DE102020109133A1

DE102020109133A1 - Abweichungsdetektionssystem für energiespeichersystem

Info

Publication number: DE102020109133A1
Application number: DE102020109133.8A
Authority: DE
Inventors: Ajith Kuttannair Kumar; Jacob Pressman
Original assignee: GE Global Sourcing LLC
Current assignee: Transportation IP Holdings LLC
Priority date: 2019-04-03
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2020-10-08
Also published as: CN111796186A; JP2020169984A; US20200319259A1; JP7270573B2; US11327121B2

Abstract

Ein System (100) umfasst erste Gruppe (110) von Sensoren (103) und eine Steuerschaltung (104) mit einem oder mehr Prozessoren (120). Die erste Gruppe von Sensoren ist einem Energiespeichermodul (106) mit einer oder mehr Energiespeichervorrichtungen (108) zugeordnet. Die Sensoren in der ersten Gruppe erzeugen Sensormessungen (304), die einen oder mehr Parameter des Energiespeichermoduls darstellen. Die Steuerschaltung ist eingerichtet, die Sensormessungen zu empfangen und einen Referenzwert (302, 408) und/oder eine Referenzschwankungen eines konkreten, mit dem Energiespeichermodul in Beziehung stehenden Parameters zumindest teilweise auf Grundlage der Sensormessungen zu bestimmen. Die Steuerschaltung vergleicht Überwachungswerte (406A-F) und/oder Überwachungsschwankungen des konkreten Parameters basierend auf den von Sensoren erzeugten Sensormessungen mit dem Referenzwert oder der Referenzschwankung des konkreten Parameters, und detektiert eine Abweichung, die größer ist als eine vorgesehene Toleranzspanne.

Description

GEBIET
Der vorliegend beschriebene Erfindungsgegenstand betrifft ein Abweichungsdetektionssystem zur Verwendung mit einem Energiespeichersystem.
HINTERGRUND
Energiespeichersysteme können eine große Anzahl von Batteriezellen einsetzen, deren Verwaltung und Überwachung schwierig sein kann. Ein Fehler in einer Batteriezelle oder einem Batteriemodul aus mehreren Zellen kann ungewünscht sein und Folgeschäden in anderen Zellen innerhalb desselben Moduls oder anderen Modulen hervorrufen. Bekannte Systeme zur Überwachung von Energiespeichersystemen vergleichen Sensormessungen mit vorgegebenen absoluten Grenzen oder Schwellenwerten und lösen eine Aktion / Alarmzustand aus, falls eine oder mehr der Sensormessungen eine entsprechende vorgegebene Höchstgrenze überschreiten, z.B. einen vorgegebenen Temperaturgrenzwert. Es kann jedoch sein, dass die bekannten Systeme verhältnismäßig ungenau und/oder langsam beim Detektieren potenzieller Fehler sind, da ein Fehler so lange nicht detektiert werden kann, bis eine vorgegebene Höchstgrenze überschritten ist. Ferner können die bekannten Systeme falls überhaupt nur wenige zusätzliche Informationen bereitstellen, die zur Schadensverringerung verwendet werden könnten, z.B. den Ort des Fehlers (beispielsweise welche konkreten Zellen der tausenden Zellen betroffen sind), um eine Wartung bereitzustellen oder den betroffenen Abschnitt des Speichersystems zu isolieren, die Art des Fehlers (beispielsweise Feier bzw. Brand, schlechte Verschweißung, Sensorfehlfunktion) und dergleichen. Es kann gewünscht sein, über ein Verfahren und/oder System zur frühzeitigen Detektion von Fehlern sowie zusätzlichen Informationen über die Fehler zu verfügen, um das Energiespeichersystem zu schützen und Folgeschäden zu verringern.
KURZDARSTELLUNG
In einer oder mehr Ausführungsformen wird ein System bereitgestellt, das eine erste Gruppe von Sensoren und eine Steuerschaltung mit einem oder mehr Prozessoren aufweist. Die erste Gruppe von Sensoren ist einem Energiespeichermodul zugeordnet, das eine oder mehr Energiespeichervorrichtungen beinhaltet. Die Sensoren in der ersten Gruppe sind eingerichtet, Sensormessungen zu erzeugen, die einen oder mehr Parameter des Energiespeichermoduls darstellen. Die Steuerschaltung ist eingerichtet, die von den Sensoren erzeugten Sensormessungen zu empfangen und einen Referenzwert und/oder eine Referenzschwankung eines konkreten, mit dem Energiespeichermodul in Beziehung stehenden Parameters zumindest teilweise auf Grundlage der Sensormessungen zu bestimmen. Die Steuerschaltung ist eingerichtet, einen oder mehr der Überwachungswerte oder der Überwachungsschwankungen des konkreten Parameters basierend auf den Sensormessungen, die von den Sensoren der ersten Gruppe erzeugt werden, mit dem Referenzwert oder der Referenzschwankung des konkreten Parameters zu vergleichen und eine Abweichung zu detektieren, die größer ist als eine vorgesehene Toleranzspanne.
In einer oder mehr Ausführungsformen wird ein Verfahren bereitgestellt, welches das Erhalten von Sensormessungen umfasst, die durch eine einem Energiespeichermodul zugeordnete, erste Gruppe von Sensoren erzeugt werden. Das Energiespeichermodul beinhaltet eine oder mehr Energiespeichervorrichtungen. Die Sensormessungen stellen einen oder mehr Parameter des Energiespeichermoduls dar. Das Verfahren umfasst das Vergleichen von einem oder mehr Überwachungswerten oder Überwachungsschwankungen eines konkreten Parameters, der mit dem Energiespeichermodul in Beziehung steht, mit einem Referenzwert und/oder einer Referenzschwankung des konkreten Parameters. Sowohl die Überwachungswerte und/oder Überwachungsschwankungen als auch der Referenzwert und/oder die Referenzschwankungen basieren zumindest teilweise auf den von der ersten Gruppe von Sensoren erzeugten Sensormessungen. Das Verfahren umfasst das Detektieren eines Abweichungszustands als Reaktion darauf, dass die Überwachungswerte und/oder die Überwachungsschwankungen von dem Referenzwert oder der Referenzschwankungen um mehr als eine vorgesehene Toleranzspanne abweichen. Das Verfahren umfasst ferner das Identifizieren eines ersten Sensors der ersten Gruppe, der Sensormessungen erzeugt hat, auf denen einer oder mehr der abweichenden Überwachungswerte oder Überwachungsschwankungen basieren, sowie das Schätzen einer Ursache des Abweichungszustands zumindest teilweise auf Grundlage der von dem ersten Sensor erzeugten Sensormessungen.
In einer oder mehr Ausführungsformen wird ein System bereitgestellt, das eine Steuerschaltung mit einem oder mehr Prozessoren aufweist. Die Steuerschaltung ist eingerichtet, Sensormessungen zu erhalten, die von einer ersten Gruppe von Sensoren erzeugt werden, die einem Energiespeichermodul zugeordnet sind, das eine oder mehr Energiespeichervorrichtungen aufweist. Die Sensormessungen stellen einen oder mehr Parameter des Energiespeichermoduls dar. Die Steuerschaltung ist eingerichtet, die Sensormessungen, die einen konkreten Parameter der einen oder mehr Parameter darstellen, mit einem Referenzwert des konkreten Parameters und/oder einer Referenzschwankung des konkreten Parameters zu vergleichen. Als Reaktion auf das Detektieren, dass eine oder mehr der Sensormessungen von dem Referenzwert oder der Referenzschwankung um mehr als eine vorgesehene Toleranzspanne abweicht, ist die Steuerschaltung eingerichtet, einen ersten Sensor der ersten Gruppe zu identifizieren, der zumindest manche der einen der mehr abweichenden Sensormessungen erzeugt hat, eine Ursache der Abweichung zumindest teilweise auf Grundlage der Sensormessungen zu schätzen, die von dem ersten Sensor erzeugt wurden, und ein Steuersignal zu erzeugen, um auf Grundlage der geschätzten Ursache eine oder mehr Korrekturmaßnahmen zu initiieren.
Figurenliste
Es wird nun kurz Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, in denen:

1 eine schematische Darstellung eines Abweichungsdetektionssystems gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung ist;
2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems ist, in das das Abweichungsdetektionssystem gemäß einer Ausführungsform integriert ist;
3 ein Ablaufdiagramm ist, das Operationen einer Steuerschaltung des Abweichungsdetektionssystems gemäß einer Ausführungsform darstellt;
4 ist ein Schaubild, das Sensormessungen, die von Temperaturmesssensoren erzeugt werden, die einem Energiespeichermodul zugeordnet sind, gemäß einer Ausführungsform zeigt; und
5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Detektion von und Reaktion auf Abweichungszustände(n) in einem Energiespeichersystem gemäß einer Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine oder mehr vorliegend beschriebene Ausführungsformen stellen ein System und ein Verfahren zum Detektieren einer Abweichung während dem Betrieb eines Energiespeichersystems bereit. Manche der hier beschriebenen Abweichungsdetektionssysteme und -Verfahren können auf Modellbildung/Beobachtung eines erwarteten Verhaltens (oder Referenzverhaltens) von Energiespeichermodulen und dem Detektieren von Abweichungszuständen basierend auf Abweichungen zwischen überwachtem Verhalten der Energiespeichermodule und dem erwarteten Verhalten basieren. Das erwartete Verhalten kann in Form von Parameterwerten, Parameterwerten über der Zeit (beispielsweise Diagrammlinien), Änderungen der Parameterwerte im zeitlichen Verlauf (beispielsweise Steigungen), Schwankungen der Parameterwerte (beispielsweise Bereiche) und/oder dergleichen bestimmt werden. Die Parameter, die verwendet werden, um das erwartete Verhalten wiederzugeben, können Messparameter sein, die unmittelbar von Sensoren gemessen und/oder gewonnen und/oder umgewandelte Parameter sind, die als Funktion von Sensormessungen gewonnen werden können. Wenn hierbei Parameterwerte und Parameterschwankungen verwendet werden, die das erwartete Verhalten darstellen, werden diese als Referenzwerte oder Referenzschwankungen bezeichnet.
Von manchen Elementen innerhalb einer Gruppe, die ähnliche Betriebsbedingungen erfahren, ist zu erwarten, dass sie sich ähnlich verhalten. Beispielsweise wird angenommen, dass Temperatursensoren, die die Temperatur unterschiedlicher Batteriezellen im selben Modul überwachen, ähnliche Temperaturmessungen erzeugen. Ferner ist zu erwarten, dass Temperatursensoren in unterschiedlichen Modulen, die ähnlichen Umgebungsbedingungen, Ladezuständen und Stromlasten ausgesetzt sind, ähnliche Temperaturmessungen erzeugen. Wenn hingegen zwei Energiespeichermodule in einem gemeinsamen Fahrzeug eine bekannte Differenz bei den Betriebsbedingungen erfahren, kann eine erwartete Temperaturdifferenz (oder Referenztemperaturdifferenz) zwischen zwei Energiespeichermodulen bestimmt werden. Wenn zumindest einer der Temperatursensoren eine Temperaturmessung verzeichnet, die von dem, was erwartet wird, abweicht, gibt diese Diskrepanz daher an, dass eine der Batteriezelle, dem Sensor oder einem anderen Bauteil des Energiespeichersystems zugeordnete Fehlfunktion vorliegen kann. Obgleich bei diesen Beispielen die Rede von einer absoluten Temperatur sein kann, können auch Funktionen, die auf Grundlage der Temperatur gewonnen werden, in den vorliegenden Ausführungsformen berücksichtigt werden, einschließlich einer Temperaturänderungsgeschwindigkeit. Ferner berücksichtigen die vorliegenden Ausführungsformen abgesehen von der Temperatur auch weitere Parameter, wie etwa Spannung, Leistung, Stromstärke und dergleichen.
Anders als bei bekannten Energiespeicherüberwachungssystemen, die Warnbedingungen auf Grundlage eines Messwerts eines Parameters detektieren, der ein vorgegebenes absolutes Limit oder einen Grenzwert überschreitet, kann ein Abweichungszustand auf Grundlage einer übermäßigen Abweichung von dem erwarteten Verhalten (oder dem Referenzverhalten) detektiert werden. Das hier offenbarte Detektionssystem kann eine frühere Detektion potenzieller Fehler bereitstellen als die bekannten Systeme. Falls das bekannte System beispielsweise einen vorgesehenen Temperaturschwellenwert von 40 Grad Celsius (°C) besitzt, detektiert das System einen potenziellen Fehler nicht, bis ein Sensor eine Temperaturmessung erzeugt, die mindestens 40 °C betragen kann. Das hier beschriebene Abweichungsdetektionssystem jedoch kann in der Lage sein, einen potenziellen Fehler zu erkennen, bevor die Temperatur 40 °C übersteigt. Falls beispielsweise ein Temperaturmesswert von einem Referenzwert (beispielsweise einem erwarteten Wert) der Temperatur oder einer Referenzschwankung (oder Varianz) in der Temperatur über eine vorgesehene Toleranzspanne hinaus abweicht, detektiert das Abweichungsdetektionssystem einen Abweichungszustand selbst dann, wenn der Temperaturmesswert weniger als 40 °C betragen kann. Die frühere Detektion kann es dem Abweichungsdetektionssystem ermöglichen, das Ausmaß des Schadens zu verhindern oder zumindest zu verringern, das durch einen Fehler von einer oder mehr Batteriezellen, z.B. einem Feuer oder einem thermischen Durchgehen, und/oder Fehlern von anderen Bauteilen wie etwa Sensoren verursacht wird.
Zusätzlich zur Bereitstellung einer frühzeitigen Detektion von potenziellen Fehlern in dem Energiespeichersystem kann das hier offenbarte Abweichungsdetektionssystem zusätzliche Informationen bereitstellen, die beim Verorten, Diagnostizieren und Abmildern von Beschädigungen und Verzögerungen hilfreich sein können. Beispielsweise kann das Abweichungsdetektionssystem den einen oder mehr konkreten Sensor(en) identifizieren, der/die abweichenden Sensormessungen erzeugt hat, welche den Abweichungszustand ausgelöst haben, was eine präzise Verortung des potenziellen Fehlers ermöglicht. Ferner kann das Abweichungsdetektionssystem bei Detektion des Abweichungszustands automatisch eine oder mehr reaktive oder abmildernde Maßnahmen initiieren, um die Ausbreitung eines Feuers, thermisches Durchgehen oder dergleichen zu verhindern oder zumindest abzumildern. Die reaktiven Maßnahmen können das Isolieren von einem oder mehr Energiespeichermodulen durch Sperren der Stromübertragung an die und aus den Energiespeichermodul(en), das Initiieren einer aktiven Kühlung, das Initiieren einer Feuerunterdrückung und dergleichen umfassen. Das Abweichungsdetektionssystem kann ferner die abweichenden Sensormessungen mit Sensormessungen analysieren, die den gleichen Parameter und/oder unterschiedliche Parameter darstellen, auf Grundlage von erwartetem Verhalten, das mit unterschiedlichen spezifischen Fehlerzuständen in Beziehung steht, um eine Ursache des Abweichungszustands zu schätzen. Beispielsweise kann das Fehlerdetektionssystem schätzen, dass der Abweichungszustand durch eine fehlerhafte Energiespeichervorrichtung (beispielsweise eine Batteriezelle), einen fehlerhaft arbeitenden Sensor, eine schlechte Schweißnaht, einen Kurzschluss, ein fehlerhaft arbeitendes Kühlsystem, eine gebrochene Lasche, die zwei Energiespeichervorrichtungen verbindet, oder dergleichen hervorgerufen wurde.
Das Schätzen der Ursache des Abweichungszustands ermöglicht es dem Abweichungsdetektionssystem, fehlerspezifische Abhilfeaktionen zu ergreifen oder zumindest vorzuschlagen. Wenn die Ursache beispielsweise dahingehend eingeschätzt wird, ein fehlerhafter arbeitender Sensor zu sein, kann das Abweichungsdetektionssystem den Sensor zur Reparatur oder zum Austausch markieren und/oder ignorieren oder zukünftige Messungen aus diesem Sensor ersetzen. Wird die Ursache hingegen dahingehend eingeschätzt, eine fehlerhaft arbeitende Batteriezelle zu sein, die einen Brand oder ein thermisches Durchgehen erfährt (oder einem Risiko ausgesetzt ist, ein/eine solche(s) zu erfahren), kann das Abweichungsdetektionssystem die Batteriezelle isolieren, aktive Kühlung und/oder dergleichen initiieren, um die Ausbreitung von Folgeschäden von der Batteriezelle abzuwenden. Anstatt lediglich einen gewöhnlichen Alarm bereitzustellen, sobald ein absolutes Limit oder ein absoluter Grenzwert überschritten wurde, kann das hier beschriebene Detektionssystem daher eine frühzeitige Detektion von Anomalien bereitstellen, die genutzt werden kann, um einen verbesserten Schutz und Betrieb bzw. Funktionsweise des Energiespeichersystems bereitzustellen.
In einer oder mehr Ausführungsformen kann das System beim Detektieren eines Abweichungszustands automatisch eine oder mehr vorübergehende Maßnahmen ergreifen, die von einem Worst-Case Szenario ausgehen. Das Worst-Case Szenario kann beispielsweise ein solches sein, dass ein Energiespeichermodul brennt und/oder ein thermisches Durchgehen erfährt. Somit kann vor dem Schätzen der Ursache des Abweichungszustands das System unmittelbare Maßnahmen ergreifen, um potenzielle Beschädigung durch Brand bzw. Feier und/oder thermisches Durchgehen abzumildern, beispielsweise durch das Implementieren einer Feuerunterdrückung, elektrisches Isolieren des Energiespeichermoduls, Drosseln der Leistung des Fahrzeugs und/oder dergleichen. Dann, wenn im Anschluss bestimmt wird, dass die Ursache des Abweichungszustands ein fehlerhaft arbeitender Sensor oder eine andere Ursache ist, die weniger schwerwiegend sein kann als das Worst-Case Szenario, so dass möglicherweise kein Feuer und kein thermisches Durchgehen vorliegt, kann das System die vorübergehenden Aktionen, die auf Annahme des Worst-Case Szenarios basieren können, beenden und/oder modifizieren. Beispielsweise kann das System durch Modifizieren der vorübergehenden Aktionen beim Beseitigen von Feuer bzw. Brand und/oder thermischem Durchgehen als Ursache die Last an dem Energiespeichersystem erhöhen, den Fahrzeugbetrieb aufrechterhalten und/oder dergleichen. Wird das Energiespeichermodul hingegen möglicherweise dahingehend bestimmt, fehlerhaft zu sein, kann es sein, dass das System die vorübergehenden Aktionen aufrechterhält. Die Fähigkeit des Abweichungsdetektionssystems zur Aufrechterhaltung und/oder Veränderung der Aktionen auf Grundlage einer Schätzung der Ursache kann gegenüber bekannten Systemen vorteilhaft sein. Beispielsweise kann es sein, dass ein bekanntes System, das eine Abweichung detektiert, den Betrieb des Energiespeichermoduls, eines Fahrzeugs oder dergleichen sofort beendet, was eine Begutachtung durch einen Bediener erfordert, bevor zusätzliche Funktionsweisen freigegeben werden, was die Effizienz verringern und die Durchführung eines einzeln benannten Tasks erheblich verlangsamen kann.
Gemäß einer Ausführungsform arbeitet das Abweichungsdetektionssystem gemäß einem Algorithmus. Der erste Teil des Algorithmus kann das Bestimmen des erwarteten Verhaltes auf der Annahme sein, dass jede Zelle, Gruppe von Zellen, Sensor und/oder Gruppe von Sensoren nicht zur gleichen Zeit ausfallen wird. Das erwartete Verhalten kann durch ein Physik-basiertes Modell in Kombination mit Betriebsbedingungen entwickelt werden. Beispielsweise kann die Referenzspannung des Energiespeichermoduls unter Vorgabe bestimmter Eigenschaften wie etwa dem Ladezustand und einer internen Impedanz seiner Batteriezellen bestimmt werden. Für eine bestimmte Änderung des gespeicherten Stroms (beispielsweise pro Einheit Amperestunden) kann eine gewisse Menge erwarteter Änderung bei der Spannung vorliegen. Zusätzlich oder alternativ zur Modellierung des erwarteten Verhaltens kann das erwartete Verhalten durch Nachverfolgen des Verlaufs und des Betriebs des Energiespeichermoduls über der Zeit ermittelt werden. Ferner kann das erwartete Verhalten auf Grundlage des Vergleichens der Parameter einer Energiespeichervorrichtung (beispielsweise einer Batteriezelle) mit anderen Energiespeichermodulen im selben Modul und/oder in anderen Modulen ermittelt werden. Es ist davon auszugehen, dass in Reihe geschaltete Zellen alle die gleiche Richtungsänderung der Spannung für eine vorgegebene Änderung pro Einheit Amperestunden erfahren. Bei einem ersten nicht-beschränkenden Beispiel kann, wenn die Spannung für eine Zelle sinkt, sie aber für alle anderen Zellen in einer Reihenschaltung ansteigt, daraus gewonnen werden, dass ein Problem vorliegt. Bei einem weiteren, nicht beschränkenden Beispiel kann, wenn die Spannung möglicherweise bei einer Zelle schneller ansteigt als sie bei allen anderen Zellen im selben Modul ansteigt, das System eine defekte Schweißnaht oder dergleichen als Ursache der Abweichung identifizieren. Weitere Parameter abgesehen von der Spannung, etwa die Temperatur, Leistung oder dergleichen, können im selben oder anderen Beispielen des Abweichungsdetektionssystems verwendet werden.
Der Algorithmus kann mehrere unterschiedliche Parameter nutzen, um die Ursache des Abweichungszustands zu schätzen. Beispielsweise sollte bei Vorhandensein einer defekten Schweißnaht bzw. Schweißung nicht nur die Spannung zu höherer Geschwindigkeit ansteigen, sondern der Widerstand und die Temperatur für diese Zelle sollten größer sein als bei anderen Zellen im selben Modul oder bei einem anderen Modul, in dem ein ähnlicher Strom läuft. Durch Kombinieren des Physik-basierten Modells mit der Erwartung durch Vergleiche kann das hier offenbarte Abweichungsdetektionssystem zwischen einem Sensorfehler und einem ungenauen Modell unterscheiden. Manche Fehler zwischen Realität und Modell können hinnehmbar sein. Daher integriert das Abweichungsdetektionssystem erwartete Abweichung ebenfalls in Form einer vorgesehenen Toleranzspanne. Die erwartete Abweichung kann Sensorungenauigkeiten und Bauartabweichungen wie etwa einem Temperaturgradienten geschuldet sein. Erwartete Abweichungen können sich auch im Verlauf der Lebensdauer einer Batteriezelle ändern, so wie es sein kann, dass sich der Innenwiderstand im Laufe der Zeit verändert. Indem das erwartete Verhalten der Parameter und die erwartete Abweichung bestimmt werden, kann das Abweichungsdetektionssystem detektieren, wann ein Problem eintritt, die Grundursache des Problems ermitteln, und eine geeignete Maßnahme ergreifen.
Bei 1 kann es sich um eine schematische Darstellung eines Abweichungsdetektionssystems 100 gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung handeln. Das Abweichungsdetektionssystems umfasst eine Vielzahl von Sensoren 103 und eine Steuerschaltung 104, die betriebswirksam mit den Sensoren 103 verbunden ist. Die Sensoren überwachen verschiedene Parameter eines Energiespeichersystems 102. Die Parameter, die von den Sensoren gemessen werden, können Temperatur, Spannung, Stromstärke, Ladezustand, Ladekapazität, Widerstand, Druck, Kühlmittelströmungsrate und/oder dergleichen umfassen. Es kann sein, dass es sich bei dem Kühlmittel um ein Fluid wie etwa Luft oder Flüssigkeit handelt.
Die unterschiedlichen, oben aufgeführten Parameter können von verschiedenen Sensoren gemessen werden, die jeweils speziell zur Überwachung von einem oder mehr konkreten Parametern zur Verwendung durch das Detektionssystems aufgebaut sind. Die Temperatur kann beispielsweise von einem oder mehr Temperatursensoren, wie etwa Thermistoren, Thermoelementen, Widerstandstemperaturdetektoren (RTDs) und dergleichen überwacht werden. Der Temperaturparameter kann eine Temperatur von einer oder mehr der Energiespeichervorrichtungen oder die Umgebungstemperatur in der Nähe von einer oder mehr der Energiespeichervorrichtungen darstellen. Die Spannung kann von einem oder mehr Spannungssensoren überwacht werden, wie etwa einem kontaktlosen Spannungsdetektor. Der Spannungsparameter kann die Spannungsversorgung eines Energiespeichermoduls wiedergeben. Die Stromstärke kann von einem oder mehr Stromsensoren, etwa einem Hall-Sensor, einem Flux-Gate-Transformator-Sensor und/oder dergleichen überwacht werden. Der Stromparameter kann die elektrische Energie darstellen, die in ein Energiespeichermodul hinein oder aus diesem hinausfließt. Der Ladezustand kann eine Menge elektrischer Energie darstellen, die tatsächlich innerhalb eines elektrischen Energiemoduls (oder einer Vorrichtung von diesem) vorhanden sein kann. Die Ladekapazität kann die Menge von elektrischer Energie darstellen, die innerhalb eines elektrischen Energiemoduls (oder einer Vorrichtung davon) gespeichert werden kann. Der Ladezustand und/oder die Ladekapazität können durch einen integrierten Batterietester oder auf Grundlage von Sensorausgeben aus einem Spannungssensor und einem Stromsensor gemessen werden. Beispielsweise kann es sein, dass der Ladezustand und/oder die Ladekapazität auf Grundlage des gemessenen Stromflusses und Spannungsausgabe berechnet werden können. Der Widerstand kann den Gegenspieler zum elektrischen Stromfluss durch ein Energiespeichermodul (oder eine Vorrichtung dessen) darstellen. Der Widerstand kann auf Grundlage von Sensorausgaben aus dem Spannungssensor und dem Stromsensor unter Anwendung des Ohm'schen Gesetzes gemessen werden. Die Strom- und Spannungssensoren können in einem Multimeter integriert sein, um den Widerstand zu messen. Der Druck kann sich auf den Umgebungsdruck beziehen, der die Energiespeichermodule bzw. das Energiespeichermodul umgibt, und kann von Drucksensoren wie etwa Druckmessaufnehmern, piezoelektrischen Elementen und dergleichen gemessen werden. Die Kühlmittelströmungsrate kann sich auf die Strömungsrate von Kühlfluid, wie etwa Luft, einem Kältemittel, einer Flüssigkeit, ein Gas (bei dem es sich nicht um Luft handelt) oder dergleichen beziehen, welches derart gewonnen wird, dass es über eines oder mehr elektrische Energiemodule strömt, um Wärme, die von dem einen oder mehr elektrischen Energiemodulen erzeugt wird, abzuführen. Die Kühlmittelströmungsrate kann von einem Strömungssensor, wie etwa einem Drehschaufelmessgerät, einem Heißdrahtmassenstromsensor, einem Kaltdrahtmassenstromsensor, einem Membransensor und dergleichen gemessen werden.
Das Energiespeichersystem speichert Energie zur Verwendung bei der Bereitstellung von Arbeit wie etwa dem Antrieb bzw. Vortrieb eines Fahrzeugs. Das Energiespeichersystem beinhaltet mehrere Energiespeichermodule 106. Jedes Energiespeichermodul beinhaltet eine oder mehr Energiespeichervorrichtungen 108 („ESD“ in 1). Bei den Energiespeichervorrichtungen kann es sich um Batteriezellen, Kondensatoren oder dergleichen handeln. Die Energiespeichervorrichtungen in jedem Modul können elektrisch miteinander verbunden sein, bspw. in Reihen- oder Parallelbeziehung. Bei der dargestellten Ausführungsform können zwei Energiespeichermodule 106A, 106B gezeigt sein und jedes der Energiespeichermodule 106A, 106B besitzt eine Anordnung von drei Energiespeichervorrichtungen. Die Energiespeichermodule können in anderen Ausführungsformen mehr oder weniger als drei Energiespeichervorrichtungen aufweisen, z.B. nur eine Energiespeichervorrichtung, sechs Energiespeichervorrichtungen, zehn Energiespeichervorrichtungen oder dergleichen. Obgleich es sein kann, dass zwei Energiespeichermodule gezeigt sind, kann das Energiespeichersystem zusätzliche Energiespeichermodule, wie etwa zehn Energiespeichermodule, fünfundzwanzig Energiespeichermodule oder dergleichen aufweisen. Die unterschiedlichen Energiespeichermodule können elektrisch miteinander verbunden sein, etwa in einer Reihen- oder Parallelbeziehung, um eine Kette bzw. Strang zu definieren. Alternativ können die Energiespeichermodule elektrisch voneinander isoliert sein. In einer alternativen Ausführungsform kann das Energiespeichersystem nur ein Energiespeichermodul aufweisen und das einzelne Energiespeichermodul kann mehrere Energiespeichervorrichtungen aufweisen.
Das Abweichungsdetektionssystem kann die Operationen des Energiespeichersystems durch Analysieren der von den Sensoren erzeugten Sensormessungen überwachen. Die Sensoren können beispielsweise in einer ersten Gruppe 110 und einer zweiten Gruppe 112 angeordnet sein. Die erste Gruppe kann dem ersten Energiespeichermodul 106A zugeordnet sein und die zweite Gruppe kann dem zweiten Energiespeichermodul 106B zugeordnet sein. Beispielsweise überwachen die Sensoren in der ersten Gruppe verschiedene Parameter des ersten Energiespeichermoduls. Die verschiedenen Parameter des ersten Energiespeichermoduls umfassen Parameter von jeder Gruppe von deren Energiespeichervorrichtungen. In der dargestellten ersten Ausführungsform umfassen Sensoren in der ersten Gruppe Temperatursensoren 114, Spannungssensoren 116 und einen Stromsensor 118. Ein anderes Paar von Temperatursensoren kann die Temperatur von jeder der Energiespeichervorrichtungen messen, so dass es sechs Temperaturmesssensoren in der ersten Gruppe geben kann, die die Temperatur der drei Energiespeichervorrichtungen messen. Die erste Gruppe umfasst drei Spannungssensoren, wobei jeder Spannungssensor eingerichtet ist, die Spannung über einem anderen der drei Energiespeichersensoren (oder einer Ansammlung von Energiespeichervorrichtungen, wenn eine Parallelanordnung vorliegt) zu messen. Die erste Gruppe weist einen einzelnen Stromsensor auf, der elektrische Stromübertragung durch das erste Energiespeichermodul misst. Das zweite Energiespeichermodul kann ein Nachbau des ersten Energiespeichermoduls aus 1 sein, und die zweite Gruppe von Sensoren kann ein Nachbau der ersten Gruppe sein. Die Typen von Sensoren, die Anzahl von Sensoren und/oder die Platzierung der Sensoren kann auf Grundlage anwendungsspezifischer Parameter ausgewählt werden. Beispielsweise können die erste Gruppe und/oder zweite Gruppe Sensoren aufweisen, um den Widerstand, den Ladezustand, die Ladekapazität, den Druck, die Kühlmittelströmungsrate und/oder dergleichen zu messen. Geeignete Sensoren können zumindest einem der Energiespeichermodule des Energiespeichersystems zugeordnet sein. Die benachbarte Anordnung, der Abstand, die Empfindlichkeit und die Art der Sensoren können bei einer Anwendung wirksam eingesetzt werden, um Aspekte des erfindungsgemäßen Systems zu unterstützen.
Die Steuerschaltung 104 kann von den dem Energiespeichersystem zugeordneten Sensoren erzeugte Sensormessungen zum Zwecke des Überwachens des Betriebs des Energiespeichersystems und der Bereitstellung effizienter, prompter Korrekturen erhalten und analysieren, um Fehlfunktionen und/oder Fehlern zu begegnen, um Schäden zu begrenzen. Die Steuerschaltung beinhaltet einen oder mehr Prozessoren 120 und zugehörige Verschaltung, wie etwa Computerprozessor oder eine andere Logik-basierte Vorrichtung, die auf Grundlage von einer oder mehr Mengen programmierter Befehle Operationen durchführt (beispielsweise Software). Die programmierten Befehle, anhand derer die Steuerschaltung arbeitet, können auf einem physischen und nicht-flüchtigen (beispielsweise nicht einem übertragbaren Signal) computerlesbaren Speichermedium wie etwa einem Speicher 122 gespeichert sein. Der Speicher kann einen oder mehr Computerfestplatten, Flash-Laufwerke, RAM, ROM, EEPROM und dergleichen aufweisen. Alternativ können Befehle, die Operationen der Steuerschaltung anweisen, in die Logik der Steuerschaltung hartverdrahtet sein, etwa indem es sich bei ihnen um eine hartverdrahtete Logik handelt, die in programmierbaren Gate-Arrays (fpga), komplexen programmierbaren Logikvorrichtungen (cpld) und/oder anderer Hardware gebildet ist. In einer Ausführungsform kann die Steuerschaltung leitfähig mit den Sensoren über einen leitfähigen Pfad, etwa ein Stromkabel 124, Kontakter, ein optisches Kabel, Leiterbahnen oder dergleichen verbunden sein, und die Steuerschaltung erlangt die Sensormessungen über den leitfähigen Pfad. Optional können zumindest manche der Sensoren drahtlos mit der Steuerschaltung verbunden sein und können die Sensormessungen drahtlos an die Steuerschaltung 104 übermitteln. Die Steuerschaltung erlangt die von den Sensoren erzeugten Sensormessungen sowohl in der ersten Gruppe, die dem ersten Energiespeichermodul zugeordnet ist, als auch der zweiten Gruppe, die dem zweiten Energiespeichermodul zugeordnet ist.
Die Steuerschaltung ermittelt einen Referenzwert und/oder eine Referenzschwankung eines konkreten Parameters auf Grundlage der von den Sensoren erzeugten Sensormessungen. Bei dem konkreten Parameter kann es sich um einen Messparameter handeln, der unmittelbar von einem oder mehr Sensoren, die den Energiespeichermodulen zugeordnet sind, gemessen wird, z.B. eine Temperatur, Spannung, Stromstärke oder dergleichen. Optional kann der konkrete Parameter ein abgeleiteter bzw. gewonnener oder umgewandelter Parameter sein, der nicht unmittelbar von einem beliebigen Sensor gemessen, sondern eher abhängig von einer oder mehr Sensormessungen gewonnen werden kann. Ein erstes nicht-beschränkendes Beispiel eines gewonnenen Parameters kann die Leistung sein, die aus Stromstärke- und Spannungssensormessungen gewonnen werden kann. Gewonnene Parameter können ferner statistische Messgrößen wie etwa das Mittel, den Median, den Modus und dergleichen des gemessenen Parameters (beispielsweise die mittlere bzw. durchschnittliche Temperatur) oder einen weiteren gewonnenen Parameter (bspw. das Leistungsmittel) umfassen. Andere nicht-beschränkende Beispiele des konkreten Parameters können den RMS (Effektivwert), Oberschwingungsstrom, Ladezustand, Kapazität, Widerstand und dergleichen aufweisen. Obgleich vorliegend der Referenzwert und/oder die Referenzschwankung eines einzelnen, konkreten Parameters beschrieben sein kann, kann erkannt werden, dass die Steuerschaltung jeweilige Referenzwerte und/oder Schwankungen von mehreren konkreten Parametern zum Bestimmen von Abweichungszuständen -Bedingungen erkennen kann.
Wie hier genauer beschrieben können der Referenzwert und/oder die Referenzschwankung auf den Sensormessungen der Sensoren in der ersten Gruppe, die das erste Energiespeichermodul überwachen, den Sensormessungen der Sensoren in der zweiten Gruppe, die das zweite Energiespeichermodul überwachen (und einer beliebigen zusätzlichen Sensormessung, die dem Energiespeichersystem zugeordnet ist), Betriebsparametern der Energiespeichersysteme, inhärenter Eigenschaften der Energiespeichervorrichtungen (beispielsweise eine Zellchemie) der Speichermodule, Verlaufsinformationen über die Energiespeichermodule (beispielsweise Betriebsalter, Akkuzustand etc.) und/oder Verlaufsinformationen basieren, die von anderen Energiespeichermodulen (beispielsweise Tendenzen) beobachtet wurden. Der Referenzwert und/oder die Referenzschwankung können zeitabhängig variieren.
Es kann mehrere Wege geben, um den Referenzwert für einen bestimmten Parameter zu bestimmen, einschließlich, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, Parameter innerhalb desselben Moduls, innerhalb derselben Kette, in unterschiedlichen Ketten, unterschiedlichen Bewegungsapparaten und durch Physik oder Kombinationen. Die Steuerschaltung kann mehrere Referenzwerte für denselben Parameter mithilfe einer oder mehr dieser Verfahren bestimmen. Jeder dieser Referenzwerte wird einen zugehörigen Wert, eine zugehörige Schwankung und/oder ein zugehöriges Konfidenzintervall haben. Beispielsweise kann für Temperaturen von Zellen innerhalb eines Moduls aufgrund den in derselben Baugruppe aufgenommenen Sensoren angenommen werden, dass sie eine kleinere Schwankung haben als die Temperaturen von Zellen innerhalb einer ganzen Kette. Jeder dieser Referenzwerte für denselben Parameter und deren zugehörige Varianz/Konfidenzintervalle können zu einem einzigen Referenzwert und einem Referenz-Varianz/Konfidenzintervall durch eine Transferfunktion kombiniert werden. Ein Beispiel einer solchen Transferfunktion kann ein gewichteter Durchschnitt sein, bei dem größere Gewichtungen den Referenzwerten zugewiesen sein können, die eine geringere Varianz haben, oder eine stärkere Gewichtung, je nach Quelle. Beispielsweise kann ein Referenzwert, der aus Daten innerhalb des Moduls gewonnen wird, stärker gewichtet werden als der Referenzwert, der aus Daten anderer Module innerhalb der Kette gewonnen wird. Auf ähnliche Weise kann ein Referenzwert, der aus Daten innerhalb der Kette (dort, wo das Modul ist) gewonnen wird, höher gewichtet werden als der Referenzwert, der aus Daten aus Modulen und/oder Ketten in (einer) benachbarte(n) Kette(n) gewonnen wird.
Um die Operationen des ersten Energiespeichermoduls zu überwachen, empfängt die Steuerschaltung die Sensormessungen von den Sensoren in der ersten Gruppe und ermittelt Überwachungswerte und/oder Überwachungsschwankungen des konkreten Parameters auf Grundlage dieser Sensormessungen. Falls beispielsweise der Referenzwert und/oder die Referenzschwankung in dem konkreten Parameter die Steuervariable darstellt, stellen die Überwachungswerte und/oder Schwankungen die experimentelle Variable dar. Gleiche Referenzwerte und/oder Schwankungen, die Überwachungswerte und/oder Schwankungen des konkreten Parameters können unmittelbare Sensormessungen oder gewonnene Berechnungen basierend auf den unmittelbaren Sensormessungen sein. Bei einem nicht-beschränkenden Beispiel kann, angenommen, der konkrete Parameter ist die Temperatur, die Steuerschaltung die Überwachungswerte als Temperaturmessungen bestimmen, die von allen der entsprechenden Temperaturmessungen in der ersten Gruppe erzeugt wurden. Bei einem weiteren nicht-beschränkenden Beispiel, wenn der konkrete Parameter die Leistung sein kann, kann die Steuerschaltung die Überwachungswerte als die Leistungsberechnungen bestimmen, die durch Multiplizieren von Strommessungen mit Spannungsmessungen gewonnen werden. Die Überwachungsschwankungen stellen Differenzen in den Überwachungswerten dar. Beispielsweise kann eine Überwachungsschwankung gleich der Differenz in zwei Leistungsdifferenzberechnungen sein, die mit dem Energiespeichermodul in Beziehung stehen, die auf unterschiedlichen Spannungs- und Strommessungen basieren können.
Nach dem Ermitteln der Überwachungswerte und/oder Schwankungen kann die Steuerschaltung die Überwachungswerte und/oder Schwankungen mit dem Referenzwert und/oder der Referenzschwankung des konkreten Parameters vergleichen. Beispielsweise kann es sich bei dem konkreten Parameter um die Temperatur handeln, und die Steuerschaltung kann alle von den Temperatursensoren in der ersten Gruppe erzeugten Temperaturmessungen mit dem Referenzwert und/oder der Referenzabweichung vergleichen. Wenn zumindest einer der überwachten Werte und/oder Schwankungen vom Referenzwert und/oder der Referenzschaltung um mehr als eine vorgesehene Toleranzspanne abweicht, detektiert die Steuerschaltung einen Abweichungszustand. Der Abweichungszustand stellt einen Zustand bzw. eine Bedingung dar, bei dem ein potenzieller Fehler detektiert werden kann. Der Begriff „potentieller Fehler“ kann eine breite Kategorie von Szenarien abweichender Schwere darstellen, etwa einen fehlerhaft arbeitenden Sensor, eine defekte/beschädigte Lasche, die Energiespeichervorrichtungen verbindet, eine mangelhafte Schweißung, ein fehlerhaft arbeitendes Kühlsystem, eine fehlerhaft arbeitende Speichervorrichtung (die einen Brand oder ein thermisches Durchgehen erfahren kann), oder dergleichen. Beim Detektieren des Abweichungszustands kann die Steuerschaltung ein oder mehr reaktive Maßnahmen gemäß den programmierten Befehlen ergreifen, wie etwa das Benachrichtigen eines Bedieners und/oder das Isolieren des Energiespeichermoduls durch Sperren des Transfers von elektrischem Strom an die und/oder aus dem Energiespeichermodul, zumindest zeitweise, bis eine Ursache des Abweichungszustands bestimmt werden kann und der Abweichungszustand korrigiert werden kann.
Optional kann die Steuerschaltung betriebswirksam mit einer Kommunikationsvorrichtung 126 verbunden werden, die ein Bauteil des Abweichungsdetektionssystems mit der Steuerschaltung und den Sensoren darstellt. Die Steuerschaltung kann ein oder mehr Steuersignale erzeugen, die von der Kommunikationsvorrichtung an beabsichtigte Empfänger übermittelt werden können, wie etwa Controller, menschliche Bediener und/oder dergleichen. Die Kommunikationsvorrichtung kann einen Sendeempfänger (oder diskrete Sender- und Empfängerbauteile), eine Antenne 128, eine zugeordnete Verschaltung für drahtlose bidirektionale Kommunikation verschiedener Arten von Nachrichten, etwa Befehlsnachrichten, Antwortnachrichten, Statusnachrichten und/oder dergleichen umfassen. Die Kommunikationsvorrichtung kann Nachrichten an bestimmte vorgesehene Empfänger und/oder zum Übertragen von Nachrichten senden. Optional kann die Kommunikationsvorrichtung Verschaltung zum Mitteilen von Nachrichten über eine kabelgebundene Verbindung, etwa zwischen mehreren Energiespeichersystemen im selben Fahrzeug, oder zwischen unterschiedlichen Fahrzeugen, die elektrisch gekoppelt werden können, umfassen.
2 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 200, in das das Abweichungsdetektionssystem 100 gemäß einer Ausführungsform integriert ist. Das Fahrzeugsystem bewegt sich entlang einer Strecke 204. Das Fahrzeugsystem in der dargestellten Ausführungsform stellt einen Fahrzeugverbund dar. Geeignete Fahrzeugverbunde können einen Schienenfahrzeugverbund (etwa einen Zug), der sowohl Vortriebs-erzeugende Fahrzeuge 206 (bspw. Fahrzeuge 206A-C) als auch nicht-Vortriebs-erzeugende Fahrzeuge 208 (beispielsweise Fahrzeuge 208A-B) umfasst, die mechanisch durch Kopplungseinrichtungen 210 gekoppelt sind (und optional einen elektrischen Verbinder umfassen können). Bei diesem Beispiel kann es sich bei den Vortriebs-erzeugenden Fahrzeugen um Lokomotiven und bei den nicht-Vortriebs-erzeugenden Fahrzeugen um Schienenwaggons handeln.
Andere geeignete Fahrzeugverbunde können eine Gruppe von kommunikativgekoppelten Straßenfahrzeugen umfassen. In einer Ausführungsform sind die Fahrzeuge ferngesteuert, oder autonom. Das Fahrzeugsystem kann aus mehreren Fahrzeugen gebildet sein, die physisch voneinander getrennt, jedoch logisch miteinander gekoppelt sein können, um eine Kommunikation unter den Fahrzeugen zu erlauben, um ihre Bewegungen miteinander zu koordinieren. Ferner kann ein geeignetes Fahrzeugsystem anstatt aus mehreren Fahrzeugen (ungeachtet, ob vortriebserzeugend oder nicht) aus einem einzelnen Fahrzeug gebildet werden, das vortriebserzeugend ist.
Geeignete vortriebserzeugende Fahrzeuge umfassen jeweilige Vortriebssysteme 212, die eine Zugkraft erzeugen, um das Fahrzeug entlang der Strecke vorzutreiben. Jedes Vortriebssystem kann einen oder mehr Fahrmotoren 213 aufweisen, die betriebswirksam mit unterschiedlichen Achsen 214 und/oder Rädern 216 der Fahrzeuge gekoppelt sind. Die Fahrmotoren können mit den Achsen und/oder Rädern über ein oder mehr Zahnräder, Getriebe oder andere mechanische Vorrichtungen verbunden sein, um eine von den Fahrmotoren erzeugte Drehbewegung in eine Drehbewegung der Achsen und/oder Räder umzuwandeln. Unterschiedliche Fahrmotoren können betriebswirksam derart mit unterschiedlichen Achsen und/oder Rädern gekoppelt sein, dass Fahrmotoren, die deaktiviert werden können (d.h. abgeschaltet), entsprechende Achsen und/oder Räder nicht drehen, wohingegen Fahrmotoren, die aktiviert bleiben (d.h. angeschaltet), entsprechende Achsen und/oder Räder drehen. Jedes Vortriebssystem umfasst ferner ein Energiespeichersystem 202, das den Fahrmotoren elektrische Leistung bereitstellt. Das Energiespeichersystem an jedem vortriebserzeugenden Fahrzeug kann das gleiche oder ähnlich dem in 1 gezeigten Energiespeichersystem sein. Beispielsweise können die Fahrmotoren durch elektrischen Strom angetrieben werden, der den Fahrmotoren von dem Energiespeichersystem bereitgestellt wird. In einem regenerativen Bremszustand können die Fahrmotoren elektrischen Strom, der auf Grundlage der Rotation der Räder und/oder Achsen erzeugt wird, dem Energiespeichersystem bereitstellen, um Energiespeichervorrichtungen (beispielsweise Batteriezellen oder dergleichen) von diesem aufzuladen.
Das Abweichungsdetektionssystem, einschließlich der Sensoren und der Steuerschaltung (beide in 1 gezeigt), kann fahrzeugintern von jedem der vortriebserzeugenden Fahrzeuge angeordnet sein, um Operationen ihrer Energiespeichersysteme zu überwachen. Optional kann ein anderes, diskretes Abweichungsdetektionssystem fahrzeugintern in jedem der drei Vortriebs-erzeugenden Fahrzeuge angeordnet sein. Alternativ kann eine einzelne Steuerschaltung (beispielsweise eine Hauptsteuerschaltung) fahrzeugintern des Fahrzeugsystems Sensormessungen aus Sensoren erhalten, die fahrzeugintern in unterschiedlichen Fahrzeugen angeordnet sind, um alle der Energiespeichersysteme zu überwachen.
Obgleich 2 das Abweichungsdetektionssystem zeigt, das in einen Schienenfahrzeugverbund eingegliedert ist, können die hier beschriebenen Ausführungsformen auf andere Arten von Fahrzeugverbunden und/oder auf Fahrzeuge, bei denen es sich nicht um Schienenfahrzeuge, wie etwa Offroad-Fahrzeuge (beispielsweise Bergbaufahrzeuge oder andere Fahrzeuge, die nicht zur Fortbewegung auf öffentlichen Straßen ausgelegt sind), Wasserfahrzeuge, Kraftfahrzeuge oder dergleichen angewendet werden. Ferner kann das hier beschriebene Abweichungsdetektionssystem verwendet werden, um jedwedes großformatige Energiespeichersystem zu überwachen, selbst bei ortsfesten Anwendungen ohne Fahrzeuge.
3 ist ein Blockablaufdiagramm, das Operationen der Steuerschaltung des Abweichungsdetektionssystems gemäß einer Ausführungsform darstellt. Bei 302 bestimmt die Steuerschaltung den Referenzwert und/oder die Referenzschwankung eines konkreten Parameters. Der Referenzwert und/oder die -schwankung stellt ein erwartetes Verhalten des Energiespeichermoduls (oder der Energiespeichervorrichtung von diesem) dar, das überwacht werden kann. Von den Energiespeichermodulen im selben Energiespeichersystem (oder selbst unterschiedlichen Energiespeichersystemen), die ähnliche Betriebsbedingungen durchleben, kann angenommen werden, dass sie sich ähnlich verhalten und ähnlich Reaktionen auf gemeinsame Stimuli haben, etwa eine Last oder eine Anforderung für Strom, der an die Speichermodule angelegt werden soll. Die Energiespeichermodule innerhalb desselben Energiespeichermoduls und über unterschiedliche Energiespeichermodule hinweg können die gleichen oder ähnliche Eigenschaften haben. Diese Eigenschaften können die Zellzusammensetzungen, Kapazitäten, Arten, Alter/Nutzung/Zustand, Chargennummer und dergleichen umfassen. Der Referenzwert und/oder die Referenzschwankung kann eine numerische Wiedergabe des erwarteten Verhaltens sein.
Der Referenzwert kann ein einzelner, numerischer Wert sein, ein numerischer Wert über der Zeit (kann beispielsweise auf einem Schaubild als Diagrammlinie abgetragen sein), eine Änderung bei dem numerischen Zeit über der Zeit (beispielsweise eine Steigung), eine Änderungsrate in einem numerischen Wert über der Zeit, oder dergleichen. Wenn der Referenzwert beispielsweise eine Temperatur über der Zeit wiedergibt, kann angenommen werden, dass die Sensormessungen der Temperatursensoren auf oder nahe einem jeweiligen Wert der zu jeder gegebenen Zeit erwarteten Temperatur liegen. In einer Ausführungsform kann die Referenzschwankung eine errechnete Differenz zwischen zwei oder mehr Datenpunkten sein. Beispielsweise kann eine Referenzschwankung von 10 Grad angeben, dass eine Gruppe von Temperatursensoren, die dem gleichen Energiespeichermodul zugeordnet sind, keine Temperaturmessungen erzeugen sollten, die um mehr als 10 Grad voneinander abweichen. Somit sollte die niedrigste Temperaturmessung innerhalb der gleichen Schwankung (beispielsweise 10 Grad) bezogen auf die höchste Temperaturmessung liegen. Die Referenzschwankung kann über der Zeit variieren. Die Referenzschwankung kann von Betriebsbedingungen, etwa unterschiedlichen Orten in einem System, unterschiedlichen Spannungen in den Vorrichtungen und/oder dergleichen abhängen. Beispielsweise kann die Referenzabweichung bei der Temperatur größer sein, wenn möglicherweise bekannt ist, dass die Energiespeichervorrichtungen unterschiedliche Standorte bezogen auf den Kühlmittelfluss haben, als dann, wenn alle Vorrichtungen gleiche oder in etwa gleichen Zugang zum Kühlmittelfluss haben. Von den Vorrichtungen in der Nähe des Kühlmittelflusses wäre zu erwarten, dass sie eine geringere Temperatur haben als die Vorrichtungen weiter weg vom Kühlmittelfluss. In einer anderen Ausführungsform kann die Referenzschwankung einen größeren Wertebereich wiedergeben. Beispielsweise kann die Referenzschwankung ein Bereich sein, der zwischen zwei eingestellten Punkten, Linien oder Ebenen definiert ist, die eine Untergrenze und eine Obergrenze darstellen. Die Position von der oberen und/oder der oberen Grenze kann sich mit der Zeit verändern, sowie auch die Größe des Bereichs zwischen der oberen und der unteren Grenze.
Der Referenzwert und/oder die Referenzschwankung können auf Grundlage verschiedener Eingabedaten, die von der Steuerungseinheit empfangen werden können oder auf welche diese zugreifen kann, verwendet werden. Die Eingabedaten, die zur Bestimmung des Referenzwerts und/oder der Referenzschwankung eines konkreten Parameters des ersten Energiespeichermoduls verwendet werden, können beispielsweise lokale Sensormessungen 304, Sensormessungen 306 aus anderen Energiespeichermodulen, Betriebsbedingungen 308, inhärente Eigenschaften 310 des Energiespeichermoduls, Verlaufsinformationen 312 über das erste Energiespeichermodul und/oder Verlaufsinformationen 314 über andere Energiespeichermodule umfassen.
Die lokalen Sensormessungen 304 stellen Rohdaten dar, die von den Sensoren erzeugt wurden, die mit dem ersten Energiespeichermodul in Beziehung stehen. Optional kann die Steuerschaltung manche der Sensormessungen, die eine geringe Qualität haben, etwa ein geringes Signal-Rausch-Verhältnis oder eine deutlich falsche Auslesung (beispielsweise Temperaturmessungen von einem Sensor, die sich über einen verlängerten Zeitraum nicht ändern, obgleich von anderen Sensoren bekannt ist, dass sich die Temperatur ändern kann) herausfiltern oder ersetzen. Wenn es sich bei dem konkreten Parameter um die Temperatur handeln kann, kann die Steuerschaltung die Sensormessungen aus allen sechs Temperatursensoren nutzen, die dem in 1 gezeigten ersten Energiespeichermodul zugeordnet sind.
Die Sensormessungen 306 aus anderen Energiespeichermodulen beziehen sich auf Sensormessungen aus der zweiten Gruppe von Sensoren, die dem zweiten Energiespeichermodul zugeordnet sind, und können sich auch auf Sensormessungen aus anderen Energiespeichermodulen aus demselben oder einem anderen Energiespeichersystem beziehen. Beispielsweise kann zum Ermitteln des Referenzwerts und/oder der Temperaturschwankung die Steuerschaltung Temperaturmessungen aus allen (oder einem Großteil) der Temperatursensoren in dem gesamten Energiespeichersystem erlangen und kompilieren.
Die Betriebsbedingungen 308 beziehen sich auf gegenwärtige Umgebungsbedingungen und Operationen des ersten Energiespeichermodul. Betriebsbedingungen können beispielsweise Umgebungstemperatur, Umgebungsluftstrom, Druck, Feuchtigkeit und dergleichen in der Umgebung um das erste Energiespeichermodul umfassen. Die Betriebsbedingungen können auch aktive Kühl- und/oder Erwärmungsgeschwindigkeiten umfassen. Beim Batteriezustand kann es sich um eine weitere Betriebsbedingung handeln, und kann sich auf einen Ladezustand von jeder Energiespeichervorrichtung des Moduls beziehen, eine gegenwärtigen Ladetransferzustand des Moduls, wie etwa die Zufuhr von elektrischem Strom oder die Aufnahme von elektrischem Strom und/oder eine vorhandene Last oder Stromanforderung des Moduls. Die Last an dem Energiespeichermodul kann eine Rate (bspw. Amperestundenrate) wiedergeben, bei der das Energiespeichermodul Strom an einen Fahrmotor oder an einen Hilfsmotor zuführt. Bei einer weiteren Betriebsbedingung kann es sich um einen Fahrzeugzustand (beispielsweise einen Bewegungsapparatzustand für die Schienenfahrzeuganwendung) handeln, der sich darauf beziehen kann, ob das Fahrzeug, an dem das Abweichungsdetektionssystem angeordnet sein kann, eventuell bremst, im Leerlauf fährt, beschleunigt, ortsfest ist, abgeschaltet ist und/oder dergleichen.
Die Eigenschaften 310 des Energiespeichermoduls beziehen sich auf inhärente physik-basierte Eigenschaften, wie etwa die Chemie bzw. Zusammensetzung der Energiespeichervorrichtungen (beispielsweise die Zellchemie), die Art und/oder das Modell der Energiespeichervorrichtungen, modellierte thermische Eigenschaften der Energiespeichervorrichtungen und dergleichen. Die modellierten thermischen Eigenschaften können sich auf Wärme beziehen, die im Betrieb erzeugt wird.
Die Verlaufsinformationen 312 über die Energiespeichervorrichtungen können sich auf die Betriebsnutzungsdauer der Energiespeichervorrichtung und/oder Funktionszustände der Energiespeichervorrichtungen beziehen. Beispielsweise kann angenommen werden, dass der Widerstand einer Energiespeichervorrichtung im Laufe der betrieblichen Lebensdauer allmählich zunimmt. Der Funktionszustand kann sich auf eine Bedingung der Energiespeichervorrichtungen beziehen, die bei der betrieblichen Lebensdauer, der Ladekapazität der Energiespeichervorrichtungen, dem aktuellen Ladezustand der Energiespeichervorrichtungen und/oder dergleichen berücksichtigt werden kann. Beispielsweise ist es bei einer voll aufgeladenen Energiespeichervorrichtung wahrscheinlicher, dass sie ein thermisches Durchgehen erleidet als bei einer teilweise entleerten Energiespeichervorrichtung, aufgrund der größeren Menge an gespeicherter Energie.
Die Verlaufsinformationen 314 über andere Energiespeichermodule können sich auf Beobachtungen und Tendenzen auf Grundlage des Verhaltens der Energiespeichermodule beziehen, ob nun im selben Energiespeichersystem oder einem anderen Energiespeichersystem aus dem ersten Energiespeichermodul. Die anderen Energiespeichermodule können dem ersten Energiespeichervorrichtungsmodul ähneln, etwa die gleiche Anzahl und/oder Art von Energiespeichervorrichtungen umfassen wie die Energiespeichervorrichtungen im ersten Modul. Beispielsweise können die Informationen thermische Erwärmungsraten der anderen Energiespeichermodule umfassen, die als Reaktion auf konkrete Stimuli beobachtet werden, etwa Umgebungsbedingungen und Lasten, die an die Energiespeichermodule angelegt werden.
Die Steuerschaltung kann einen Teil oder alle der Eingangsdaten 304, 306, 308, 310, 312, 314 zum Bestimmen des Referenzwerts und/oder -Schwankungen in dem konkreten Parameter nutzen. Beispielsweise kann die Steuerschaltung die Betriebsbedingungen, die inhärenten Eigenschaften des Energiespeichermoduls und die Verlaufsinformationen über das Energiespeichermodul in ein Physik-basiertes Rechenmodell einkoppeln. Das Physik-basierte Rechenmodell kann ein Computerprogramm sein, das den Referenzwert und/oder die Referenzabweichung in dem konkreten Parameter auf Grundlage eines Algorithmus erzeugt, der mehrere Berechnungen mithilfe der Eingangsdaten als Variablen umfasst. Das Physik-basierte Modell kann ferner zusätzliche Informationen, wie etwa die lokalen Sensormessungen, die Sensormessungen aus anderen Energiespeichermodulen, und/oder Verlaufsinformationen über andere Energiespeichermodule umfassen.
Wie oben beschrieben kann der Referenzwert und/oder die Schwankung des konkreten Parameters aus einer oder mehr Funktionen und anderen bekannten Beziehungen basierend auf einer oder mehr Messungen gewonnen werden, so dass der Referenzwert und/oder -schwankung nicht nur lediglich ein Parameter sein kann, der unmittelbar von den Sensoren gemessen werden kann. Nicht-beschränkende Beispiele gewonnener, konkreter Parameter umfassen Leistung, RMS-Strom, Oberwellenspektrum, Vorspannung, Widerstand, statistische Metriken (beispielsweise Mittel, Median, Modus, Standardabweichung etc.) und dergleichen. Bei einem nicht-beschränkenden Beispiel kann der konkrete Parameter eine statistische Metrik wiedergeben, und die Steuerschaltung kann alle Sensormessungen, die einen vorgegebenen Parameter wiedergeben, der von den in das Energiespeichersystem eingegliederten Sensoren erzeugt wurde. Somit kann die Steuerschaltung für den Temperaturparameter die Sensormessungen, die von den Temperatursensoren erzeugt wurden, die allen der Energiespeichermodule in dem System zugeordnet sind, kompilieren. Optional kann die Steuerschaltung den Regelungsbereich kompilierter Sensormessungen den Sensormessungen annähern, die von den konkreten Sensoren, die dem gleichen Energiespeichermodul oder der gleichen Energiespeichervorrichtung zugeordnet sind, einengen. Die Steuerschaltung kann den Referenzwert und/oder die Schwankung durch Durchführen einer statistischen Berechnung an den kompilierten Sensormessungen ermitteln. Beispielsweise kann die Steuerschaltung einen Referenzwert der Temperatur als Durchschnitt (Mittel), Median berechnen, oder einen anderen bestimmten Wert der kompilierten Temperaturmessungen. Die Steuerschaltung kann die Sensormessungen ferner in einer Verteilung von niedrig nach hoch anordnen, und kann die Referenzschwankung (oder - spanne) eines konkreten Parameters ermitteln, indem die Messwerte bei bestimmten Prozentsätzen der Verteilung als obere und untere Grenzen ausgewählt werden, die die Begrenzungen der Referenzschwankung definieren. Wenn die bestimmten Perzentile beispielsweise 40% und 60% betragen, kann die Steuerschaltung die Sensormessung in der Verteilung, die das 40-er Perzentil darstellt, als untere Grenze festlegen und kann die Sensormessung in der Verteilung, die das 60-er Perzentil darstellt, als obere Grenze festlegen. Die Steuerschaltung kann den Referenzwert und/oder -schwankung der konkreten Parameter durch andere Prozesse in anderen Ausführungsformen bestimmen.
Die Steuerschaltung kann den Referenzwert und/oder -Schwankung für jeden der mehreren, konkreten Parameter des Energiespeichermoduls bestimmen. Beispielsweise kann die Steuerschaltung einen Referenzwert und/oder -schwankung für die Temperatur, einen anderen Referenzwert und/oder -schwankung für die Leistung, einen anderen Referenzwert und/oder -schwankung für den RMS-Strom und/oder dergleichen ermitteln.
Bei 315 können die Überwachungswerte und/oder Schwankungen des konkreten Parameters bestimmt werden. Die Überwachungswerte und/oder Schwankungen können auf den lokalen Sensormessungen (bei 304) der Sensoren basieren, die dem konkreten Energiespeichermodul zugeordnet sind, das analysiert wird. Wie oben beschrieben kann der konkrete Parameter einen Messparameter, wie etwa Temperatur, Stromstärke, Spannung und/oder dergleichen wiedergeben, oder einen gewonnenen Parameter, wie etwa Leistung, Durchschnittstemperatur, Widerstand, RMS-Strom und/oder dergleichen. Externe Quellen, wie etwa Betriebsbedingungen, Verlaufsinformationen und Sensormessungen aus anderen Energiespeichermodulen können nicht verwendet werden, um die Überwachungswerte und/oder Schwankungen zu bestimmen.
Bei 316 vergleicht die Steuerungseinheit die Überwachungswerte und/oder Schwankungen des konkreten Parameters, um ein Ausmaß und/oder eine Geschwindigkeit der Abweichung zu bestimmen. Der Vergleich kann zum Zwecke des Detektierens von „Ausreißer“-Sensormessungen erfolgen, die einen Bauteilfehler wie etwa eine brennende Batteriezelle oder eine ein thermisches Durchgehen erfahrende Batteriezelle anzeigen könnten. Das überwachte Verhalten des Energiespeichermoduls auf Grundlage tatsächlicher, von den Sensoren erzeugten Messungen kann mit dem erwarteten Verhalten verglichen werden.
In dem Vergleich kann eine vorgesehene Toleranzspanne eingegliedert sein, die ausgestaltet sein kann, um Schwankungen aufgrund der Sensorgenauigkeit, Schwankungen aufgrund verschiedenem Altern der Sensoren, Gradienten aufgrund von Diskrepanzen in den Baugruppenbedingungen und/oder Orten der Energiespeichervorrichtungen, Schwankungen bei der Qualität der Zelle-zu-Zelle-Verbindungen und dergleichen zu beinhalten. Die vorgesehene Toleranzspanne kann eine feste, voreingestellte Spanne sein, etwa +/- 2%, 5% oder 10% des Referenzwerts oder eine voreingestellte Anzahl von Graden einer Standardabweichung vom Referenzwert (beispielsweise innerhalb einer Standardabweichung von 2 Grad). Für die Temperaturparameter kann die vorgesehene Toleranzspanne bei einem Prozentsatz oder eine Anzahl von Gradeinheiten, etwa +/- 2 Grad, 4 Grad, 6 Grad oder 10 Grad vom Referenztemperaturwert eingestellt sein. Optional kann es sich bei der bestimmen Toleranzspanne um eine dynamische Spanne und eine Funktion anderer Bedingungen, etwa Stromstärke, Alter und dergleichen handeln. Beispielsweise kann die Toleranzspanne sich ändern und auf Grundlage einer Menge von Strom durch das Energiespeichermodul angepasst werden. Bei Vorhandensein geringer Stromraten kann die vorgesehene Toleranzspanne schmaler sein als bei Vorhandensein größerer Stromraten, aufgrund von Variablen wie etwa Widerständen, die von der Stromstärke beeinträchtigt werden könnten. Bei einem anderen Beispiel kann die vorgesehene Toleranzspanne im Lauf der Zeit zunehmen, sobald das Energiespeichermodul altert, da erwartet werden kann, dass die Energiespeichervorrichtungen während Beginn ihres Lebens näher am Erwarteten lägen als in den späteren Stadien ihres Lebens.
Die vorgesehene Toleranzspanne kann optional ebenfalls für die Referenzschwankung gelten. Wenn beispielsweise die Referenzschwankung zwischen Temperaturmessungen 10 Grad betragen kann, kann die vorgesehene Toleranzspanne den zulässigen Bereich von Schwankung auf 11 oder 12 erweitern. Somit kann, wenn eine gemessene Schwankung zwischen zwei Temperaturbereichen 10 Grad wäre, die vorgesehene Toleranzspanne den zulässigen Bereich von Schwankung auf 11 oder 12 Grad erweitern. Obgleich die beschriebenen Vergleiche bezogen auf einen einzelnen Sensorwert oder einen einzelnen, umgewandelten Wert beschrieben wurden, wird angemerkt, dass ein zwei- oder dreidimensionaler Vektorvergleich (wie eine Linie oder eine Ebene) ebenfalls dargestellt sein können.
Bei 318 kann die Steuerschaltung einen Abweichungszustand als Reaktion auf das Detektieren von einer oder mehr „Ausreißer-“ oder abweichender Überwachungswerte und/oder Schwankungen detektieren. Die abweichenden Überwachungswerte und/oder Schwankungen stellen Überwachungswerte und/oder Schwankungen dar (basierend auf den lokalen Sensormessungen 304, die von eine oder mehr Sensoren, die dem ersten Energiespeichermodul zugeordnet sind), die vom Referenzwert und/oder der Abweichung um mehr als die vorgesehene Toleranzspanne abweichen. Es ist zu erkennen, dass diese abweichenden Überwachungswerte und/oder Abweichungen nicht die Sensordaten beinhalten, die zuvor herausgefiltert oder ersetzt wurden.
Nachdem der Abweichungszustand detektiert werden kann, initiiert die Steuerschaltung eine oder mehr Reaktionsmaßnahmen 320. Die Reaktionsmaßnahmen 320 können zumindest das zweitweise Verändern von Betriebsbedingungen des Energiespeichermoduls umfassen, etwa das Sperren der Übertragung von elektrischem Strom an das und aus dem Energiespeichermodul, um das Energiespeichermodul von anderen Modulen (beispielsweise dem zweiten Modul) zu isolieren. Wenn das Energiespeichermodul beispielsweise in Brand steht oder eine oder mehr Energiespeichervorrichtungen aufweist, die ein thermisches Durchgehen erfahren, kann das Isolieren des Energiespeichermoduls helfen, die Ausbreitung des Schadens, wie etwa ein thermisches Durchgehen, auf andere Energiespeichermodule zu unterbinden. Die reaktiven Maßnahmen können ferner das Anpassen einer Nicht-Null-Rate der elektrischen Stromübertragung auf das Modul, das Induzieren einer bestimmten Last, die an dem Modul anliegt, das Anpassen einer das Modul umgebenden Umgebungstemperatur, das Initiieren aktiver Kühlung, das Initiieren einer Feuerunterdrückung, das Markieren des Moduls für Reparatur und/oder Austausch, das Unterbelasten oder eine anderweitige Änderung der Betriebswerte des Fahrzeugs, in dem das Energiespeichersystem verbaut sein kann, das Benachrichtigen einer Bedienperson und/oder dergleichen umfassen. Die Steuerschaltung kann automatisch ein Steuersignal erzeugen, um bei Detektion des Abweichungszustands eine oder mehr dieser Reaktionsmaßnahmen zu initiieren.
Die Steuerschaltung kann automatisch eine oder mehr vorübergehende Maßnahmen basierend auf einem Worst-Case-Szenario bei Detektion des Abweichungszustands initiieren. In einer weiteren Ausführungsform stellt das Worst-Case-Szenario ein thermisches Durchgehen und/oder Feuer bzw. Brand an einer Energiespeichervorrichtung dar, welches das Potenzial hat, sich auf andere Vorrichtungen in demselben oder anderen Modulen auszubreiten und eine erhebliche, dauerhafte Beschädigung und Schadensrisiko zu verursachen. Daher kann die Steuerschaltung beim Detektieren des Abweichungszustands eine oder mehr vorübergehende Aktionen initiieren, die thermischem Durchgehen und/oder Brand zugeordnet sind, selbst wenn die tatsächliche Ursache nicht so ernst ist. Die vorübergehenden Aktionen können das Erhöhen der aktiven Kühlung, das Initiieren einer Feuerunterdrückung, das elektrische Isolieren des Energiespeichermoduls von anderen Modulen, das Verringern einer Last an dem Energiespeichersystem, das Unterlasten der Traktionsbemühungen des Fahrzeugs, das Benachrichtigen eines Bedieners und/oder dergleichen umfassen.
In einer Ausführungsform kann die Steuerschaltung ferner detektieren, welcher der Sensoren die Sensoren erzeugt hat, auf denen die abweichenden Überwachungswerte und/oder Schwankungen basieren können, und kann diese Sensoren markieren. Ferner kann die Steuerschaltung eine Ursache des Abweichungszustands zumindest teilweise auf Grundlage von Sensormessungen schätzen, die von diesen konkreten Sensoren erzeugt wurden. Falls hier verwendet kann die Ursache des Abweichungszustands das Identifizieren von Bauteilen und/oder Zuständen der Bauteile umfassen. Beispielsweise kann die Steuerschaltung die Ursache als defekte Schweißnaht und/oder fehlerhaft arbeitende Energiespeichervorrichtung und/oder fehlerhaft arbeitenden Sensor und/oder eine defekte Lasche, die zwei Energiespeichervorrichtungen verbindet, und/oder dergleichen voneinander abgrenzen. Nach dem Schätzen der Ursache kann die Steuerschaltung die reaktiven Maßnahmen auf Grundlage der speziellen geschätzten Ursache „anpassen“. Wenn die geschätzte Ursache beispielsweise ein fehlerhaft arbeitender Sensor ist, kann die Steuerungseinheit diesen Sensor zur Reparatur oder zum Austausch markieren, den Bediener benachrichtigen, den Sensor zu ersetzen, oder dergleichen. Ferner kann die Steuerungseinheit die Durchführung der vorübergehenden Abhilfemaßnahmen auf Grundlage des Worst-Case-Szenarios stoppen. Die Steuerungseinheit kann beispielsweise die Last an dem Energiespeichersystem erhöhen, eine erhöhte Leistung des Fahrzeugs zulassen, die aktive Kühlung verlangsamen oder stoppen, die Feuerunterdrückung stoppen und/oder dergleichen. In einem anderen Beispiel, wenn die geschätzte Ursache möglicherweise eine fehlerhaft arbeitende Energiespeichervorrichtung ist, kann die Steuerungseinheit, um die Ausbreitung von Folgeschäden aufgrund von Feuer oder thermischem Durchgehen, die Durchführung der vorübergehenden Abhilfemaßnahmen basierend auf dem Worst-Case-Szenario ausweiten, beispielsweise die elektrische Isolierung der Energiespeichervorrichtungen und/oder Module, die ein Problem haben, die aktive Kühlung aufrechterhalten, die Feuerunterdrückung bzw. Brandbekämpfung aufrechterhalten und/oder dergleichen.
4 kann ein Schaubild 400 sein, das Sensormessungen, die von Temperatursensoren, die einem Energiespeichermodul zugeordnet sind (beispielsweise den Temperatursensoren, die dem in 1 gezeigten Energiespeichermodul 114 zugeordnet sind) gemäß einer Ausführungsform zum verbesserten Verständnis darstellt. Das Schaubild beinhaltet eine Vertikalachse 402, die eine Temperatur in °C-Einheiten darstellt, und eine Horizontalachse 404, die die Zeit in Sekundeneinheiten darstellt. Das Schaubild beinhaltet sechs Funktionskurven 406A-F, die beispielhafte Sensormessungen darstellen, die von jedem der sechs Temperatursensoren, die dem Energiespeichermodul zugeordnet sind, erzeugt wurden. Das Energiespeichermodul kann entweder das erste oder zweite Energiespeichermodul 106A, 106B sein, die in 1 dargestellt sind. Eine erste Funktionskurve 406A stellt Temperaturmessungen dar, die von einem der Temperatursensoren erzeugt wurden, der der ersten Energiespeichervorrichtung des Moduls zugeordnet ist, und eine zweite Funktionskurve 406B stellt Temperaturmessungen dar, die von dem anderen Temperatursensor erzeugt wurden, der der ersten Energiespeichervorrichtung zugeordnet ist. Eine dritte Funktionskurve 406C stellt Temperaturmessungen dar, die von einer der Temperatursensoren erzeugt wurden, die der zweiten Energiespeichervorrichtung zugeordnet sind, und eine vierte Funktionskurve 406 D stellt Temperaturmessungen dar, die von dem anderen Temperatursensor erzeugt wurden, der der zweiten Energiespeichervorrichtung zugeordnet ist. Die fünfte und sechste Funktionskurve 406E, 406F stellen Messungen dar, die von den zwei Temperatursensoren erzeugt wurden, die der dritten Energiespeichervorrichtung zugeordnet sind.
Das Schaubild 400 beinhaltet eine Funktionskurve 408, die die Referenztemperatur (oder die erwartete Temperatur) (beispielsweise den Wert) über der Zeit darstellt. Die Referenztemperatur kann oben und unten von einer vorgesehenen Toleranzspanne 410 begrenzt werden. Die vorgesehene Toleranzspanne 410 erstreckt sich oberhalb der Referenztemperaturkurve bis zu einer oberen Kurve bzw. Linie 412 und unterhalb der Referenztemperatur bis zu einer unteren Kurve bzw. Linie 414. In der dargestellten Ausführungsform kann die vorgesehene Toleranzspanne +/- 3 Grad von der Referenztemperaturkurve betragen. Wenn die Referenztemperaturkurve beispielsweise bei 22 °C liegt, die obere Kurve bei 25° liegt, kann wie oben beschrieben, obgleich die vorgesehene Toleranzspanne in dem dargestellten Schaubild statisch sein kann, die Toleranzspanne dynamisch sein und über der Zeit basierend auf Betriebsbedingungen, Alter etc. schwanken. Ferner kann, obwohl die Toleranzspanne in dem Schaubild durch zweidimensionale Funktionskurven dargestellt sein kann, die Toleranzspanne in drei Dimensionen entlang von Ebenen wiedergegeben werden als wäre die Schwelle eine Funktion mehrerer Parameter.
Wie in dem Schaubild gezeigt können bei 100 Sekunden alle sechs Temperaturmessungen 406 A-F innerhalb der vorgesehenen Toleranzspanne des Referenztemperaturwerts liegen. Bei 500 Sekunden versursacht irgendetwas, dass die dritte Funktionskurve 406C einen ziemlich gleichbleibenden Temperaturanstieg zeigt, der von den anderen Funktionskurven und der Referenztemperaturkurve abweicht. Die dritte Funktionskurve 406 schneidet einen absoluten Schwellenwert 416 an der vorgesehenen Temperatur von 32 Sekunden bei etwa 900 Sekunden. Ein herkömmliches Batterieüberwachungssystem kann eine Abweichung beim Zeitpunkt von 900 Sekunden als Reaktion darauf detektieren, dass die dritte Funktionskurve den Schwellenwert schneidet bzw. übersteigt. Das hier offenbarte Abweichungsdetektionssystem kann eine frühere Detektion von Anomalien bereitstellen. Beispielsweise kann die Steuerschaltung einen Abweichungszustand als Reaktion darauf detektieren, dass die dritte Funktionskurve um mehr als die vorgesehene Toleranzspanne von der Referenztemperaturkurve abweicht, was bei oder um 600 Sekunden herum erfolgt, wenn die dritte Funktionskurve die obere Linie bzw. Kurve kreuzt. Daher kann die Steuerschaltung einen Abweichungszustand detektieren und reaktive Aktionen initiieren, Minuten bevor die abweichenden Temperaturmessungen den vorgesehenen Schwellenwert überschreiten, was die Ausbreitung von Schaden im Vergleich zu einem Warten, bis der Schwellenwert vor dem Ergreifen von Maßnahmen eventuell überschreiten wird, verhindern oder verringern kann. Zudem könnte die Abweichung von dem hier offenbarten Abweichungsdetektionssystem sogar bevor die dritte Funktionskurve die obere Kurve schneidet detektiert werden, indem bestimmt wird, dass die Änderungsrate der dargestellten Temperatur von der Änderungsrate des Referenzwerts um mehr als eine vorgesehene Schwellenwertschwelle abweicht. Beispielsweise kann die Steigung der Funktionskurve zwischen 500 und 600 Sekunden von der Steigung der Referenztemperaturkurve um mehr als die vorgesehene Schwellenwertschwelle abweichen und von der Steuerschaltung als Abweichungszustand detektiert werden.
Die Funktionskurve 400 gibt ferner an, dass sich bei oder um 650 Sekunden herum die Steigung der ersten Funktionskurve 406A ändert und von der Steigung der Referenztemperaturkurve abweicht. Beispielsweise gibt die erste Funktionslinie bzw. Funktionskurve einen schnelleren Temperaturanstieg an als die Referenztemperaturkurve. Obwohl die erste Funktionskurve nicht um mehr als die vorgesehene Toleranzspanne von der Referenztemperatur abweicht, kann die Steuerschaltung einen Abweichungszustand auf Grundlage der Abweichung in den Steigungen zwischen der ersten Funktionskurve und der Referenztemperaturlinie detektieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerschaltung basierend auf der Schwankung zwischen der ersten Funktionskurve und einer oder mehr der anderen Funktionskurven -F, die eine Referenzschwankung übersteigt, einen Abweichungszustand detektieren. Beispielsweise kann die Steuerschaltung eine Referenzschwankung von 3 °C zwischen den Sensormessungen der Temperatursensoren, die der gleichen Energiespeichervorrichtung zugeordnet sind, bestimmen (unter Berücksichtigung einer beliebigen Toleranzspanne). Die ersten und zweiten Funktionskurven 406A, 406B stellen die Sensormessungen der zwei Temperatursensoren dar, die derselben Energiespeichervorrichtung zugeordnet sind. Das Schaubild zeigt, dass die erste Funktionskurve von der zweiten Funktionskurve zu einem Zeitpunkt zwischen 800 und 900 Sekunden um mehr als 3 °C abweicht. Somit kann die Steuerschaltung den Abweichungszustand als Reaktion darauf detektieren, dass die Schwankung zwischen der ersten und der zweiten Funktionskurve die Referenzschwankung übersteigt (auch wenn die erste Funktionskurve innerhalb der vorgesehenen Toleranzspanne der Referenztemperaturkurve bleibt).
Das Schaubild zeigt, dass der Abweichungszustand auf Grundlage verschiedener Eigenschaften der Sensormessungen über der Zeit, Wert, Wertänderung (beispielsweise Steigung), Geschwindigkeit der Wertänderung, Schwankungen bei den Sensormessungen, und/oder dergleichen detektiert werden kann. Der Abweichungszustand kann unabhängig von einer beliebigen der Sensormessungen detektiert werden, die einen vorgegebenen Schwellenwert wie etwa den in dem Schaubild gezeigten Schwellenwert überschreiten. Beispielsweise ist selbst dann, wenn die dritte Funktionskurve in einer alternativen Ausführungsform, nachdem sie die obere Kurve derart überschritten hat, abfallen würde, so dass die Kurve den Schwellenwert niemals übersteigt, das Abweichungsdetektionssystem möglicherweise in der Lage, den Abweichungszustand auf Grundlage des Betrags der Temperatur, der Steigung der Funktionskurve, einer Schwankung zwischen der Funktionskurve und anderen überwachten Funktionskurven und/oder dergleichen zu detektieren. Das Abweichungsdetektionssystem kann ferner eingerichtet sein, auf Grundlage der Messungen rauschende bzw. gestörte Sensoren und/oder defekte Sensoren zu detektieren. Beispielsweise kann die Funktionskurve, die auf Grundlage von Messungen eines rauschenden Sensors erzeugt wurde, um mehr als jene Funktionskurven schwanken, die auf Messungen von einem oder mehr exakten Sensor(en) basieren. Ferner können defekte Sensoren möglicherweise einheitliche, sich nicht verändernde Messungen anzeigen, die in dem Schaubild als horizontale Linie bzw. Kurve abgebildet würden. Als Reaktion auf das Detektieren rauschender oder defekter Sensoren kann die Steuerschaltung diese Sensoren ignorieren und/oder ersetzen.
Obgleich das Schaubild Temperaturmessungen der Temperatursensoren darstellt, wird angemerkt, dass die Abweichungszustände auf Grundlage anderer Parametertypen detektiert werden können, beispielsweise Stromstärke, Spannung, Ladezustand, Ladungskapazität, Druck, Kühlmittelströmungsrate und einer beliebigen gewonnenen oder transformierten Messung (beispielsweise Leistung, RMS-Strom, Widerstand etc.) zusätzlich oder anstelle der Temperatur.
5 kann ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zum Detektieren und Reagieren auf Abweichungszustände bzw. Abweichungsbedingungen in einem Energiespeichersystem gemäß einer Ausführungsform sein. Das Verfahren kann vollständig oder teilweise von der in 1 gezeigten Steuerschaltung 104 durchgeführt werden, einschließlich des einen oder mehr Prozesse desselben. Das Verfahren kann optional zusätzliche Schritte, weniger Schritte und/oder andere Schritte als in dem dargestellten Ablaufdiagramm umfassen.
Unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 1 bis 4 beginnt das Verfahren bei 502, wo Sensormessungen, die Parameter eines Energiespeichermoduls wiedergeben, erhalten werden. Die Sensormessungen können von einer ersten Gruppe von Sensoren, die dem Energiespeichermodul zugeordnet sind, erzeugt werden. Das Energiespeichermodul beinhaltet eine oder mehr Energiespeichervorrichtungen, wie etwa Batteriezellen, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein auf. Die Sensormessungen können unmittelbar von den Sensoren oder durch Zugriff auf die Sensordaten aus einer elektronischen Speichervorrichtung, etwa einem Speicher, einem Server oder dergleichen erlangt werden.
Bei 504 können ein Referenzwert und/oder eine Referenzschwankung in einem konkreten Parameter der Parameter ermittelt werden. Beispielsweise kann es sich bei dem konkreten Parameter um eine Temperatur, Stromstärke, Spannung, einen Widerstand, Ladezustand, eine Kapazität oder dergleichen handeln. Der Referenzwert und/oder die Referenzabweichung können auf Grundlage der Sensormessungen bestimmt werden, die von der ersten Gruppe von Sensoren, die dem Energiespeichermodul zugeordnet sind, Sensormessungen, die von einer zweiten Gruppe von Sensoren, die zumindest einem anderen, zweiten Energiespeichermodul 106 zugeordnet sind, inhärenten Eigenschaften des Energiespeichermoduls (und dessen Vorrichtungen), Betriebsbedingungen des Energiespeichermoduls, und/oder Verlaufsinformationen über das Energiespeichermodul oder über andere Energiespeichermodule ermittelt werden.
Bei 506 können Überwachungswerte und/oder Schwankungen, die den konkreten Parameter wiedergeben, die auf den erhaltenen Sensormessungen aus den Sensoren in der ersten Gruppe basieren können, die dem Energiespeichermodul zugeordnet sind, mit dem Referenzwert und/oder der Referenzschwankung des konkreten Parameters verglichen werden. Die Überwachungswerte und/oder Abweichungen, die auf den Sensormessungen von jedem der relevanten Sensoren in der ersten Gruppe basieren, können einzeln mit dem Referenzwert und/oder der Abweichung verglichen werden. Wenn der konkrete Parameter beispielsweise die Spannung ist, können die Sensormessungen von jedem der Spannungssensoren in der ersten Gruppe mit dem Referenzwert und/oder der Schwankung vergleichen werden. Bei einem anderen Beispiel, bei dem es sich bei dem konkreten Parameter um die Leistung handeln kann, können die Spannungs- und Strommessungen der Spannungssensoren und des Stromsensors verwendet werden, um Stromwerte und/oder Abweichungen zu gewinnen, die jeweils mit dem Referenzstromwert und/oder der Abweichung verglichen werden können.
Bei 508 kann ermittelt werden, ob alle der Überwachungswerte und/oder Schwankungen, die den konkreten Parameter darstellen, innerhalb einer vorgesehenen Toleranzspanne des Referenzwerts und/oder -schwankung des konkreten Parameters liegen. Wenn keiner der Überwachungswerte und/oder -schwankungen von dem Referenzwert und/oder der -schwankung um mehr als die vorgesehene Toleranzspanne abweicht, kann die Antwort „JA“ lauten und das Verfahren kehrt zu 502 zurück. Wenn hingegen zumindest einer der Überwachungswerte und/oder -schwankungen von dem Referenzwert und/oderschwankung um mehr als die Toleranzspanne abweicht, kann die Antwort „NEIN“ lauten, und das Verfahren schreitet zu 510 voran.
Bei 510 kann ein Abweichungszustand als Reaktion auf das Bestimmen detektiert werden, dass einer oder mehr der Überwachungswerte und/oder -schwankungen abweichende Überwachungswerte und/oder -schwankungen sind, die von dem Referenzwert und/oder - schwankung um mehr als die Toleranzspanne abweichen. Der Abweichungszustand gibt an, dass in einem oder mehr Bauteilen ein potenzieller Fehler oder Fehlfunktion vorliegen kann/können, wie etwa der Energiespeichervorrichtung, einem Sensor, einer Schweißung, einer Lasche, die Energiespeichervorrichtungen verbindet, oder dergleichen. Bei 512 können einer oder mehr Sensoren der ersten Gruppe identifiziert werden, die zumindest manche der Sensormessungen, auf denen die abweichenden Überwachungswerte und/oder - schwankungen basieren können, erzeugt haben. Beispielsweise können die Sensormessungen Datenmarkierungen aufweisen, die die Quelle der Messung angeben (also beispielsweise, welcher Sensor die Messung erzeugt hat). Der erste Sensor kann basierend auf der Datenmarkierung identifiziert werden, die einem/einer abweichenden Überwachungswert und/oder -schwankung zugeordnet ist. Mehrere Sensoren können identifiziert werden, wenn die abweichenden Überwachungswerte und/oder -schwankungen auf Messungen basieren können, die von unterschiedlichen Sensoren erzeugt wurden.
Bei 514 kann eine Ursache des Abweichungszustands geschätzt werden. Die Ursache des Abweichungszustands kann zumindest teilweise auf den Sensormessungen geschätzt werden, die von dem ersten Sensor und anderen identifizierten Sensoren erzeugt wurden. Beispielsweise kann die Ursache des Abweichungszustands geschätzt werden, indem die Sensormessungen, die von dem ersten Sensor erzeugt wurden, mit (i) Sensormessungen, die die gleichen Parameter, die von anderen Sensoren in der ersten Gruppe erzeugt wurden, (ii) Sensormessungen, die einen anderen Parameter wiedergeben, der von anderen Sensoren in der ersten Gruppe erzeugt wurde, und/oder (iii) Sensormessungen (die den gleichen Parameter und/oder einen anderen Parameter), der von einer anderen Gruppe von Sensoren erzeugt wurde, die einem anderen Energiespeichermodul zugeordnet sind, analysiert werden. Wenn beispielsweise die Temperatur der konkrete Parameter sein kann, können die „Ausreißer“ - Temperaturmessungen, die von einem oder mehr Temperatursensoren in der ersten Gruppe erzeugt wurden, mit Nicht-„Ausreißer“-Temperaturmessungen, die von anderen Temperatursensoren in der ersten Gruppe erzeugt wurden, mit Spannungsmessungen, die von den Spannungssensoren in der ersten Gruppe erzeugt wurden, mit Strommessungen, die von dem Stromsensor der ersten Gruppe erzeugt wurden, und/oder mit der Temperatur, Spannung und Strommessungen, die von unterschiedlichen Sensoren der zweiten Gruppe erzeugt wurden. Die Ursache des Abweichungszustands kann auf Grundlage von Tendenzen und Beziehungen in den Sensormessungen, die analysiert werden können, geschätzt werden, wie vorliegend genauer beschrieben werden wird.
Optional kann die Ursache des Abweichungszustands geschätzt werden, indem bei 516 eine vorübergehende Maßnahme ergriffen wird und die Wirkung der vorübergehenden Maßnahme beobachtet wird. Die vorübergehende Maßnahme kann das Ändern von zumindest einer Betriebsbedingung des Energiespeichermoduls zumindest für einen bestimmten Zeitraum umfassen. Die Steuerschaltung kann durch Erzeugen eines Steuersignals zum Ändern der Betriebsbedingung(en) die vorübergehende Maßnahme initiieren. Das Steuersignal kann durch die Kommunikationsvorrichtung beabsichtigten Empfängern mitgeteilt werden. Die vorübergehende Maßnahme kann beispielsweise das elektrische Isolieren bzw. Abtrennen des Energiespeichermoduls von anderen Modulen in dem Energiespeichersystem durch Sperren der Übertragung von elektrischem Strom an das und aus dem Energiespeichermodul umfassen. Das Energiespeichermodul kann isoliert werden, indem elektrische Schalter geöffnet werden, um Leiterbahnen zwischen dem Modul und benachbarten Modul zu unterbrechen. Das Isolieren des Moduls kann dabei helfen, die Ausbreitung von Schaden zu blockieren, wenn sich herausstellt, dass eine oder mehr der Energiespeichervorrichtungen in Brand stehen oder ein thermisches Durchgehen erfahren. Sobald das Energiespeichermodul von anderen Modulen getrennt sein kann, ist zu erwarten, dass sich die Temperatur von dem einen oder mehr Energiespeichervorrichtungen des Moduls der Umgebungstemperatur annähert.
Bei einer anderen vorübergehenden Maßnahme kann es sich um das Initiieren, das Ausschalten und/oder das Anpassen eines Kühl- oder Heizmediums wie etwa der Klimaanlage dahingehend handeln, die Umgebungstemperatur zu verändern. Wenn die Energiespeichervorrichtungen lastfrei sind, sollten sich die Vorrichtungen im Lauf der Zeit der neuen Umgebungstemperatur annähern. Bei noch einer weiteren vorübergehenden Maßnahme kann es sich darum handeln, eine Luftströmungsrate um das Modul anzupassen, etwa durch Anschalten, Ausschalten oder Modifizieren der Aktivität von Lüftern oder Pumpen. Während die Energiespeichervorrichtung möglicherweise unter Last ist, sollte das Ausschalten der Lüfter und/oder Pumpen einen Temperaturanstieg der Vorrichtungen verursachen, und das Ausschalten der Lüfter und/oder Pumpen sollte eine Temperaturabnahme verursachen (wenn die Umgebungstemperatur eventuell niedriger ist als die Temperatur der Vorrichtungen).
Noch weitere vorübergehende Maßnahmen können das Induzieren einer bestimmten Last auf das Energiespeichermodul und/oder das Anpassen einer Nicht-Null-Rate der elektrischem Stromübertragung in das oder aus dem Energiespeichermodul heraus umfassen. Die vorübergehende Maßnahme kann für einen bestimmten zeitlichen Umfang ergriffen werden, der voreingestellt sein kann, z.B. 5 Minuten, dreißig Minuten oder dergleichen. Optional kann sich der bestimmte zeitliche Umfang verlängern, bis die Ursache des Abweichungszustands geschätzt werden kann. Kann die Ursache beispielsweise dahingehend geschätzt werden, ein defekter Sensor zu sein, kann die vorübergehende Maßnahme der Bereitstellung aktiver Kühlung eingestellt werden, da wenn überhaupt nur ein geringes Risiko von Brand oder Überhitzung der Energiespeichervorrichtung aufgrund eines defekten Sensors vorliegt.
Bei 518 können Sensormessungen, die von den identifizierten Sensoren (die die „Ausreißer“-Überwachungswerte und/oder Schwankungen erzeugt haben) überwacht werden, nachdem die vorübergehende Maßnahme ergriffen wurde. Die anschließenden „post-Maßnahme“-Messungen dieser Sensoren können mit den „Pre-Maßnahme“-Sensormessungen verglichen werden, die von den Sensoren vor Ergreifen der vorübergehenden Maßnahme erzeugt wurden, um die Auswirkung der vorübergehenden Maßnahme auf die Sensormessungen zu ermitteln. Wenn die „post-Maßnahme“-Messungen konsistent mit den „pre-Maßnahme“-Messungen sind, obwohl erwartet werden würde, dass die Veränderung bei der Betriebsbedingung, welche die vorübergehende Maßnahme darstellt, die Messungen verändert, kann es sich bei der Ursache des Abweichungszustands beispielsweise um einen fehlerhaft arbeitenden Sensor handeln. Wenn Sensormessungen eines Temperatursensors sich im Laufe der Zeit bei Vorhandensein aktiver Kühlung und/oder Isolierung des Moduls, von dem zu erwarten wäre, dass es das Modul kühlt, nicht verändern, kann somit die Steuerschaltung schätzen, dass ein Temperatursensor fehlerhaft arbeitet.
Bei einem anderen Beispiel können die post-Maßnahme-Messungen eines identifizierten Sensors mit den Messungen anderer Sensoren, von denen angenommen wird, dass sie ordnungsgemäß funktionieren, verglichen werden. Wenn die post-Maßnahme Messungen mit den Messungen der anderen Sensoren konsistent sind, kann der identifizierte Sensor dahingehend eingeschätzt werden, ordnungsgemäß zu funktionieren, so dass die Energiespeichervorrichtung oder ein zugehöriges Bauteil fehlerhaft arbeiten, defekt oder fehlerhaft sind. Zusätzliche Szenarien zum Schätzen der Ursache eines Abweichungszustands können unten beschrieben werden.
Bei 520, nachdem die Ursache des Abweichungszustands geschätzt wurde, kann eine Abhilfemaßnahme initiiert werden, die auf der geschätzten Ursache basieren kann. Wenn beispielsweise geschätzt werden kann, dass ein Sensor defekt bzw. fehlerbehaftet ist, kann die Steuerschaltung ein Steuersignal erzeugen, um diesen Sensor zum Austausch zu markieren, um diesen Sensor zu ersetzen, wenn eine anschließende Überwachung durchgeführt wird, um einen Bediener zu benachrichtigen, dass es sein kann, dass ein Sensor eine Fehlfunktion hat (beispielsweise, und dass es sein kann, dass die Energiespeichervorrichtungen ordnungsgemäß funktionieren), um vorübergehende Maßnahmen zu stoppen, die ergriffen wurden, um die temperaturbedingten Beschädigungen zu begrenzen, beispielsweise aktive Kühlung und/oder Isolieren des Energiespeichermoduls und/oder dergleichen. Bei einem weiteren Beispiel, wenn geschätzt werden kann, dass eine Energiespeichervorrichtung eines Moduls fehlerhaft arbeitet, kann die Steuerschaltung ein Steuersignal erzeugen, um die Durchführung vorübergehender Maßnahmen zu verlängern, die ergriffen wurden, um temperaturbedingte Beschädigungen zu begrenzen, das Modul markieren, um eine oder mehr Energiespeichervorrichtungen von desselben auszutauschen, den Bediener benachrichtigen, die Leistung eines Fahrzeugs drosseln, in welches das Energiespeichersystem eingegliedert ist, eine Feuerunterdrückung initiieren und/oder dergleichen.
Verschiedene, nicht-beschränkende Beispiele können unten bereitgestellt sein, die angeben, wie die Steuerschaltung in der Lage sein kann, eine Ursache eines Abweichungszustands auf Grundlage der Analyse von Sensormessungen zu schätzen. Die untenstehenden Beispiele beziehen sich auf Batteriezellen, jedoch müssen die hier beschriebenen Ausführungsformen nicht auf Batteriezellen beschränkt sein.
Bei einem ersten Temperaturbeispiel, falls sich nur ein Zellentemperatursensor durchgehend weiter erhitzt als andere Temperatursensoren für diese Zelle, kann es sein, dass die Steuerschaltung schätzt, dass die Ursache der Abweichung eine defekte bzw. mangelhafte Schweißung ist. Als Reaktion darauf kann es sein, dass die Steuerschaltung die defekte Schweißung ignoriert, den Bediener benachrichtigt, fortzufahren, die Leistung des Energiespeichersystems drosselt und/oder das Energiespeichersystem abschaltet, abhängig vom Schweregrad der defekten Schweißung.
Bei einem zweiten Temperaturbeispiel, wenn die Steuerschaltung detektiert, dass einer der Zellentemperatursensoren oben außerhalb der Spanne ist, und benachbarte Sensoren möglicherweise innerhalb der normalen Spanne liegen, kann die Steuerschaltung das Modul derart isolieren, dass es sein kann, dass keine Last an dem Modul anliegt. Falls die Temperaturmessungen, die von dem einen Sensor erzeugt werden, weiterhin oben außerhalb der Spanne liegen, nachdem das Modul isoliert wurde, dann kann es sein, dass dieser Sensor fehlerhaft arbeitet. Als Reaktion darauf kann es sein, dass die Steuerschaltung die Messungen von diesem Sensor ignoriert oder diesen Sensor in späteren Überwachungsalgorithmen ersetzt.
Bei einem dritten Temperaturbeispiel, wenn es in zwei oder mehr Temperatursensoren zu einem unterwarteten Anstieg kommt und/oder wenn eine Temperatur in einem Lüftungskanal eine (Messwert-) Spitze zeigt, kann die Steuerschaltung schätzen, dass sich eine oder mehr der Temperaturzellen aufheizt. Abhängig vom Schweregrad kann die Steuerschaltung den Temperaturanstieg ignorieren, den Bediener warnen und den Betrieb fortsetzen, das Energiespeichersystem drosseln, das Energiespeichersystem abschalten, die eine oder mehr Zellen zum Austausch markieren, eine Feuerunterdrückung initiieren und/oder aktive Kühlung initiieren.
Bei einem vierten Temperaturbeispiel, wenn sich die von den Sensoren erzeugten Temperaturmessungen möglicherweise als gemeinsame Tendenz von einer festgelegten Umgebungstemperatur weg bewegen (beispielsweise basierend auf einem Heiz/Kühlmedium in einem isolierten Raum), kann es sein, dass das Heiz/Kühlmedium fehlerhaft arbeitet. Als Reaktion darauf kann es sein, dass die Steuerschaltung einen Bediener benachrichtigt, dass das Heiz/Kühlmedium möglicherweise nicht ordnungsgemäß arbeitet, und kann herunterfahren und die weitere Nutzung des Kühl/Heizmediums verhindern.
In einem fünften Temperaturbeispiel, wenn eine mittlere Modultemperatur und Zellgruppentemperaturen im Laufe der Zeit (beispielsweise aus dem Verlauf) einen durchgehenden Schwellenwert erreicht haben, kann es sein, dass die Steuerschaltung schätzt, dass das Energiespeichermodul das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat. Als Reaktion darauf kann die Steuerschaltung das Modul zum Austausch markieren und die weitere Nutzung desselben verhindern.
Bei einem ersten Spannungsbeispiel, wenn basierend auf Spannungsmessungen, die von den Spannungssensoren erzeugt werden, die Überwachungsspannung einer Zelle unter einer Last schneller ansteigt oder abnimmt als andere Zellen, kann es sein, dass die Steuerschaltung schätzt, dass eine Zellenlasche der Zelle defekt oder beschädigt ist. Als Reaktion darauf kann die Steuerschaltung die defekte Zellenlasche ignorieren, das Energiespeichermodul unterlasten und/oder das Energiespeichermodul abschalten.
Bei einem zweiten Spannungsbeispiel kann ein fehlerhaft arbeitender Sensor detektiert werden, indem eine Spannungsmessung eines Moduls mit Spannungsmessungen einzelner Zellen des Moduls verglichen und eine Diskrepant oder Abweichung identifiziert wird. Als Reaktion darauf kann es sein, dass Messungen von dem fehlerhaft arbeitenden Sensor ignoriert oder in zusätzlichen Überwachungsalgorithmen ersetzt werden.
Bei einem dritten Spannungsbeispiel kann die Steuerschaltung durch Vergleichen der Spannungsmessung eines Moduls oder einer Kette von Modulen mit einer Summe der Spannungen der Zellen von diesen und Identifizieren einer Diskrepanz eine defekte Messplatine detektieren. Als Reaktion darauf kann es sein, das eines oder mehr der Module zum Austausch markiert werden.
Bei einem vierten Spannungsbeispiel kann es sein, dass ein Ungleichgewicht vorherrscht, falls die Spanne von minimaler-zu-maximaler-Zellspannung für ein vorgegebenes Modul oder eine Kette mehrerer Module groß sein kann. Als Reaktion darauf kann die Steuerschaltung die Leistung des Energiespeichersystems unterlasten bzw. verringern und/oder einen Zellenausgleich durchführen.
Bei einem fünften Spannungsbeispiel kann eine zu hohe Entladung detektiert werden, indem die Steigung von Spannungsmessungen nachverfolgt wird, während das Modul lastfrei ist. Vor dem Ausschalten des Energiespeichersystems können die Spannung, Temperatur und Zeit aufgezeichnet werden. Dann, wenn das Energiespeichermodul wieder online geht, können Spannung, Temperatur und Zeit desselben Moduls mit den Aufzeichnungswerten verglichen werden, um zu ermitteln, ob möglicherweise eine übermäßige Entladung vorliegt. Gibt es eine übermäßig Entladung, kann das Modul zum Austausch markiert werden.
In einem sechsten Spannungsbeispiel, wenn benachbarte Zellen während einer gemeinsamen Zeitspanne, während der das Energiespeichersystem möglicherweise offline ist, unterschiedliche Spannungen haben, etwa das eine ansteigende Spannung und das andere eine abnehmende Spannung, kann es sein, dass die Steuerschaltung einen Kurzschluss detektiert. Als Reaktion darauf kann die Steuerschaltung einen Bediener benachrichtigen, die Zellen oder Module mechanisch trennen und/oder die Zellen oder das Modul zum Austausch markieren.
In einem siebten Spannungsbeispiel kann es sein, dass eine/ein fehlerhafte Sicherung, Anschlussvorrichtung, Stromsensor oder ein anderes Bauteil detektiert werden. Es kann sein, dass die Steuerschaltung eine fehlerhafte Sicherung detektiert, wenn eine von einem Stromsensor erzeugte Strommessung möglicherweise verhältnismäßig hoch ist, und eine Überwachungsspannung eines Moduls oder einer Kette von Modulen auf null abfällt. Eine fehlerhafte Anschlussvorrichtung kann detektiert werden, wenn eine Spannungsmessung dann, wenn es erwartet wird, nicht abnimmt oder ansteigt. Ein fehlerhaft arbeitender Stromsensor kann detektiert werden, wenn die Spannungsmessungen ansteigen und/oder abfallen, wenn es erwartet wird, der Stromsensor jedoch null liest. Ferner kann ein fehlerhaft arbeitender Stromsensor detektiert werden, wenn die Stärke einer Strommessung verhältnismäßig hoch ist, während die Spannungsmessungen möglicherweise stabil sind. Als Reaktion auf das Detektieren einer beliebigen dieser fehlerhaften Komponenten kann die Steuerschaltung das konkrete Modul isolieren, das Modul (oder manche der innenliegenden Bauteile von diesem) zur Wartung markieren und/oder, falls verfügbar, den Betrieb fortsetzen.
Bei einem achten Spannungsbeispiel kann ein unmittelbares thermisches Durchgehen detektiert werden, als Reaktion auf eine „Buckel“-Form bei den Spannungsmessungen über der Zeit, wie etwa ein Anstieg, auf den kurz darauf eine Abnahme folgt. Als Reaktion darauf kann es sein, dass die Steuerschaltung das Modul trennt, einen Bediener benachrichtigt, eine Feuerunterdrückung und aktive Kühlung aktiviert und/oder das Modul zum Austausch markiert.
Bei einem neunten Spannungsbeispiel, wenn die Spannungsmessungen angeben, dass eine Zelle beim Halten bzw. Aufrechterhalten einer Ladung versagt und/oder das Abbauen einer Spannung während dem Entladen schnell sein kann, kann es sein, dass eine Zelle entlüftet wird. Als Reaktion darauf kann es sein, dass die Steuerschaltung einen Bediener benachrichtigt, das Modul trennt oder isoliert und/oder das Modul zum Austausch markiert.
Bei einem zehnten Spannungsbeispiel, wenn möglicherweise ein schneller Spannungsabfall während dem Laden detektiert wird, kann es sein, dass die Steuerschaltung einen internen Kurzschluss detektiert. Als Reaktion darauf kann es sein, dass die Steuerschaltung einen Bediener benachrichtigt, das Modul trennt oder isoliert und/oder das Modul zum Austausch markiert.
Bei einem elften Spannungsbeispiel wird möglicherweise als Reaktion auf eine Abweichung unter Referenzspannungsmessungen eine fehlerhafte Verkabelung bezüglich einer Kabelummantelung mit einer teilweisen Verbindung zu einem Modul detektiert wird. Als Reaktion darauf kann die Verkabelung zur Wartung markiert werden, der Betrieb kann falls möglich fortgesetzt werden und/oder das Modul oder die Kette von Modulen können isoliert werden.
Bei einem zwölften Spannungsbeispiel wird möglicherweise ein Massefehler als Reaktion auf eine Verschiebung der Spannungsmessungen detektiert, die einer Kette von Modulen zugeordnet sind. Die Summe der Spannungsmessungen durch die Module kann bestimmt werden, um die Verlagerung zu bestätigen. Als Reaktion darauf kann es sein, dass die Steuerschaltung die Modulkette isoliert, einen Bediener benachrichtigt und/oder eine Wartung ansetzt.
Eine technische Wirkung von einer oder mehr Ausführungsformen der/des vorliegend beschriebenen Abweichungsdetektionsvorrichtung und -verfahrens kann die frühzeitige Detektion fehlerhaft arbeitender oder ausgefallener Bauteile sein, was frühzeitige Abhilfemaßnahmen ermöglicht, um durch die Fehlfunktionen oder Ausfälle hervorgerufenen Schaden zu verhindern und/oder zu mindern. Beispielsweise kann die frühzeitige Detektion von Brand bzw. Feuer und/oder thermischem Durchgehen in einer Energiespeichervorrichtung ermöglichen, die Ausbreitung des Feuers und des thermischen Durchgehens auf andere Energiespeichervorrichtungen zu unterbinden, wodurch Gefahren verringert werden und die Lebensdauer der funktionierenden Energiespeichervorrichtungen gesichert und verlängert wird. Eine weitere technische Wirkung des Abweichungsdetektionssystems -und Verfahrens kann die Möglichkeit zur Bereitstellung automatisierter, ursachenspezifischer Reaktionen auf detektierte Anomalien umfassen. Beispielsweise kann durch Schätzen einer Ursache der Anomalien auf Grundlage einer Analyse von Sensormessungen die Steuerschaltung Aktionen initiieren, die speziell auf die geschätzte Ursache zugeschnitten sind, was den Wirkungsgrad erhöht und eine bessere Wartung des Energiespeichersystems als bei bekannten Überwachungssystemen bietet, die für jede detektierte Abweichung die gleichen reaktiven Maßnahmen vorsehen. Wenn beispielsweise die Steuerschaltung schätzt, dass die Ursache für die Abweichung trivial ist, etwa ein defekter Sensor, kann die Steuerschaltung es dem Energiespeichersystem erlauben, den Betrieb fortzusetzen, wodurch nützliche Arbeitsleistung bereitgestellt wird, anstatt das Energiespeichersystem abzuschalten, um dem Worst-Case-Szenario von Feuer und/oder thermischem Durchgehen zu begegnen.
In einer Ausführungsform umfasst ein System eine erste Gruppe von Sensoren und eine Steuerschaltung mit einem oder mehr Prozessoren. Die erste Gruppe von Sensoren ist einem Energiespeichermodul zugeordnet, das eine oder mehr Energiespeichervorrichtungen aufweist. Die Sensoren in der ersten Gruppe sind eingerichtet, Sensormessungen zu erzeugen, die einen oder mehr Parameter des Energiespeichermoduls wiedergeben. Die Steuerschaltung ist eingerichtet, die von den Sensoren erzeugten Sensormessungen zu empfangen und einen Referenzwert und/oder eine Referenzschwankung eines konkreten, mit dem Energiespeichermodul in Beziehung stehenden Parameters zumindest teilweise auf Grundlage der Sensormessungen zu bestimmen. Die Steuerschaltung ist eingerichtet, Überwachungswerte und/oder Überwachungsschwankungen des konkreten Parameters auf Grundlage der von Sensoren der ersten Gruppe erzeugten Sensormessungen mit dem Referenzwert und/oder der Referenzschwankung des konkreten Parameters zu vergleichen, und eine Abweichung zu detektieren, die größer als eine vorgesehene Toleranzspanne ist.
Optional ist die Steuerschaltung eingerichtet, den Referenzwert oder die Referenzschwankung des konkreten Parameters auf Grundlage der von der ersten Gruppe von Sensoren, die dem Energiespeichermodul zugeordnet sind, erzeugten Sensormessungen und einer oder mehr von: (i) Sensormessungen, die von einer zweiten Gruppe von Sensoren erzeugt werden, die einem anderen, zweiten Energiespeichermodul zugeordnet sind, (ii) inhärenten Eigenschaften des Energiespeichermoduls, (iii) Betriebsbedingungen des Energiespeichermoduls oder (iv) Verlaufsinformationen über das Energiespeichermodul oder über weitere Energiespeichermodule, zu bestimmen.
Optional ist die Steuerschaltung eingerichtet, als Reaktion auf das Detektieren, dass die Abweichung größer ist als die vorgesehene Toleranzspanne, einen konkreten Sensor in der ersten Gruppe zu identifizieren, welcher Sensormessungen erzeugt hat, auf dem die abweichenden Überwachungswerte oder Überwachungsschwankungen basieren. Die Steuerschaltung ist eingerichtet, eine Ursache der Abweichung durch Vergleichen der Sensormessungen, die von dem konkreten Sensor erzeugt wurden, mit Sensormessungen zu vergleichen, die von anderen Sensoren in der ersten Gruppe erzeugt wurden oder von anderen Sensoren in einer zweiten Gruppe, die einem anderen, zweiten Energiespeichermodul zugeordnet sind, erzeugt wurden.
Optional ist als Reaktion auf das Detektieren, dass die Abweichung größer ist als die vorgesehene Toleranzspanne, die Steuerschaltung eingerichtet, ein Steuersignal zu erzeugen, das eingerichtet ist, eine oder mehr der Betriebsbedingungen des Energiespeichermoduls zu ändern. Optional ist das Energiespeichermodul eingerichtet, eine oder mehr der Betriebsbedingungen des Energiespeichermoduls zu ändern durch eines oder mehr von: (i) Sperren einer Stromübertragung des Energiespeichermoduls und/oder (ii) Anpassen einer Nicht-Null-Rate der Stromübertragung des Energiespeichermoduls und/oder (iii) Anpassen einer das Energiespeichermodul umgebenden Umgebungstemperatur und/oder (iv) Anpassen einer Temperaturangleichsgeschwindigkeit um das Energiespeichermodul und/oder (v) Induzieren einer bestimmten Last auf das Energiespeichermodul und/oder (vi) Initiieren einer aktiven Kühlung und/oder (vii) Initiieren einer Feuerunterdrückung und/oder (viii) Markieren des Energiespeichermoduls zur Reparatur.
Optional ist die Steuerschaltung eingerichtet, einen konkreten Sensor in der ersten Gruppe zu identifizieren, der Sensormessungen erzeugt hat, auf denen einer oder mehr der abweichenden Überwachungswerte und/oder Überwachungsschwankungen basieren. Die Steuerschaltung ist eingerichtet, zusätzliche Sensormessungen zu überwachen, die von dem konkreten Sensor während eines bestimmen Zeitraums nach dem Ändern der einen oder mehr der Betriebsbedingungen des Energiespeichermoduls erzeugt wurden. Die Steuerschaltung ist eingerichtet, eine Ursache der Abweichung zumindest teilweise auf Grundlage der zusätzlichen Sensormessungen, die von dem konkreten Sensor während des bestimmten Zeitraums erzeugt wurden, zu schätzen.
Optional ist die Steuerschaltung ferner eingerichtet, jene Abweichung, die größer ist als die vorgesehene Toleranzspanne, unabhängig von jedweden Sensormessungen zu detektieren, die einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigen.
Optional handelt es sich bei der einen oder mehr Energiespeichervorrichtungen des Energiespeichermoduls um Batterien. Das Energiespeichermodul stellt eine einzelne Batteriezelle und/oder eine Anordnung mehrerer miteinander in Reihe geschalteter Batteriezellen und/oder eine Anordnung mehrerer zueinander parallelgeschalteter Batteriezellen dar.
Optional handelt es sich bei dem konkreten Parameter um die Temperatur und/oder Spannung und/oder Stromstärke und/oder Leistung und/oder Ladezustand und/oder Ladekapazität und/oder Druck und/oder Kühlmittelströmungsrate und/oder Widerstand.
Optional ist die Steuerschaltung eingerichtet, den Referenzwert und/oder die Referenzschwankung des konkreten Parameters basierend auf einem Physik-basierten Modell, in das inhärente Eigenschaften des Energiespeichermoduls, Betriebsbedingungen des Energiespeichermoduls und über das Energiespeichermodul integriert sind, zu bestimmen.
Optional ist die Steuerschaltung eingerichtet, den Referenzwert oder die Referenzschwankung des konkreten Parameters zumindest teilweise durch Kompilieren der Sensormessungen, die von den Sensoren in der ersten Gruppe erzeugt werden, zu bestimmen.
Optional sind die Steuerschaltung und die erste Gruppe von Sensoren bordseitig in einem Fahrzeug angeordnet, das zumindest teilweise von dem Energiespeichermodul vorgetrieben wird.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren das Erhalten von einem Energiespeichermodul zugeordneten Sensormessungen, die von einer ersten Gruppe von Sensoren erzeugt wurden. Das Energiespeichermodul beinhaltet eine oder mehr Energiespeichervorrichtungen. Die Sensormessungen stellen einen oder mehr Parameter des Energiespeichermoduls dar. Das Verfahren umfasst das Vergleichen von Überwachungswerten und/oder Überwachungsschwankungen eines konkreten Parameters, der mit dem Energiespeichermodul in Beziehung steht, mit einem Referenzwert und/oder einer Referenzschwankung des konkreten Parameters. Sowohl die Überwachungswerte und/oder Überwachungsschwankungen als auch der Referenzwert und/oder die Referenzschwankung basieren zumindest teilweise auf den von der ersten Gruppe von Sensoren erzeugten Sensormessungen. Das Verfahren umfasst das Detektieren eines Abweichungszustands als Reaktion darauf, dass der Überwachungswert und/oder die Überwachungsschwankungen von dem Referenzwert oder der Referenzschwankung um mehr als eine vorgesehene Toleranzspanne abweichen. Das Verfahren umfasst ferner das Identifizieren eines ersten Sensors der ersten Gruppe, der Sensormessungen erzeugt hat, auf denen einer oder mehr der abweichenden Überwachungswerte und/oder Überwachungsschwankungen basieren; und das Schätzen einer Ursache des Abweichungszustands zumindest teilweise auf Grundlage der von dem ersten Sensor erzeugten Sensormessungen.
Optional umfasst das Verfahren als Reaktion auf das Detektieren des Abweichungszustands ferner das Erzeugen eines Steuersignals, um eine oder mehr Betriebsbedingungen des Energiespeichermoduls zu ändern. Optional wird die Ursache des Abweichungszustands zumindest teilweise durch Vergleichen der von dem ersten Sensor erzeugten Sensormessungen vor dem Ändern des einen oder mehr Betriebsparametern des Energiespeichermoduls mit Sensormessungen, die von dem ersten Sensor nach dem Ändern des einen oder mehr Betriebsparametern erzeugt wurden, geschätzt.
Optional ist das Steuersignal eingerichtet, den einen oder mehr Betriebsparameter durch (i): Anpassen einer das Energiespeichermodul umgebenden Umgebungstemperatur und/oder (ii) das Anpassen einer Temperaturangleichsgeschwindigkeit um das Energiespeichermodul und/oder (iii) das Induzieren einer bestimmten Last auf das Energiespeichermodul und/oder (iv) das Ersetzen des ersten Sensors und/oder (vi) Anpassen einer Nicht-Null-Rate der Stromübertragung des Energiespeichermoduls und/oder (vii) Initiieren einer aktiven Kühlung und/oder (viii) Initiieren einer Feuerunterdrückung und/oder (ix) das Markieren des Energiespeichermoduls zur Reparatur zu ändern.
Optional umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen des Referenzwerts und/oder der Referenzschwankung des konkreten Parameters basierend auf den Sensormessungen, die von der ersten Gruppe von Sensoren, die dem Energiespeichermodul zugeordnet sind, erzeugt wurden, und (i) Sensormessungen, die von einer zweiten Gruppe von Sensoren erzeugt wurden, die einem anderen, zweiten Energiespeichermodul zugeordnet sind und/oder (ii) inhärenten Eigenschaften des Energiespeichermodus und/oder (iii) Betriebsbedingungen des Energiespeichermoduls und/oder (iv) Verlaufsinformationen über das Energiespeichermodul oder über weitere Energiespeichermodule.
Optional wird die Ursache der Abweichungszustand geschätzt, indem die von dem ersten Sensor erzeugten Sensormessungen verglichen werden mit: (i) Sensormessungen, die von anderen Sensoren in der ersten Gruppe erzeugt wurden und/oder (ii) Sensormessungen, die von einer zweiten Gruppe von Sensoren erzeugt wurden, die einem anderen, zweiten Energiespeichermodul zugeordnet sind.
Optional handelt es sich bei dem konkreten Parameter um Temperatur oder Spannung oder Stromstärke oder Leistung oder Ladezustand oder Ladekapazität oder Druck oder Kühlmittelströmungsrate oder Widerstand.
In einer Ausführungsform weist ein System ein Steuerschaltung mit einem oder mehr Prozessoren auf. Die Steuerschaltung ist eingerichtet, Sensormessungen zu erhalten, die von einer ersten Gruppe von Sensoren erzeugt wurden, die einem Energiespeichermodul zugeordnet sind, das eine oder mehr Energiespeichervorrichtungen aufweist. Die Sensormessungen stellen einen oder mehr Parameter des Energiespeichermoduls dar. Die Steuerschaltung ist eingerichtet, die Sensormessungen, die einen konkreten Parameter der einen oder mehr Parameter darstellen, mit einem Referenzwert des konkreten Parameters und/oder einer Referenzschwankung des konkreten Parameters zu vergleichen. Als Reaktion auf das Detektieren, dass eine oder mehr der Sensormessungen von dem Referenzwert oder der Referenzschwankung um mehr als eine vorgesehene Toleranzspanne abweicht, ist die Steuerschaltung eingerichtet, einen ersten Sensor der ersten Gruppe, die zumindest manche der einen der mehr abweichenden Sensormessungen erzeugt hat, zu identifizieren, eine Ursache der Abweichung zumindest teilweise auf Grundlage der Sensormessungen, die von dem ersten Sensor erzeugt wurden, zu schätzen, und ein Steuersignal zu erzeugen, um auf Grundlage der geschätzten Ursache eine oder mehr Korrekturmaßnahmen zu initiieren.
Die obige Beschreibung ist beispielhaft und nicht beschränkend. Beispielsweise können die oben beschriebenen Ausführungsformen (und/oder Aspekte dieser) in Kombination miteinander verwendet werden. Ferner können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren des Erfindungsgegenstands anzupassen, ohne dessen Schutzumfang zu verlassen. Obgleich die Abmessungen und Arten von hier beschriebenen Materialien die Parameter des Erfindungsgegenstands definieren, sind sie keinesfalls beschränkend und sind Ausführungsbeispiele. Einem Fachmann sind bei Durchsicht der obigen Beschreibung zahlreiche weitere Ausführungsformen ersichtlich. Der Schutzumfang des Erfindungsgegenstands sollte daher unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche zusammen mit dem vollen Schutzumfang von Entsprechungen, zu dem solche Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um verschiedene Ausführungsformen der Erfindungsgegenstands zu offenbaren und es ferner einem Fachmann zu ermöglichen, die Ausführungsformen des Erfindungsgegenstands auszuführen, einschließlich der Herstellung und Verwendung beliebiger Vorrichtungen oder Systeme und dem Durchführen beliebiger, eingegliederter Verfahren. Der patentierbare Schutzumfang des Erfindungsgegenstands wird von den Ansprüchen definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die sich einem Fachmann erschließen. Solche weiteren Beispiele liegen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche, wenn sie Bauelemente besitzen, die nicht vom Wortlaut der Ansprüche abweichen, oder wenn sie gleichwertige Bauelemente mit unerheblichen Abweichungen von der wortwörtlichen Sprache der Ansprüche besitzen.
Die vorgenannte Beschreibung bestimmter Ausführungsformen des Erfindungsgegenstands erschließt sich bei Durchsicht in Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen. In dem Umfang, dass die Figuren Diagramme der Funktionsblöcke verschiedener Ausführungsformen veranschaulichen, sind die Funktionsblöcke nicht unbedingt indikativ für die Abgrenzung von Hardware-Verschaltung. Somit können beispielsweise einer oder mehr der Funktionsblöcke (beispielsweise Prozessoren oder Speicher) in einem einzelnen Stück Hardware verwirklicht sein (beispielsweise einem Mehrzweck-Signalprozessoren, einem Microcontroller, einem Direktzugriffsspeicher, einer Festplatte und dergleichen). Auf ähnliche Weise kann es sich bei den Programmen um Stand-Alone-Programme handeln, können als Subroutinen in ein Betriebssystem eingegliedert sein, können Funktionen in einem installierten Softwarepaket sein, und dergleichen. Die verschiedenen Ausführungsformen sind nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten Anordnungen und Mittel beschränkt.
Wenn vorliegend verwendet soll ein Element oder einen Schritt, der im Singular verwendet wird und dem das Wort „ein/eine/eines“ vorangestellt ist, als nicht ausschließender Plural dieser Elemente oder Schritte verstanden werden, es sei denn, ein solcher Ausschluss wird explizit erwähnt. Ferner sollen Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ des Erfindungsgegenstands nicht dahingehend interpretiert werden, als dass sie das Vorhandensein zusätzlicher Ausführungsformen, in die die genannten Merkmale ebenfalls eingegliedert sind, ausschließen. Ferner können, es sei denn, dies ist ausdrücklich gegenteilig angegeben, Ausführungsformen „aufweisend“, „umfassend“ oder „besitzend/mit“ einem Element oder einer Vielzahl von Elementen mit einer besonderen Eigenschaft, zusätzliche solche Elemente umfassen, die diese Eigenschaft nicht haben. In den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „umfassend/beinhaltend“ und „bei denen“ als die einfachen englischen Entsprechungen der jeweiligen Begriffe „aufweisend“ und „wobei“ verwendet. Darüber hinaus werden in den nachfolgenden Ansprüchen die Begriffe „erste/erster/erstes“, „zweite/zweiter/zweites“ und „dritte/dritter/drittes“ etc. lediglich als Bezeichnungen verwendet, und beabsichtige nicht, den Objekten numerische Anforderungen aufzuerlegen. Ferner sind die Beschränkungen der nachfolgenden Ansprüche nicht im „Means + Function“-Format verfasset und sollen nicht auf Grundlage von 35 U.S.C. § 112(f) ausgelegt werden, es sei denn und bis solche Anspruchsbeschränkungen ausdrücklich den Begriff „Mittel für/zur“ gefolgt von einer Funktionsaussage verwenden, die keine weitere Struktur besitzt.

Claims

System (100), aufweisend: eine erste Gruppe (110) von Sensoren (103), die einem Energiespeichermodul (106) zugeordnet ist, das eine oder mehr Energiespeichervorrichtungen (108) aufweist, wobei die Sensoren in der ersten Gruppe eingerichtet sind, Sensormessungen (304) zu erzeugen, die einen oder mehr Parameter des Energiespeichermoduls darstellen; und eine Steuerschaltung (104) mit einem oder mehr Prozessoren (120), wobei die Steuerschaltung eingerichtet ist, die von den Sensoren erzeugten Sensormessungen zu empfangen und einen Referenzwert (302, 408) und/oder eine Referenzschwankung eines konkreten, mit dem Energiespeichermodul in Beziehung stehenden Parameters zumindest teilweise auf Grundlage der Sensormessungen zu bestimmen, und die Steuerschaltung eingerichtet ist, Überwachungswerte (406A-F) und/oder Überwachungsschwankungen des konkreten Parameters auf Grundlage der von Sensoren der ersten Gruppe erzeugten Sensormessungen mit dem Referenzwert oder der Referenzschwankung des konkreten Parameters zu vergleichen, und eine Abweichung zu detektieren, die größer als eine vorgesehene Toleranzspanne (410) ist.
System (100) nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung (104) eingerichtet ist, den Referenzwert (302, 408) oder die Referenzschwankung des konkreten Parameters auf Grundlage der Sensormessungen (304), die von der ersten Gruppe (110) von Sensoren (103) erzeugt werden, die dem Energiespeichermodul (106) zugeordnet ist, sowie (i) Sensormessungen (306), die von einer zweiten Gruppe (112) von Sensoren (103) erzeugt werden, die einem anderen, zweiten Energiespeichermodul (106B) zugeordnet ist, und/oder (ii) inhärenten Eigenschaften (310) des Energiespeichermoduls, und/oder (iii) Betriebsbedingungen (308) des Energiespeichermoduls, und/oder (iv) Verlaufsinformationen (312, 314) über das Energiespeichermodul oder über andere Energiespeichermodule zu bestimmen.
System (100) nach Anspruch 1, wobei als Reaktion auf das Detektieren der Abweichung, die größer ist als die vorgesehene Toleranzspanne (410), die Steuerschaltung (104) eingerichtet ist, einen konkreten Sensor in der ersten Gruppe (110) zu identifizieren, der Sensormessungen (304) erzeugt hat, auf dem die abweichenden Überwachungswerte (406A-F) und/oder Überwachungsschwankungen basieren, und die Steuerschaltung eingerichtet ist, eine Ursache der Abweichung zu schätzen, indem die Sensormessungen, die durch den konkreten Sensor erzeugt werden, mit Sensormessungen, die durch andere Sensoren (103) in der ersten Gruppe erzeugt werden, oder mit Sensormessungen, die durch andere Sensoren (103) in einer zweiten Gruppe (112) erzeugt werden, die einem anderen, zweiten Energiespeichermodul (106b) zugeordnet ist, verglichen werden.
System (100) nach Anspruch 1, wobei als Reaktion auf das Detektieren der Abweichung, die größer ist als die vorgesehene Toleranzspanne (410), die Steuerschaltung (104) eingerichtet ist, ein Steuersignal zu erzeugen, das eingerichtet ist, eine oder mehr der Betriebsbedingungen des Energiespeichermoduls (106) zu verändern, wobei bevorzugt das Steuersignal eingerichtet ist, eine oder mehr der Betriebsbedingungen des Energiespeichermoduls (106) durch das Sperren einer Stromübertragung des Energiespeichermoduls und/oder das Anpassen einer Nicht-Null-Rate der Stromübertragung des Energiespeichermoduls und/oder das Anpassen einer das Energiespeichermodul umgebenden Umgebungstemperatur und/oder das Anpassen einer Temperaturangleichsgeschwindigkeit um das Energiespeichermodul und/oder das Induzieren einer bestimmten Last auf das Energiespeichermodul und/oder das Initiieren einer aktiven Kühlung und/oder das Initiieren einer Feuerunterdrückung und/oder das Markieren des Energiespeichermoduls zur Reparatur zu verändern.
System (100) nach Anspruch 4, wobei die Steuerschaltung (104) eingerichtet ist, einen konkreten Sensor (103) in der ersten Gruppe (110) zu identifizieren, der Sensormessungen (304) erzeugt hat, auf dem die abweichenden Überwachungswerte (406A-F) und/oder Überwachungsschwankungen basieren, und die Steuerschaltung eingerichtet ist, zusätzliche Sensormessungen zu überwachen, die von dem konkreten Sensor während eines bestimmen Zeitraums nach dem Ändern der einen oder mehr der Betriebsbedingungen des Energiespeichermoduls (106) erzeugt wurden, wobei die Steuerschaltung eingerichtet ist, eine Ursache der Abweichung zumindest teilweise auf Grundlage der zusätzlichen, von dem konkreten Sensor während des vorgegebenen Zeitraums erzeugen Messungen zu schätzen.
System (100) nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung (104) ferner eingerichtet ist, die Abweichung, die größer als die vorgesehene Toleranzspanne (410) ist, unabhängig von jedweden Sensormessungen (304) zu detektieren, die einen vorgegebenen Schwellenwert (416) übersteigen, und/oder wobei die eine oder mehr Energiespeichervorrichtungen (108) des Energiespeichermoduls (106) Batterien sind, und das Energiespeichermodul eine einzelne Batteriezelle und/oder eine Anordnung mehrerer in Reihe geschalteter Batteriezellen und/oder eine Anordnung mehrerer parallelgeschalteter Batteriezellen darstellt.
System (100) nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem konkreten Parameter um die Temperatur oder Spannung oder Stromstärke oder Leistung oder Ladezustand oder Ladekapazität oder Druck oder Kühlmittelströmungsrate oder Widerstand handelt, und/oder wobei die Steuerschaltung (104) eingerichtet ist, den Referenzwert (302, 408) oder die Referenzschwankung des konkreten Parameters basierend auf einem Physik-basierten Modell zu bestimmen, welches inhärente Eigenschaften (310) des Energiespeichermoduls (106), Betriebsbedingungen (308) des Energiespeichermoduls und Verlaufsinformationen (312, 314) über das Energiespeichermodul integriert.
System (100) nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung (104) eingerichtet ist, den Referenzwert (302, 408) oder die Referenzschwankung des konkreten Parameters zumindest teilweise durch Kompilieren der Sensormessungen (304), die von den Sensoren (103) in der ersten Gruppe (110) erzeugt werden, zu bestimmen, und/oder wobei die Steuerschaltung (104) und die erste Gruppe (110) von Sensoren (103) bordseitig in einem Fahrzeug (206) angeordnet sind, das zumindest teilweise von dem Energiespeichermodul vorgetrieben wird.
Verfahren (500), umfassend: Erhalten von Sensormessungen (304), die durch eine erste Gruppe (110) von Sensoren (103), die einem Energiespeichermodul (106) zugeordnet ist, erzeugt werden, wobei das Energiespeichermodul eine oder mehr Energiespeichervorrichtungen (108) aufweist, wobei die Sensormessungen einen oder mehr Parameter des Energiespeichermoduls darstellen; Vergleichen von einem oder mehr Überwachungswerten (406A-F) oder Überwachungsschwankungen eines konkreten Parameters, der mit dem Energiespeichermodul in Beziehung steht, mit einem Referenzwert (302, 408) und/oder einer Referenzschwankung des konkreten Parameters, wobei sowohl die Überwachungswerte und/oder Überwachungsschwankungen als auch der Referenzwert und/oder die Referenzschwankung zumindest teilweise auf den von der ersten Gruppe von Sensoren erzeugten Sensormessungen basieren; Detektieren eines Abweichungszustands (318) als Reaktion darauf, dass die Überwachungswerte und/oder Überwachungsschwankungen von dem Referenzwert oder der Referenzschwankung um mehr als eine vorgesehene Toleranzspanne (410) abweichen; Identifizieren eines ersten Sensors der ersten Gruppe, der Sensormessungen erzeugt hat, auf denen einer oder mehr der abweichenden Überwachungswerte oder Überwachungsschwankungen basieren; und Schätzen einer Ursache des Abweichungszustands zumindest teilweise auf Grundlage der durch den ersten Sensor erzeugten Sensormessungen.
Verfahren (500) nach Anspruch 9, ferner umfassend, als Reaktion auf das Detektieren eines Abweichungszustands (318), das Erzeugen eines Steuersignals, um eine oder mehr Betriebsbedingungen des Energiespeichermoduls (106) zu verändern; wobei bevorzugt die Ursache des Abweichungszustands (318) zumindest teilweise durch Vergleichen der von dem ersten Sensor (103) erzeugten Sensormessungen (304) vor dem Ändern des einen oder mehr Betriebsparametern des Energiespeichermoduls (106) mit Sensormessungen, die von dem ersten Sensor nach dem Ändern des einen oder mehr Betriebsparametern erzeugt wurden, geschätzt wird.
Verfahren (500) nach Anspruch 10, wobei das Steuersignal eingerichtet ist, die eine oder mehr Betriebsbedingungen durch Anpassen einer das Energiespeichermodul (106) umgebenden Umgebungstemperatur und/oder das Anpassen einer Temperaturangleichsgeschwindigkeit um das Energiespeichermodul und/oder das Induzieren einer bestimmten Last auf das Energiespeichermodul und/oder das Substituieren des ersten Sensors, und/oder das Sperren eines elektrischem Stromübertragungsvorgangs des Energiespeichermoduls und/oder das Anpassen einer Nicht-Null-Rate der elektrischen Stromübertragung des Energiespeichermoduls und/oder das Initiieren einer aktiven Kühlung und/oder das Initiieren einer Feuerunterdrückung und/oder das Markieren des Energiespeichermoduls zur Reparatur zu verändern.
Verfahren (500) nach Anspruch 9, ferner umfassend das Bestimmen des Referenzwerts (302, 408) oder der Referenzschwankung des konkreten Parameters auf Grundlage der Sensormessungen (304), die von der ersten Gruppe (100) von Sensoren (103), die dem Energiespeichermodul zugeordnet ist, erzeugt werden, sowie Sensormessungen (306), die von einer zweiten Gruppe (112) von Sensoren (103) erzeugt werden, die einem anderen, zweiten Energiespeichermodul (106B) zugeordnet ist, und/oder inhärenter Eigenschaften (310) des Energiespeichermoduls und/oder Betriebsbedingungen (308) des Energiespeichermoduls und/oder Verlaufsinformationen (312, 314) des Energiespeichermoduls oder über weitere Energiespeichermodule.
Verfahren (500) nach Anspruch 9, wobei die Ursache des Abweichungszustands (318) geschätzt wird durch Vergleichen der Sensormessungen (304), die von dem ersten Sensor (103) erzeugt wurden, mit Sensormessungen, die von anderen Sensoren (103) in der ersten Gruppe (110) erzeugt wurden, und/oder Sensormessungen (306), die von einer zweiten Gruppe (112) von Sensoren (103) erzeugt wurden, die einem anderen, zweiten Energiespeichermodul (106B) zugeordnet sind, und/oder wobei es sich bei dem konkreten Parameter um eine Temperatur oder Spannung oder Stromstärke oder Leistung oder Ladezustand oder Ladekapazität oder Druck oder Kühlmittelströmungsrate oder Widerstand handelt.
System (100), aufweisend: eine Steuerschaltung (104) mit einem oder mehr Prozessoren (120), wobei die Steuerschaltung eingerichtet ist, Sensormessungen (304), die durch eine erste Gruppe (110) von Sensoren (103) erzeugt werden, die einem Energiespeichermodul (106) zugeordnet ist, das ein oder mehr Energiespeichervorrichtungen (108) beinhaltet, zu empfangen, wobei die Sensormessungen einen oder mehr Parameter des Energiespeichermoduls (106) darstellen, die Steuerschaltung, die eingerichtet ist, die Sensormessungen, die einen konkreten Parameter des einen oder mehr Parameter darstellen, mit einem Referenzwert (302, 408) des konkreten Parameters und/oder einer Referenzschwankung des konkreten Parameters zu vergleichen, und als Reaktion auf das Detektieren, dass eine oder mehr der Sensormessungen um mehr als eine vorgesehene Toleranzspanne (410) von dem Referenzwert oder der Referenzschwankung abweicht, die Steuerschaltung eingerichtet ist, einen ersten Sensor der ersten Gruppe, der zumindest manche der einen der mehr abweichenden Sensormessungen erzeugt hat, zu identifizieren, eine Ursache der Abweichung zumindest teilweise auf Grundlage der Sensormessungen, die von dem ersten Sensor erzeugt wurden, zu schätzen, und ein Steuersignal zu erzeugen, um auf Grundlage der geschätzten Ursache eine oder mehr Korrekturmaßnahmen zu initiieren.