul 344 eine erste Kapazitätsänderung (dQ1 = SC1*ΔSOC1) für die erste Spalte basierend auf der ersten Änderung im SOC (ΔSOC1) multipliziert mit der skalierten Kapazität der ersten Spalte (SC1), eine zweite Kapazitätsänderung (dQ2) für die zweite Spalte basierend auf der zweiten Änderung im SOC (ΔSOC2) multipliziert mit der skalierten Kapazität der zweiten Spalte (SC2), ... und eine M-te Kapazitätsänderung (dQM) für die M-te Spalte basierend auf der M-ten Änderung im SOC (ΔSOCM) multipliziert mit der skalierten Kapazität der M-ten Spalte (SCM). Eine exemplarische Darstellung einer Tabelle mit diesen Spalten und einer Zeile zur Kapazitätsänderung (dQ) ist nachfolgend aufgeführt.
    SC1 SC2 SC3 SC4 ... ... ... SCM
    dQ dQ1 dQ2 dQ3 dQ4 ... ... ... dQM
  • dQ1 ist die erste Kapazitätsänderung, die der ersten skalierten Kapazität (SC1) der ersten Spalte zugeordnet ist, dQ2 ist die zweite Kapazitätsänderung, die der zweiten skalierten Kapazität (SC2) der zweiten Spalte zugeordnet ist, und dQM ist die M-te Kapazitätsänderung, die der M-ten skalierten Kapazität (SCM) der M-ten Spalte zugeordnet ist.
  • Die vorstehende Tabelle spiegelt das Verhältnis 348 zwischen Kapazitätsänderungen und Kapazitäten der Batterie 199 wider. Das Beziehungsmodul 344 kann die vorstehende Tabelle verwenden oder eine Gleichung (z. B. Polynom, quadratisch oder linear) in Bezug auf Kapazitätsänderungen und Kapazität ermitteln, indem beispielsweise eine Kurve an die Punkte der vorstehenden Tabelle angepasst wird.
  • 4 beinhaltet eine exemplarische Punktgrafik, die eine Beziehung zwischen Kapazität 404 und Kapazitätsänderung (dQ) 408 für einen Satz von zwei OCVs veranschaulicht. Unterschiedliche Kombinationen von zwei OCVs ergeben unterschiedliche Beziehungen. 4 beinhaltet auch eine für die Punkte bestimmte exemplarische Gleichung 412. Unterschiedliche Kombinationen von zwei OCVs ergeben unterschiedliche Gleichungen.
  • Unter Rückbezug auf 3 bestimmt ein Kapazitätsmodul 352, wenn das Auslösesignal 308 erzeugt wird, um die Kapazität zu aktualisieren (Kapazitätsaktualisierungsauslöser), eine aktuelle Kapazität 356 der Batterie 199 basierend auf der Kapazitätsänderung 336 unter Verwendung der Beziehung 348. In dem Beispiel einer Gleichung kann das Kapazitätsmodul 352 die Gleichung für die Kapazität lösen, indem es die Kapazitätsänderung 336 in die Gleichung einfügt. In dem Beispiel einer LUT kann das Kapazitätsmodul 352 die Kapazität 356 unter Verwendung einer linearen Interpolation bestimmen, indem es die beiden nächstgelegenen Kapazitätsänderungen zur Kapazitätsänderung 336 aus der LUT identifiziert, die beiden Kapazitäten identifiziert, die den beiden nächstgelegenen Kapazitätsänderungen zugeordnet sind, und die Kapazität unter Verwendung einer linearen Interpolation oder auf andere geeignete Weise bestimmt. Das Kapazitätsmodul 352 kann die Kapazität 356 der Batterie 199 während der späteren Nutzung des Fahrzeugs basierend auf dem Stromfluss zu und von der Batterie 199 aktualisieren.
  • Das Kapazitätsmodul 352 kann der Kapazität 336 ein Konfidenzintervall zuweisen. So kann beispielsweise das Konfidenzintervall ein erhöhtes Vertrauen (z. B. einen niedrigeren Wert aufweisen) in der Berechnung widerspiegeln, wenn die beiden OCVs weiter voneinander getrennt sind, und das Konfidenzintervall kann ein vermindertes Konfidenzniveau (z. B. einen höheren Wert aufweisen) widerspiegeln, wenn die Zeit zwischen den beiden OCVs groß ist. Wenn das Kapazitätsmodul 352 die Kapazität 336 aktualisiert, kann das Kapazitätsmodul 352 die bestehende Gesamtkapazitätsschätzung mit der neu berechneten Gesamtkapazitätsschätzung in einer gewichteten Summe kombinieren, die derjenigen der Schätzungen mit einem kleineren Konfidenzintervall ein größeres Gewicht verleiht. Das Konfidenzintervall der Schätzung vor dem Aktualisieren verschlechtert sich mit der Zeit (wächst/erhöht sich), wodurch die neue Schätzung bevorzugt wird, wenn sie genau ist. Das Kapazitätsmodul 352 kann das Konfidenzintervall einstellen, beispielsweise basierend auf der Genauigkeit der OCV-Spannungsmessungen, der Genauigkeit der Coulombschen Zählkapazität zwischen OCV-Messungen und/oder der Zeit seit der letzten Aktualisierung der Kapazität. Das Kapazitätsmodul 352 kann das Konfidenzintervall bestimmen, beispielsweise unter Verwendung einer Kalman-Filtermethodik oder auf andere geeignete Weise. Das Kapazitätsmodul 352 kann die Gewichtungen basierend auf den Konfidenzintervallen der Kapazitäten bestimmen.
  • Ein Ladezustands-(SOC)-Modul 360 kann einen SOC 364 der Batterie 199 unter Verwendung der in der LUT 340 gespeicherten gealterten OCV-Kurve ermitteln.
  • Eine oder mehrere Aktionen können basierend auf dem SOC 364 und/oder der Kapazität 356 der Batterie 199 erfolgen. So kann beispielsweise ein Anzeigesteuermodul 380 den SOC 364 und/oder die Kapazität 356 der Batterie 199 auf einer Anzeige 384 in einem Fahrgastraum des Fahrzeugs anzeigen. Zusätzlich oder alternativ kann das Anzeigesteuermodul 380 basierend auf dem SOC 364 und/oder der Kapazität 356 eine Fahrstrecke (Entfernung) des Fahrzeugs bestimmen und die Fahrstrecke auf der Anzeige 384 anzeigen. Der Fahrbereich kann einer geschätzten maximalen Entfernung entsprechen, die das Fahrzeug nur mit Strom von der Batterie 199 für den Antrieb zurücklegen könnte.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das Hybrid-Steuermodul 196 das Schalten des Wechselrichtermoduls 256 basierend auf dem SOC 364 und/oder der Kapazität 356 steuern. Das Hybrid-Steuermodul 196 kann beispielsweise das Schalten des Wechselrichtermoduls 256 steuern, um das Laden der Batterie 199 zu erhöhen, wenn die Kapazität 356 kleiner als eine vorbestimmte Kapazität ist und/oder der SOC 364 kleiner als ein vorbestimmter SOC ist. Zusätzlich oder alternativ kann das ECM 114 den Motor 102 starten (wenn der Motor 102 ausgeschaltet ist), wenn die Kapazität 356 kleiner als die vorgegebene Kapazität ist und/oder der SOC 364 kleiner als der vorgegebene SOC ist. Der Motor 102 kann dann verwendet werden, um die Batterie 199 zu laden und Energie für den Elektromotor 198 zu erzeugen.
  • Obwohl das Beispiel für jeden Auslöser, der eine neue Kapazitätsaktualisierung erzeugt, beschrieben wird, können zwischen aufeinanderfolgenden Kapazitätsaktualisierungen ein oder mehrere Auslöser erzeugt werden. So sind beispielsweise zwei aufeinanderfolgende OCVs möglicherweise nicht ausreichend getrennt, um die Kapazität zu schätzen/aktualisieren. Beides kann protokolliert werden, jedoch kann ein Datensatz später gelöscht werden, beispielsweise aufgrund eines Alters, das größer als ein vorgegebenes Alter ist.
  • 5 beinhaltet ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren zum Bestimmen der Kapazität 356 und dem SOC 364 einer Batterie 199 darstellt. Die Steuerung beginnt beim Starten des Fahrzeugs, beispielsweise wenn der Zündzustand von Aus in einen anderen Zustand übergeht. Bei 504 bestimmt das Auslösemodul 312, ob der Zeitraum seit der letzten Abschaltung des Fahrzeugs größer als der vorgegebene Zeitraum ist (sodass die Batterie 199 den stationären Zustand erreicht hat). Wenn 504 falsch ist, kann das Kapazitätsmodul 352 die Kapazität 356 auf die Kapazität 356 einstellen, bei der das Fahrzeug zuletzt bei 508 abgeschaltet wurde (es sei denn, das Laden der Batterie 199 erfolgte während des Abschaltens des Fahrzeugs), und die Steuerung kann mit 524 fortgesetzt werden. Wenn 504 wahr ist, fährt die Steuerung mit 512 fort.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Kapazitätsmodul 352 vor der Fortführung mit 512 bestimmen, ob die Kapazität 336 aktualisiert werden soll. So kann beispielsweise das Kapazitätsmodul 352 bestimmen, ob eine Differenz zwischen der ersten OCV 316 und der aktuellen Spannung 306 der Batterie 199 größer als ein vorgegebener Wert ist. Wenn wahr, kann die Steuerung mit 512 fortgesetzt werden. Wenn falsch, kann die Steuerung an 508 übertragen werden.
  • Bei 512 stellt das zweite Speichermodul 324 die zweite OCV 328 auf die erste OCV 316 ein. Das erste Speichermodul 304 aktualisiert dann die erste OCV 316 auf die Spannung 306 der Batterie 199. Bei 516 bestimmt das Beziehungsmodul 344 das Verhältnis 348 zwischen Kapazitätsänderung (dQ) und Kapazität basierend auf der ersten OCV 316, der zweiten OCV 328 und den Daten in der LUT 340, wie vorstehend beschrieben.
  • Bei 520 bestimmt das Kapazitätsmodul 352 die (vorhandene) Kapazität 356 der Batterie 199 basierend auf der Kapazitätsänderung 336 (zwischen den ersten und zweiten OCVs 316 und 328) unter Verwendung der Beziehung 348. Bei 524 bestimmt das SOC-Modul 360 den SOC 364 der Batterie 199 basierend auf der Kapazität 356. Danach aktualisiert das Kapazitätsmodul 352 während der Nutzung des Fahrzeugs die Kapazität 356 basierend auf dem Stromfluss 338 zu und von der Batterie 199.
  • 6 ist ein Funktionsblockdiagramm eines exemplarischen Kalibriermoduls 604, das die LUT 340 für das Fahrzeug und andere Fahrzeuge mit der gleichen Batterie wie das Fahrzeug kalibriert. Ein Prüf- und Speichermodul 612 schaltet eine oder mehrere Batterien, wie beispielsweise die Batterie 608, gemäß einem vorgegebenen Prüfprotokoll von geladen zu entladen um. Das vorgegebene Prüfprotokoll kann beispielsweise das Protokoll des dynamischen Stresstests 100 oder ein anderes geeignetes Prüfprotokoll sein.
  • Gemäß dem vorgegebenen Prüfprotokoll lädt das Prüf- und Speichermodul 612 die Batterie 608 vollständig auf. Nach dem vollständigen Aufladen entlädt das Prüf- und Speichermodul 612 die Batterie 608 um einen vorbestimmten Betrag (z. B. 5 oder 10 Prozent des SOC) und lässt die Batterie 608 dann für mindestens die vorgegebene Zeit ruhen, um einen stabilen Zustand zu erreichen. Nach dem Ruhen für mindestens dem vorgegebenen Zeitraum wird das Referenz-OCV aufgezeichnet, und dann entlädt das Prüf- und Speichermodul 612 die Batterie 608 um den vorgegebenen Betrag und lässt die Batterie 608 dann mindestens für den vorgegebenen Zeitraum ruhen, um einen stabilen Zustand zu erreichen. Das Prüf- und Speichermodul 612 setzt dies fort, bis der SOC der Batterie 608 kleiner oder gleich einem vorgegebenen SOC, wie beispielsweise Null % SOC, ist.
  • Ein Zyklusmodul 616 erhöht jedes Mal, wenn die Batterie 608 von vollständig geladen auf einen SOC umgestellt wird, der kleiner oder gleich dem vorgegebenen SOC ist, eine Zyklusanzahl 618.
  • Das Prüf- und Speichermodul 612 überwacht den Stromfluss zur Batterie 608 und bestimmt die Kapazitätsänderung der Batterie 608 während der Entladung der Batterie 608 von vollständig geladen bis zu einem SOC, der kleiner als oder gleich dem vorgegebenen SOC ist. Jede vorgegebene Anzahl von Zyklen (z. B. alle 100 Zyklen) speichert das Prüf- und Speichermodul 612 Daten (OCV, SOC und Kapazität) für die Batterie 608. Genauer gesagt, zeichnet das Prüf- und Speichermodul 612 die OCV jedes Mal auf, wenn die Batterie 608 um die vorgegebene Menge/SOC entladen wurde (nachdem die Batterie 608 mindestens die vorgegebene Zeit stillgelegt war) und den zugehörigen SOC der Batterie. Das Prüf- und Speichermodul 612 erfasst auch die Kapazitätsänderung (d. h. Entladung, z. B. in Ah) der Batterie 608 während der Entladung.
  • Somit erhält das Prüf- und Speichermodul 612 bei jeder vorgegebenen Anzahl von Zyklen (z. B. bei jedem Zustand der Batterielebensdauer) einen Datensatz, der (i) die tatsächliche Entladung (oder Kapazitätsänderung) und (ii) eine Nachschlagetabelle der OCVs und der entsprechenden SOCs beinhaltet. Die SOCs der Tabelle eines Zyklus sind jeweils durch die vorgegebene Menge der Entladung getrennt.
  • 7 beinhaltet ein exemplarisches Diagramm des OCV 704 verglichen mit dem SOC 708. Das Diagramm beinhaltet Punkte (von OCV und dem entsprechenden SOC), die während der Ausführung verschiedener Zyklenzahlen des vorgegebenen Prüfprotokolls aufgenommen wurden.
  • Unter Rückbezug auf 6 passt ein Extrapolationsmodul 620 für den Datensatz, der für einen Zyklus gesammelt wird, eine Kurve an die Punkte des SOC und des entsprechenden OCV unter Verwendung eines vorgegebenen Kurvenanpassungsalgorithmus an. Exemplarische Kurven, die an die Punkte der verschiedenen Zyklen angepasst sind, sind in 7 dargestellt.
  • Das Extrapolationsmodul 620 bestimmt eine Gleichung (z. B. Polynom, quadratisch, linear, usw.), welche die Kurve charakterisiert. Unter Verwendung der Gleichung bestimmt das Extrapolationsmodul 620 zusätzliche OCVs und bestimmt die entsprechenden SOCs durch Extrapolation. Die zusätzlichen OCVs beinhalten ein OCV zwischen den OCVs, die während der Ausführung des vorgegebenen Prüfprotokolls gemessen werden, und OCVs, die sich bis zum minimalen OCV und maximalen OCVs der LUT 340 erstrecken. Das Extrapolationsmodul 620 bestimmt auch eine skalierte Kapazität (voll geladene Kapazität) basierend auf der tatsächlichen Entladung für diesen Zyklus durch Extrapolation. Das Extrapolationsmodul 620 speichert die skalierte Kapazität, die OCVs und die entsprechenden SOCs, die während der Ausführung des vorbestimmten Prüfprotokolls während dieses Zyklus innerhalb der LUT 340 erhalten wurden. Das Extrapolationsmodul 620 speichert im Zusammenhang mit der skalierten Kapazität auch die zusätzlichen OCVs und die entsprechenden SOCs, die durch Extrapolation innerhalb der LUT 340 erhalten wurden. Das Extrapolationsmodul 620 führt dies jede vorgegebene Anzahl von Zyklen durch, um die LUT 340 zu erzeugen.
  • 8 beinhaltet ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren zum Erzeugen der LUT 340 von SOCs darstellt, die durch skalierte Kapazitäten und OCVs indiziert sind. Die Steuerung beginnt mit jeder vorgegebenen Anzahl von Zyklen, wie beispielsweise alle 100 Zyklen oder einer anderen geeigneten Anzahl von Zyklen. Die Steuerung kann beispielsweise beginnen, wenn die Zyklusanzahl 618 gleich der vorgegebenen Anzahl von Zyklen ist, wenn die Zyklusanzahl 618 gleich 2*der vorgegebenen Anzahl von Zyklen ist, usw. Das Verfahren folgt dem DST100-Protokoll oder einem anderen geeigneten Protokoll. Bei 804 kann das Prüf- und Speichermodul 612 bestimmen, ob die Batterie 608 vollständig geladen ist. Wenn 804 falsch ist, kann das Prüf- und Speichermodul 612 die Batterie 608 bei 806 weiter aufladen, und die Steuerung kann zu 804 zurückkehren. Wenn 804 wahr ist, fährt die Steuerung mit 808 fort.
  • Bei 808 kann das Prüf- und Speichermodul 612 die Batterie 608 zumindest für die vorgegebene Zeitspanne ruhen lassen (ohne Laden oder Entladen). Bei 812 misst das Prüf- und Speichermodul 612 die OCV der Batterie 608 für den vorliegenden SOC und speichert die OCV und den SOC.
  • Bei 816 entlädt das Prüf- und Speichermodul 612 die Batterie 608 so, dass der SOC um den vorgegebenen Betrag abnimmt. Bei 820 kann das Prüf- und Speichermodul 612 die Batterie 608 zumindest für die vorgegebene Zeitspanne ruhen lassen (ohne Laden oder Entladen). Bei 824 misst das Prüf- und Speichermodul 612 die OCV der Batterie 608 für den vorliegenden SOC und speichert die OCV und den SOC.
  • Bei 828 kann das Prüf- und Speichermodul 612 bestimmen, ob der SOC kleiner oder gleich dem vorgegebenen SOC ist. Wenn 828 wahr ist, fährt die Steuerung mit 832 fort. Wenn 828 falsch ist, kann die Steuerung zu 816 zurückkehren. Das Prüf- und Speichermodul 612 verfolgt auch den Kapazitätsverbrauch der Batterie 608 während der Entladung, beispielsweise basierend auf dem Stromfluss der Batterie 608. Das Prüf- und Speichermodul 612 bestimmt die Gesamtkapazitätsänderung (z. B. in Ah) der Batterie 608 zum Entladen der Batterie 608 von vollständig geladen auf einen SOC, der kleiner oder gleich dem vorgegebenen SOC ist.
  • Bei 832 bestimmt das Extrapolationsmodul 620 die Gleichungsanpassung an die bei 812 und jeder Instanz von 824 gespeicherten Punkte der OCV und des SOC unter Verwendung eines Kurvenanpassungsalgorithmus. Bei 836 bestimmt das Extrapolationsmodul 620 die zusätzlichen OCVs und die entsprechenden SOCs unter Verwendung der Gleichung (z. B. durch Lösen der Gleichung für den SOC unter Verwendung der entsprechenden zusätzlichen OCV). Die zusätzlichen OCVs beinhalten OCVs zwischen den gespeicherten Punkten und OCVs, die von der minimalen OCV bis zur maximalen OCV reichen. Das Extrapolationsmodul 620 bestimmt auch die skalierte Kapazität basierend auf der gesamten Kapazitätsänderung bei 836.
  • Bei 840 speichert das Extrapolationsmodul 620 die SOCs in Verbindung mit den OCVs bzw. die skalierte Kapazität in der LUT 340. Das Extrapolationsmodul 620 kann auch die Zykluszählung 618 in Verbindung mit den gespeicherten SOCs und OCVs speichern. Das Zyklusmodul 616 kann dann die Zyklusanzahl 618 erhöhen. Die Steuerung kann zu 804 zurückkehren, um erneut zu beginnen, wenn die vorgegebene Anzahl von Zyklen abgeschlossen ist. Nach Fertigstellung kann die LUT 340 drahtgebunden oder drahtlos über eine Rechenvorrichtung oder das Kalibriermodul 604 im Fahrzeug gespeichert werden. Die drahtlose Kommunikation kann direkt oder über ein oder mehrere Netzwerke, wie beispielsweise ein Mobilfunk- oder Satellitennetzwerk, erfolgen.
  • Die vorhergehende Beschreibung ist rein illustrativ und soll die vorliegende Offenbarung sowie ihre Ausführungen oder Verwendungen keineswegs einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in zahlreichen Formen umgesetzt werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung also bestimmte Beispiele beinhaltet, ist der eigentliche Umfang der Offenbarung hierdurch in keiner Weise eingeschränkt, und weitere Modifikationen gehen aus dem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und den folgenden Ansprüchen hervor. Es sei darauf hingewiesen, dass einer oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern. Ferner, obwohl jede der Ausführungsformen oben dahingehend beschrieben ist, dass sie bestimmte Merkmale aufweist, kann/können ein oder mehrere dieser Funktionen, die in Bezug auf jede Ausführungsform der Offenbarung beschrieben sind, in jeder der anderen Ausführungsformen implementiert und/oder kombiniert werden, selbst wenn diese Kombination nicht explizit beschrieben wird. Mit anderen Worten ausgedrückt schließen sich die beschriebenen Ausführungsformen nicht gegenseitig aus, und Permutationen von einer oder mehreren Ausführungsformen gegeneinander bleiben innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung.
  • Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z. B. zwischen Modulen, Schaltkreiselementen, Halbleiterschichten usw.) werden unter Verwendung von verschiedenen Begriffen beschrieben, einschließlich „verbunden“, „eingerastet“, „gekoppelt“, „angrenzend“, „neben“, „oben auf“, „über“, „unter“ und „angeordnet“. Sofern nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben, kann eine Beziehung eine direkte Beziehung sein, wenn eine Beziehung zwischen einem ersten und zweiten Element in der oben genannten Offenbarung beschrieben wird, wenn keine anderen intervenierenden Elemente zwischen dem ersten und zweiten Element vorhanden sind, kann jedoch auch eine indirekte Beziehung sein, wenn ein oder mehrere intervenierende(s) Element(e) (entweder räumlich oder funktional) zwischen dem ersten und zweiten Element vorhanden ist/sind. Wie hierin verwendet, sollte der Satz „zumindest eines von A, B und C“ so zu verstehen sein, dass damit eine Logik gemeint ist (A ODER B ODER C), unter Verwendung eines nicht ausschließlichen logischen ODER, und sollte nicht dahingehend zu verstehen sein, dass gemeint ist „zumindest eines von A, zumindest eines von B und zumindest eines von C“.
  • In den Figuren bezeichnen die Pfeilrichtungen, wie angezeigt, durch die Pfeilspitze im Allgemeinen den Fluss von Informationen (wie Daten oder Befehlen), die im Kontext der Darstellung relevant sind. Wenn beispielsweise Element A und Element B eine Vielzahl von Informationen austauschen, aber die Informationen, die von Element A nach Element B übertragen werden, für die Darstellung relevant sind, kann der Pfeil von Element A nach Element B zeigen. Diese unidirektionalen Pfeile implizieren nicht, dass keine anderen Informationen von Element B nach Element A übertragen werden. Zudem kann Element B im Zusammenhang mit Informationen, die von Element A nach Element B gesendet werden, Anfragen oder Bestätigungen dieser Informationen zu Element A senden.
  • In dieser Anwendung, einschließlich der folgenden Definitionen, kann der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Steuerung“ ggf. durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. Der Begriff „Modul“ kann auf Folgendes verweisen bzw. Teil von Folgendem sein oder Folgendes beinhalten: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analog/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der Code ausführt; einen Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der einen von einem Prozessor ausgeführten Code speichert; andere geeignete Hardware-Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination von einigen oder allen der oben genannten, wie zum Beispiel in einem System-on-Chip.
  • Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen beinhalten. In einigen Beispielen können die Schnittstellen-Schaltkreise kabelgebundene oder -lose Schnittstellen beinhalten, die mit einem lokalen Netzwerk (LAN), dem Internet, einem Weitverkehrsnetz (WAN) oder Kombinationen hieraus verbunden sind. Die Funktionalität der in der vorliegenden Offenbarung genannten Module kann auf mehrere Module verteilt werden, die mit Schnittstellen-Schaltkreisen verbunden sind. So können zum Beispiel mehrere Module einen Lastenausgleich zulassen. In einem anderen Beispiel können von einem Servermodul (z. B. Remote-Server oder Cloud) bestimmte Funktionen eines Client-Moduls übernommen werden.
  • Der Begriff Code, wie oben verwendet, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode beinhalten, und auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte verweisen. Der Begriff „gemeinsame Prozessorschaltung“ bezieht sich auf eine einzelne Prozessorschaltung, die ermittelten oder vollständigen Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff „gruppierte Prozessorschaltung“ bezieht sich auf eine Prozessorschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Prozessorschaltungen ermittelten oder vollständigen Code von ggf. mehreren Modulen ausführt. Verweise auf mehrere Prozessorschaltungen umfassen mehrere Prozessorschaltungen auf diskreten Matrizen, mehrere Prozessorschaltungen auf einer einzelnen Scheibe, mehrere Kerne auf einer einzelnen Prozessorschaltung, mehrere Threads einer einzelnen Prozessorschaltung oder eine Kombination der oben genannten. Der Begriff „gemeinsame Memory-Schaltung“ bezieht sich auf eine einzelne Memory-Schaltung, die ermittelten oder vollständigen Code von mehreren Modulen speichert. Der Begriff „gruppierte Memory-Schaltung“ bezieht sich auf eine Memory-Schaltung, die in Kombination mit zusätzlichem Speicher ermittelte oder vollständige Codes von ggf. mehreren Modulen speichert.
  • Der Begriff Memory-Schaltung ist dem Begriff computerlesbares Medium untergeordnet. Der Begriff „computerlesbares Medium“, wie hierin verwendet, bezieht sich nicht auf flüchtige elektrische oder elektromagnetische Signale, die sich in einem Medium ausbreiten (z. B. im Falle einer Trägerwelle); der Ausdruck „computerlesbares Medium“ ist daher als konkret und nichtflüchtig zu verstehen. Nicht einschränkende Beispiele eines nichtflüchtigen konkreten computerlesbaren Mediums sind nichtflüchtige Memory-Schaltungen (z. B. Flash-Memory-Schaltungen, löschbare programmierbare ROM-Schaltungen oder Masken-ROM-Schaltungen), flüchtige Memory-Schaltungen (z. B. statische oder dynamische RAM-Schaltungen), magnetische Speichermedien (z. B. analoge oder digitale Magnetbänder oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Speichermedien (z. B. CD, DVD oder Blu-Ray).
  • Die im Rahmen dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig mit einem speziellen Computer, der für die Ausführung ermittelter Computerprogrammfunktionen dazu konfiguriert ist, implementiert werden. Die Funktionsblöcke, Flussdiagramm-Komponenten und weiter oben beschriebenen Elemente dienen als Softwarespezifikationen, die von entsprechend geschulten Technikern oder Programmierern in Computerprogramme umgesetzt werden können.
  • Die Computerprogramme beinhalten prozessorausführbare Anweisungen, die auf zumindest einem nicht-flüchtigen, konkreten, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können ebenfalls gespeicherte Daten enthalten oder auf gespeicherten Daten basieren. Die Computerprogramme können ein Basic-Input-Output-System (BIOS) umfassen, das mit der Hardware des speziellen Computers zusammenwirkt, Vorrichtungstreiber, die mit ermittelten Vorrichtungen des speziellen Computers, einem oder mehreren Betriebssystemen, Benutzeranwendungen, Hintergrunddiensten, im Hintergrund laufenden Anwendungen usw. zusammenwirken.
  • Die Computerprogramme können Folgendes beinhalten: (i) beschreibenden Text, der gegliedert wird, wie z. B. HTML (Hypertext Markup Language), XML (Extensible Markup Language) oder JSON (JavaScript Object Notation), (ii) Assembler Code, (iii) Objektcode, der von einem Quellcode durch einen Compiler erzeugt wurde, (iv) Quellcode zur Ausführung durch einen Interpreter, (v) Quellcode zur Kompilierung und zur Ausführung durch einen Justin-Time-Compiler usw. Nur exemplarisch kann der Quellcode mittels der Syntax der Sprachen, einschließlich C, C++, C#, Objective-C, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5 (Hypertext Markup Language 5. Version), Ada, ASP (Active Server Pages), PHP (PHP: Hypertext Preprocessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK und Python®, geschrieben werden.

Claims (10)

  1. Batteriesystem eines Fahrzeugs, umfassend: ein erstes Speichermodul, das konfiguriert ist, um selektiv eine erste Leerlaufspannung (OCV) einer Batterie des Fahrzeugs zu speichern; ein zweites Speichermodul, das konfiguriert ist, um selektiv eine zweite OCV der Batterie des Fahrzeugs zu speichern; ein Entlademodul, das konfiguriert ist, um eine Kapazitätsänderung der Batterie zu bestimmen zwischen: (i) dem Messen der ersten OCV der Batterie; und (ii) dem Messen der zweiten OCV der Batterie; eine Nachschlagetabelle, die im Speicher gespeichert ist und Referenzladezustände (SOCs) beinhaltet, die durch Referenz-OCVs und Referenzkapazitäten indiziert sind; ein Beziehungsmodul, das konfiguriert ist zum: Identifizieren eines ersten Satzes von Referenz-SOCs, die jeweils der ersten OCV- und der Referenzkapazität zugeordnet sind, aus der Nachschlagetabelle; Identifizieren eines zweiten Satzes von Referenz-SOCs, die jeweils der zweiten OCV und den Referenzkapazitäten zugeordnet sind, aus der Nachschlagetabelle; Bestimmen von Änderungen des SOC, die den Referenzkapazitäten zugeordnet sind, basierend auf Unterschieden zwischen denen des ersten Satzes von Referenz-SOCs und denen des zweiten Satzes von Referenz-SOCs; Bestimmen von Kapazitätsänderungen basierend auf den Änderungen des SOC bzw. der Referenzkapazitäten; und Bestimmen einer Gleichung, die Kapazitätsänderungen mit Kapazitätsänderungen basierend auf den Kapazitätsänderungen bzw. den Referenzkapazitäten in Beziehung setzt; und ein Kapazitätsmodul, das konfiguriert ist, um eine gegenwärtige Kapazität der Batterie unter Verwendung der Gleichung und basierend auf der Änderung der Kapazität der Batterie zu bestimmen zwischen: (i) dem Messen des ersten OCV der Batterie; und (ii) dem Messen des zweiten OCV der Batterie.
  2. Batteriesystem nach Anspruch 1, worin das Kapazitätsmodul konfiguriert ist, um die Gleichung für die Kapazität unter Berücksichtigung der Änderung der Kapazität zu lösen, zwischen: (i) dem Messen des ersten OCV der Batterie; und (ii) dem Messen des zweiten OCV der Batterie.
  3. Batteriesystem nach Anspruch 1, worin das Kapazitätsmodul konfiguriert ist, um die gegenwärtige Kapazität basierend auf einer gewichteten Summe der bestimmten gegenwärtigen Kapazität und einem vorherigen Wert der gegenwärtigen Kapazität einzustellen und die Gewichtungen für die gewichtete Summe basierend auf Konfidenzintervallen für die bestimmte gegenwärtige Kapazität und den vorherigen Wert der gegenwärtigen Kapazität zu bestimmen.
  4. Batteriesystem nach Anspruch 1, worin das Beziehungsmodul konfiguriert ist, um die Kapazitätsänderungen basierend auf mathematischen Produkten der Änderungen im SOC mit jeweils den Referenzkapazitäten zu bestimmen.
  5. Batteriesystem nach Anspruch 1, worin die OCVs in der Nachschlagetabelle von einer vorgegebenen minimalen OCV bis zu einer vorgegebenen maximalen OCV reichen.
  6. Batteriesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Ladezustandsmodul, das konfiguriert ist, um einen vorhandenen SOC der Batterie zu bestimmen.
  7. System, das Folgendes umfasst: Batteriesystem nach Anspruch 6; eine Anzeige, die sich in einer Fahrgastkabine des Fahrzeugs befindet; und ein Anzeigemodul, das konfiguriert ist, um einen Fahrbereich des Fahrzeugs basierend auf dem gegenwärtigen SOC der Batterie zu bestimmen und den Fahrbereich des Fahrzeugs auf der Anzeige anzuzeigen.
  8. System, das Folgendes umfasst: Batteriesystem nach Anspruch 6; einen Motor; und ein Motorsteuergerät, das konfiguriert ist, um den Motor zu starten, wenn der aktuelle SOC der Batterie kleiner als ein vorgegebener SOC ist.
  9. Batteriesystem nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Spannungssensor, der konfiguriert ist, um die erste OCV und die zweite OCV der Batterie zu messen.
  10. Batteriesystem nach Anspruch 1, worin das erste Speichermodul konfiguriert ist, um die erste OCV der Batterie beim Starten des Fahrzeugs zu speichern, wenn die Batterie für mindestens einen vorgegebenen Zeitraum vor dem Starten des Fahrzeugs nicht geladen oder entladen wurde.
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