DE102019117434A1

DE102019117434A1 - System und verfahren für batteriezellenausgleich

Info

Publication number: DE102019117434A1
Application number: DE102019117434.1A
Authority: DE
Inventors: Rui Wang; Xu Wang; Patterson Kaduvinal Abraham
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2019-06-27
Publication date: 2020-01-02
Also published as: US20200006958A1; CN110654267A; US10992145B2

Abstract

Diese Offenbarung stellt ein System und Verfahren für Batteriezellenausgleich bereit. Ein System umfasst einen Prozessor, der dazu konfiguriert ist, ein Ausgleichen an einer befohlenen Zelle unter Bezugnahme auf eine Referenzzelle durchzuführen und als Reaktion auf das Detektieren einer Ausgleichszeit, die eine Schwellenwertzeit und eine Ladezustandsdifferenz (SOC-Differenz) überschreitet, die über einer Toleranz liegt, das Ausgleichen abzubrechen und eine Fehlermeldung zu erzeugen. Die Schwellenwertzeit ist abhängig von einer durchschnittlichen Ausgleichszeit, die unter Verwendung der SOC-Differenz, einer vorbestimmten Zellenkapazität und eines vorbestimmten Ausgleichsstroms berechnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Ausgleichen von Batteriezellen. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren und ein System zum Ausgleichen von Batteriezellen für ein Fahrzeug.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
In der Automobilindustrie benötigen elektrisch versorgte Fahrzeuge Batterien mit großer Kapazität, um dem Fahrzeug Leistung zum Antrieb zuzuführen. Derartige Batterien mit großer Kapazität enthalten üblicherweise mehrere Zellen, die in Reihe und/oder parallel verbunden sind. Obwohl jede Batteriezelle auf die gleiche Weise konstruiert sein kann, um die gleiche Kapazität und Leistung zu erzielen, kann jede tatsächliche Zelle aufgrund von Faktoren wie etwa Herstellungsabweichungen, Montageabweichungen, unterschiedlichen Lade-/Entladeverläufen und unterschiedlichen Verwendungsbedingungen (z. B. Temperaturen) usw. unterschiedliche Merkmale aufweisen. Um die Kapazität zu maximieren und die Lebensdauer der Batteriezellen zu erhöhen, muss ein Zellenausgleich durchgeführt werden.
KURZDARSTELLUNG
In einer oder mehreren veranschaulichenden Ausführungsformen beinhaltet ein System einen Prozessor, der dazu konfiguriert ist, ein Ausgleichen auf einer befohlenen Zelle durchzuführen, und, als Reaktion auf ein Detektieren einer Ladezustandsdifferenz (state of charge - SOC-Differenz) zwischen der befohlenen Zelle und einer Referenzzelle, die größer als eine Toleranz ist, und einer Ausgleichszeit, die eine Schwellenwertzeit überschreitet, die von der SOC-Differenz, einer vorbestimmten befohlenen Zellenkapazität und einem vorbestimmten Ausgleichsstrom abhängt, das Ausgleichen abzubrechen und eine Fehlermeldung zu erzeugen.
In einer oder mehreren veranschaulichenden Ausführungsformen beinhaltet ein Batteriesystem einen Prozessor, der zu Folgendem konfiguriert ist: als Reaktion auf ein Detektieren, dass eine SOC-Differenz zwischen zwei Zellen eine Toleranz überschreitet, Berechnen einer durchschnittlichen Ausgleichszeit unter Verwendung der SOC-Differenz, einer vorbestimmten Zellenkapazität und eines vorbestimmten Ausgleichsstroms; Berechnen einer Schwellenwertzeit unter Verwendung der durchschnittlichen Ausgleichszeit; Durchführen des Ausgleichens an einer der zwei Zellen mit einem höheren SOC; und Abbrechen des Ausgleichens als Reaktion auf das Detektieren einer Ausgleichszeit, die die Schwellenwertzeit überschreitet.
In einer oder mehreren veranschaulichenden Ausführungsformen beinhaltet ein Verfahren zum Zellenausgleich Folgendes: während des Ausgleichens einer befohlenen Zelle, Unterbrechen des Ausgleichens durch eine Steuerung, als Reaktion auf ein Detektieren einer Ladezustandsdifferenz (SOC) zwischen der befohlenen Zelle und einer Referenzzelle, die größer als eine Toleranz ist, und einer Ausgleichszeit, die größer eine Schwellenwertzeit ist, die von der SOC-Differenz, einer vorbestimmten befohlenen Zellenkapazität und einem vorbestimmten Ausgleichsstrom abhängt.
Figurenliste
Für ein besseres Verständnis der Erfindung und um zu zeigen, wie diese umgesetzt werden kann, werden nun Ausführungsformen davon ausschließlich als nicht einschränkende Beispiele beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen gilt:

1 veranschaulicht eine beispielhafte Blockstruktur eines Fahrzeugsystems einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 veranschaulicht ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Batteriezellenausgleichprozesses einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Signaldiagramm des Batteriezellenausgleichprozesses einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier nach Bedarf offenbart; dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein kann, lediglich beispielhaft sind. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hierin offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen im Allgemeinen eine Vielzahl von Schaltungen oder anderen elektrischen Vorrichtungen bereit. Alle Bezugnahmen auf die Schaltungen und anderen elektrischen Vorrichtungen und die durch jede davon bereitgestellte Funktionalität sollen nicht darauf beschränkt sein, dass sie lediglich das hier Veranschaulichte und Beschriebene umschließen. Wenngleich den verschiedenen Schaltungen oder anderen elektrischen Vorrichtungen bestimmte Kennzeichnungen zugewiesen sein können. Derartige Schaltungen und andere elektrische Vorrichtungen können auf Grundlage der konkreten Art der elektrischen Umsetzung, die gewünscht ist, auf beliebige Weise miteinander kombiniert und/oder voneinander getrennt sein. Es liegt auf der Hand, dass hier offenbarte Schaltungen oder andere elektrische Vorrichtungen eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, integrierten Schaltungen, Speichervorrichtungen (z. B. FLASH, Direktzugriffsspeicher (random access memory - RAM), Festwertspeicher (read only memory - ROM), elektrisch programmierbaren Festwertspeicher (electrically programmable read only memory - EPROM), elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (electrically erasable programmable read only memory - EEPROM) oder andere geeignete Varianten davon) und Software beinhalten können, die miteinander zusammenwirken, um den bzw. die hier offenbarten Vorgang bzw. Vorgänge durchzuführen. Zusätzlich kann eine beliebige oder können mehrere beliebige der elektrischen Vorrichtungen dazu konfiguriert sein, ein Computerprogramm auszuführen, das in einem nichttransitorischen computerlesbaren Medium umgesetzt ist, das dazu programmiert ist, eine beliebige Anzahl der offenbarten Funktionen durchzuführen.
Die vorliegende Offenbarung schlägt unter anderem ein Batteriezellenausgleichssystem für Fahrzeuge vor. Insbesondere schlägt die vorliegende Offenbarung ein System zum Detektieren eines ungewöhnlichen Zellenausgleichsereignisses vor, um die Robustheit des Ausgleichsprozesses zu erhöhen.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine beispielhafte Blockstruktur eines Fahrzeugsystems 100 einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Ein Fahrzeug 102 kann im Allgemeinen eine Batterie 104, ein Batteriesteuermodul (battery control module - BCM) 116, eine Rechenplattform 132 und eine Telematiksteuereinheit (telematics control unit - TCU) 152 beinhalten. Es ist anzumerken, dass es sich bei dem veranschaulichten System 100 lediglich um ein Beispiel handelt und mehr, weniger und/oder anders angeordnete Elemente verwendet werden können.
Bei dem Fahrzeug 102 kann es sich um verschiedene Arten von Automobilen, Softroadern (crossover utility vehicle - CUV), Geländewagen (sport utility vehicle - SUV), Trucks, Wohnmobilen (recreational vehicle - RV), Booten, Flugzeugen oder anderen mobilen Maschinen zum Befördern von Personen oder Gütern handeln. In vielen Fällen kann das Fahrzeug 102 durch einen Elektromotor mit Leistung versorgt sein. Als eine andere Möglichkeit kann das Fahrzeug 102 ein Hybridelektrofahrzeug (hybrid electric vehicle - HEV) sein, das sowohl durch eine Brennkraftmaschine als auch einen oder mehrere Elektromotoren angetrieben wird, wie etwa ein Serienhybrid-Elektrofahrzeug (series hybrid electric vehicle - SHEV), ein Parallelhybrid-Elektrofahrzeug (parallel hybrid electrical vehicle - PHEV) oder ein Parallel-/Serienhybrid-Elektrofahrzeug (parallel/series hybrid electric vehicle - PSHEV), ein Boot, ein Flugzeug oder eine andere mobile Maschine zum Befördern von Personen oder Gütern. Als ein Beispiel kann das Fahrzeug 102 das SYNC-System beinhalten, das durch The Ford Motor Company in Dearborn, Michigan, hergestellt wird.
Wie in 1 veranschaulicht, kann das Fahrzeug 102 mit einer Batterie 104 bereitgestellt sein, die dazu konfiguriert ist, Leistung/Elektrizität für mehrere Zwecke bereitzustellen (z. B. Antreiben eines Elektromotors). Beispielsweise kann die Batterie 104 eine beliebige Art von wiederaufladbarer Batterie sein. Als einige nicht einschränkende Beispiele kann die Batterie 104 eine Lithium-Ionen-Batterie, eine Li-Ionen-Polymer-Batterie usw. sein. Die Batterie 104 kann mehrere Zellen 106 beinhalten, die in Reihe und/oder parallel verbunden sind. Unter Bezugnahme auf das in 1 veranschaulichte Beispiel beinhaltet die Batterie 104 mehrere Zellen 106a, 106b, ..., 106n, die in Reihe verbunden sind. Jede Zelle 106 kann mit einer Ausgleichsschaltung 108 bereitgestellt sein. Die Ausgleichsschaltung kann einen Schalter 110 und einen Widerstand 112 beinhalten, die mit der Zelle 106 verbunden sind. Wenn der Schalter 110 geschlossen ist, wird die verbundene Zelle 106 über ihren entsprechenden Widerstand 112 entladen, sodass die Batterie 104 neu ausgeglichen werden kann. Obwohl die in 1 veranschaulichte Zellenausgleichsschaltung 108 im Allgemeinen eine passive Ausgleichsschaltung ist, wird angemerkt, dass die Offenbarung nicht darauf beschränkt ist und aktive Ausgleichsschaltungen und andere Arten von Ausgleichsschaltungen nach dem gleichen Prinzip verwendet und betrieben werden können, das in der vorliegenden Offenbarung offenbart ist. Zusätzlich kann jede Zelle 106, wie in 1 veranschaulicht, eine einzelne Batteriezelle sein oder alternativ mehr als eine einzelne Zelle beinhalten, die in Reihe und/oder parallel verbunden sind und gemeinsam als Zelle 106 bezeichnet werden.
Die Batterie 104 kann mit einem Batteriesteuerungsmodul (BCM) 116 verbunden sein, das zum Überwachen und Steuern des Betriebs der Batterie 104 konfiguriert ist. Es ist anzumerken, dass das in 1 veranschaulichte BCM 116 lediglich ein Beispiel ist. Strukturen und Funktionen des BCM können zusätzlich oder alternativ mit Steuerschaltungen der Batterie 104 integriert oder kombiniert sein. Wie in 1 veranschaulicht, kann das BCM 116 des Fahrzeugs 102 einen oder mehrere Sensoren 126 beinhalten, die dazu konfiguriert sind, verschiedene Daten der Batterie 104 zu detektieren, wie etwa Spannung, Ladezustand (SOC), Betriebszustand und Status des Entladeschalter 110 jeder Zelle 106 der Batterie 104.
Das BCM 116 kann ferner mit einem oder mehreren Prozessoren 124 bereitgestellt sein, die dazu konfiguriert sind, Anweisungen, Befehle und andere Routinen durchzuführen, um die hier beschriebenen Prozesse zu unterstützen. Beispielsweise kann das BCM 116 dazu konfiguriert sein, Anweisungen von Batterieanwendungen 120 auszuführen, um Merkmale wie Laden, Entladen, Ausgleichen, Verarbeiten von Diagnosefehlercodes (diagnostic trouble codes - DTC) und Fehlerbericht, Hardware-Selbsttest und Kommunikation mit anderen Modulen des Fahrzeugs 102 bereitzustellen. Derartige Anweisungen und andere Daten können in nichtflüchtiger Weise unter Verwendung vielfältiger Arten computerlesbarer Speichermedien 118 aufbewahrt werden. Das computerlesbare Medium 118 (auch als prozessorlesbares Medium oder Speicher bezeichnet) beinhaltet ein beliebiges nichttransitorisches Medium (z. B. ein physisches Medium), das an der Bereitstellung von Anweisungen oder anderen Daten beteiligt ist, die durch den Prozessor 124 des BCM 116 ausgelesen werden können. Batterie-DTCs und andere batteriebezogene Daten können in dem Speicher 118 als Batteriedaten 122 gespeichert und aufbewahrt werden. Computerausführbare Anweisungen können von Computerprogrammen kompiliert oder ausgelegt werden, die unter Verwendung vielfältiger Programmiersprachen und/oder -techniken, einschließlich unter anderem und entweder allein oder in Kombination Java, C, C++, C#, Objective C, Fortran, Pascal, Java Script, Python, Perl und PL/SQL, erstellt wurden.
Das BCM 116 kann ferner dazu konfiguriert sein, über ein oder mehrere fahrzeuginterne Netzwerke 130 mit einer Rechenplattform 132 zu kommunizieren. Das fahrzeuginterne Netzwerk 130 kann unter anderem eines oder mehrere von einem Controller Area Network (CAN), einem Ethernet-Netzwerk und einer mediengebundenen Systemübertragung (media oriented system transport - MOST) beinhalten, um nur einige Beispiele zu nennen.
Die Rechenplattform 132 kann einen oder mehrere Prozessoren 140 beinhalten, die dazu konfiguriert sind, Anweisungen, Befehle und andere Routinen durchzuführen, die den hier beschriebenen Prozess unterstützen. Beispielsweise kann die Rechenplattform 132 dazu konfiguriert sein, Anweisungen von Fahrzeuganwendungen 136 auszuführen, um verschiedene Merkmale bereitzustellen. Derartige Anweisungen/Anwendungen 136 und andere Fahrzeugdaten 138 können auf nichtflüchtige Weise unter Verwendung einer Vielzahl von Arten von computerlesbaren Speichermedien 134 (ebenfalls als ein prozessorlesbarer/s Medium oder Speicher bezeichnet) aufbewahrt werden. In dem in 1 dargestellten Beispiel sind die Rechenplattform 132 und das BCM 116 separate Module. Es wird angemerkt, dass das BCM 116 alternativ in die Rechenplattform 132 integriert sein kann, um im Wesentlichen dieselben Vorgänge unter demselben Prinzip der vorliegenden Offenbarung durchzuführen.
Die Rechenplattform 132 kann mit verschiedenen Merkmalen bereitgestellt sein, die es den Fahrzeuginsassen/-benutzern ermöglichen, eine Schnittstelle mit dem Fahrzeug 102 zu bilden. Zum Beispiel kann die Rechenplattform 132 Eingaben von Steuerungen 146 einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) empfangen, die dazu konfiguriert sind, eine Interaktion zwischen Insassen und Fahrzeug 102 bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Rechenplattform 132 mit einer oder mehreren Tasten (nicht gezeigt) oder anderen HMI-Steuerungen eine Schnittstelle bilden, die dazu konfiguriert sind, Funktionen auf der Rechenplattform 132 aufzurufen (z. B. Audiotasten am Lenkrad, eine Sprechtaste, Steuerungen am Armaturenbrett usw.).
Die Rechenplattform 132 kann zudem eine oder mehrere Anzeigen 144 antreiben, die dazu konfiguriert sind, über eine Videosteuerung 142 visuelle Ausgaben für Fahrzeuginsassen bereitzustellen, oder anderweitig mit diesen kommunizieren. In einigen Fällen kann es sich bei der Anzeige 144 um einen Touchscreen handeln, der außerdem dazu konfiguriert ist, berührungsbasierte Eingaben des Benutzers über die Videosteuerung 142 zu empfangen, während die Anzeige 144 in anderen Fällen lediglich eine Anzeige ohne die Möglichkeit zur berührungsbasierten Eingabe sein kann. Die Rechenplattform 132 kann zudem einen oder mehrere Lautsprecher 150 antreiben, die dazu konfiguriert sind, über eine Audiosteuerung 148 Audioausgaben für Fahrzeuginsassen bereitzustellen, oder anderweitig mit diesen kommunizieren.
Das BCM 116 und die Rechenplattform 132 können ferner dazu konfiguriert sein, mit einer Telematiksteuereinheit (TCU) 152 über das fahrzeuginterne Netzwerk 130 zu kommunizieren. Die TCU 152 kann mit Hardware- und Softwarestrukturen versehen sein, um eine Kommunikation zwischen dem Fahrzeug 102 und einem entfernten Server 154 über eine drahtlose Verbindung 156 (z. B. ein Mobilfunknetz) zu ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein beispielhaftes Ablaufdiagramm 200 eines Batteriezellenausgleichsprozesses einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Bei Vorgang 202 leitet das BCM 116 den Zellenausgleich durch Schließen des Ausgleichsschalters 110 ein, damit die betreffende Zelle 106 ausgeglichen wird. Der anfängliche SOC der befohlenen Zelle ist bekannt. Es gibt viele Möglichkeiten, den SOC jeder Zelle 106 der Batterie 104 zu bestimmen. Beispielsweise kann das BCM 116 die von den Batteriesensoren 126 detektierte Spannung jeder Zelle 106 verwenden, um den SOC jeder Zelle 106 zu bestimmen.
Bei Vorgang 204 berechnet das BCM 116 eine durchschnittliche Ausgleichszeit T_bal, stellt einen Ausgleichszeitschwellenwert ein und startet einen Zeitgeber. Der Ausgleichszeitschwellenwert kann nach folgender Formel berechnet werden: $T_b a l = \frac{D i f f e r e n z i m S O C \times Z e l l e n k a p a z i t ä t}{Z e l l e n a u s g l e i c h s s t r o m}$
In der obigen Formel stellt die Zellenkapazität die Gesamtkapazität der auszugleichenden Zelle 106 dar, die als befohlene Zelle bezeichnet wird; der Zellenausgleichsstrom stellt den Strom dar, der durch die Ausgleichsschaltung 108 der befohlenen Zelle fließt, wenn der Ausgleichsschalter 110 geschlossen ist. Sowohl die Zellenkapazität als auch der Zellenausgleichsstrom können durch das BCM 116 vorbestimmt sein. Die Differenz im SOC stellt die SOC-Differenz zwischen der befohlenen Zelle (auszugleichende Zelle) und einer Referenzzelle dar. Im Allgemeinen weist die befohlene Zelle einen höheren SOC auf als die Referenzzelle. In einigen Beispielen ist die Referenzzelle die Zelle mit dem niedrigsten SOC in der Batterie 104. Der SOC sowie die Differenz im SOC können unter Verwendung eines Prozentsatzes dargestellt sein. Wenn beispielsweise der SOC der befohlenen Zelle 80 % und der SOC der Referenzzelle 60 % beträgt, beträgt die Differenz im SOC 20 % (d. h. 80 %-60 %). Alternativ kann der SOC unter Verwendung von Einheiten elektrischer Ladung, wie beispielsweise Milliampere-Stunde (mAh), Ampere-Stunde (Ah) usw., dargestellt sein.
Der Ausgleichszeitschwellenwert T_thr kann unter Verwendung der durchschnittlichen Ausgleichszeit T_bal eingestellt werden, die unter Verwendung der oben dargestellten Formel erhalten wird. Zum Beispiel kann der Schwellenwert auf T_thr = 2 * T_bal eingestellt werden. Das allgemeine Prinzip ist, dass der Zellenausgleichsvorgang nicht über den Schwellenwertzeitraum T_thr hinaus durchgeführt werden sollte. Wenn die befohlene Zelle nach einem kalibrierbaren Schwellenwertzeitraum T thr, der in diesem Beispiel 2 * T_bal ist, noch ausgeglichen wird, zeigt dies an, dass möglicherweise ein Problem/Fehler in dem System vorliegt, und der Ausgleich sollte unterbrochen werden. Der hier verwendete Schwellenwert von 2*T_bal ist nur ein Beispiel und andere Werte können verwendet werden.
Bei Vorgang 206 bestimmt das BCM 116 durch Überprüfen des Zeitgebers, ob der Zellenausgleich länger als der Schwellenwertzeitraum T_thr aktiv war. Wenn die Zeit den Schwellenwert T_thr nicht überschreitet, fährt der Prozess mit Vorgang 208 fort und das BCM 116 fährt fort, den Zellenausgleich durchzuführen. Bei Vorgang 210 prüft das BCM 116, ob sich die Differenz im SOC in eine Toleranz des SOC der Referenzzelle bewegt hat. Beispielsweise kann die Toleranz auf 5 % der Zellenkapazität eingestellt sein. Wenn der SOC der Referenzzelle 60 % beträgt, wird ein SOC zwischen 55 % und 65 % als innerhalb der Toleranz liegend angesehen. Alternativ kann eine variable Toleranz in Abhängigkeit von dem SOC der Referenzzelle verwendet werden. Beispielsweise kann eine Toleranz von 5 % verwendet werden, wenn der SOC der Referenzzelle mehr als 50 % beträgt; und eine Toleranz von 3 % kann verwendet werden, wenn der SOC der Referenzzelle gleich oder kleiner als 50 % ist. Wenn das Ergebnis für Vorgang 210 ein Nein ist, kehrt der Prozess zu Vorgang 206 zurück. Andernfalls geht der Prozess mit Vorgang 212 über, um den Zellenausgleich abzuschließen.
Wenn bei Vorgang 206 das BCM 116 bestimmt, dass der Zellenausgleich länger als eine Schwellenzeitdauer T_thr aktiv war, fährt der Prozess mit Vorgang 214 fort. Bei Vorgang 214 bricht das BCM 116 den Zellenausgleich ab. Zusätzlich kann das BCM 116 einen DTC einstellen, einen Hardware-Selbsttest durchführen und eine SOC-Leerlaufspannung (OCV) zurücksetzen. Das BCM 116 kann ferner dazu konfiguriert sein, einen weiteren Zellenausgleich nicht wieder aufzunehmen oder durchzuführen, bis das nächste SOC-OCV-Zurücksetzen abgeschlossen ist und/oder kein Hardwarefehler vorliegt.
Bei Vorgang 216 benachrichtigt das BCM 116 den Benutzer des Fahrzeugs 102 über das Zellenausgleichsereignis über die HMI-Steuerungen 146 der Rechenplattform 132. Beispielsweise kann das BCM 116 über das fahrzeuginterne Netzwerk 130 eine Fehlermeldung erzeugen und an die Rechenplattform 132 senden. Als Reaktion darauf kann die Rechenplattform 132 die Fehlermeldung über die Anzeige 144 und/oder den Lautsprecher 150 ausgeben, um den Fahrzeugbenutzer zu benachrichtigen. Beispielsweise kann die Fehlermeldung eine Textmeldung enthalten, z. B. „Batteriefehler erkannt, bitte Wartungsdienst verständigen“. Die Fehlermeldung kann auch einen Fehlercode (z. B. den DTC) beinhalten, um die Kommunikation und Diagnose zu erleichtern. Das BCM 116 kann ferner dazu konfiguriert sein, Benutzeranweisungen zum Ausführen von Handlungen zu empfangen. Die Benutzeranweisungen können zusammen mit der über die HMI-Steuerungen 146 ausgegebenen Fehlermeldung angeboten werden, aus denen der Benutzer auswählen kann. Als einige nicht einschränkende Beispiele können die Benutzeranweisungen Folgendes beinhalten: Aussetzen des Zellenausgleichens, Durchführen eines Hardware-Selbsttests, Erzeugen eines Fehlerberichts/DTC und Senden an einen entfernten Techniker usw.
Bei Vorgang 218 sendet das BCM 116 den Fehlerbericht/DTC über die TCU 152 an den entfernten Server 154. Der entfernte Server 154 kann einen einzelnen Server-Computer oder mehrere Computer beinhalten, auf die ein Techniker des Fahrzeugherstellers zu Diagnosezwecken zugreifen kann. Bei Vorgang 220 empfängt das BCM 116 Technikeranweisungen von dem Server 154 über die TCU 152. Die Technikeranweisungen können zusätzlich zu den Benutzeranweisungen fortgeschrittenene Anweisungen beinhalten, wie etwa das Unterbrechen des gesamten Betriebs der betreffenden befohlenen Zelle, das Ignorieren des Fehlers usw.
Die Durchführung des Prozesses 200 kann auf verschiedene Situationen angewendet werden. In einem Beispiel leitet das BCM 116 als Reaktion darauf, dass das Detektieren der SOC-Differenz zwischen zwei oder mehr Zellen 106 eine voreingestellte Toleranz überschreitet, den Zellenausgleichsprozess durch Schließen des Schalters 110 der befohlenen Zelle ein. Da die Kapazität der befohlenen Zelle und der Ausgleichsstrom bekannt sind, kann das BCM 116 die durchschnittliche Ausgleichszeit T_bal und ferner die Schwellenwertzeit T_thr unter Verwendung von T_bal (z. B. T thr = 2 * T_bal) berechnen. Während des Durchführens des Abgleichs überwacht das BCM 116 weiterhin den SOC der Zellen 106. Wenn sich die Differenz im SOC zwischen der befohlenen Zelle und der Referenzzelle innerhalb der Schwellwertzeit T_thr auf die Toleranz verringert, wird der Ausgleichsprozess 200 abgeschlossen. Andernfalls bricht das BCM 116 den Prozess ab und erzeugt einen DTC und/oder einen Bericht, wenn der Prozess die Schwellenwertzeit T thr überschreitet und die Differenz im SOC immer noch größer als die Toleranz ist. Zusätzlich kann das BCM 116 den Bericht über die HMI-Steuerungen 146 an den Benutzer ausgeben. Zusätzlich oder alternativ kann das BCM 116 den Bericht über die TCU 152 zur Diagnose durch Techniker an den entfernten Server 154 senden. Als Reaktion auf Anweisungen des Benutzers und/oder der Techniker kann das BCM 116 Handlungen wie Selbsttest und OCV-Zurücksetzen durchführen, um weitere Schäden an der Batterie 104 zu verhindern.
Unter Bezugnahme auf 3 ist ein beispielhaftes Signaldiagramm 300 für den Batteriezellenausgleichsprozess einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. In diesem Beispiel beträgt der befohlene Zellen-SOC 302 ungefähr 80 % und der Referenzzellen-SOC 304 anfänglich ungefähr 60 %. Der Ausgleichsprozess beginnt bei T_start. Das Signal in der gestrichelten Linie 306 stellt den berechneten befohlenen Zellen-SOC dar. Wie in 3 veranschaulicht, sollte der berechnete befohlene Zellen-SOC 306 beginnen, sich von T_start bis T_stop zu verringern, was ungefähr bei T bal liegt, berechnet durch BCM 116, wobei der SOC 306 innerhalb einer Toleranz 308 des Referenz-SOC 304 liegt. Das BCM 116 kann den Ausgleichsprozess bei T_stop unterbrechen.
Der tatsächlich gemessene SOC, der in der durchgezogenen Linie 302 für die befohlene Zelle dargestellt ist, kann sich jedoch erheblich von dem unterscheiden, was berechnet wird. Wie dargestellt, bleibt der gemessene befohlene Zellen-SOC 302 im Wesentlichen bei ungefähr 80 %. Zum Schwellenzeitpunkt T_thr befindet sich der SOC 302 immer noch außerhalb der Toleranz 308 des Referenz-SOC 304. Dies deutet darauf hin, dass möglicherweise ein Systemfehler vorliegt. Einige mögliche Fehlerbeispiele beinhalten: einen fehlerhaften Sensor 126, einen fehlerhaften Schalter 110, einen fehlerhaften Widerstand 112 und einen Softwarefehler. In diesem Fall bricht das BCM 116 den Ausgleichsprozess bei T_thr ab.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke beschreibende und nicht einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Zusätzlich können die Merkmale verschiedener umsetzender Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein System bereitgestellt, das einen Prozessor aufweist, der dazu konfiguriert ist, ein Ausgleichen auf einer befohlenen Zelle durchzuführen, und, als Reaktion auf ein Detektieren einer Ladezustandsdifferenz (SOC) zwischen der befohlenen Zelle und einer Referenzzelle, die größer als eine Toleranz ist, und ein Detektieren einer Ausgleichszeit, die eine Schwellenwertzeit überschreitet, die von der SOC-Differenz, einer vorbestimmten befohlenen Zellenkapazität und einem vorbestimmten Ausgleichsstrom abhängt, das Ausgleichen abzubrechen und eine Fehlermeldung zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner dazu konfiguriert, einen Hardware-Selbsttest durchzuführen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner dazu konfiguriert, weitere Ausgleichsvorgänge an der befohlenen Zelle auszusetzen, bis der Hardware-Selbsttest abgeschlossen ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner dazu konfiguriert, eine SOC-Leerlaufspannung (OCV) an der befohlenen Zelle zurückzusetzen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner dazu konfiguriert, weitere Ausgleichsvorgänge an der befohlenen Zelle auszusetzen, bis die SOC-OCV an der Zelle zurückgesetzt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner dazu konfiguriert, die Fehlermeldung über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) an einen Fahrzeugbenutzer auszugeben.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner dazu konfiguriert, die Fehlermeldung über eine Telematik-Steuereinheit (TCU) an einen Server zu senden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner dazu konfiguriert, eine Anweisung von dem Server über die TCU zu empfangen.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Ausgleichen durch Schließen eines Schalters, der die befohlene Zelle mit einem Entladewiderstand verbindet, durchgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform entspricht die Schwellenwertzeit ungefähr dem Doppelten einer durchschnittlichen Ausgleichszeit, die von der SOC-Differenz, der vorbestimmten Zellenkapazität und dem vorbestimmten Ausgleichsstrom abgeleitet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Batteriesystem bereitgestellt, das einen Prozessor aufweist, der zu Folgendem konfiguriert ist: als Reaktion auf ein Detektieren, dass eine Ladezustandsdifferenz (SOC-Differenz) zwischen zwei Zellen eine Toleranz überschreitet, Berechnen einer durchschnittlichen Ausgleichszeit unter Verwendung der SOC-Differenz, einer vorbestimmten Zellenkapazität und eines vorbestimmten Ausgleichsstroms, Berechnen einer Schwellenwertzeit unter Verwendung der durchschnittlichen Ausgleichszeit, Durchführen des Ausgleichens an einer der zwei Zellen mit einem höheren SOC, und Abbrechen des Ausgleichens als Reaktion auf das Detektieren einer Ausgleichszeit, die die Schwellenwertzeit überschreitet.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner dazu konfiguriert, eine Fehlermeldung zu erzeugen und die Fehlermeldung über Steuerungen einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) an einen Fahrzeugbenutzer auszugeben.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner dazu konfiguriert, eine Fahrzeugbenutzeranweisung über die HMI-Steuerungen zu empfangen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner dazu konfiguriert, eine Fehlermeldung zu erzeugen und die Fehlermeldung über eine Telematik-Steuereinheit (TCU) an einen Server zu senden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner dazu konfiguriert, eine Anweisung von dem Server über die TCU zu empfangen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ferner dazu konfiguriert, weitere Ausgleichsvorgänge auszusetzen, bis mindestens eines der Folgenden auftritt: ein Hardware-Selbsttest wird abgeschlossen oder eine Leerlaufspannung (OCV) wird zurückgesetzt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Zellenausgleichen Folgendes: während des Ausgleichens einer befohlenen Zelle, Unterbrechen des Ausgleichens durch eine Steuerung, als Reaktion auf ein Detektieren einer Ladezustandsdifferenz (SOC) zwischen der befohlenen Zelle und einer Referenzzelle, die größer als eine Toleranz ist, und ein Detektieren einer Ausgleichszeit, die größer eine Schwellenwertzeit ist, die von der SOC-Differenz, einer vorbestimmten befohlenen Zellenkapazität und einem vorbestimmten Ausgleichsstrom abhängt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Toleranz von einem SOC der Referenzzelle abhängig.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch, Erzeugen einer Fehlermeldung; und Senden der Fehlermeldung an einen Server.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung ferner gekennzeichnet durch Folgendes: als Reaktion auf eine Anweisung von dem Server, Ausführen der Anweisung.

Claims

System, das Folgendes umfasst: einen Prozessor, der zu Folgendem konfiguriert ist Durchführen eines Ausgleichens an einer befohlenen Zelle, und als Reaktion auf ein Detektieren einer Ladezustandsdifferenz (state of charge - SOC-Differenz) zwischen der befohlenen Zelle und einer Referenzzelle, die größer als eine Toleranz ist, und ein Detektieren einer Ausgleichszeit, die eine Schwellenwertzeit überschreitet, die von der SOC-Differenz, einer vorbestimmten befohlenen Zellenkapazität und einem vorbestimmten Ausgleichsstrom abhängt, Abbrechen des Ausgleichens und Erzeugen einer Fehlermeldung.
System nach Anspruch 1, wobei der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, einen Hardware-Selbsttest durchzuführen und wobei der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, weitere Ausgleichsvorgänge an der befohlenen Zelle auszusetzen, bis der Hardware-Selbsttest abgeschlossen ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, eine Leerlaufspannung (open circuit voltage - OCV) des SOC an der befohlenen Zelle zurückzusetzen, und wobei der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, weitere Ausgleichsvorgänge an der befohlenen Zelle auszusetzen, bis der SOC-OCV an der Zelle zurückgesetzt ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, die Fehlermeldung über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (human-machine interface - HMI) an einen Fahrzeugbenutzer auszugeben.
System nach Anspruch 1, wobei der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, die Fehlermeldung über eine Telematiksteuereinheit (telematics control unit - TCU) zu senden und wobei der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, eine Anweisung von dem Server über die TCU zu empfangen.
System nach Anspruch 1, wobei das Ausgleichen durch Schließen eines Schalters, der die befohlene Zelle mit einem Entladewiderstand verbindet, durchgeführt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Schwellenwertzeit ungefähr dem Doppelten einer durchschnittlichen Ausgleichszeit entspricht, die von der SOC-Differenz, der vorbestimmten Zellenkapazität und dem vorbestimmten Ausgleichsstrom abgeleitet ist.
Batteriesystem, das Folgendes umfasst: einen Prozessor, der zu Folgendem konfiguriert ist als Reaktion auf das Detektieren einer Ladezustandsdifferenz (SOC) zwischen zwei Zellen, die eine Toleranz überschreiten, Berechnen einer durchschnittlichen Ausgleichszeit unter Verwendung der SOC-Differenz, einer vorbestimmten Zellenkapazität und eines vorbestimmten Ausgleichsstroms, Berechnen einer Schwellenwertzeit unter Verwendung der durchschnittlichen Ausgleichszeit, Durchführen des Ausgleichens an einer der zwei Zellen mit einem höheren SOC, und Abbrechen des Ausgleichens als Reaktion auf das Detektieren einer Ausgleichszeit, die die Schwellenwertzeit überschreitet.
Batteriesystem nach Anspruch 8, wobei der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, eine Fehlermeldung zu erzeugen und die Fehlermeldung über Steuerungen einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) auszugeben und wobei der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, eine Fahrzeugbenutzeranweisung über die HMI-Steuerungen zu empfangen.
Batteriesystem nach Anspruch 8, wobei der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, eine Fehlermeldung zu erzeugen und die Fehlermeldung über eine Telematiksteuereinheit (telematics control unit - TCU) zu senden und wobei der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, eine Anweisung von dem Server über die TCU zu empfangen.
Batteriesystem nach Anspruch 8, wobei der Prozessor ferner dazu konfiguriert ist, weitere Ausgleichsvorgänge auszusetzen, bis mindestens eines der Folgenden auftritt: ein Hardware-Selbsttest wird abgeschlossen oder eine Leerlaufspannung (OCV) wird zurückgesetzt.
Verfahren zum Zellenausgleich, das Folgendes umfasst: während des Ausgleichens einer befohlenen Zelle, Unterbrechen des Ausgleichens durch eine Steuerung, als Reaktion auf ein Detektieren einer Ladezustandsdifferenz (SOC-Differenz) zwischen der befohlenen Zelle und einer Referenzzelle, die größer als eine Toleranz ist, und ein Detektieren einer Ausgleichszeit, die größer eine Schwellenwertzeit ist, die von der SOC-Differenz, einer vorbestimmten befohlenen Zellenkapazität und einem vorbestimmten Ausgleichsstrom abhängt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Toleranz von einem SOC der Referenzzelle abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner Folgendes umfasst: Erzeugen einer Fehlermeldung; und Senden der Fehlermeldung an einen Server.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner Folgendes umfasst: als Reaktion auf eine Anweisung von dem Server, Ausführen der Anweisung.