DE102019115853A1

DE102019115853A1 - Überprüfung des betriebs von batterieschützen während des fahrzeugbetriebs ohne leistungsverlust

Info

Publication number: DE102019115853A1
Application number: DE102019115853.2A
Authority: DE
Inventors: Dave G. Rich; Jonathan O. Conell; Robert A. De Stefano; Saad Hasan; Benjamin G. Wroblewski; Lyall K. Winger
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2019-06-11
Publication date: 2020-05-14
Also published as: US11156665B2; US20200150182A1; CN111162574B; CN111162574A

Abstract

Ein Batteriesteuerungssystem beinhaltet T Schützpfade, die parallel zwischen einer Batterie und einem Verbraucher geschaltet sind, wobei T eine ganze Zahl größer als eins ist. Jeder der T Schützpfade beinhaltet ein erstes Schütz und ein zweites Schütz, die in Reihe mit dem ersten Schütz geschaltet sind. Jeder der T Schützpfade beinhaltet mindestens einen von einem ersten Spannungssensor, der konfiguriert ist, um eine erste Spannung zwischen dem ersten Schütz und dem zweiten Schütz zu erfassen; und einen Stromsensor, der konfiguriert ist, um den durch das erste Schütz und das zweite Schütz fließenden Strom zu erfassen. Ein zweiter Spannungssensor ist konfiguriert, um eine zweite Spannung an einem Ende der T Schützpfade zu erfassen. Ein dritter Spannungssensor ist konfiguriert, um eine dritte Spannung an einem gegenüberliegenden Ende der T Schützpfade zu erfassen.

Description

EINLEITUNG
Die in diesem Abschnitt enthaltenen Informationen dienen dazu, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Werke der derzeit vorliegend Erfinder, soweit sie in diesem Abschnitt beschrieben sind, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung nicht als Stand der Technik gelten können, werden weder ausdrücklich noch stillschweigend als Stand der Technik gegen die vorliegende Offenbarung anerkannt.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Batteriesysteme einschließlich Schütze und insbesondere auf Systeme und Verfahren zur Überprüfung des Betriebs und der Neukonfiguration der Schütze während des Betriebs eines Fahrzeugs.
Fahrzeuge wie motorbetriebene Fahrzeuge, Hybridfahrzeuge und Elektrofahrzeuge beinhalten Batteriesysteme einschließlich Batteriezellen. Während einiger Betriebsmoden liefern die Batteriezellen Strom an die Verbraucher des Fahrzeugs. So können beispielsweise die Batteriezellen Strom für das Starten eines Motors oder das Betreiben eines Elektromotors im Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug liefern. Die Batteriesysteme beinhalten typischerweise ein Schütz zum selektiven Verbinden und Trennen der Batterie von dem Verbraucher.
BESCHREIBUNG
Ein Batteriesteuerungssystem beinhaltet T Schützpfade, die parallel zwischen einer Batterie und einem Verbraucher geschaltet sind, wobei T eine ganze Zahl größer als eins ist. Jeder der T Schützpfade beinhaltet ein erstes Schütz und ein zweites Schütz, das in Reihe mit dem ersten Schütz geschaltet ist. Jeder der T Schützpfade beinhaltet mindestens einen von einem ersten Spannungssensor, der konfiguriert ist, um eine erste Spannung zwischen dem ersten Schütz und dem zweiten Schütz zu erfassen; und einen Stromsensor, der konfiguriert ist, um den durch den ersten Schütz und den zweiten Schütz fließenden Strom zu erfassen. Ein zweiter Spannungssensor ist konfiguriert, um eine zweite Spannung an einem Ende der T Schützpfade zu erfassen. Ein dritter Spannungssensor ist konfiguriert, um eine dritte Spannung an einem gegenüberliegenden Ende der T Schützpfade zu erfassen.
In weiteren Merkmalen beinhaltet ein Batteriesystem das Batteriesteuerungssystem und die Batterie. Die Batterie beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen.
In weiteren Merkmalen ist eine Steuerung konfiguriert, um während des Betriebs eines Fahrzeugs mit der Batterie jeden der T Schützpfade zu testen, indem sie selektiv eines des ersten Schützes und des zweiten Schützes öffnet, während das andere des ersten Schützes und des zweiten Schützes geschlossen ist; die zweite Spannung, die dritte Spannung und mindestens eine der ersten Spannung und den Strom für das eine des ersten Schützes und des zweiten Schützes erfasst; und einen Betriebszustand des einen des ersten Schützes und des zweiten Schützes basierend auf der zweiten Spannung, der dritten Spannung und mindestens einer der ersten Spannung und des Stroms bestimmt.
Die Steuerung ist ferner konfiguriert, um das andere des ersten Schützes und des zweiten Schützes selektiv zu öffnen, während das eine des ersten Schützes und des zweiten Schützes geschlossen ist; die zweite Spannung, die dritte Spannung und die mindestens eine der ersten Spannung und den Strom für das andere des ersten Schützes und des zweiten Schützes zu erfassen; und einen Betriebszustand des anderen des ersten Schützes und des zweiten Schützes basierend auf der zweiten Spannung, der dritten Spannung und der mindestens einen der ersten Spannung und des Stroms zu bestimmen.
In weiteren Merkmalen ist die Steuerung ferner konfiguriert, um, wenn ein Zustand eines der T Schützpfade nicht betriebsbereit ist, mindestens eines des ersten Schützes und des zweiten Schützes in dem einen der T Schützpfade zu öffnen und die operativen der T Schützpfade zur Stromversorgung von der Batterie zu verwenden.
In weiteren Merkmalen ist die Steuerung konfiguriert, um das Fahrzeug in einem eingeschränkten Leistungsmodus zu betreiben, wenn ein Zustand von mindestens einem der T Schützpfade nicht betriebsbereit ist.
In weiteren Merkmalen ist die Steuerung weiterhin konfiguriert, um einen Fehlercode zu erzeugen oder eine Anzeige auszulösen, wenn ein Zustand eines der T Schützpfade nicht betriebsbereit ist.
In weiteren Merkmalen ist eine Steuerung konfiguriert, um das Öffnen und Schließen des ersten Schützes und des zweiten Schützes in jedem der T Schützpfade zu steuern und die Nutzung der T Schützpfade während des Betriebs eines Fahrzeugs einschließlich der Batterie neu zu konfigurieren.
In weiteren Merkmalen ist eine Steuerung konfiguriert, um Zustände des ersten Schützes und des zweiten Schützes in jedem der T Schützpfade zu steuern. Die Steuerung ist konfiguriert, um einen ausgewählten der T Schützpfade zu variieren, der zuerst schließt, bevor andere der T Schützpfade schließen.
Ein Batteriesteuerungssystem beinhaltet T Schützpfade, die parallel zwischen einer Batterie und einem Verbraucher geschaltet sind, wobei T eine ganze Zahl größer als eins ist. Jeder der T Schützpfade beinhaltet ein erstes Schütz, ein zweites Schütz, das in Reihe mit dem ersten Schütz geschaltet ist; und einen Stromsensor, der konfiguriert ist, um den durch das erste Schütz und das zweite Schütz fließenden Strom zu erfassen. Ein erster Spannungssensor ist konfiguriert, um eine erste Spannung an einem Ende der T Schützpfade zu erfassen. Ein zweiter Spannungssensor ist konfiguriert, um eine zweite Spannung an einem gegenüberliegenden Ende der T Schützpfade zu erfassen. Eine Steuerung ist konfiguriert, um Zustände des ersten Schützes und des zweiten Schützes in jedem der T Schützpfade zu steuern; während des Betriebs eines Fahrzeugs einschließlich der Batterie jeden der T Schützpfade zu testen; und wenn ein Zustand eines der T Schützpfade nicht betriebsbereit ist, mindestens eines des ersten Schützes und des zweiten Schützes in dem einen der T Schützpfade zu öffnen und die operativen der T Schützpfade zu verwenden, um Energie von der Batterie zu liefern.
In weiteren Merkmalen beinhaltet ein Batteriesystem das Batteriesteuerungssystem und die Batterie. Die Batterie beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen.
In weiteren Merkmalen testet die Steuerung jeden der T Schützpfade durch: selektives Öffnen eines des ersten Schützes und des zweiten Schützes; Erfassen der ersten Spannung, des Stroms und der zweiten Spannung für das erste Schütz und das zweite Schütz; und Bestimmen eines Betriebszustandes des ersten Schützes und des zweiten Schützes basierend auf der ersten Spannung, der zweiten Spannung und dem Strom.
In anderen Merkmalen ist die Steuerung ferner konfiguriert, um: selektiv das andere des ersten Schützes und des zweiten Schützes zu öffnen; die erste Spannung, den Strom und die zweite Spannung für das andere des ersten Schützes und des zweiten Schützes zu erfassen; und einen Betriebszustand des anderen des ersten Schützes und des zweiten Schützes basierend auf der ersten Spannung, der zweiten Spannung und dem Strom zu bestimmen.
In weiteren Merkmalen ist die Steuerung konfiguriert, um das Fahrzeug in einem eingeschränkten Leistungsmodus zu betreiben, wenn ein Zustand von mindestens einem der T Schützpfade nicht betriebsbereit ist. Die Steuerung ist ferner konfiguriert, um einen Fehlercode zu erzeugen oder eine Anzeige auszulösen, wenn ein Zustand eines der T Schützpfade nicht betriebsbereit ist.
In weiteren Merkmalen ist die Steuerung ferner konfiguriert, um die Nutzung der T Schützpfade während des Betriebs eines Fahrzeugs einschließlich der Batterie neu zu konfigurieren. Die Steuerung ist konfiguriert, um einen ausgewählten der T Schützpfade zu variieren, der zuerst schließt, bevor andere der T Schützpfade schließen.
Ein Batteriesteuerungssystem beinhaltet T Schützpfade, die parallel zwischen einer Batterie und einem Verbraucher geschaltet sind, wobei T eine ganze Zahl größer als eins ist. Jeder der T Schützpfade beinhaltet ein erstes Schütz, ein zweites Schütz, das in Reihe mit dem ersten Schütz geschaltet ist, und einen Stromsensor, der konfiguriert ist, um den durch das erste Schütz und das zweite Schütz fließenden Strom zu erfassen. Ein erster Spannungssensor ist konfiguriert, um eine erste Spannung an einem Ende der T Schützpfade zu erfassen. Ein zweiter Spannungssensor ist konfiguriert, um eine zweite Spannung an einem gegenüberliegenden Ende der T Schützpfade zu erfassen. Eine Steuerung ist konfiguriert, um Zustände des ersten Schützes und des zweiten Schützes in jedem der T Schützpfade zu steuern; und einen ausgewählten der T Schützpfade zu variieren, der zuerst schließt, bevor andere der T Schützpfade schließen.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen. Die detaillierte Beschreibung und die konkreten Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Umfang der Offenbarung nicht einschränken.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird durch die detaillierte Beschreibung und die zugehörigen Zeichnungen besser verstanden, wobei:

1 bis 4 Funktionsblockdiagramme von Beispielen für Batteriesysteme mit Schützen sind;
5A und 5B Funktionsblockdiagramme eines Beispiels eines Batteriesystems mit mehreren Schützpfaden gemäß der vorliegenden Offenbarung sind;
6 ein Funktionsblockdiagramm eines Beispiels eines Batteriesystems mit mehreren Schützpfaden gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
7 ein Flussdiagramm eines Beispiels für ein Verfahren zum Betreiben des Batteriesystems mit mehreren Schützpfaden gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
8 ein Flussdiagramm eines Beispiels für ein Verfahren zum Betreiben des Batteriesystems mit mehreren Schützpfaden gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
9 ein Diagramm ist, das eine Reihe von erwarteten Betriebszyklen der Schütze bei verschiedenen Schaltstrompegeln darstellt; und
10 ein Flussdiagramm eines Beispiels für ein Verfahren zum Betreiben des Batteriesystems mit mehreren Schützpfaden gemäß der vorliegenden Offenbarung ist.

In den Zeichnungen können Referenznummern zur Identifizierung ähnlicher und/oder identischer Elemente wiederverwendet werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Während die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren im Rahmen eines Batteriesystems mit mehreren Schützpfaden für ein Fahrzeug dargestellt werden, können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren in einer Reihe anderer Fahrzeug- und/oder Nicht-Fahrzeuganwendungen verwendet werden. So können beispielsweise die Systeme und Verfahren genutzt werden, um Strom aus anderen Energiequellen zu liefern. In anderen Beispielen können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren verwendet werden, um Strom in Notleistungssystemen und dergleichen zu liefern.
Die meisten Batteriesysteme beinhalten ein einziges Schütz, das eine oder mehrere Verbraucher mit der Batterie verbindet. Die ordnungsgemäße Funktion des Schützes wird regelmäßig überprüft, um einen sicheren Batteriebetrieb zu gewährleisten. Herkömmliche Systeme und Verfahren zum Testen des Schützes führen eine Überprüfung im sehr niedrigen Strom- oder Ausschaltzustand durch. Darüber hinaus bestimmen traditionelle Systeme und Verfahren zur Steuerung des Schützes, ob sich das Schütz in einem guten oder schlechten Betriebszustand befindet. Diese Systeme und Verfahren ermöglichen keine fliegende (on-the-fly) Neukonfiguration des Batteriesystems, um den weiteren Fahrzeugbetrieb zu ermöglichen.
Die Überprüfung des Betriebs bei niedrigem Strom garantiert jedoch nicht ausreichend, dass das Schütz bei höheren Stromwerten, die während des Fahrzeugbetriebs auftreten, korrekt funktioniert. Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf ein Batteriesystem mit einer Vielzahl von parallelen Schützpfaden, die während des Betriebs (on-the-fly) neu konfiguriert werden können, wenn ein Schütz-Ausfall auftritt. Die Systeme und Verfahren führen auch Tests während des Betriebs des Fahrzeugs (z. B. während der Fahrt) durch, um den ordnungsgemäßen Betrieb bei höheren Stromstärken sicherzustellen.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 sind Beispiele für Batteriesysteme mit einem oder mehreren Schützen dargestellt. In 1 beinhaltet ein System 10 ein elektromechanisches Schütz 12 und eine Batterie 14, die zwischen den Knoten N₁ und N₂ geschaltet ist. Die Batterie 14 beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen, die in Reihe und/oder parallel geschaltet sind. Der Knoten N₁ kann mit einer oder mehreren Verbrauchern und der Knoten N₂ mit einem Bezugspotential, wie beispielsweise der Gehäusemasse, verbunden sein. Wenn ein Fahrzeug eine einzelne Batterie beinhaltet, geht während des Selbsttests des elektromechanischen Schützes 12 Leistung verloren. Daher kann der Selbsttest nicht während des Betriebs des Fahrzeugs durchgeführt werden. Dieser Ansatz testet auch nicht den Betrieb des Schützes bei hohen Strompegeln.
In 2 beinhaltet ein System 30 ein elektromechanisches Schütz 32 und eine Batterie 38, die zwischen den Knoten N₁ und N₂ geschaltet ist. Eine Klemme eines Relais 34 ist mit dem Knoten N₁ und eine weitere Klemme des Relais 34 ist zwischen dem elektromechanischen Schütz 32 und der Batterie 38 geschaltet. In einigen Beispielen beinhaltet das Relais 34 einen Feldeffekttransistor (FET), der als Schalter arbeitet. Der Pfad einschließlich des Relais 34 kann nur eine begrenzte Menge an Energie aufnehmen. Daher muss das Fahrzeug während des Testens in einem Niedrigleistungs- oder Ruhezustand gehalten werden. Der Niedrigleistungs- oder Ruhezustand muss auf der Ebene des Fahrzeugsteuerungssystems geplant werden. Derzeit haben viele Hersteller keine Möglichkeit, das Aufwachen der Module während des Schütz-Selbsttests zu synchronisieren oder zu verhindern. Daher ist der Niedrigverbrauchs- oder Ruhezustand während des Testens nicht gewährleistet.
In 3 beinhaltet ein System 60 erste und zweite elektromechanische Schütze 70 und 74, die in Reihe zwischen den Knoten N₁ und N₂ geschaltet sind. Eine Batterie 78 ist mit den ersten und zweiten Schützen 70 und 74 verbunden. Das zweite elektromechanische Schütz 74 stellt sicher, dass die Batterie 78 vom Knoten N₁ getrennt werden kann. Wenn ein Fahrzeug eine einzelne Batterie beinhaltet, geht während des Selbsttests des ersten Schützes 70 und/oder des zweiten Schützes 74 Leistung verloren. Daher kann der Selbsttest nicht während des Betriebs des Fahrzeugs durchgeführt werden, was etwas unpraktisch ist.
In 4 beinhaltet ein System 100 erste und zweite elektromechanische Schütze 110 und 114, die in Reihe zwischen den Knoten N₁ und N₂ geschaltet sind. Eine Batterie 128 ist mit den ersten und zweiten elektromechanischen Schützen 110 und 114 verbunden. Eine Klemme eines Relais 120 ist mit dem Knoten N₁ und eine weitere Klemme des Relais 120 ist zwischen dem zweiten elektromechanischen Schütz 114 und der Batterie 128 verbunden. In einigen Beispielen beinhaltet das Relais 120 einen Feldeffekttransistor (FET) -Schalter.
Der Pfad einschließlich des Relais 120 kann nur eine begrenzte Menge an Energie aufnehmen. Daher muss das Fahrzeug während des Testens in einem Niedrigleistungs- oder Ruhezustand gehalten werden. Der Niedrigleistungs- oder Ruhezustand muss auf der Ebene der Fahrzeugsteuerungssystems geplant werden. Derzeit haben viele Hersteller keine Möglichkeit, das Aufwachen der Module während des Schütz-Selbsttests zu synchronisieren oder zu verhindern. Daher ist der Niedrigleistungs- oder Ruhezustand nicht garantiert.
Unter Bezugnahme auf die 5A bis 6 ist nun ein Batteriesystem 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das Batteriesystem 200 beinhaltet eine Vielzahl von Schützpfaden 218-1, 218-2, .... und 218-T (zusammen Schützpfade 218) (wobei T eine ganze Zahl größer als eins ist), die parallel geschaltet sind. Jeder der Schützpfade 218 beinhaltet ein erstes Schütz (z.B. erste Schütze 220-1, 220-2, .... und 220-T (zusammen erste Schütze 220)), einen Stromsensor (Stromsensoren 222-1, 222-2, .... und 222-T (zusammen Stromsensoren 222)) und ein zweites Schütz (z.B. zweite Schütze 224-1, 224-2, .... und 224-T (zusammen zweite Schütze 224)). Die ersten und zweiten Schütze 220 und 224 beinhalten erste und zweite Klemmen und eine Steuerklemme. Die zusätzlichen Schützpfade reduzieren den von jedem Schützpfad getragenen Strom, was die Lebensdauer der Schütze in jedem Pfad erhöht.
Die Stromsensoren 222 erfassen den in jedem der Schützpfade 218 fließenden Strom. Ein erster Spannungssensor 238 erfasst eine erste Spannung zwischen den Schützen 220 und dem Knoten N₁ . Ein zweiter Spannungssensor 240 erfasst eine zweite Spannung zwischen den zweiten Schützen 224 und der Batterie 250. Die ersten Schütze 220 und die zweiten Schütze 224 können elektromechanische Schütze oder elektrische Schalter wie FETs sein.
In 5B beinhaltet ein Batteriesteuerungssystem 300 eine oder mehrere Fahrzeugsteuerungen 310, die mit einer Batteriesystemsteuerung 320 kommunizieren. Die Batteriesystemsteuerung 320 kommuniziert mit den Spannungssensoren 330 und den Stromsensoren 334. Die Steuerung 320 führt Testen und selektive Neukonfiguration der Schütze 340 basierend auf den erfassten Spannungen und Strömen durch, wie im Folgenden näher beschrieben wird. In einigen Beispielen bestimmen die eine oder mehreren Fahrzeugsteuerungen 310, wann das Testen durchgeführt werden soll. In anderen Beispielen bestimmt die Steuerung 320, wann das Testen durchgeführt werden soll.
In 6 ist ein weiteres Beispiel für ein Batteriesystem 300 gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Zwischen den Schützen 220 und 224 in den T Schützpfaden 218 sind ein oder mehrere Spannungssensoren 340 angeschlossen, um die Spannung zwischen den Schützen 220 und 224 zu erfassen. In einigen Beispielen können die Stromsensoren 222 weggelassen werden und die Spannungserfassung wird zur Betriebsdiagnose verwendet. In einigen Beispielen werden die Stromsensoren auf Nullverschiebung kalibriert, wenn eines oder beide der Schütze im entsprechenden Pfad geöffnet sind.
Ein oder mehrere Widerstände R1 sind optional mit Masse verbunden, um Streuladungen zwischen den Schützen 220 und 224 (wenn eines oder beide offen sind) zu beseitigen und das Signal-Rausch-Verhältnis (S/N) der Spannungs-Delta-Messwerte zu erhöhen. So können beispielsweise Widerstände mit einem Wert größer oder gleich 1 mΩ verwendet werden. Während jeder Leiterpfad einen separaten Spannungssensor beinhalten kann, kann ein Multiplexer 342 verwendet werden, um die Kosten durch Eliminierung von T-1 der Spannungssensoren 340 zu reduzieren und den Spannungssensor 340 selektiv mit dem richtigen der T-Leiterpfade 218 zur Messung zu verbinden.
Die Steuerung 320 kann jedes der Schütze in jedem der Schützpfade aktivieren oder deaktivieren. Die Schütze sind so bemessen, dass sie Stützlasten bei einem oder mehreren geöffneten Schützpfaden ermöglichen. Wenn das erste Schütz und/oder das zweite Schütz in einem Schützpfad betriebsbereit und geöffnet sind, sinkt der vom Stromsensor gemessene Strom auf Null und die Spannungssensoren lesen eine Spannungsdifferenz zwischen der externen Spannung und der Batteriespannung aus. Wenn eines der Schütze geschlossen ausgefallen ist, ist die Spannungsdifferenz kleiner oder ungefähr Null und der erfasste Strom ist größer als Null.
Wenn das erste oder zweite Schütz des Schützpfades ausfällt, kann das zweite oder erste Schütz im gleichen Schützpfad geöffnet werden. In einigen Beispielen kann das Öffnen des betriebsbereiten Schützes im Schützpfad überprüft werden, um einen weiteren Fahrzeugbetrieb zu ermöglichen. Das Fahrzeug arbeitet weiterhin mit den verbleibenden Schützpfaden. Wenn sowohl das erste als auch das zweite Schütz in einem Schützpfad geschlossen ausgefallen sind, kann der Betrieb des Fahrzeugs verhindert werden.
Unter Bezugnahme nun auf 7 ist ein Verfahren 600 zum Betreiben des Batteriesystems mit mehreren parallelen Schützpfaden dargestellt. Bei 610 bestimmt das Verfahren, ob das Fahrzeug in Betrieb ist. Im Allgemeinen werden während des Betriebs des Fahrzeugs die Schütze in einem oder mehreren der N Schützpfade geschlossen, um einen Fahrzeugverbraucher zu versorgen. Wenn 610 wahr ist, setzt das Verfahren N = 1 bei 614. Bei 620 bestimmt das Verfahren, ob eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist oder ein Ereignis eintritt, um das Testen auszulösen. Beispielsweise kann das Testen aller D Antriebszyklen durchgeführt werden (wobei D eine ganze Zahl größer als Null ist). In anderen Beispielen können gemessene Strom- und Spannungswerte aus vorangegangenen Tests zur Bestimmung der zukünftigen Testfrequenz verwendet werden. In anderen Beispielen kann die Prüfung nach H Hochlastereignissen wie einer harten Beschleunigung durchgeführt werden, wobei H eine ganze Zahl größer als Null ist.
Wenn 620 wahr ist, fährt das Verfahren bei 622 fort und bestimmt, ob N > T ist, wobei T der Anzahl der Schützpfade T entspricht. Bei 626 öffnet das Verfahren ein Schütz im N-ten Schützpfad, während das andere Schütz im N-ten Schützpfad geschlossen ist. Bei 632 entnimmt und speichert das Verfahren die erste und zweite Spannung und den erfassten Strom. Bei 634 bestimmt das Verfahren einen Betriebszustand des Schützes im N-ten Schützpfad basierend auf der ersten und zweiten Spannung und dem gemessenen Strom. In einigen Beispielen können die erste und zweite Spannung und der gemessene Strom mit vorgegebenen Spannungs- und Stromwerten verglichen werden.
Wenn das eine Schütz betriebsbereit ist, wird das andere Schütz getestet. Bei 636 öffnet das Verfahren das andere Schütz im N-ten Schützpfad, während das eine Schütz im N-ten Schützpfad geschlossen ist. Bei 638 entnimmt und speichert das Verfahren die Spannungen und den Strom. Bei 642 bestimmt das Verfahren einen Betriebszustand des anderen Schützes im N-ten Schützpfad. Bei 644 erhöht das Verfahren N, schließt die Schütze im N-ten Schützpfad und kehrt zu 622 zurück, um die verbleibenden Schützpfade zu testen. Wie zu erkennen ist, kann die Anzahl der Schütze in jedem der Schützpfade variiert werden.
Unter Bezugnahme nun auf 8 ist ein Verfahren 680 zum Betreiben des Batteriesystems mit mehreren Schützpfaden dargestellt. Bei 684 bestimmt das Verfahren, ob einer der Schützpfade nicht betriebsbereit ist, wie in 7 bestimmt. Bei 686 betreibt das Verfahren das Fahrzeug unter Verwendung einer oder mehrerer der verbleibenden betriebsbereiten Schützpfade. Das heißt, eines oder beide Schütze im nicht betriebsbereiten Pfad werden geöffnet. Bei 690 erzeugt das Verfahren optional einen Fehlercode und/oder löst eine Anzeige basierend auf der Anzahl der verbleibenden betriebsbereiten Schützpfade aus. So kann beispielsweise einem Batteriesystem mit 3 Schützpfaden erlaubt werden, mit 2 betriebsbereiten Schützpfaden betrieben werden, ohne einen Fehlercode zu erzeugen oder eine Anzeige auszulösen. Wenn jedoch eine weitere der verbleibenden 2 Schützpfade defekt ist, wird der Fehlercode und/oder die Anzeige verwendet. In anderen Beispielen kann der Fehlercode oder die Anzeige ausgelöst werden, wenn nur ein Schützpfad nicht funktioniert. Bei 694 betreibt das Verfahren das Fahrzeug optional in einem eingeschränkten Leistungsmodus, abhängig von der Anzahl der verbleibenden betriebsbereiten Schützpfade.
Unter Bezugnahme auf 9 wird nun eine Reihe von erwarteten Betriebszyklen bei unterschiedlichen Stromstärken dargestellt. Wie zu erkennen ist, steigt mit abnehmendem Schaltstrom die Anzahl der Schaltungsoperationen, die vom Schütz vor dem Ausfall ausgeführt werden können, deutlich an. Systeme und Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ändern einen ausgewählten der Schützpfade, der sich zuerst schließt, um den Verschleiß aller Schützpfade auszugleichen.
Unter Bezugnahme nun auf 10 ist ein Verfahren 700 zum Betreiben des Batteriesystems mit mehreren Schützpfaden dargestellt. Bei 710 setzt das Verfahren N = 1. Bei 714 wählt und verwendet das Verfahren den N-ten der Vielzahl von Schützpfaden als den ersten Schützpfad, der während des Betriebs geschlossen wird. Bei 718 bestimmt das Verfahren, ob eine vorbestimmte Zeitspanne abgelaufen ist oder ein Ereignis eintritt. So kann beispielsweise das vorgegebene Ereignis die V Fahrzeugleistung bei Ereignissen beinhalten, wobei V eine ganze Zahl größer als Null ist. Wenn 718 wahr ist, bestimmt das Verfahren, ob N = T. Wenn 722 falsch ist, erhöht das Verfahren N bei 724 und kehrt zu 714 zurück. Wenn 722 wahr ist, kehrt das Verfahren zu 710 zurück.
Diese hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können Schützausfälle während des Fahrzeugbetriebs erkennen, ohne dass die Leistung des elektrischen Systems des Fahrzeugs verloren geht oder eingeschränkt wird. Das Batteriesystem kann neu konfiguriert werden, um ein fehlerhaftes Schütz zu entfernen, damit das Fahrzeug trotz des Fehlers in Betrieb bleiben kann und möglicherweise fehlertolerant und betriebsbereit ist. Diese hierin beschriebenen Systeme und Verfahren verlängern auch die Lebensdauer der Schütze erheblich, wenn sie mit hohem Strom geöffnet/geschlossen werden müssen. Die Prüfung der Schütze kann ohne Synchronisation mit dem Fahrzeugbetrieb durchgeführt werden. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können auch Stromverschiebungen und/oder andere Hardware- oder Kalibrierungsprobleme erkennen.
Die vorstehende Beschreibung hat lediglich illustrativen Charakter und soll in keiner Weise die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen einschränken. Die weit gefasste Lehre der Offenbarung kann in einer Vielzahl von Formen umgesetzt werden. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Beispiele enthält, sollte der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht so begrenzt sein, da sich andere Änderungen nach einem Studium der Zeichnungen, der Spezifikation und der folgenden Ansprüche ergeben werden. Es ist zu verstehen, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Obwohl jede der Ausführungsformen vorstehend beschrieben wird, dass sie bestimmte Merkmale aufweist, kann jedes oder mehrere der beschriebenen Merkmale in Bezug auf eine Ausführungsform der Offenbarung mit Merkmalen einer der anderen Ausführungsformen implementiert und/oder mit dieser kombiniert werden, auch wenn diese Kombination nicht ausdrücklich beschrieben wird. Mit anderen Worten, die beschriebenen Ausführungsformen schließen sich nicht gegenseitig aus, und Permutationen einer oder mehrerer Ausführungsformen untereinander bleiben im Rahmen dieser Offenbarung.
Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z.B. zwischen Modulen, Schaltelementen, Halbleiterschichten usw.) werden durch verschiedene Begriffe beschrieben, einschließlich „verbunden“, „in Eingriff“, „gekoppelt“, „benachbart“, „neben“, „auf“, „über“, „unter“ und „angeordnet“. Sofern nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben, kann diese Beziehung, wenn eine Beziehung zwischen ersten und zweiten Elementen in der obigen Offenbarung beschrieben wird, eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen dazwischenliegenden Elemente zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind, sondern auch eine indirekte Beziehung, bei der ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente (entweder räumlich oder funktional) zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind. Wie hierin verwendet, sollte die Phrase mindestens eines von A, B und C so ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A ODER B ODER C) unter Verwendung eines nicht ausschließenden logischen ODERs bedeutet, und nicht so ausgelegt werden, dass sie „mindestens eines von A, mindestens eines von B und mindestens eines von C“ bedeutet.
In den Abbildungen zeigt die Richtung eines Pfeils, wie sie durch die Pfeilspitze angezeigt wird, im Allgemeinen den Informationsfluss (z.B. Daten oder Anweisungen), der für die Darstellung von Interesse ist. Wenn beispielsweise Element A und Element B eine Vielzahl von Informationen austauschen, aber Informationen, die von Element A an Element B übertragen werden, für die Darstellung relevant sind, kann der Pfeil von Element A auf Element B zeigen. Dieser unidirektionale Pfeil bedeutet nicht, dass keine weiteren Informationen von Element B an Element A übertragen werden. Außerdem kann Element B für Informationen, die von Element A an Element B gesendet werden, Anfragen oder Empfangsbestätigungen für die Informationen an Element A senden.
In dieser Anwendung, einschließlich der folgenden Definitionen, kann der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Steuerung“ durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. "Der Begriff „Modul“ kann sich beziehen auf, Teil sein von oder beinhalten: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischte analoge/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischte analoge/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; eine feldprogrammierbare Gateanordnung (FPGA); eine Prozessorschaltung (geteilt, dediziert oder gruppiert), die Code ausführt; eine Speicherschaltung (geteilt, dediziert oder gruppiert), die Code speichert, der von der Prozessorsteuerung ausgeführt wird; andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination von einigen oder allen der oben genannten, wie beispielsweise in einem System-auf-Chip (system-on-chip).
Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen beinhalten. In einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen drahtgebundene oder drahtlose Schnittstellen beinhalten, die mit einem lokalen Netzwerk (LAN), dem Internet, einem Wide Area Network (WAN) oder Kombinationen davon verbunden sind. Die Funktionalität eines bestimmten Moduls der vorliegenden Offenbarung kann auf mehrere Module verteilt werden, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind. So können beispielsweise mehrere Module einen Lastenausgleich ermöglichen. In einem weiteren Beispiel kann ein Server (auch als Remote- oder Cloud-Modul bezeichnet) eine bestimmte Funktionalität im Namen eines Client-Moduls ausführen.
Der oben verwendete Begriff Code kann Software, Firmware und/oder Mikrocode beinhalten und sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff geteilte Prozessorschaltung umfasst eine einzelne Prozessorschaltung, die einen Teil oder den gesamten Code aus mehreren Modulen ausführt. Der Begriff Gruppenprozessorschaltung umfasst eine Prozessorschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Prozessorschaltungen einen Teil oder den gesamten Code von einem oder mehreren Modulen ausführt. Verweise auf Mehrfachprozessorschaltungen umfassen Mehrfachprozessorschaltungen auf diskreten Matrizen, Mehrfachprozessorschaltungen auf einem einzelnen Matrizen, Mehrfachkerne einer einzelnen Prozessorschaltung, Mehrfachstränge einer einzelnen Prozessorschaltung oder eine Kombination aus den obigen. Der Begriff geteilte Speicherschaltung umfasst eine einzelne Speicherschaltung, die einen Teil oder den gesamten Code aus mehreren Modulen speichert. Der Begriff Gruppenspeicherschaltung umfasst eine Speicherschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Speichern einen Teil oder den gesamten Code aus einem oder mehreren Modulen speichert.
Der Begriff Speicherschaltung ist eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium. Der hierin verwendete Begriff computerlesbares Medium umfasst nicht flüchtige elektrische oder elektromagnetische Signale, die sich durch ein Medium ausbreiten (z.B. auf einer Trägerwelle); der Begriff computerlesbares Medium kann daher als greifbar und nichtflüchtig angesehen werden. Nicht einschränkende Beispiele für ein nichtflüchtiges, greifbares, computerlesbares Medium sind nichtflüchtige Speicherschaltungen (wie eine Flash-Speicherschaltung, eine löschbare, programmierbare Nur-Lese-Speicherschaltung oder eine Masken-Lese-Speicherschaltung), flüchtige Speicherschaltungen (wie eine statische Direktzugriffsspeicherschaltung oder eine dynamische Direktzugriffsspeicherschaltung), magnetische Speichermedien (wie ein analoges oder digitales Magnetband oder eine Festplatte) und optische Speichermedien (wie eine CD, eine DVD oder eine Blu-ray Disc).
Die in dieser Anwendung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig von einem Spezialcomputer implementiert werden, der durch Konfiguration eines Universalcomputers zum Ausführen einer oder mehrerer bestimmter Funktionen, die in Computerprogrammen enthalten sind, erstellt wurde. Die oben beschriebenen Funktionsblöcke, Flussdiagrammkomponenten und andere Elemente dienen als Softwarespezifikationen, die durch die routinemäßige Arbeit eines Fachtechnikers oder Programmierers in die Computerprogramme umgesetzt werden können.
Die Computerprogramme beinhalten prozessorausführbare Anweisungen, die auf mindestens einem nichtflüchtigen, greifbaren, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten enthalten oder sich auf diese stützen. Die Computerprogramme können ein grundlegendes Ein-/Ausgabesystem (BIOS) umfassen, das mit der Hardware des Spezialcomputers interagiert, Gerätetreiber, die mit bestimmten Vorrichtungen des Spezialcomputers interagieren, ein oder mehrere Betriebssysteme, Benutzeranwendungen, Hintergrunddienste, Hintergrundanwendungen usw.
Die Computerprogramme können umfassen: (i) beschreibender Text, der analysiert werden soll, wie HTML (Hypertext-Markup-Sprache), XML (erweiterbare Markup-Sprache) oder JSON (JavaScript Object Notation) (ii) Assembly-Code, (iii) Objektcode, der aus dem Quellcode eines Compilers erzeugt wird, (iv) Quellcode zur Ausführung durch einen Interpreter, (v) Quellcode zur Kompilierung und Ausführung durch einen Just-in-time-Compiler, etc. Der Quellcode kann lediglich als Beispiel mit Syntax aus Sprachen wie C, C++, C#, Objective-C, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5 (Hypertext Markup Language 5th Revision), Ada, ASP (Active Server Pages), PHP (PHP: Hypertext Preprocessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK und Python® geschrieben sein.

Claims

Batteriesteuerungssystem, umfassend: T Schützpfade, die parallel zwischen einer Batterie und einem Verbraucher geschaltet sind, wobei T eine ganze Zahl größer als eins ist, wobei jeder der T Schützpfade beinhaltet: ein erstes Schütz; ein zweites Schütz, das in Reihe mit dem ersten Schütz geschaltet ist; und mindestens eines von: einem ersten Spannungssensor, der konfiguriert ist, um eine erste Spannung zwischen dem ersten Schütz und dem zweiten Schütz zu erfassen; und einen Stromsensor, der konfiguriert ist, um Strom zu erfassen, der durch das erste Schütz und das zweite Schütz fließt; einen zweiten Spannungssensor, der konfiguriert ist, um eine zweite Spannung an einem Ende der T Schützpfade zu erfassen; und einen dritten Spannungssensor, der konfiguriert ist, um eine dritte Spannung an einem gegenüberliegenden Ende der T Schützpfade zu erfassen.
Batteriesystem, umfassend: das Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 1; und die Batterie, wobei die Batterie eine Vielzahl von Batteriezellen beinhaltet.
Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Steuerung, die konfiguriert ist, um während des Betriebs eines Fahrzeugs einschließlich der Batterie jeden der T Schützpfade zu testen durch: selektives Öffnen eines des ersten Schützes und des zweiten Schützes, während das andere des ersten Schützes und des zweiten Schützes geschlossen ist; Erfassen der zweiten Spannung, der dritten Spannung und mindestens einer der ersten Spannung und des Stroms für das eine des ersten Schützes und des zweiten Schützes; und Bestimmen eines Betriebszustandes des einen des ersten Schützes und des zweiten Schützes basierend auf der zweiten Spannung, der dritten Spannung und mindestens einer der ersten Spannung und des Stroms.
Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 3, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: selektiven Öffnen des anderen des ersten Schützes und des zweiten Schützes, während das eine des ersten Schützes und des zweiten Schützes geschlossen ist; Erfassen der zweiten Spannung, der dritten Spannung und der mindestens einen der ersten Spannung und des Stroms für das andere des ersten Schützes und des zweiten Schützes; und Bestimmen eines Betriebszustandes des anderen des ersten Schützes und des zweiten Schützes basierend auf der zweiten Spannung, der dritten Spannung und der mindestens einen der ersten Spannung und des Stroms.
Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 3, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist, um, wenn ein Zustand eines der T Schützpfade nicht betriebsbereit ist, mindestens eines des ersten Schützes und des zweiten Schützes in dem einen der T Schützpfade zu öffnen und die betriebsbereiten der T Schützpfade zu verwenden, um Strom von der Batterie zu liefern.
Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 3, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um das Fahrzeug in einem eingeschränkten Leistungsmodus zu betreiben, wenn ein Zustand mindestens eines der T Schützpfade nicht betriebsbereit ist.
Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 3, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Erzeugen eines Fehlercodes oder Auslösen einer Anzeige, wenn ein Zustand eines der T Schützpfade nicht betriebsbereit ist.
Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Steuerung, die konfiguriert ist, um das Öffnen und Schließen des ersten Schützes und des zweiten Schützes in jedem der T Schützpfade zu steuern und die Verwendung der T Schützpfade neu zu konfigurieren, während ein Fahrzeug einschließlich der Batterie in Betrieb ist.
Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Steuerung, die konfiguriert ist, um Zustände des ersten Schützes und des zweiten Schützes in jedem der T Schützpfade zu steuern.
Batteriesteuerungssystem nach Anspruch 9, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um einen ausgewählten der T Schützpfade zu variieren, der sich zuerst schließt, bevor sich andere der T Schützpfade schließen.