DE102020125310A1 - Sammelschienenwiderstandsidentifizierung über ac-signalinjektion und batteriesteuerung davon - Google Patents

Abstract

Diese Offenbarung stellt Sammelschienenwiderstandsidentifizierung über AC-Signalinjektion und Batteriesteuerung davon bereit. Ein Fahrzeugbatteriesystem weist eine Batterie, die eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen beinhaltet, eine Sammelschiene, die elektrisch zwischen einem benachbarten Paar der in Reihe geschalteten Zellen verbunden ist, und Schaltungen auf. Die Schaltungen injizieren eine sinusförmige Stromwellenform durch die Sammelschiene, erlangen eine Größe einer sinusförmigen Spannungswellenform, die durch eine Gesamtspannung der Sammelschiene enthalten ist, die durch die sinusförmige Stromwellenform verursacht wird, aus einer abgetasteten und gefilterten Version der Gesamtspannung und digitalen Daten, die die sinusförmige Stromwellenform definieren, erlangen einen Widerstand der Sammelschiene aus der Größe der sinusförmigen Spannungswellenform und einer gemessenen Größe der sinusförmigen Stromwellenform, erlangen eine Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie aus einem DC-Anteil eines Spektrums der Gesamtspannung und dem Widerstand der Sammelschiene und laden die Batterie gemäß der Größe des Stroms durch die Batterie.

Description

• GEBIET DER TECHNIK
• Diese Offenbarung betrifft die Steuerung von Traktionsbatterien für Kraftfahrzeuge.
• ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
• Ein Kraftfahrzeug kann eine Batterie zum Versorgen einer elektrischen Maschine mit Leistung beinhalten, die zum Antreiben von Rädern des Fahrzeugs angeordnet ist. Die Steuerung der Batterie, einschließlich Lade-, Entlade- und Zellausgleichsvorgängen, kann von Spannungen von Zellen der Batterie oder Strömen durch die Zellen der Batterie abhängen.
• KURZDARSTELLUNG
• Ein Fahrzeugtraktionsbatteriesystem weist eine Traktionsbatterie, die eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen beinhaltet, eine Sammelschiene, die elektrisch zwischen einem benachbarten Paar der in Reihe geschalteten Zellen verbunden ist, und Schaltungen auf. Die Schaltungen injizieren eine sinusförmige Stromwellenform durch die Sammelschiene, wenden eine Verstärkung auf eine Gesamtspannung der Sammelschiene an, die durch die sinusförmige Stromwellenform verursacht wird, um eine verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene zu erzeugen, filtern die verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene, um Rauschen zu unterdrücken und eine sinusförmige Spannungswellenform beizubehalten, die durch die verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene enthalten ist, um eine gefilterte Gesamtspannung der Sammelschiene zu erzeugen, und tasten die gefilterte Gesamtspannung ab, um eine abgetastete gefilterte Gesamtspannung zu erzeugen. Die Schaltungen multiplizieren die abgetastete gefilterte Gesamtspannung mit digitalen Daten, die die sinusförmige Stromwellenform definieren, um eine Größe der sinusförmigen Spannungswellenform auszurechnen, dividieren die Größe der sinusförmigen Spannungswellenform durch eine gemessene Größe der sinusförmigen Stromwellenform, um einen Widerstand der Sammelschiene auszurechnen, und filtern die verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene, um AC-Anteile eines Spektrums der verstärkten Gesamtspannung, die größer als eine vordefinierte Frequenz sind, zu unterdrücken und einen DC-Anteil des Spektrums beizubehalten. Die Schaltungen dividieren zudem den DC-Anteil des Spektrums durch den Widerstand der Sammelschiene, um eine Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie auszurechnen, tasten die Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie ab, um eine momentane Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie zu identifizieren, und laden die Traktionsbatterie gemäß der momentanen Größe.
• Ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugtraktionsbatteriesystems beinhaltet Injizieren einer sinusförmigen Stromwellenform durch eine Sammelschiene, die elektrisch zwischen einem benachbarten Paar von in Reihe geschalteten Zellen einer Traktionsbatterie verbunden ist, Anwenden einer Verstärkung auf eine Gesamtspannung der Sammelschiene, die durch die sinusförmige Stromwellenform verursacht wird, um eine verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene zu erzeugen, Filtern der verstärkten Gesamtspannung der Sammelschiene, um Rauschen zu unterdrücken und eine sinusförmige Spannungswellenform beizubehalten, die durch die verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene enthalten ist, um eine gefilterte Gesamtspannung der Sammelschiene zu erzeugen, und Abtasten der gefilterten Gesamtspannung, um eine abgetastete gefilterte Gesamtspannung zu erzeugen. Das Verfahren beinhaltet zudem Multiplizieren der abgetasteten gefilterten Gesamtspannung mit digitalen Daten, die die sinusförmige Stromwellenform definieren, um eine Größe der sinusförmigen Spannungswellenform auszurechnen, Dividieren der Größe der sinusförmigen Spannungswellenform durch eine gemessene Größe der sinusförmigen Stromwellenform, um einen Widerstand der Sammelschiene auszurechnen, und Filtern der verstärkten Gesamtspannung der Sammelschiene, um AC-Anteile eines Spektrums der verstärkten Gesamtspannung, die größer als eine vordefinierte Frequenz sind, zu unterdrücken und einen DC-Anteil des Spektrums beizubehalten. Das Verfahren beinhaltet ferner Dividieren des DC-Anteils des Spektrums durch den Widerstand der Sammelschiene, um eine Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie zu berechnen, Abtasten der Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie, um eine momentane Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie zu identifizieren, und Laden der Traktionsbatterie gemäß der momentanen Größe.
• Ein Fahrzeugtraktionsbatteriesystem weist eine Traktionsbatterie, die eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen beinhaltet, eine Sammelschiene, die elektrisch zwischen einem benachbarten Paar der in Reihe geschalteten Zellen verbunden ist, und Schaltungen auf. Die Schaltungen injizieren eine sinusförmige Stromwellenform durch die Sammelschiene, erlangen eine Größe einer sinusförmigen Spannungswellenform, die durch eine Gesamtspannung der Sammelschiene enthalten ist, die durch die sinusförmige Stromwellenform verursacht wird, aus einer abgetasteten und gefilterten Version der Gesamtspannung und digitalen Daten, die die sinusförmige Stromwellenform definieren, und erlangen einen Widerstand der Sammelschiene aus der Größe der sinusförmigen Spannungswellenform und einer gemessenen Größe der sinusförmigen Stromwellenform. Die Schaltungen erlangen zudem eine Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie aus einem DC-Anteil eines Spektrums der Gesamtspannung und dem Widerstand der Sammelschiene und laden die Traktionsbatterie gemäß der Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie.
• Figurenliste
• 1 ist eine schematische Darstellung eines Batteriepacks und entsprechender Steuerschaltungen.
• 2 ist ein Ablaufdiagramm eines Algorithmus zum Steuern eines Fahrzeugtraktionsbatteriesystems.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
• Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind in dieser Schrift beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Deshalb sind in dieser Schrift offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend zu interpretieren, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann den vielfältigen Einsatz der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
• Aufgrund der Natur von Sammelschienen, die üblicherweise aus Kupfer oder Aluminium hergestellt sind, erscheinen sie als elektrische Widerstände. Somit kommt es während des normalen Betriebs zu Spannungsabfällen an Sammelschienen. Falls Sammelschienen als Stromnebenschlüsse verwendet werden können, kann Geld eingespart werden, das normalerweise für Stromnebenschlüsse ausgegeben wird. Es kann jedoch schwierig sein, den Spannungsabfall an einer Sammelschiene direkt zu verwenden, um einen momentanen Packstrom genau zu schätzen. Dies liegt daran, dass Aluminium und Kupfer einer Temperaturdrift unterliegen, die Sammelschiene einem Temperaturgradienten ausgesetzt sein kann und es schwierig sein kann, Sammelschienen identisch zu machen. Aus diesen Gründen ist es schwierig, eine Temperaturkompensation bei mit Sammelschienen zusammenhängenden Messungen durchzuführen.
• Hier werden Lösungen vorgeschlagen, um zuerst den Sammelschienenwiderstand effektiv zu messen und dann die zugehörige Spannung zu messen. Infolgedessen kann der Packstrom berechnet werden. Wie nachstehend ausführlicher erörtert, kann AC-Strominjektion verwendet werden, um den Sammelschienenwiderstand zu messen.
• In diesem Dokument bezieht sich der Ausdruck „Nebenschluss“ auf ein Sammelschienenelement, das in einem Batteriepack zu finden ist, das Zellen miteinander verbindet und den Packstrom führt. Ein derartiges Sammelschienenelement weist ein Paar von Spannungsabgriffen auf, die eine Messung der Spannung an einem kurzen Segment der Sammelschiene ermöglichen. Es weist zudem einen kleinen Ohmschen Widerstand auf- zum Beispiel weniger als 5 mΩ. Durch diese Messung der Spannung, die über den Widerstand einer Sammelschiene entwickelt wird, wird die Sammelschiene dahingehend als Nebenschluss verwendet, als dass ein Ohmscher Widerstand, der auf den Strom hinweist, über eine Messung der Spannung daran erlangt wird.
• Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet ein Traktionsbatteriesystem 10 für ein Fahrzeug 12 einen Batteriepack 14 und Schaltungen 15. Der Batteriepack 14 weist eine Anzahl von in Reihe geschalteten Zellen 16 und eine Sammelschiene 18 zwischen einem benachbarten Paar der Zellen 16 auf. Sich zwischen einem benachbarten Paar der Zellen 16 zu befinden, kann auch bedeuten, sich zwischen einer der Zellen 16 und anderen elektrischen Komponenten, wie etwa Schützen, Sicherungen oder anderen Sammelschienen usw., zu befinden.
• Die Schaltungen 15 beinhalten Mikrocontroller 20, Differenzverstärker 22, Bandpassfilter 24, Analog-Digital-Wandler (analog-to-digital converter - ADC) 26, Kommunikationsmodul 28, Digital-Analog-Wandler (digital-to-analog converter - DAC) 30, Puffer 31, Messwiderstand 32, Differenzverstärker 34, Kondensator 36 und Tiefpassfilter 38.
• Der Mikrocontroller 20 empfängt Signale, verarbeitet Daten, speichert Daten und führt Kommunikation und Steuerung durch usw.
• Der Differenzverstärker 22 weist eine Verstärkung MEAS_GAJN auf, worauf das Bandpassfilter 24 folgt, um die Spannung an der Sammelschiene 18 zu messen. Der Ausgang des Bandpassfilters 24 wird dem ADC 26 und dann dem Mikrocontroller 20 zugeführt. Das Bandpassfilter 24 weist eine Mittenfrequenz F_MEAS und eine Bandbreite BW MEAS auf. Das Signal am Ausgang des Bandpassfilters 24 wird als SHNTSIG_BPSS_FILT_AMP bezeichnet.
• Das Kommunikationsmodul 28 sendet/empfängt Nachrichten über isoliertes Koppeln oder einen nicht isolierten Pfad zwischen dem Mikrocontroller 20 und einer beliebigen anderen Steuerung/einem beliebigen anderen Kommunikationsbus des Fahrzeugs 12, z. B. Controller Area Network usw.
• Der DAC 30 wird durch den Mikrocontroller 20 gesteuert. Der Mikrocontroller 20 sendet digitale Daten aus, die eine sinusförmige Spannungswellenform definieren, und der DAC 30 wandelt die digitalen Daten in eine analoge sinusförmige Spannungswellenform um. Dann koppelt der Puffer 31 das Signal, um einen externen Verbraucher anzulegen, um eine sinusförmige Stromwellenform durch die Sammelschiene 18 zu injizieren. Der Messwiderstand 32 misst den AC-Strom. Der Differenzverstärker 34 misst den Strom durch den Messwiderstand 32. Der Mikrocontroller 20 liest den Strom von dem ADC 26 zur AC-Stromsteuerung mit geschlossenem Regelkreis aus. Der Kondensator 36 verhindert, dass DC-Strom zu der Sammelschiene 18 fließt.
• Der Mikrocontroller 20, der DAC 30, der Puffer 31, der Messwiderstand 32, der Verstärker 34 und der ADC 26 bilden einen Stromregelkreis. Durch Messen der Rückkopplung von dem Messwiderstand 32 ist der Mikrocontroller 20 dazu in der Lage, eine genaue bekannte AC-Stromwellenform durch die Sammelschiene 18 zu erzeugen. Dieser AC-Strom weist die Frequenz F MEAS auf.
• Die durch den Verstärker 22 und den ADC 26 an der Sammelschiene 18 gemessene Spannung beinhaltet sowohl AC-Spannung als auch DC-Spannung. Die AC-Spannung wird durch den vorstehend erwähnten AC-Stromregelkreis injiziert. Die DC-Spannung wird durch Hochspannungsbatteriebetriebsstrom eingebracht. Der Hochspannungsbatteriebetriebsstrom weist einen gewissen Gehalt an geringer Frequenz auf; bis zu einer maximalen Frequenz von Max_InfoFreqPresent. Zum Beispiel kann Max_InfoFreqPresent 50 Hz betragen, während F_MEAS zum Beispiel 1 MHz betragen kann. Somit werden die gemessenen Packstrominformationen als eine DC-Spannung bezeichnet, wobei zu verstehen ist, dass sie einen gewissen Niederfrequenzgehalt aufweist; aber das Signal ändert sich sehr langsam - fast ein DC-Signal. In diesem Dokument bezieht sich die „DC-Spannung“ oder das „DC-Signal“ auf dieses Niederfrequenzsignal, das mit dem Packstrom in Zusammenhang steht, und das „AC-Signal“ bezieht sich auf den injizierten AC-Strom, der durch den Kondensator 36 fließt.
• Der Mikrocontroller 20 empfängt die DC- und AC-Signale, die durch den ADC 26 gemessen werden. Das DC-Signal wird als V_b_dc bezeichnet und das AC-Signal wird als V_b_ac bezeichnet. Durch Vergleichen des bekannten injizierten AC-Stroms und des gemessenen AC-Signals V_b_ac kann der Widerstand der Sammelschiene 18 erlangt werden, der als R_b bezeichnet werden kann. Folglich kann der Packstrom des Batteriepacks 14 durch die Steuerung 20 (oder eine andere Steuerung) durch Verwenden von V_b_dc/R_b berechnet werden.
• Herkömmliche Techniken können einen kleinen Strom in ein Nebenschlusselement injizieren, die erzeugte Spannung beobachten und den Widerstand ausrechnen. Die vorgeschlagene Technik wendet jedoch einen sinusförmigen AC-Strom mit der Frequenz F_MEAS an. Der Widerstand der Sammelschiene 18 ist sehr niedrig, z. B. 1 mΩ, und der injizierte Strom ist recht niedrig, z. B. Sinusoid mit Spitze-Spitze-Wert von 5 mA. Insbesondere wird die Größe des DAC-Pufferausgangs 31 eingestellt, um zum Beispiel einen Sinusoid mit einem Spitze-Spitze-Wert von 5 mA zu erzielen. Deshalb ist das erzeugte Spannungssignal ziemlich niedrig, z. B. 5 µV Spitze-Spitze. Nun kann die Analog-Digital-(A/D-)Version von SHNTSIG_BPSS_FILT_AMP herangezogen werden. Es ist zu beachten, dass dieses Signal die geringe Spannung von der Sammelschiene 18 ist, die mit einer Mitte bei F_MEAS bandpassgefiltert ist. Die Bandbreite dieses Filters ist relativ klein, zum Beispiel 1 % der Frequenz F_MEAS. Die Ordnung des Bandpassfilters (die Anzahl der Pol- und Nullstellen) muss angemessen ausgewählt werden, um diese schmale Bandbreite zu erlangen, was hilfreich ist, um Fremdgeräusche herauszufiltern, die andernfalls in anschließenden Schritten Probleme verursachen würden. Da diese Testfrequenz auch in dem DAC 30 erzeugt wird, gibt es eine präzise Steuerung bei der Erzeugung dieses Signals. MEAS_GAIN ist derart, dass das empfangene Signal im schlechtesten Fall die volle Spanne des A/D-Eingangs ausfüllt, was bedeutet, dass der Spitzenwert des Signals für einen 12-Bit-A/D genau 4095 Zählwerte erreicht. Es kann davon ausgegangen werden, dass der ADC 26 bipolar ist, ±2,5 V, wobei 4095 Zählwerte +2,5 V Eingang entsprechen und 0 Zählwerte - 2,5 V Eingang entsprechen. 0 V Eingang entsprechen der halben Skala oder 2048 Zählwerten. Dieser Ansatz führt zu einem guten Signal-Rausch-Verhältnis für den folgenden Schritt. Nun wird das Signal SHNTSIG_BPSS_FILT_AMP herangezogen, das in den vollen Skalenbereich des A/D-Wandlers passt. Der nächste Schritt besteht darin, dieses Signal mit dem genauen Sinusoid am Ausgang des DAC 30 zu multiplizieren. Grob ausgedrückt, handelt es sich um eine Abwärtswandlung auf eine Nullfrequenz (auch als direkte Wandlung bekannt). Dieser Schritt wird in der Digitaldomäne durchgeführt. $$\begin{array}{l}\text{CONVERTED\_BBSIG}=\left(\text{DHNTSIG\_BPSS\_FILT\_AMP\_A2D-}\left(\text{A2}/2\right)\right)*\\ \left(\text{A}2*\left(1/2\right)*\text{Sin}\left(\mathrm{\omega }\text{t}\right)\right)\end{array}$$

  

  Hier gilt ω=2π * Fmeas und A2 beträgt 4095 Zählwerte für einen 12-Bit-A/D.
• Die Idee besteht darin, ein kleines sinusförmiges AC-Signal unter Verwendung einer Steuerung mit geschlossenem Regelkreis kapazitiv in eine Sammelschiene mit niedrigem Widerstand zu koppeln, um eine bestimmte Größe des injizierten AC-Stroms zu bekommen. Dieser kleine sinusförmige AC-Strom weist eine relativ hohe Frequenz auf, zum Beispiel 1 MHz. Dieser AC-Strom erzeugt eine kleine sinusförmige AC-Spannung an einer kostengünstigen Sammelschiene. Die neuartige Technik des Verstärkens dieser kleinen AC-Spannung durch den Verstärkungsblock 22 und des Bandpassfilterns durch das Bandpassfilter 24 wird dann angewendet. Das Bandpassfiltern ist hilfreich, da F_MEAS absichtlich als eine Frequenz ausgewählt wird, bei der in der Anwendung nicht viel Rauschen erwartet wird. Dann ist das Bandpassfilter beim Verbessern des Signal-Rausch-Verhältnisses für die AC-Spannung am Ausgang des Bandpassfilters 24 wirksam.
• Um dieses Signal genau zu messen, wird die neuartige Technik der Abwärtswandlung angewendet. Wenn der A/D-gewandelte Ausgang des Bandpassfilters 24 SHNTSIG_BPSS_FILT_AMP _A2D, der um A2/2 Zählwerte nach unten verschoben ist, mit (A2/2)*Sin(ωt) multipliziert wird, führt dies tatsächlich eine direkte Abwärtswandlung auf das Basisband durch und ermöglicht eine genaue Messung der Größe des sinusförmigen Signals. In Gleichung 1 ist CONVERTED_BBSIG nun proportional zu dem Widerstand der Sammelschiene 18. Genauer ist SHNTSIG_BPSS_FILT_AMP_A2D gleich $$\begin{array}{l}\text{R\_b*Imax*Meas\_Gain*BPPassFraction*MaxCts}\left(1/\text{Vmax}\right)*\left(1/2\right)\text{Sin}\left(\text{wt}\right)+\left(\text{A}2/2\right)\\ \text{CONVERTED\_BBSIG = }\left(\text{SHNTSIG\_BPSS\_FILT\_AMP\_A2D}-\left(\text{A}2/2\right)\right)*\\ (\text{A}2*\left(1/2\right)*\text{Sin}\left(\mathrm{\omega }\text{t}\right).\end{array}$$

  

  Vereinfacht gilt $$\text{K}1=\text{R\_b*Imax*Meas\_Gain\_BPPassFraction*MaxCts*}\left(1/\text{Vmax}\right)*\left(1/2\right)$$

  

  $$\text{A}=\text{B}=\mathrm{\omega }\text{t}$$

  

  $$\text{K}1*\text{SinA}*\text{SinB}=1/2\text{K}1\left(\text{Cos}\left(\text{A}-\text{B}\right)-\text{Cos}\left(\text{A}+\text{B}\right)\right)$$

  

  $$\text{K}1*\text{SinA}*\text{SinB}=1/2\text{K}1\left(\text{Cos}0-\text{Cos}\left(2\mathrm{\omega }\text{t}\right)\right)$$

  

  $$\text{K}1*\text{SinA}*\text{SinB}=1/2\text{K}1\left(1-\text{Cos}\left(2\mathrm{\omega }\text{t}\right)\right)$$

  

  $$\text{K}1*\text{SinA}*\text{SinB}=1/2\text{K}1-=\text{K}1\text{Cos}\left(2\mathrm{\omega }\text{t}\right)$$

  
• Der Ausgang des vorstehenden Multiplikationsschritts stellt 2 Terme bereit, einen DC-Term bei 1/2 K1 und einen AC-Term bei 1/2 K1Cos(2 ωt). Durch einfaches Tiefpassfiltern kann der Term 1/2 K1Cos(2 ωt) entfernt werden, zum Beispiel durch Umsetzen eines digitalen Tiefpassfilters mit Eckfrequenz bei Fmeas. Es ist zu beachten, dass der herausgefilterte Term 2*Fmeas ist, sodass dies wirksam sein sollte. Der DC-Term ist 1/2 K1, das heißt, wie viele Zählwerte gemessen werden; dies kann als MeasCts bezeichnet werden. Das heißt, $$\text{MeasCts}=1/2\text{K}1$$

  

  $$\text{K}1=\text{R}\_\text{b}*\text{Imax}*\text{Meas}\_\text{Gain}*\text{BPPassFraction}*\text{MaxCts*}\left(1/\text{Vmax}\right)*1/2$$

  

  $$\text{R}\_\text{b ist der Widerstand der Sammelscheine}\text{.}$$

  

  $$\text{Imax}=\mathrm{2,5}\text{ mA}$$

  

  $$\mathrm{\omega }=2\mathrm{\pi }*\text{F}\_\text{MEAS}$$

  

  MaxCts = 4095 für einen bipolaren 12-Bit-A/D-Wandler
• Meas Gain wird über eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis festgelegt, um die Spitzenzählwerte von SHNTSIG_BPSS_FILT_AMP_A2D auf MaxCts festzulegen. BPPassFraction = Vout/Vin des Bandpassfilters bei Fmeas, was ein Maß für die Einfügedämpfung bereitstellt. $$\text{Vmax}=\mathrm{2,5}\text{ V}$$

  
• Nun gilt $$\text{MeasCts}=1/2*\text{R}\_\text{b}*\text{Imax}*\text{Meas}*\text{GainBPPassFraction}*\text{MaxCts}\left(1/\text{Vmax}\right)*1/2$$

  

  $$\text{MeasCts}=1/4*\text{R}\_\text{b}*\text{Imax}*\text{Meas}*\text{GainBPPassFraction}*\text{MaxCts}\left(1/\text{Vmax}\right)$$

  

  $$\text{MeasCts}=1/4*\text{R}\_\text{b}*\mathrm{0,0025}*\text{Meas\_gain\_BPPassFraction}*4095*\left(1/\mathrm{2,5}\right)$$

  

  $$\text{MeasCts}=\text{R}\_\text{b}*\text{Meas\_gain}*\text{BPPassFraction*1}\text{,024}$$

  
• Also gilt $$\text{R}\_\text{b}=\text{MeasCts}\left(\text{Meas}\_\text{gain}*\text{BPPassFraction}*\mathrm{1,024}\right)$$

  

  $$\text{R}\_\text{b}=\text{MeasCts}\left(\text{Meas}\_\text{gain}*\text{BPPassFraction}*\mathrm{1,024}\right)$$

  
• Dann wird der Ausgang des Tiefpassfilters 38 gemessen. Dieses Filter weist eine Eckfrequenz viele Dekaden unter F_MEAS auf, sodass bei dem Signal, das aus dem Tiefpassfilter 38 herauskommt, jegliches Signal bei F_MEAS vollständig entfernt ist. Zudem muss es eine normale analoge Filterung bereitstellen, die an einem Stromsensorsignal durchgeführt wird, zum Beispiel einer Eckfrequenz von 50 Hz. Der Ausgang des Tiefpassfilters 38 wird als SHNTSIG_LPSS_FILT_AMP bezeichnet. Dann ist der A/Dgewandelte Ausgang des Tiefpassfilters 38 proportional zu dem Packstrom durch den Batteriepack 14. $$\text{PACK\_CURRENT}=\text{A2D\_SHNTSIG\_LPSS\_FILT\_AMP/BUSBAR\_RESISTANCE}$$

  
• Das Vorstehende stammt aus dem Ohmschen Gesetz I=V/R, wobei I der zu messende Packstrom ist, R der gemessene Widerstand der Sammelschiene 18 ist und V die A/Dgewandelte tiefpassgefilterte Spannung an der Sammelschiene 18 ist. PACK_CURRENT kann dann durch die Steuerung 20 (oder eine andere Steuerung) während des Ladens und Entladens des Batteriepacks 14 verwendet werden. Falls PACK _CURRENT zum Beispiel eine vorbestimmte Zeit unter einem Schwellenwert bleibt, kann die Steuerung 20 das Laden des Batteriepacks 14 einleiten usw.
• Somit verwenden diese Schaltungsdetails eine kostengünstige bestehende Sammelschiene, um ihren Widerstand zu messen, und verstärken und messen dann zudem das kleine DC-Signal an der Sammelschiene 18, das proportional zu dem gewünschten Momentanstrom des Batteriepacks 14 ist. Dieser Ansatz weist einen erheblichen Kostenvorteil gegenüber Nebenschlussstromsensoransätzen auf, da Präzisionsnebenschlüsse kostspielig sind. Hier ist der Nebenschluss eine Sammelschiene, die sich bereits in dem Batteriepack 14 befindet.
• Unter Bezugnahme auf 2 wird bei Vorgang 40 eine sinusförmige Stromwellenform durch die Sammelschiene injiziert. Bei Vorgang 42 wird eine Verstärkung auf eine Gesamtspannung der Sammelschiene angewendet, die durch die sinusförmige Stromwellenform verursacht wird, um eine verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene zu erzeugen. Die verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene wird bei Vorgang 44 gefiltert, um Rauschen zu unterdrücken und eine sinusförmige Spannungswellenform beizubehalten, die durch die verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene enthalten ist, um eine gefilterte Gesamtspannung der Sammelschiene zu erzeugen. Die gefilterte Gesamtspannung wird bei Vorgang 46 abgetastet, um eine abgetastete gefilterte Gesamtspannung zu erzeugen. Bei Vorgang 48 wird die abgetastete gefilterte Gesamtspannung mit digitalen Daten multipliziert, die die sinusförmige Stromwellenform definieren, um eine Größe der sinusförmigen Spannungswellenform auszurechnen. Bei Vorgang 50 wird die Größe der sinusförmigen Spannungswellenform durch eine gemessene Größe der sinusförmigen Stromwellenform dividiert, um einen Widerstand der Sammelschiene auszurechnen. Die verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene wird bei Vorgang 52 gefiltert, um AC-Anteile eines Spektrums der verstärkten Gesamtspannung, die größer als eine vordefinierte Frequenz sind, zu unterdrücken und einen DC-Anteil des Spektrums beizubehalten. Der DC-Anteil des Spektrums wird bei Vorgang 54 durch den Widerstand der Sammelschiene dividiert, um eine Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie auszurechnen. Bei Vorgang 56 wird die Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie abgetastet, um eine momentane Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie zu identifizieren. Und bei Vorgang 58 wird die Traktionsbatterie gemäß der momentanen Größe geladen.
• Die in dieser Schrift offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/dadurch umgesetzt werden, die bzw. der eine beliebige bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann. Gleichermaßen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die durch eine Steuerung oder einen Computer in vielen Formen, einschließlich unter anderem Informationen, die dauerhaft auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie etwa Festwertspeichervorrichtungen (read only memory - ROM) gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien wie etwa Disketten, Magnetbändern, Compact Discs (CDs), Direktzugriffsspeichervorrichtungen (random access memory - RAM) und sonstigen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind, ausgeführt werden können. Die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können zudem in einem durch Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten ausgeführt sein, wie etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Arrays (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderer Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten.
• Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen werden. Die in der Beschreibung verwendeten Worte sind vielmehr beschreibende als einschränkende Worte und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben worden sein könnten, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen oder Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können unter anderem Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. beinhalten. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung, und sie können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeugtraktionsbatteriesystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Traktionsbatterie, die eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen beinhaltet; eine Sammelschiene, die elektrisch zwischen einem benachbarten Paar der in Reihe geschalteten Zellen verbunden ist, und Schaltungen, die konfiguriert sind zum Injizieren einer sinusförmigen Stromwellenform durch die Sammelschiene, Anwenden einer Verstärkung auf eine Gesamtspannung der Sammelschiene, die durch die sinusförmige Stromwellenform verursacht wird, um eine verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene zu erzeugen, Filtern der verstärkten Gesamtspannung der Sammelschiene, um Rauschen zu unterdrücken und eine sinusförmige Spannungswellenform beizubehalten, die durch die verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene enthalten ist, um eine gefilterte Gesamtspannung der Sammelschiene zu erzeugen, Abtasten der gefilterten Gesamtspannung, um eine abgetastete gefilterte Gesamtspannung zu erzeugen, Multiplizieren der abgetasteten gefilterten Gesamtspannung mit digitalen Daten, die die sinusförmige Stromwellenform definieren, um eine Größe der sinusförmigen Spannungswellenform auszurechnen, Dividieren der Größe der sinusförmigen Spannungswellenform durch eine gemessene Größe der sinusförmigen Stromwellenform, um einen Widerstand der Sammelschiene auszurechnen, Filtern der verstärkten Gesamtspannung der Sammelschiene, um AC-Anteile eines Spektrums der verstärkten Gesamtspannung, die größer als eine vordefinierte Frequenz sind, zu unterdrücken und einen DC-Anteil des Spektrums beizubehalten, Dividieren des DC-Anteils des Spektrums durch den Widerstand der Sammelschiene, um eine Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie auszurechnen, Abtasten der Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie, um eine momentane Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie zu identifizieren, und Laden der Traktionsbatterie gemäß der momentanen Größe.
• Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die Schaltungen ein Bandpassfilter, um das Filtern der verstärkten Gesamtspannung durchzuführen.
• Gemäß einer Ausführungsform ist eine Mittenfrequenz des Bandpassfilters durch eine Frequenz der sinusförmigen Stromwellenform definiert.
• Gemäß einer Ausführungsform beinhalten die Schaltungen ein Tiefpassfilter, um das Filtern der verstärkten Gesamtspannung durchzuführen.
• Gemäß einer Ausführungsform ist die vordefinierte Frequenz durch eine Eckfrequenz des Tiefpassfilters definiert.
• Gemäß einer Ausführungsform weist eine Größe der sinusförmigen Stromwellenform eine Größe von weniger als 50 Milliampere auf.
• Gemäß einer Ausführungsform beträgt ein Widerstand der Sammelschiene weniger als 5 Milliohm.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugtraktionsbatteriesystems Injizieren einer sinusförmigen Stromwellenform durch eine Sammelschiene, die elektrisch zwischen einem benachbarten Paar von in Reihe geschalteten Zellen einer Traktionsbatterie verbunden ist; Anwenden einer Verstärkung auf eine Gesamtspannung der Sammelschiene, die durch die sinusförmige Stromwellenform verursacht wird, um eine verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene zu erzeugen; Filtern der verstärkten Gesamtspannung der Sammelschiene, um Rauschen zu unterdrücken und eine sinusförmige Spannungswellenform beizubehalten, die durch die verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene enthalten ist, um eine gefilterte Gesamtspannung der Sammelschiene zu erzeugen; Abtasten der gefilterten Gesamtspannung, um eine abgetastete gefilterte Gesamtspannung zu erzeugen; Multiplizieren der abgetasteten gefilterten Gesamtspannung mit digitalen Daten, die die sinusförmige Stromwellenform definieren, um eine Größe der sinusförmigen Spannungswellenform auszurechnen; Dividieren der Größe der sinusförmigen Spannungswellenform durch eine gemessene Größe der sinusförmigen Stromwellenform, um einen Widerstand der Sammelschiene auszurechnen; Filtern der verstärkten Gesamtspannung der Sammelschiene, um AC-Anteile eines Spektrums der verstärkten Gesamtspannung, die größer als eine vordefinierte Frequenz sind, zu unterdrücken und einen DC-Anteil des Spektrums beizubehalten; Dividieren des DC-Anteils des Spektrums durch den Widerstand der Sammelschiene, um eine Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie zu berechnen; Abtasten der Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie, um eine momentane Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie zu identifizieren; und Laden der Traktionsbatterie gemäß der momentanen Größe.
• In einem Aspekt der Erfindung wird das Filtern der verstärkten Gesamtspannung durch ein Bandpassfilter durchgeführt.
• In einem Aspekt der Erfindung ist eine Mittenfrequenz des Bandpassfilters durch eine Frequenz der sinusförmigen Stromwellenform definiert.
• In einem Aspekt der Erfindung wird das Filtern der verstärkten Gesamtspannung durch ein Tiefpassfilter durchgeführt.
• In einem Aspekt der Erfindung ist die vordefinierte Frequenz durch eine Eckfrequenz des Tiefpassfilters definiert.
• In einem Aspekt der Erfindung weist eine Größe der sinusförmigen Stromwellenform eine Größe von weniger als 50 Milliampere auf.
• In einem Aspekt der Erfindung beträgt ein Widerstand der Sammelschiene weniger als 5 Milliohm.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeugtraktionsbatteriesystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Traktionsbatterie, die eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen beinhaltet; eine Sammelschiene, die elektrisch zwischen einem benachbarten Paar der in Reihe geschalteten Zellen verbunden ist, und Schaltungen, die konfiguriert sind zum Injizieren einer sinusförmigen Stromwellenform durch die Sammelschiene, Erlangen einer Größe einer sinusförmigen Spannungswellenform, die durch eine Gesamtspannung der Sammelschiene enthalten ist, die durch die sinusförmige Stromwellenform verursacht wird, aus einer abgetasteten und gefilterten Version der Gesamtspannung und digitalen Daten, die die sinusförmige Stromwellenform definieren, Erlangen eines Widerstands der Sammelschiene aus der Größe der sinusförmigen Spannungswellenform und einer gemessenen Größe der sinusförmigen Stromwellenform, Erlangen einer Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie aus einem DC-Anteil eines Spektrums der Gesamtspannung und dem Widerstand der Sammelschiene und Laden der Traktionsbatterie gemäß der Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie.
• Gemäß einer Ausführungsform sind die Schaltungen ferner zum Anwenden einer Verstärkung auf die Gesamtspannung konfiguriert.
• Gemäß einer Ausführungsform sind die Schaltungen ferner zum Filtern der Gesamtspannung der Sammelschiene konfiguriert, um Rauschen zu unterdrücken und die sinusförmige Spannungswellenform, die durch die Gesamtspannung der Sammelschiene enthalten ist, beizubehalten.

Claims (15)

1. Fahrzeugtraktionsbatteriesystem, umfassend: eine Traktionsbatterie, die eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen beinhaltet; eine Sammelschiene, die elektrisch zwischen einem benachbarten Paar der in Reihe geschalteten Zellen verbunden ist; und Schaltungen, die konfiguriert sind zum Injizieren einer sinusförmigen Stromwellenform durch die Sammelschiene, Anwenden einer Verstärkung auf eine Gesamtspannung der Sammelschiene, die durch die sinusförmige Stromwellenform verursacht wird, um eine verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene zu erzeugen, Filtern der verstärkten Gesamtspannung der Sammelschiene, um Rauschen zu unterdrücken und eine sinusförmige Spannungswellenform beizubehalten, die durch die verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene enthalten ist, um eine gefilterte Gesamtspannung der Sammelschiene zu erzeugen, Abtasten der gefilterten Gesamtspannung, um eine abgetastete gefilterte Gesamtspannung zu erzeugen, Multiplizieren der abgetasteten gefilterten Gesamtspannung mit digitalen Daten, die die sinusförmige Stromwellenform definieren, um eine Größe der sinusförmigen Spannungswellenform auszurechnen, Dividieren der Größe der sinusförmigen Spannungswellenform durch eine gemessene Größe der sinusförmigen Stromwellenform, um einen Widerstand der Sammelschiene auszurechnen, Filtern der verstärkten Gesamtspannung der Sammelschiene, um AC-Anteile eines Spektrums der verstärkten Gesamtspannung, die größer als eine vordefinierte Frequenz sind, zu unterdrücken und einen DC-Anteil des Spektrums beizubehalten, Dividieren des DC-Anteils des Spektrums durch den Widerstand der Sammelschiene, um eine Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie auszurechnen, Abtasten der Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie, um eine momentane Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie zu identifizieren, und Laden der Traktionsbatterie gemäß der momentanen Größe.
2. System nach Anspruch 1, wobei die Schaltungen ein Bandpassfilter beinhalten, um das Filtern der verstärkten Gesamtspannung durchzuführen.
3. System nach Anspruch 2, wobei eine Mittenfrequenz des Bandpassfilters durch eine Frequenz der sinusförmigen Stromwellenform definiert ist.
4. System nach Anspruch 1, wobei die Schaltungen ein Tiefpassfilter beinhalten, um das Filtern der verstärkten Gesamtspannung durchzuführen.
5. System nach Anspruch 4, wobei die vordefinierte Frequenz durch eine Eckfrequenz des Tiefpassfilters definiert ist.
6. System nach Anspruch 1, wobei eine Größe der sinusförmigen Stromwellenform eine Größe von weniger als 50 Milliampere aufweist.
7. System nach Anspruch 1, wobei ein Widerstand der Sammelschiene weniger als 5 Milliohm beträgt.
8. Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugtraktionsbatteriesystems, umfassend: Injizieren einer sinusförmigen Stromwellenform durch eine Sammelschiene, die elektrisch zwischen einem benachbarten Paar von in Reihe geschalteten Zellen einer Traktionsbatterie verbunden ist; Anwenden einer Verstärkung auf eine Gesamtspannung der Sammelschiene, die durch die sinusförmige Stromwellenform verursacht wird, um eine verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene zu erzeugen; Filtern der verstärkten Gesamtspannung der Sammelschiene, um Rauschen zu unterdrücken und eine sinusförmige Spannungswellenform beizubehalten, die durch die verstärkte Gesamtspannung der Sammelschiene enthalten ist, um eine gefilterte Gesamtspannung der Sammelschiene zu erzeugen; Abtasten der gefilterten Gesamtspannung, um eine abgetastete gefilterte Gesamtspannung zu erzeugen; Multiplizieren der abgetasteten gefilterten Gesamtspannung mit digitalen Daten, die die sinusförmige Stromwellenform definieren, um eine Größe der sinusförmigen Spannungswellenform auszurechnen; Dividieren der Größe der sinusförmigen Spannungswellenform durch eine gemessene Größe der sinusförmigen Stromwellenform, um einen Widerstand der Sammelschiene auszurechnen; Filtern der verstärkten Gesamtspannung der Sammelschiene, um AC-Anteile eines Spektrums der verstärkten Gesamtspannung, die größer als eine vordefinierte Frequenz sind, zu unterdrücken und einen DC-Anteil des Spektrums beizubehalten; Dividieren des DC-Anteils des Spektrums durch den Widerstand der Sammelschiene, um eine Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie zu berechnen; und Abtasten der Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie, um eine momentane Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie zu identifizieren.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Filtern der verstärkten Gesamtspannung durch ein Bandpassfilter durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei eine Mittenfrequenz des Bandpassfilters durch eine Frequenz der sinusförmigen Stromwellenform definiert ist.
11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Filtern der verstärkten Gesamtspannung durch ein Tiefpassfilter durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die vordefinierte Frequenz durch eine Eckfrequenz des Tiefpassfilters definiert ist.
13. Fahrzeugtraktionsbatteriesystem, umfassend: eine Traktionsbatterie, die eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Zellen beinhaltet; eine Sammelschiene, die elektrisch zwischen einem benachbarten Paar der in Reihe geschalteten Zellen verbunden ist; und Schaltungen, die konfiguriert sind zum Injizieren einer sinusförmigen Stromwellenform durch die Sammelschiene, Erlangen einer Größe einer sinusförmigen Spannungswellenform, die durch eine Gesamtspannung der Sammelschiene enthalten ist, die durch die sinusförmige Stromwellenform verursacht wird, aus einer abgetasteten und gefilterten Version der Gesamtspannung und digitalen Daten, die die sinusförmige Stromwellenform definieren, Erlangen eines Widerstands der Sammelschiene aus der Größe der sinusförmigen Spannungswellenform und einer gemessenen Größe der sinusförmigen Stromwellenform und Erlangen einer Größe des Stroms durch die Traktionsbatterie aus einem DC-Anteil eines Spektrums der Gesamtspannung und dem Widerstand der Sammelschiene.
14. Fahrzeugtraktionsbatteriesystem nach Anspruch 13, wobei die Schaltungen ferner zum Anwenden einer Verstärkung auf die Gesamtspannung konfiguriert sind.
15. Fahrzeugtraktionsbatteriesystem nach Anspruch 13, wobei die Schaltungen ferner zum Filtern der Gesamtspannung der Sammelschiene konfiguriert sind, um Rauschen zu unterdrücken und die sinusförmige Spannungswellenform, die durch die Gesamtspannung der Sammelschiene enthalten ist, beizubehalten.

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