DE102021101041A1

DE102021101041A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung des elektrischen leistungsflusses in einem batteriesystem

Info

Publication number: DE102021101041A1
Application number: DE102021101041.1A
Authority: DE
Inventors: Yue-Yun Wang; Andres V. Mituta; Garrett M. Seeman; Justin Bunnell
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2021-08-12
Also published as: US20210245622A1; US11299063B2; CN113328479A

Abstract

Ein Batteriesystem ist elektrisch mit einem Leistungsbus verbunden, der so angeordnet ist, dass er einen fahrzeugseitigen Aktuator, wie z. B. eine elektrische Traktionsmaschine, mit elektrischer Energie versorgt. Die Steuerung des elektrischen Leistungsflusses in dem Batteriesystem umfasst die Bestimmung von Ladezuständen für die mehreren Batteriesysteme, die Identifizierung eines der Batteriesysteme als schwächstes Batteriesystem auf der Grundlage der Ladezustände und die Bestimmung eines internen Zirkulationsstroms, der über den Kabelbaum übertragen wird und mit dem Laden des schwächsten Batteriesystems verbunden ist. Die Stromübertragung über den Kabelbaum und den Leistungsbus wird so gesteuert, dass der interne Zirkulationsstrom kleiner als ein interner Zirkulationsstrom-Grenzwert ist. In einer Ausführungsform wird der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert in Abhängigkeit von der Batterietemperatur bestimmt.

Description

EINLEITUNG
In Fahrzeugen und anderen Systemen werden Gleichstromversorgungen in Form von wiederaufladbaren Batterie-Paketen eingesetzt, um elektrische Energie für den Fahrzeugantrieb und andere Funktionen bereitzustellen. Ein Batteriesystem kann mehrere Batterie-Pakete enthalten, die parallel und/oder in Reihe angeordnet sind.
Es kann ein Ungleichgewicht zwischen den Ladezuständen der in einem Batteriesystem eingesetzten Batterie-Paketen bestehen, wobei eines der Batterie-Pakete einen höheren Ladezustand aufweist als ein anderes der Batterie-Pakete. Ungleichgewichte zwischen den Ladezuständen der in einem Batteriesystem eingesetzten Batterie-Paketen können aufgrund von Stromflusseigenschaften in Verbindung mit Batteriespannungspotentialen, Ladeschemata, insbesondere sogenannten Schnellladeschemata, unterschiedlicher Alterung der Batterie-Pakete, temperaturbedingten Unterschieden in den Batterie-Paketen und Fehlern bei der Abschätzung der Ladezustände schwer zu vermeiden sein.
Ein Unterschied in den Ladezuständen kann zu einem internen Zirkulationsstrom führen, bei dem ein Batterie-Paket eines Batteriesystems, das einen größeren Ladezustand hat, elektrische Energie an ein anderes der Batterie-Pakete überträgt, das einen geringeren Ladezustand hat. Das Auftreten eines unkontrollierten internen Zirkulationsstroms lädt unter bestimmten Bedingungen, z. B. bei sehr niedrigen Batterietemperaturen, das schwächste Batterie-Paket mit dem geringeren Ladezustand auf, was zu Lithiumplattierungen und anderen Effekten in der Batterie führen kann. Darüber hinaus können unter kalten Wetterbedingungen hohe Entladelasten zu einer unterschiedlichen Polarisierung zwischen den Batterie-Paketen in einem Batteriesystem führen, was einen unkontrollierten Zirkulationsstrom verursachen kann, sobald die Last entfernt wird, und zu Lithiumplattierung und anderen Effekten in der Batterie führen kann. Die Lithiumplattierung in einer Batterie kann dazu dienen, die interne Batterieimpedanz zu erhöhen und die Ladekapazität der Batterie zu verringern, was die Lebensdauer des Batterie-Pakets beeinträchtigt.
Daher besteht die Notwendigkeit, den internen Zirkulationsstrom zwischen den Batterien in einem Batteriesystem mit mehreren Batterie-Paketen zu verwalten und zu steuern, und zwar auf eine Weise, die die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Lithiumplattierungen und anderen Effekten reduziert oder eliminiert.
BESCHREIBUNG
Die hierin beschriebenen Konzepte stellen ein Verfahren und ein zugehöriges System zur Steuerung des elektrischen Energieflusses in einem Batteriesystem bereit, das eine Vielzahl von elektrisch verbundenen Lithium-Ionen-Batterie-Paketen umfasst, wobei das Batteriesystem elektrisch mit einem Leistungsbus verbunden ist, um eine oder mehrere elektrische Maschinen und/oder elektrische Aktuatoren mit elektrischer Energie zu versorgen. In einer Ausführungsform, und wie hierin beschrieben, wird das Batteriesystem fahrzeugseitig eingesetzt und umfasst eine Mehrzahl von Lithium-Ionen-Batterie-Paketen, die über einen Kabelbaum elektrisch verbunden sind. Das Batterie-Paket ist elektrisch mit einem Leistungsbus verbunden, der so angeordnet ist, dass er einen fahrzeugseitigen Aktuator, wie z. B. eine elektrische Traktionsmaschine, mit elektrischer Energie versorgt. Insgesamt umfasst die Steuerung des elektrischen Leistungsflusses im Batteriesystem die Bestimmung der Ladezustände für die mehreren Batterie-Pakete, die Identifizierung eines der Batterie-Pakete als schwächstes Batterie-Paket auf der Grundlage der Ladezustände und seiner Impedanz und die Bestimmung eines internen Zirkulationsstroms, der über den Kabelbaum übertragen wird und mit dem Laden des schwächsten Batterie-Pakets verbunden ist. Die Stromübertragung durch den Kabelbaum und den Leistungsbus wird so gesteuert, dass der interne Zirkulationsstrom, der das schwächste Batterie-Paket lädt, geringer ist als ein interner Zirkulationsstrom-Grenzwert. In einer Ausführungsform wird der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert in Abhängigkeit von der Batterietemperatur bestimmt.
Ein Aspekt der Offenbarung umfasst die Steuerung der elektrischen Energieübertragung durch den Kabelbaum und den Leistungsbus, so dass der interne Zirkulationsstrom geringer ist als der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert für das schwächste Batterie-Paket, einschließlich der Identifizierung eines der Batterie-Pakete als schwächstes Batterie-Paket auf der Grundlage der Ladezustände und der Batterie-Paket-Impedanzen, der Bestimmung des internen Zirkulationsstroms, der über den Kabelbaum an das schwächste Batterie-Paket übertragen wird, und der Trennung des schwächsten Batterie-Pakets von dem Kabelbaum, wenn der interne Zirkulationsstrom größer ist als der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst die Feststellung, dass sich das Fahrzeug in einem „Key-off‟-Zustand befindet, und das Trennen des schwächsten Batterie-Pakets vom Kabelbaum, wenn der interne Zirkulationsstrom größer ist als der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert und sich das Fahrzeug im „Key-off‟-Zustand befindet.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst die Steuerung der elektrischen Energieübertragung durch den Kabelbaum und den Leistungsbus, so dass der interne Zirkulationsstrom bei leichter Fahrzeuglast oder bei Fahrzeugstillstand geringer ist als die interne Zirkulationsladestromgrenze, was die Ausführung einer Vorwärtssteuerung auf der Grundlage der Batteriezustände für die mehreren Batterie-Pakete umfasst, um einen ersten Laststrom für den gegebene internen Zirkulationsstrom-Grenzwert zu bestimmen, das Ausführen einer Rückkopplungssteuerung auf der Grundlage der Messung des schwächsten Paketstroms des internen Zirkulationsstroms und der entsprechenden Stromgrenze, um einen Stromrückkopplungsterm zu bestimmen, das Bestimmen eines Vorlaststroms auf der Grundlage des ersten Laststroms und des Stromrückkopplungsterms, und das Steuern des Betriebs einer elektrisch betriebenen Zusatzeinrichtung, um den internen Zirkulationsstrom auf der Grundlage des Vorlaststroms zu steuern.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst eine elektrische Maschine, die elektrisch mit dem Leistungsbus verbunden ist, und umfasst ferner das Überwachen des elektrischen Lastbedarfs unter hohen Lastzuständen des Fahrzeugs, das Identifizieren eines der Batterie-Pakete als stärkstes Batterie-Paket auf der Grundlage der Ladezustände und der Impedanzen der Batterie-Pakete, und das Verringern des elektrischen Lastbedarfs, der an die elektrische Maschine geliefert wird, um die elektrische Energieübertragung durch den Kabelbaum so zu steuern, dass der Entladestrom des stärksten Pakete geringer ist als eine Entladestromgrenze.
Ein weiterer Aspekt der Offenlegung umfasst das Einspeisen des Vorlaststroms in den Leistungsbus, um den internen Zirkulationsstrom so zu steuern, dass er kleiner als der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenlegung umfasst das Einführen des Vorlaststroms in den Leistungsbus durch Einführen einer Widerstandslast in den Leistungsbus, um den internen Zirkulationsstrom so zu steuern, dass er kleiner als der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenlegung umfasst die Steuerung des Betriebs eines elektrisch betriebenen Zusatzgeräts, um den internen Zirkulationsstrom so zu steuern, dass er kleiner als der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst ein elektrisches Stromversorgungssystem für ein Fahrzeug, das ein Batteriesystem mit mehreren Batterie-Paketen, mehrere Sensoren, die zur Überwachung der Batterie-Pakete angeordnet sind, einen Hochspannungs-Gleichstrom-Strombus, mehrere Schalter, die zwischen den mehreren Batterie-Paketen und dem Strombus angeordnet sind, eine elektrische Maschine und eine Steuerung umfasst. Die Batterie-Pakete sind über den Kabelbaum elektrisch verbunden und über den Kabelbaum mit dem Leistungsbus elektrisch verbunden. Die Steuerung steht mit der Vielzahl von Sensoren, der Vielzahl von Schaltern und der elektrischen Maschine in Verbindung und enthält einen Befehlssatz, der ausführbar ist, um über die Vielzahl von Sensoren Parameter zu überwachen, die mit der Vielzahl von Batterie-Paketen verbunden sind, Ladezustände für die Vielzahl von Batterie-Paketen zu bestimmen, einen internen Zirkulationsstrom zu bestimmen, der zwischen der Vielzahl von Batterie-Paketen über den Kabelbaum auf der Grundlage der Ladezustände übertragen wird, und die elektrische Energieübertragung durch den Kabelbaum und den Leistungsbus so zu steuern, dass der interne Zirkulationsstrom kleiner als ein interner Zirkulationsstrom-Grenzwert ist.
Die obige Zusammenfassung soll nicht jede mögliche Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellen. Vielmehr soll die vorstehende Zusammenfassung einige der hierin offenbarten neuartigen Aspekte und Merkmale veranschaulichen. Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung repräsentativer Ausführungsformen und Modi zur Durchführung der vorliegenden Offenbarung leicht ersichtlich sein, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Figuren und den Ansprüchen betrachtet werden.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, in denen:

1 zeigt schematisch ein elektrisches Energieversorgungssystem, das zur Bereitstellung von elektrischer Energie zum Betrieb einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs gemäß der Offenbarung eingerichtet ist.
2 zeigt schematisch eine Steuerroutine, die mit einem Vorgang verbunden ist, um die Ablagerung und Plattierung von Lithium auf Batterieelektroden von ersten und zweiten Batterie-Paketen gemäß der Offenbarung auszuschließen.
3 zeigt schematisch eine weitere Steuerroutine, die mit einem Vorgang verbunden ist, der die Ablagerung und Abscheidung von Lithium auf den Batterieelektroden der ersten und zweiten Batterie-Pakete gemäß der Offenbarung verhindert.
4 zeigt schematisch eine weitere Steuerroutine, die mit einem Vorgang verbunden ist, um die Ablagerung und Abscheidung von Lithium auf den Batterieelektroden der ersten und zweiten Batterie-Pakete gemäß der Offenbarung auszuschließen.
5 zeigt schematisch eine weitere Steuerroutine, die mit einem Vorgang verbunden ist, um die Ablagerung und Plattierung von Lithium auf den Batterieelektroden von Mehrfachbatterie-Paketen gemäß der Offenbarung auszuschließen.

Die beigefügten Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und stellen eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale der vorliegenden Offenbarung dar, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z. B. bestimmter Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen. Details, die mit solchen Merkmalen verbunden sind, werden zum Teil durch die jeweilige beabsichtigte Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Komponenten der offengelegten Ausführungsformen, wie hierin beschrieben und dargestellt, können in einer Vielzahl unterschiedlicher Konfigurationen angeordnet und ausgeführt werden. Daher soll die folgende detaillierte Beschreibung den Umfang der beanspruchten Offenbarung nicht einschränken, sondern ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen davon. Darüber hinaus werden in der folgenden Beschreibung zwar zahlreiche spezifische Details aufgeführt, um ein umfassendes Verständnis der hier offengelegten Ausführungsformen zu ermöglichen, doch können einige Ausführungsformen auch ohne einige dieser Details ausgeführt werden. Darüber hinaus wurde aus Gründen der Klarheit auf eine detaillierte Beschreibung bestimmter technischer Sachverhalte, die im verwandten Fachgebiet selbstverständlich sind, verzichtet, um die Offenbarung nicht unnötig zu verschleiern. Darüber hinaus sind die Figuren in vereinfachter Form und nicht maßstabsgetreu dargestellt. Nur der Einfachheit und Klarheit halber können in den Zeichnungen Richtungsbegriffe wie oben, unten, links, rechts, nach oben, über, unter, nach unten, hinter und vor verwendet werden. Diese und ähnliche Richtungsbegriffe sind nicht so auszulegen, dass sie den Umfang der Offenbarung einschränken. Darüber hinaus kann die Offenbarung, wie sie hierin dargestellt und beschrieben ist, auch ohne ein Element, das hierin nicht speziell offenbart ist, ausgeführt werden.
Wie hierin verwendet, kann sich der Begriff „System“ auf eine oder eine Kombination aus mechanischer und elektrischer Hardware, Sensoren, Steuerungen, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), kombinatorischen Logikschaltungen, Software, Firmware und/oder anderen Komponenten beziehen, die so angeordnet sind, dass sie die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugsziffern gleichen oder ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Figuren entsprechen, zeigt 1 in Übereinstimmung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen ein elektrisches Energiesystem 10, das so angeordnet ist, dass es elektrische Energie zum Betrieb einer elektrischen Maschine 12 eines Fahrzeugs 100 liefert. In einer Ausführungsform ist die elektrische Maschine 12 ein mehrphasiger Traktionsmotor, der als Reaktion auf eine Drehmomentanforderung des Fahrers ein Zugmoment erzeugt und an einen Fahrzeugantriebsstrang überträgt. Das Fahrzeug 100 kann eine mobile Plattform in Form eines Nutzfahrzeugs, eines Industriefahrzeugs, eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs, eines Personenkraftwagens, eines Flugzeugs, eines Wasserfahrzeugs, eines Zugs, eines Geländewagens, eines persönlichen Bewegungsgeräts, eines Roboters und dergleichen umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt, um die Zwecke dieser Offenbarung zu erfüllen. Alternativ kann das elektrische Energiesystem 10 angeordnet sein, um elektrische Energie für den Betrieb einer elektrischen Maschine eines stationären Systems zu liefern.
Das elektrische Energiesystem 10 umfasst ein Batteriesystem 20, das über einen Hochspannungs-Gleichstrom-Bus 15 und einen Wechselrichter 14 elektrisch mit der elektrischen Maschine 12 verbunden ist. Das Batteriesystem 20 ist außerdem über den Hochspannungs-Gleichstrom-Strombus 15 mit einer steuerbaren elektrischen Last 50 elektrisch verbunden. Eine Steuerung 36 überwacht und/oder steuert den Betrieb verschiedener Elemente des elektrischen Energiesystems 10. Ein Ladegerät 40 ist über den HV-DC-Leistungsbus (Hochspannungs-Gleichstrom-Bus) 15, der einen positiven HV-Bus 16 und einen negativen HV-Bus 18 umfasst, elektrisch mit dem Batteriesystem 20 verbunden. Das Batteriesystem 20 umfasst eine Vielzahl von Lithium-Ionen-Batterie-Paketen, einschließlich erster und zweiter Batterie-Pakete 22 bzw. 24, wie dargestellt. Wie hierin verwendet, ist das Batteriesystem 20 eine einheitliche Vorrichtung, die eine Vielzahl von Batterie-Paketen umfasst und so konfiguriert ist, dass sie eine gewünschte Spannung, Stromstärke und/oder Leistungsdichte an das elektrische Energiesystem 10 liefert. Wie hierin verwendet, beschreibt der Begriff „Batterie-Paket“ eine Untergruppe des Batteriesystems und umfasst eine Vielzahl von identischen Batteriezellen, die in Reihe, parallel oder in einer anderen Kombination angeordnet sind, um eine gewünschte Spannung, Stromstärke und/oder Leistungsdichte an das Batteriesystem 20 zu liefern. Die ersten und zweiten Batterie-Pakete 22 bzw. 24, wie dargestellt, sind elektrisch über einen Kabelbaum 26 verbunden, der elektrisch mit dem positiven HV-Bus 16 verbunden ist. Ein interner Zirkulationsstrom 25 ist definiert als eine Stromgröße, die zwischen den ersten und zweiten Batterie-Paketen 22, 24 über den Kabelbaum 26 fließt. Der Kabelbaum 26 enthält einen ersten und einen zweiten Schalter 28 bzw. 30, die durch die Steuerung 36 steuerbar sind. Der erste Schalter 28 ist so angeordnet, dass er das ersten Batterie-Paket 22 mit dem positiven HV-Bus 16 elektrisch verbindet oder trennt, und der zweite Schalter 30 ist so angeordnet, dass er das zweiten Batterie-Paket 24 mit dem positiven HV-Bus 16 elektrisch verbindet oder trennt. Das erste Batterie-Paket 22 ist über ein erstes Sensorpaket 32 elektrisch mit dem negativen HV-Bus 18 verbunden, und das zweite Batterie-Paket 24 ist über ein zweites Sensorpaket 34 elektrisch mit dem negativen HV-Bus 18 verbunden. Das erste und das zweite Sensorpaket 32, 34 umfassen Sensorelemente, die erste und zweite Spannungs-, Strom- und Temperaturparameter (VIT) 33 bzw. 35 der ersten bzw. zweiten Batterie-Pakete 22 bzw. 24 überwachen. Die ersten und zweiten Sensorpakete 32, 34 übermitteln die ersten und zweiten VIT-Parameter 33, 35 an die Steuerung 36. Die steuerbare elektrische Last 50 kann, als nicht einschränkende Beispiele, elektrisch betriebene fahrzeuginterne Aktoren wie eine Batterieheizung, einen HVAC-Kompressor, eine Kabinenheizung, einen Kabinenlüfter, eine Kühlmittelpumpe, eine elektrische Sitzheizung, ein DC-DC-Ladegerät usw. umfassen.
Wie unter Bezugnahme auf 2 ff. beschrieben, überwacht und/oder steuert die Steuerung 36 den Betrieb verschiedener Elemente des elektrischen Energiesystems 10, einschließlich der Überwachung von Eingängen von den ersten und zweiten Sensorpaketen 32, 34, der Steuerung der Aktivierung der ersten und zweiten Schalter 28, 30, der Steuerung des Betriebs der steuerbaren elektrischen Last 50 und der Steuerung des Betriebs des Wechselrichters 14 zur Steuerung der elektrischen Maschine 12. Insgesamt umfasst das Überwachen und Steuern des Betriebs verschiedener Elemente des Stromversorgungssystems 10 das Bestimmen von Ladezuständen und zugehörigen Temperaturen für die mehreren Batterie-Pakete, z. B. das erste und zweite Batterie-Paket 22 bzw. 24, das Identifizieren eines der Batterie-Pakete als schwächste Batterie auf der Grundlage der Ladezustände und Impedanzen und das Bestimmen des internen Zirkulationsstroms 25, der im Kabelbaum 26 auftritt und der schwächsten Batterie bei leichter Fahrzeuglast oder ohne Last zugeordnet ist. Die Steuerung36 steuert die elektrische Leistungsübertragung zwischen den ersten und zweiten Batterie-Paketen 22, 24 und steuert die elektrische Leistungsübertragung zwischen dem Batteriesystem 20 und dem Hochspannungs-Gleichstrom-Bus 15 so, dass der interne Zirkulationsstrom 25 geringer ist als ein interner Zirkulationsstrom-Grenzwert, um eine Ablagerung und Abscheidung von Lithium auf den Batterieelektroden der Batterie-Pakete auszuschließen.
2, ff. illustrieren schematisch Steuerroutinen, die mit Verfahren zur Steuerung des Betriebs der Operationen des elektrischen Energiesystems 10 und des Fahrzeugs 100 verbunden sind, um die Ablagerung und Plattierung von Lithium auf Batterieelektroden von Batterie-Paketen auszuschließen, die durch internen Zirkulationsstrom bei geringer Fahrzeuglast oder ohne Fahrzeuglast verursacht werden können. Das Verfahren ist als eine Sammlung von Blöcken in einem logischen Flussdiagramm dargestellt, das eine Abfolge von Operationen repräsentiert, die in Hardware, Software oder einer Kombination daraus implementiert werden können. Im Zusammenhang mit Software stellen die Blöcke Computerbefehle dar, die bei Ausführung durch einen oder mehrere Prozessoren die genannten Operationen durchführen.
Bezug nehmend auf 2 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf die Elemente des elektrischen Energiesystems 10 für das Fahrzeug 100, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind, wird eine erste Steuerroutine 200 beschrieben, die mit Vorgängen verbunden ist, um die Ablagerung und Abscheidung von Lithium auf den Batterieelektroden des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 zu verhindern, indem der interne Zirkulationsstrom 25 gesteuert wird, auch unter Bedingungen, die einen Fahrzeug-Ein/Aus-Zustand umfassen. Die Ausführung der ersten Steuerroutine 200 umfasst das Ermitteln und Auswerten des internen Zirkulationsstroms 25 unter Fahrzeugbetriebsbedingungen, bei denen sich das Fahrzeug 100 in einem „Schlüssel-Aus-Zustand“ befindet. Dazu gehört die Bestimmung verschiedener Fahrzeugparameter durch direkte Überwachung, Modellierung, Simulation oder ein anderes Verfahren. Zu den Fahrzeugparametern gehören die Fahrzeuggeschwindigkeit (201), die Ladezustände des ersten und zweiten Batterie-Pakets 22, 24 (202), die Batterietemperaturen T1 und T2 des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 (203), der „Schlüssel-Aus-Zustand“ (204), die internen Umlauf-(Lade-)Stromgrenzen I_L1, I_L2 des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 (205) und die Batteriezustände (206). Die internen Zirkulationsstrom-Grenzwerte I_L1, I_L2 des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 können in Abhängigkeit von den Batterietemperaturen T1 und T2 des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 bestimmt werden und stellen maximal zulässige Ladestromwerte dar, um eine Lithiumplattierung bei der jeweiligen Temperatur zu verhindern. Die vorgenannten Fahrzeugparameter werden in eine Routine 210 eingegeben, um den internen Zirkulationsstrom 25 zu schätzen, zu messen oder anderweitig zu bestimmen, wenn sich das Fahrzeug 100 in einem ausgeschalteten Zustand befindet. Die Routine 210 ermittelt den internen Zirkulationsstrom 25 gemäß der folgenden Beziehung: $L \frac{d i 1}{d t} + i_{1} r_{s 2} = V_{T 2} - V_{T 1}$
wobei:

i_I stellt den internen Zirkulationsstrom 25 dar und ist dem schwächsten des ersten und zweiten Batterie-Pakets 22, 24 zugeordnet;
V_T1 stellt die am ersten Batterie-Paket 22 gemessene Klemmenspannung dar;
- V_T2 stellt die am zweiten Batterie-Paket 24 gemessene Klemmenspannung dar;
- L stellt die Induktivität im Kabelbaum 26 dar; und
- R_s2 stellt den Widerstand im Kabelbaum 26 dar.

Alternativ kann der interne Zirkulationsstrom 25 auch direkt von den ersten und zweiten Sensorpaketen 32, 34 gemessen werden. Der interne Zirkulationsstrom 25 wird mit den internen Zirkulationsstrom-Grenzwerten I_L1, I_L2 des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 verglichen, die als maximale Stromwerte zur Vermeidung von Lithiumplattierung in Abhängigkeit von der Temperatur (215) festgelegt sind.
Wenn der interne Zirkulationsstrom 25 kleiner ist als die internen Zirkulationsstrom-Grenzwerte I_L1, I_L2 des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 (215)(0), ist keine Aktion erforderlich (216), und diese Iteration endet.
Wenn der interne Zirkulationsstrom 25 größer ist als die internen Zirkulationsstrom-Grenzwerte I_L1, I_L2 des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 (215)(1), werden die Ladezustände des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 ausgewertet, um einen des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 als das schwächste Batterie-Paket zu identifizieren, wobei das schwächste Batterie-Paket derjenige des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 ist, der den geringeren Ladezustand aufweist.
Derjenige des ersten und zweiten Schalters 28, 30, der dem identifizierten schwächsten Batterie-Paket zugeordnet ist, wird geöffnet, um das schwächste Batterie-Paket elektrisch vom anderen Batterie-Paket zu trennen und damit den internen Zirkulationsstrom 25 (220) zu unterbrechen.
Der Key-on/Key-off-Status („Schlüssel-An/Aus-Zustand“) des Fahrzeugs wird weiterhin überwacht (222). Wenn der Key-on/Key-off-Status anzeigt, dass sich das Fahrzeug 100 im Key-On-Zustand (222)(1) befindet, wird eine gewünschte Entladelastleistung zur Vermeidung von Lithiumplattierung geschätzt (224), und wenn eine tatsächliche Entladelastleistung wesentlich größer ist als die gewünschte Entladelastleistung (226), wird der geöffnete des ersten und zweiten Schalters 28, 30, der dem identifizierten schwächsten Batterie-Paket zugeordnet ist, geschlossen, um das schwächsten Batterie-Paket elektrisch wieder mit dem anderen Batterie-Paket und dem HV-DC-Strombus 15 zu verbinden (226).
Wenn der Key-on/Key-off-Status anzeigt, dass das Fahrzeug 100 im „Schlüssel-Aus-Zustand“ verbleibt (222)(0), wird ein interner Zirkulationsstrom, der mit einer erhöhten Batterietemperatur verbunden ist, geschätzt (230) und durch Vergleichen des geschätzten internen Zirkulationsstroms mit den internen Zirkulationsstrom-Grenzwerten I_L1, I_L2 des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 bewertet (232). Wenn der geschätzte interne Zirkulationsstrom größer ist als die internen Zirkulationsstrom-Grenzwerte I_L1, I_L2 des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 (232)(0), wird der Key-on/Key-off-Status des Fahrzeugs erneut überwacht (222). Wenn jedoch der geschätzte interne Zirkulationsstrom kleiner ist als die internen Zirkulationsstrom-Grenzwerte I_L1, I_L2 des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 (232)(1), wird der geöffnete des ersten und zweiten Schalters 28, 30, der dem identifizierten schwächsten Batterie-Paket zugeordnet ist, geschlossen, um das schwächste Batterie-Paket wieder elektrisch mit dem anderen Batterie-Paket und dem HV-Gleichstrombus 15 zu verbinden (234). Auf diese Weise berücksichtigt die erste Steuerroutine 200 einen Betrieb, der einen Fahrzeugschlüssel-Aus-Zustand umfasst, einschließlich der Auswertung des Betriebs in Bezug auf die Batterietemperatur.
Bezugnehmend auf 3 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf die Elemente des elektrischen Energiesystems 10 für das Fahrzeug 100, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind, wird eine zweite Steuerroutine 300 beschrieben, die mit Vorgängen verbunden ist, um die Ablagerung und Abscheidung von Lithium auf den Batterieelektroden der ersten und zweiten Batterie-Pakete 22 bzw. 24 zu verhindern, indem der interne Zirkulationsstrom 25 unter der Ladestromgrenze bei leichter Fahrzeuglast oder ohne Last gesteuert wird, einschließlich der Erhöhung der Leistungsbuslast durch Einschalten zusätzlicher Zubehörlasten, wie z. B. der elektrischen Systemheizung, Erhöhung der Kabinen- oder Sitzheizungstemperatur. Andererseits wird, wenn das Fahrzeug 100 im Volllast-Entladezustand betrieben wird, der Entladestrom aus dem stärksten der Batterie-Pakete 22 oder 24 so gesteuert, dass er unter seiner Entladestromgrenze arbeitet, indem die elektrische Maschine 12 betrieben wird, um weniger Zugkraft zu erzeugen. Die zweite Steuerroutine 300 kann in Form eines ausführbaren Befehlssatzes vorliegen, der in der Steuerung 36 implementiert ist.
Die Ausführung der zweiten Steuerroutine 300 umfasst die Bestimmung und Auswertung des internen Zirkulationsstroms 25 unter Fahrzeugbetriebsbedingungen, die einen Key-on oder Key-off-Zustand des Fahrzeugs 100 beinhalten, indem verschiedene Fahrzeugparameter durch direkte Überwachung, Modellierung, Simulation oder ein anderes Verfahren bestimmt werden. Zu den Fahrzeugparametern gehören die Ladezustände des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 (302), die Batterietemperaturen T1 und T2 des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakete 22, 24 (303), die internen Zirkulationsstrom-Grenzwerte I_L1, I_L2 des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 (305) und andere Batteriezustände (306), wie z. B. die Polarisationsspannung des ersten und zweiten Batterie-Pakets 22, 24. Die Polarisationsspannung ist der interne Spannungsabfall der Batterie, der von ihrer Leerlaufspannung abweicht. Die vorgenannten Fahrzeugparameter werden in eine Routine 310 eingegeben, um einen ersten, vorgesteuerten Laststrom 315 für den Betrieb des Fahrzeugs 100 zu ermitteln.
Der vorwärtsgekoppelte Laststrom 315 kann durch Verwendung eines physikalisch basierten Vorwärtsschätzers wie folgt in Gl. 2 bestimmt werden: $L \frac{d (i)}{d t} + R_{m 2} i = I_{L 1} (R_{m 1} + R_{m 2}) + I R_F r e i_V_{1} (I_{L 1}) - I R_F r e i_V_{2}$
wobei

i stellt eine Gesamtstrombelastung des Batteriesystems 20 dar;
L steht für die Induktivität im Kabelbaum 26;
R_m1 stellt den Innenwiderstand des ersten Batterie-Pakets 22 dar;
R_m2 stellt den Innenwiderstand des zweiten Batterie-Pakets 24 dar;
I_LI stellt einen internen Zirkulationsstrom-Grenzwert für das ersten Batterie-Paket 22 dar, der als der schwächste Akku angenommen wird;
IR_Frei_V₁ steht für die Spannung des ersten Batterie-Pakets 22 abzüglich des Spannungsabfalls R_m1i_1;
IR_Frei_V₂ steht für die Spannung des zweiten Batterie-Pakets 24 abzüglich des Spannungsabfalls R_m2i₂; und
R_s2 stellt den Widerstand im Kabelbaum 26 dar.

Gl. 2 kann wie folgt vereinfacht werden: $i = \frac{1}{R_{m 2}} [I_{L 1} (R_{m 1} + R_{m 2}) + O C V_{1} - O C V_{2}]$
wobei:

i steht für die gesamte Stromlast, die an das Batteriesystem 20 angelegt wird;
L steht für die Induktivität im Kabelbaum 26;
R_m1 stellt den Innenwiderstand des ersten Batterie-Pakets 22 dar;
R_m2 stellt den Innenwiderstand des zweiten Batterie-Pakets 24 dar;
OCV₁ stellt die Leerlaufspannung am ersten Batterie-Paket 22 dar;
OCV₂ stellt die Leerlaufspannung am zweiten Batterie-Paket 24 dar; und
I_L1 stellt einen internen Zirkulationsstrom-Grenzwert für die schwächste Batterie dar, z. B. das ersten Batterie-Paket 22 in einer Ausführungsform.

Gleichzeitig werden die ersten und zweiten Spannungs-, Strom- und Temperatur (VIT)-Parameter 33 bzw. 35 von den ersten und zweiten Batterie-Paketen 22, 24 in einer Rückkopplungsschleife ausgewertet, um den Strom 29 (332) entweder von einem schwächsten Paket oder von einem stärksten Paket auf der Grundlage von Regelungserfordernissen auszuwählen, z. B. wird bei der Regelung des internen Zirkulationsstroms unter der Ladestromgrenze unter Fahrzeug-Leichtlast- oder Leerlaufbedingungen der Strom des schwächsten zu ladenden Pakets ausgewählt; Ebenso wird bei einer Fahrzeug-Volllastanforderung oder einem Entladezustand der Entladestrom des stärksten Pakets ausgewählt, der als Rückkopplung zu einer Addierfunktion 318 bereitgestellt wird und von den entsprechenden Ladestromgrenzen I_L1, I_L2 des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 subtrahiert wird, um eine Stromdifferenz 319 zu bestimmen, die als Eingang zu einem Proportional-Integral-(PI)-Regler 320 bereitgestellt wird. Der PI-Regler 320 erzeugt einen Stromrückführterm 325 basierend auf der Stromdifferenz 319. Der Stromrückführterm 325 wird mit dem vorgesteuerten Laststrom 315 durch den Addierer 327 kombiniert, um einen Vorlaststrom 335 zu bestimmen, der einem Anti-Windup- und Sättigungssteuerterm 330 unterworfen wird, der grafisch dargestellt ist.
Der Vorlaststrom 335 wird als Rückkopplung für eine Integrator-Anti-Windup-Funktion 336 bereitgestellt, die den Anti-Windup-Term 338 erzeugt, der dem PI-Regler 320 zur Verfügung gestellt wird, um den Stromrückkopplungs-Term 325 zu erzeugen.
Bei leichter Fahrzeuglast oder ohne Last wird zur Regelung des internen Zirkulationsstroms unter der Ladestromgrenze der Vorlaststrom 335 zu einem aktuellen Betriebslaststrom 340 addiert, um einen Lastendstrom 350 zu bestimmen. Der endgültige Laststrom 350 wird von der Steuerung 36 verwendet, um den Betrieb der einen oder mehreren der Fahrzeugzubehörlasten zu steuern, um sicherzustellen, dass der interne Zirkulationsstrom 25 kleiner ist als die internen Zirkulationsstrom-Grenzwerte I_L1, I_L2 des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24, um eine Ablagerung und Plattierung von Lithium auf den Batterieelektroden des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakets 22, 24 auszuschließen. In ähnlicher Weise wird bei Volllastanforderung des Fahrzeugs der ermittelte Lastendstrom 350 aus der Vorwärts- und Rückkopplungsregelung durch Herabsetzen des Motordrehmoments oder des Motorstroms, der an die elektrische Maschine 12 geliefert wird, erreicht.
Unter Bezugnahme auf 4 wird nun eine weitere Steuerroutine 400 beschrieben, die mit Vorgängen verbunden ist, die die Ablagerung und Abscheidung von Lithium auf Batterieelektroden von ersten und zweiten Batterie-Paketen 422 bzw. 424 eines elektrischen Energiesystems 410 durch Steuerung eines internen Zirkulationsstroms 425 verhindern. Die Steuerroutine 400 ist mit dem elektrischen Energiesystem 410 verbunden und steuert dieses, das eine steuerbare Widerstandslast 450 enthält, die an einem HV-DC-Leistungsbus 415 angeordnet ist. Dies beinhaltet die Steuerung der steuerbaren Widerstandslast, um eine Vorlast in den HV-DC-Leistungsbus 415 einzuführen, um den internen Zirkulationsstrom 425 so zu steuern, dass er kleiner als ein interner Zirkulationsstrom-Grenzwert ist.
Das Stromversorgungssystem 410 umfasst ein Batterie-Paket 420, das über den HV-DC-Leistungsbus 415 elektrisch mit einer Fahrzeuglast 412 verbunden ist, die einen Wechselrichter und eine elektrische Maschine umfassen kann. Das Batterie-Paket 420 ist außerdem über den HV-DC-Leistungsbus 415 mit einer steuerbaren Widerstandslast 450 elektrisch verbunden. Eine Steuerung 436 überwacht und/oder steuert den Betrieb verschiedener Elemente des elektrischen Energiesystems 410. Der HV-DC-Leistungsbus 415 umfasst einen positiven HV-Bus 416 und einen negativen HV-Bus 418. Das Batterie-Paket 420 umfasst eine Vielzahl von Lithium-Ionen-Batterie-Paketen, einschließlich erster und zweiter Batterie-Pakete 422 bzw. 424, wie dargestellt. Die ersten und zweiten Batterie-Pakete 422, 424, wie dargestellt, sind elektrisch über einen Kabelbaum 426 verbunden, der elektrisch mit dem positiven HV-Bus 416 verbunden ist. Der interne Zirkulationsstrom 425 ist definiert als eine Stromgröße, die zwischen den ersten und zweiten Batterie-Paketen 422, 424 über den Kabelbaum 426 fließt. Der Kabelbaum 426 enthält einen ersten und einen zweiten Schalter 428 bzw. 430, die von der Steuerung 436 steuerbar sind. Der erste Schalter 428 ist so angeordnet, dass er das ersten Batterie-Paket 422 elektrisch mit dem positiven HV-Bus 416 verbindet oder trennt, und der zweite Schalter 430 ist so angeordnet, dass er das zweiten Batterie-Paket 424 elektrisch mit dem positiven HV-Bus 416 verbindet oder trennt. Das erste Batterie-Paket 422 ist über ein erstes Sensorpaket 432 elektrisch mit dem negativen HV-Bus 418 verbunden, und das zweite Batterie-Paket 424 ist über ein zweites Sensorpaket 434 elektrisch mit dem negativen HV-Bus 418 verbunden. Das erste und das zweite Sensorpaket 432, 434 umfassen Sensorelemente, die erste und zweite Spannungs-, Strom- und Temperaturparameter (VIT) des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakete 22, 24 überwachen. Die ersten und zweiten Sensorpakete 432, 434 übermitteln die ersten und zweiten VIT-Parameter an den Steuerung 436. Die steuerbare Widerstandslast 450 ist eine variable Widerstandsvorrichtung, die zwischen den positiven und negativen HV-Bussen 416, 418 angeordnet und über einen Schalter 405, der vom Steuerung 436 gesteuert wird, mit diesen verbunden ist.
Die Steuerroutine 400 kann in der Steuerung 436 in Form eines darin implementierten, ausführbaren Befehlssatzes implementiert werden, auch beim Betrieb der elektrischen Maschine 12 zur Erzeugung von Zugkraft bei geringer Last oder ohne Last. Die Steuerroutine 400 umfasst die Auswertung von ersten und zweiten Spannungs-, Strom- und Temperaturparametern (VIT) des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakete 422, 424, um einen Mindeststrom 429 zu bestimmen. Der Mindeststrom 429 und die internen Zirkulationsstrom-Grenzwerte I_L1, I_L2 des ersten und zweiten Batterie-Pakete 422, 424 (465) werden in eine PI-Rückkopplungssteuerung 480 eingegeben, die einen Widerstandskorrekturterm 485 basierend auf einer Stromdifferenz zwischen ihnen erzeugt. Die internen Zirkulationsstrom-Grenzwerte I_L1, I_L2 des ersten bzw. zweiten Batterie-Pakete 422, 424 werden in Abhängigkeit von den jeweiligen Akkutemperaturen T1 und T2 bestimmt. Die internen Zirkulationsstrom-Grenzwerte I_L1, I_L2 werden auch einer Vorsteuerungsroutine 470 zur Verfügung gestellt, um einen vorgesteuerten internen Kreislaufwiderstand 475 zu bestimmen. Der vorgesteuerte interne Umlaufwiderstand 475 und der Widerstandskorrekturterm 485 werden kombiniert, um einen Vorlastwiderstand 495 zu bestimmen, der als Eingang zur Steuerung der steuerbaren Widerstandslast 450 bereitgestellt wird.
Die Vorsteuerroutine 470 ermittelt den Vorsteuer-Innenkreiswiderstand 475 gemäß der folgenden Beziehung: $R = \frac{V^{2}}{V * i - P w L}$
wobei:

R stellt den vorgesteuerten internen Umlaufwiderstand 475 dar;
V steht für die Klemmenspannung des Batteriesystems;
i stellt den gewünschten Laststrom dar, der anhand der Gl. 2 und 3; und
PwL steht für die Lastleistung des Fahrzeugs.

Die Steuerung 436 steuert den Schalter 405, um die steuerbare Widerstandslast 450 zwischen den positiven und negativen HV-Bussen 416, 418 zu aktivieren, wenn eine Differenz zwischen der gewünschten Entladeleistung V*i und der Fahrzeuglastleistung PwL größer als 0 ist (490). Die Größe des durch die steuerbare Widerstandslast 450 induzierten Vorlastwiderstandes 495 wird auf der Grundlage der Kombination aus dem vorwärtsgekoppelten internen Umlaufwiderstand 475 und dem Widerstandskorrekturterm 485 bestimmt.
5 zeigt schematisch ein elektrisches Stromversorgungssystem 510, das ein Batteriesystem 520 umfasst, das über den HV-DC-Stromversorgungsbus 515 mit einer Fahrzeuglast 512, die einen Wechselrichter und eine elektrische Maschine umfassen kann, und mit anderen Fahrzeugzubehörlasten, die mit der Ziffer 550 gekennzeichnet sind, elektrisch verbunden ist. Der HV-DC-Leistungsbus 515 umfasst einen positiven HV-Bus 516 und einen negativen HV-Bus 518. Das Batteriesystem 520 umfasst eine Vielzahl von Lithium-Ionen-Batterie-Paketen, einschließlich, in einer Ausführungsform und wie dargestellt, erste, zweite, dritte und vierte Batterie-Pakete 521, 522, 523 bzw. 524. Die ersten, zweiten, dritten und vierten Batterie-Pakete 521, 522, 523 und 524 sind elektrisch zwischen dem positiven HV-Bus 516 über Schalter 531, 532, 533 bzw. 534 und dem negativen HV-Bus 518 angeschlossen. Die Ströme i1, i2, i3 und i4 von den jeweiligen ersten, zweiten, dritten und vierten Batterie-Pakete 521, 522, 523 und 524 werden von den VIT-Sensoren 541, 542, 543 und 544 überwacht.
Im Betrieb überwacht der Steuerung 536 Informationen von den VIT-Sensoren 541, 542, 543 und 544, um Parameter für die jeweiligen ersten, zweiten, dritten und vierten Batterie-Pakete 521, 522, 523 und 524 zu bestimmen, darunter z. B. Ströme, Zellspannungen und Pakettemperaturen. Die Parameter für die jeweiligen ersten, zweiten, dritten und vierten Batterie-Pakete 521, 522, 523 und 524 werden zur Bestimmung der jeweiligen Lade- und Entladestromgrenzen I_L1, I_L2, I_L3, I_L4 verwendet. Wenn einer oder mehrere der Ströme i1, i2, i3 und i4 von den jeweiligen ersten, zweiten, dritten und vierten Batterie-Pakete 521, 522, 523 und 524 einen größeren Betrag als die jeweilige Stromgrenze I_L1, I_L2, I_L3, IL₄ aufweisen, werden Maßnahmen ergriffen, um den jeweiligen zirkulierenden Ladestrom zu steuern, indem der jeweilige eine der Schalter 531, 532, 533 und 534 deaktiviert wird, wenn keine Last oder eine geringe Last vorhanden ist, oder indem eine Vorlast in eines der Fahrzeugzubehörteile 550 induziert wird, um den jeweiligen Ladestrom zu reduzieren.
Bei Volllast-Fahranforderungen werden Maßnahmen ergriffen, um den jeweiligen Entladestrom aus dem stärksten Batterie-Paket innerhalb der Entladestromgrenze zu steuern, indem ein Motordrehmoment oder -strom oder eine andere elektrische Leistungsaufnahme in Fahrzeugen herabgesetzt wird. Dies beinhaltet die Überwachung des elektrischen Lastbedarfs, der an die elektrische Maschine geliefert wird, die Identifizierung eines der Batterie-Pakete als stärkstes Batterie-Paket basierend auf den Ladezuständen und den Impedanzen der Batterie-Pakete und die Verringerung des elektrischen Lastbedarfs, der an die elektrische Maschine geliefert wird, um die elektrische Leistungsübertragung durch den Kabelbaum so zu steuern, dass der Entladestrom des stärksten Pakets geringer ist als eine Entladestromgrenze. Dies ermöglicht es, die elektrische Leistungsübertragung durch den Kabelbaum und den Leistungsbus so zu steuern, dass der Entladestrom des stärksten Batterie-Pakets in einem Batteriesystem geringer ist als die Batterieentladestromgrenze, wenn ein Fahrer bei kaltem Wetter volle Leistung anfordert. Dies umfasst das Ausführen einer Vorwärtsregelung auf der Grundlage der Batteriezustände für die mehreren Batterie-Pakete, um einen ersten Laststrom für die gegebene Entladestromgrenze zu bestimmen, das Ausführen einer Rückkopplungsregelung auf der Grundlage der Messung des tatsächlichen Stroms des stärksten Pakets und der Entladestromgrenze, um einen Stromrückkopplungsterm zu bestimmen, das Bestimmen eines Vorlaststroms auf der Grundlage des ersten Laststroms und des Stromrückkopplungsterms und das Steuern des Betriebs von einem oder mehreren Elektromotoren oder Aktuatoren durch Abziehen des Vorlaststroms von den Elektromotoren, so dass der Strom des stärksten Pakets die Entladestromgrenze nicht überschreitet.
Der Begriff „Steuerung“ und verwandte Begriffe wie Mikrocontroller, Steuermodul, Modul, Steuergerät, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe beziehen sich auf eine oder verschiedene Kombinationen von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGA), elektronischen Schaltungen, Zentraleinheiten, z. B. Mikroprozessoren und zugehörigen nichttransitorischen Speicherkomponenten in Form von Speicher- und Speichergeräten (Nur-Lese-, programmierbare Nur-Lese-, Direktzugriffs-, Festplattenlaufwerk usw.). Die nichttransitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Befehle in Form von einem oder mehreren Software- oder Firmware-Programmen oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltungen, Eingangs-/Ausgangsschaltungen und - vorrichtungen, Signalaufbereitung, Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die ein oder mehrere Prozessoren zugreifen und die von ihnen ausgeführt werden können, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Zu den Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -geräten gehören Analog/Digital-Wandler und verwandte Geräte, die Eingänge von Sensoren überwachen, wobei solche Eingänge mit einer voreingestellten Abtastfrequenz oder als Reaktion auf ein auslösendes Ereignis überwacht werden. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bezeichnen von Steuerungen ausführbare Befehlssätze, einschließlich Kalibrierungen und Look-up-Tabellen. Jede Steuerung führt Steuerroutine(n) aus, um gewünschte Funktionen bereitzustellen. Die Routinen können in regelmäßigen Abständen ausgeführt werden, z. B. alle 100 Mikrosekunden im laufenden Betrieb. Alternativ können die Routinen als Reaktion auf das Auftreten eines auslösenden Ereignisses ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen Steuerungen, Aktoren und/oder Sensoren kann über eine direkt verdrahtete Punkt-zu-Punkt-Verbindung, eine vernetzte Kommunikationsbusverbindung, eine drahtlose Verbindung oder eine andere geeignete Kommunikationsverbindung erfolgen. Die Kommunikation umfasst den Austausch von Datensignalen in geeigneter Form, z. B. elektrische Signale über ein leitendes Medium, ein elektromagnetisches Signal über Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Die Datensignale können diskrete, analoge oder digitalisierte analoge Signale umfassen, die Eingaben von Sensoren, Aktuatorbefehle und die Kommunikation zwischen Steuerungen darstellen.
Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf einen physikalisch wahrnehmbaren Indikator, der Informationen überträgt, und kann eine geeignete Wellenform (z. B. elektrisch, optisch, magnetisch, mechanisch oder elektromagnetisch) sein, wie z. B. Gleichstrom, Wechselstrom, Sinuswelle, Dreieckswelle, Rechteckwelle, Vibration und dergleichen, die sich durch ein Medium ausbreiten kann.
Der Begriff „Modell“ bezieht sich auf einen prozessorbasierten oder prozessorausführbaren Code und die zugehörige Kalibrierung, die eine physikalische Existenz eines Geräts oder eines physikalischen Prozesses simuliert. Wie hier verwendet, beschreiben die Begriffe „dynamisch“ und „dynamische“ Schritte oder Prozesse, die in Echtzeit ausgeführt werden und dadurch gekennzeichnet sind, dass sie Zustände von Parametern überwachen oder anderweitig bestimmen und die Zustände der Parameter während der Ausführung einer Routine oder zwischen Iterationen der Ausführung der Routine regelmäßig oder periodisch aktualisieren.
Die Begriffe „Kalibrierung“, „kalibriert“ und verwandte Begriffe beziehen sich auf ein Ergebnis oder einen Prozess, der einen gewünschten Parameter und einen oder mehrere wahrgenommene oder beobachtete Parameter für ein Gerät oder ein System korreliert. Eine Kalibrierung, wie hier beschrieben, kann auf eine speicherbare Parametertabelle, eine Vielzahl von ausführbaren Gleichungen oder eine andere geeignete Form reduziert werden, die als Teil einer Mess- oder Steuerungsroutine verwendet werden kann.
Ein Parameter ist definiert als eine messbare Größe, die eine physikalische Eigenschaft eines Geräts oder eines anderen Elements darstellt, die mit einem oder mehreren Sensoren und/oder einem physikalischen Modell erkennbar ist. Ein Parameter kann einen diskreten Wert haben, z. B. entweder „1“ oder „0“, oder er kann einen stufenlos veränderlichen Wert haben.
Die Flussdiagramme und Blockdiagramme in den Flussdiagrammen veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenlegung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Teil des Codes darstellen, der eine oder mehrere ausführbare Anweisungen zur Implementierung der angegebenen logischen Funktion(en) umfasst. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen durch Systeme mit dedizierter Funktionshardware, die die spezifizierten Funktionen oder Handlungen ausführen, oder durch Kombinationen aus dedizierter Funktionshardware und Computeranweisungen implementiert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das einen Computer oder ein anderes programmierbares Datenverarbeitungsgerät anweisen kann, in einer bestimmten Weise zu funktionieren, so dass die in dem computerlesbaren Medium gespeicherten Anweisungen einen Herstellungsgegenstand erzeugen, der einen Befehlssatz enthält, der die in dem Flussdiagramm und/oder dem Blockdiagrammblock oder den Blöcken angegebene Funktion/Aktion implementiert.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sind unterstützend und beschreibend für die vorliegende Lehre, aber der Umfang der vorliegenden Lehre wird ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der bevorzugten Ausführungsformen und andere Ausführungsformen zur Ausführung der vorliegenden Lehre im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausübung der in den Ansprüchen definierten vorliegenden Lehre.

Claims

Ein Verfahren zum Steuern des elektrischen Leistungsflusses in einem Batteriesystem für ein Fahrzeug, wobei das Batteriesystem eine Vielzahl von Batterie-Paketen umfasst, die über einen Kabelbaum elektrisch verbunden sind, und wobei die Batterie-Pakete über den Kabelbaum elektrisch mit einem Leistungsbus verbunden sind, wobei das Verfahren umfasst: Ermitteln von Ladezuständen und Impedanzen für die Vielzahl von Batterie-Paketen; Bestimmen eines internen Zirkulationsstroms, der zwischen der Vielzahl von Batterie-Paketen über den Kabelbaum übertragen wird, basierend auf den Ladezuständen; und Steuern einer elektrischen Leistungsübertragung durch den Kabelbaum, so dass der interne Zirkulationsstrom kleiner als ein interner Zirkulationsstrom-Grenzwert ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die elektrische Leistungsübertragung durch den Kabelbaum so gesteuert wird, dass der interne Zirkulationsstrom kleiner ist als der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert, umfassend: Identifizieren eines der Batterie-Pakete als ein schwächstes Batterie-Paket basierend auf den Ladezuständen und den Impedanzen der Batterie-Pakete; Bestimmen des internen Zirkulationsstroms, der über den Kabelbaum an das schwächste Batterie-Paket übertragen wird; und Trennen des schwächsten Batterie-Pakets vom Kabelbaum, wenn der interne Zirkulationsstrom größer ist als der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert.
Das Verfahren nach Anspruch 2, das ferner die Feststellung umfasst, dass sich das Fahrzeug in einem „Schlüssel-Aus-Zustand“ befindet; und Trennen des schwächsten Batterie-Pakets vom Kabelbaum, wenn der interne Zirkulationsstrom größer als der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert ist und sich das Fahrzeug im „Schlüssel-Aus-Zustand“ befindet.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuerung der elektrischen Leistungsübertragung durch den Kabelbaum derart erfolgt, dass der interne Zirkulationsstrom kleiner ist als der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert, umfassend: Ausführen einer Vorwärtssteuerung auf der Grundlage der Ladezustände und der Impedanzen für die mehreren Batterie-Pakete, um einen ersten Laststrom zu bestimmen; Ausführen einer Rückkopplungsregelung auf der Grundlage des internen Zirkulationsstroms und des internen Zirkulationsstrom-Grenzwerts, um einen Stromrückkopplungsterm zu bestimmen; Bestimmen eines Vorlaststroms basierend auf dem ersten Laststrom und dem Stromrückkopplungsterm; und Steuern des Betriebs eines elektrisch betriebenen Zusatzgeräts, um den internen Zirkulationsstrom auf der Grundlage des Vorlaststroms zu steuern.
Das Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Steuerung der elektrischen Leistungsübertragung durch den Kabelbaum derart erfolgt, dass der interne Zirkulationsstrom kleiner als der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert ist, umfassend das Einleiten des Vorlaststroms in den Leistungsbus, um den internen Zirkulationsstrom so zu steuern, dass er kleiner als der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert ist.
Das Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Einführen der Vorlast in den Leistungsbus das Einführen einer Widerstandslast in den Leistungsbus umfasst, um den internen Zirkulationsstrom so zu steuern, dass er kleiner als der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, das ferner eine elektrische Maschine umfasst, die elektrisch mit dem Leistungsbus verbunden ist; das Verfahren umfasst ferner: Überwachen des elektrischen Lastbedarfs, der an die elektrische Maschine geliefert wird; Identifizieren eines der Batterie-Pakete als ein stärkstes Batterie-Paket basierend auf den Ladezuständen und den Impedanzen der Batterie-Pakete; und Verringern des elektrischen Lastbedarfs, der an die elektrische Maschine geliefert wird, um die elektrische Leistungsübertragung durch den Kabelbaum so zu steuern, dass der Entladestrom des stärksten Pakets kleiner als eine Entladestromgrenze ist.
Ein Verfahren zum Steuern des elektrischen Leistungsflusses in einem Batteriesystem für ein Fahrzeug, wobei das Batteriesystem eine Vielzahl von Lithium-Ionen-Batterie-Paketen enthält, die über einen Kabelbaum elektrisch verbunden sind, und wobei das Batteriesystem über den Kabelbaum elektrisch mit einem Leistungsbus verbunden ist, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen von Ladezuständen und Impedanzen für die mehreren Lithium-Ionen-Batterie-Pakete; Bestimmen eines internen Zirkulationsstroms, der über den Kabelbaum übertragen wird; und Steuern der elektrischen Leistungsübertragung durch den Kabelbaum und den Leistungsbus, so dass der interne Zirkulationsstrom kleiner ist als ein interner Zirkulationsstrom-Grenzwert.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Steuern der elektrischen Energieübertragung durch den Kabelbaum und den Leistungsbus derart erfolgt, dass der interne Zirkulationsstrom kleiner als ein interner Zirkulationsstrom-Grenzwert ist, umfassend: Identifizieren eines der Batterie-Pakete als ein schwächstes Batterie-Paket basierend auf den Ladezuständen; Bestimmen des internen Zirkulationsstroms, der über den Kabelbaum an das schwächste Batterie-Paket übertragen wird; und Trennen des schwächsten Batterie-Pakets vom Kabelbaum, wenn der interne Zirkulationsstrom größer ist als der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert.
Das Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Trennen des schwächsten Batterie-Pakets vom Kabelbaum umfasst, wenn der interne Zirkulationsstrom größer ist als der interne Zirkulationsstrom-Grenzwert und wenn sich das Fahrzeug in einem Schlüssel-Aus-Zustand befindet.