DE102021104048A1

DE102021104048A1 - Verfahren und baugruppe zur diagnose einer überentladung einer fahrzeugtraktionsbatterie

Info

Publication number: DE102021104048A1
Application number: DE102021104048.5A
Authority: DE
Inventors: Di Zhu; Mehdi Hosseinifar
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-02-24
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2021-08-26
Also published as: US11262408B2; CN113291154A; US20210263104A1

Abstract

Die Offenbarung stellt ein Verfahren und eine Baugruppe zur Diagnose einer Überentladung einer Fahrzeugtraktionsbatterie bereit. Ein Überentladungsdiagnoseverfahren beinhaltet unter anderem gleichzeitiges Auswerten eines Spannungsverhaltens eines Batteriepacks, eines Stromverhaltens des Batteriepacks und eines Temperaturverhaltens des Batteriepacks. Das Verfahren beinhaltet ferner Erkennen einer Überentladung auf Grundlage des Auswertens und Übermitteln einer Überentladungsbenachrichtigung als Reaktion auf das Erkennen.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Erkennen einer übermäßigen Entladung bzw. Überentladung einer Traktionsbatterie.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektrifizierte Fahrzeuge unterscheiden sich dadurch von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, dass elektrifizierte Fahrzeuge selektiv unter Verwendung einer oder mehrerer elektrischer Maschinen angetrieben werden, die durch eine Traktionsbatterie mit Leistung versorgt werden. Die elektrischen Maschinen können die elektrifizierten Fahrzeuge anstelle von oder zusätzlich zu einem Verbrennungsmotor antreiben. Eine übermäßige Entladung der Traktionsbatterie als Überentladung kann in einigen Situationen die Leistung beeinträchtigen.
KURZDARSTELLUNG
Ein Überentladungsdiagnoseverfahren gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem gleichzeitiges Auswerten eines Spannungsverhaltens eines Batteriepacks, eines Stromverhaltens des Batteriepacks und eines Temperaturverhaltens des Batteriepacks. Das Verfahren beinhaltet ferner Erkennen einer Überentladung auf Grundlage des Auswertens und Übermitteln einer Überentladungsbenachrichtigung als Reaktion auf das Erkennen.
Ein weiteres Beispiel für das vorgenannte Verfahren beinhaltet Erkennen der Überentladung auf Grundlage einer Änderung einer Spannungsänderungsrate des Batteriepacks.
Ein weiteres Beispiel für ein beliebiges der vorgenannten Verfahren beinhaltet Erkennen der Überentladung auf Grundlage dessen, dass eine Stromänderungsrate null oder negativ ist und die Spannungsänderungsrate null oder negativ ist und unter einem Spannungsschwellenwert liegt.
In einem weiteren Beispiel eines beliebigen der vorgenannten Verfahren erfolgt das Erkennen erst, wenn ein Stromwert des Batteriepacks negativ ist und eine Änderungsrate des Ladezustands des Batteriepacks null oder negativ ist.
Ein weiteres Beispiel für ein beliebiges der vorgenannten Verfahren beinhaltet Erkennen der Überentladung auf Grundlage dessen, dass eine Stromänderungsrate sowohl positiv als auch größer als eine Schwellen-Stromänderungsrate ist und die Spannungsänderungsrate positiv ist, aber unter einem Spannungsschwellenwert liegt.
Ein weiteres Beispiel für ein beliebiges der vorgenannten Verfahren beinhaltet Erkennen der Überentladung auf Grundlage dessen, dass ein Ladezustand des Batteriepacks unter einem Ladezustandsschwellenwert liegt.
Ein weiteres Beispiel für ein beliebiges der vorgenannten Verfahren beinhaltet Erkennen der Überentladung auf Grundlage dessen, dass eine Temperaturänderungsrate des Batteriepacks größer als ein vordefinierter Schwellenwert oder gleich diesem ist.
Ein weiteres Beispiel für ein beliebiges der vorgenannten Verfahren beinhaltet Reduzieren des Stroms als Reaktion auf die Überentladungsbenachrichtigung.
Ein weiteres Beispiel für ein beliebiges der vorgenannten Verfahren beinhaltet Öffnen von Schützen des Batteriepacks als Reaktion auf die Überentladungsbenachrichtigung.
Ein weiteres Beispiel für ein beliebiges der vorgenannten Verfahren beinhaltet Übertragen einer Warnung an einen Benutzer als Reaktion auf die Überentladungsbenachrichtigung.
In einem weiteren Beispiel eines beliebigen der vorgenannten Verfahren ist die während des Erkennens erkannte Überentladung eine Überentladung einer Batteriezelle innerhalb des Batteriepacks.
In einem weiteren Beispiel eines beliebigen der vorgenannten Verfahren handelt es sich bei dem Batteriepack um ein Traktionsbatteriepack eines elektrifizierten Fahrzeugs.
Eine Überentladungsdiagnosebaugruppe gemäß einem weiteren beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet unter anderem ein Batteriepack, eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, eine Überentladung durch gleichzeitiges Auswerten eines Spannungsverhaltens, eines Stromverhaltens und eines Temperaturverhaltens des Batteriepacks zu erkennen. Die Steuerung ist ferner dazu konfiguriert, eine Überentladungsbenachrichtigung als Reaktion darauf, dass die Steuerung die Überentladung erkennt, zu übermitteln.
In einem weiteren Beispiel der vorgenannten Baugruppe handelt es sich bei dem Batteriepack um ein Traktionsbatteriepack eines elektrifizierten Fahrzeugs.
Ein weiteres Beispiel für eine beliebige der vorgenannten Baugruppen beinhaltet Schütze, die dazu konfiguriert sind, sich als Reaktion darauf, dass die Steuerung die Überentladung erkennt, zu öffnen.
In einem weiteren Beispiel einer beliebigen der vorgenannten Baugruppen ist die Steuerung eine elektrische Zentrale mit Bus.
In einem weiteren Beispiel einer beliebigen der vorgenannten Baugruppen ist die Überentladung eine Überentladung mindestens einer Batteriezelle innerhalb des Batteriepacks.
In einem weiteren Beispiel einer beliebigen der vorgenannten Baugruppen ist die Steuerung dazu konfiguriert, die Überentladung auf Grundlage einer Änderung einer Spannungsänderungsrate des Batteriepacks zu erkennen.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorhergehenden Absätze, der Patentansprüche oder der folgenden Beschreibung und Zeichnungen, einschließlich ihrer verschiedenen Aspekte oder jeweiligen individuellen Merkmale, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination betrachtet werden. In Verbindung mit einer Ausführungsform beschriebene Merkmale sind auf alle Ausführungsformen anwendbar, sofern derartige Merkmale nicht unvereinbar sind.
Figurenliste
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile der offenbarten Beispiele werden dem Fachmann aus der detaillierten Beschreibung ersichtlich. Die Figuren, die der detaillierten Beschreibung beigefügt sind, können kurz wie folgt beschrieben werden:

1 veranschaulicht schematisch einen beispielhaften Antriebsstrang eines elektrifizierten Fahrzeugs.
2 veranschaulicht schematisch ein Batteriepack aus dem Antriebsstrang der 1.
3 veranschaulicht einen Ablauf eines Überentladungsdiagnoseverfahrens, das in Verbindung mit dem Batteriepack der 2 verwendet wird, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
4 veranschaulicht ein beispielhaftes Vorbedingungsbestimmungsverfahren, das durch das in 3 gezeigte Überentladungsdiagnoseverfahren genutzt wird.
5A veranschaulicht ein beispielhaftes Auswertungsverfahren zum Spannungsverhalten, das durch das in 3 gezeigte Überentladungsdiagnoseverfahren genutzt wird, wenn Vorbedingung A bestimmt ist.
5B veranschaulicht ein beispielhaftes Auswertungsverfahren zum Spannungsverhalten, das durch das in 3 gezeigte Überentladungsdiagnoseverfahren genutzt wird, wenn Vorbedingung B bestimmt ist.
6 veranschaulicht ein beispielhaftes Auswertungsverfahren zum Stromverhalten, das durch das in 3 gezeigte Überentladungsdiagnoseverfahren genutzt wird.
7 veranschaulicht ein beispielhaftes Auswertungsverfahren zum Temperaturverhalten, das durch das in 3 gezeigte Überentladungsdiagnoseverfahren genutzt wird.
8 veranschaulicht grafisch eine beispielhafte Änderung einer Spannungsänderungsrate, die das Verfahren der 3 erkennt, um eine Überentladung einer Batteriezelle innerhalb des Batteriepacks der 2 anzugeben.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Erkennen einer Überentladung eines Batteriepacks und insbesondere einer Traktionsbatterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Das Erkennen kann auf Spannungsverhalten, Stromverhalten und Temperaturverhalten des Batteriepacks zurückgreifen. Das Verhalten wird gleichzeitig anstatt zum Beispiel nacheinander ausgewertet. Obwohl sie unter Bezugnahme auf ein Traktionsbatteriepack eines elektrifizierten Fahrzeugs beschrieben wurden, könnten die Überentladungserkennungstechniken dieser Offenbarung in anderen Arten von Anwendungen verwendet werden, wie etwa einem stationären Energiespeicher.
1 veranschaulicht schematisch einen Antriebsstrang 10 für ein elektrifiziertes Fahrzeug. Wenngleich es als Hybridelektrofahrzeug (hybrid electrified vehicle - HEV) abgebildet ist, versteht es sich, dass die hierin beschriebenen Konzepte nicht auf HEV beschränkt sind und auf andere elektrifizierte Fahrzeuge erweitert werden könnten, einschließlich unter anderem Plug-in-Hybridelektrofahrzeugen (plug-in hybrid electrified vehicle - PHEV), Brennstoffzellenfahrzeugen (fuel cell vehicle - FCV) und Batterieelektrofahrzeugen (battery electrified vehicle - BEV).
In einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Antriebsstrang 10 um ein Antriebsstrangsystem mit Leistungsverzweigung, das ein erstes Antriebssystem und ein zweites Antriebssystem einsetzt. Das erste Antriebssystem beinhaltet eine Kombination aus einem Motor 14 und einem Generator 18 (d. h. einer ersten elektrischen Maschine). Das zweite Antriebssystem beinhaltet mindestens einen Elektromotor 22 (d. h. eine zweite elektrische Maschine), den Generator 18 und mindestens ein Batteriepack 24. Das erste und das zweite Antriebssystem können jeweils Drehmoment zum Antreiben eines oder mehrerer Sätze von Fahrzeugantriebsrädern 28 des elektrifizierten Fahrzeugs erzeugen.
Der Motor 14, bei dem es sich in diesem Beispiel um einen Verbrennungsmotor handelt, und der Generator 18 können durch eine Kraftübertragungseinheit 30 verbunden sein. In einer nicht einschränkenden Ausführungsform handelt es sich bei der Kraftübertragungseinheit 30 um einen Planetenradsatz, der ein Hohlrad 32, ein Sonnenrad 34 und eine Trägerbaugruppe 36 beinhaltet. Natürlich können andere Arten von Kraftübertragungseinheiten, einschließlich anderer Zahnradsätze und Getriebe, verwendet werden, um den Motor 14 mit dem Generator 18 zu verbinden.
Der Generator 18 kann durch den Motor 14 über die Kraftübertragungseinheit 30 angetrieben werden, um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Der Generator 18 kann alternativ als Elektromotor fungieren, um elektrische Energie in kinetische Energie umzuwandeln, wodurch Drehmoment an eine Welle 38 ausgegeben wird, die mit der Kraftübertragungseinheit 30 verbunden ist. Da der Generator 18 mit dem Motor 14 wirkverbunden ist, kann die Drehzahl des Motors 14 durch den Generator 18 gesteuert werden.
Das Hohlrad 32 der Kraftübertragungseinheit 30 kann mit einer Welle 40 verbunden sein, die durch eine zweite Kraftübertragungseinheit 44 mit den Fahrzeugantriebsrädern 28 verbunden ist. Die zweite Kraftübertragungseinheit 44 kann einen Zahnradsatz beinhalten, der eine Vielzahl von Zahnrädern 46 aufweist. Andere Kraftübertragungseinheiten können ebenfalls geeignet sein. Die Zahnräder 46 übertragen Drehmoment von dem Motor 14 auf ein Differential 48, um letztlich den Fahrzeugantriebsrädern 28 Traktion bereitzustellen. Das Differential 48 kann eine Vielzahl von Zahnrädern beinhalten, welche die Übertragung von Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 ermöglicht. In diesem Beispiel ist die zweite Kraftübertragungseinheit 44 über das Differential 48 mechanisch an eine Achse 50 gekoppelt, die Drehmoment auf die Fahrzeugantriebsräder 28 verteilt.
Der Elektromotor 22 (d. h. die zweite elektrische Maschine) kann ebenfalls dazu eingesetzt werden, die Fahrzeugantriebsräder 28 anzutreiben, indem er Drehmoment an eine Welle 52 ausgibt, die ebenfalls mit der zweiten Kraftübertragungseinheit 44 verbunden ist. In einer Ausführungsform wirken der Elektromotor 22 und der Generator 18 als Teil eines Nutzbremssystems zusammen, in dem sowohl der Elektromotor 22 als auch der Generator 18 als Elektromotoren zum Ausgeben von Drehmoment eingesetzt werden können. Beispielsweise können der Elektromotor 22 und der Generator 18 jeweils elektrische Leistung an das Batteriepack 24 ausgeben.
Das Batteriepack 24 ist eine beispielhafte Art einer Batteriebaugruppe des elektrifizierten Fahrzeugs. Das Batteriepack 24 kann die Form einer Hochspannungsbatterie aufweisen, die dazu in der Lage ist, elektrische Leistung zum Betreiben des Elektromotors 22 und des Generators 18 auszugeben. Es können zudem andere Arten von Energiespeichervorrichtungen und/oder -ausgabevorrichtungen mit dem elektrifizierten Fahrzeug, das den Antriebsstrang 10 aufweist, verwendet werden. Bei dem Batteriepack 24 handelt es sich um einen Traktionsbatteriepack, da das Batteriepack 24 Leistung zum Antreiben der Fahrzeugantriebsräder 28 bereitstellen kann. Das Batteriepack 24 kann eine Vielzahl von Batteriearrays beinhalten, von der jedes eine Vielzahl von einzelnen Batteriezellen beinhaltet. 2 veranschaulicht eine stark schematische Ansicht des Batteriepacks 24 der 1. Das Batteriepack 24 beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen 54, Platinen 58 zur Zellenmessung und -steuerung (cell measurement and controls - CMC), eine Batteriepacksteuerung 62, eine Spannungsmessvorrichtung 66 und eine elektrische Zentrale mit Bus (bussed electrical center - BEC) 70.
Die BEC 70 beinhaltet ein positives Hauptschütz 72, einen Vorladewiderstand 74, ein Vorladeschütz 76, ein negatives Hauptschütz 78 und eine Strommessvorrichtung 80. Das Batteriepack 24 ist sowohl durch einen Pluspol 82 als auch einen Minuspol 84 elektrisch und mechanisch mit dem Antriebsstrang 10 verbunden, wenn beide Hauptschütze 72, 78 geschlossen sind.
In der beispielhaften Ausführungsform sind die CMC-Platinen 58 dazu konfiguriert, Zellenspannung, Zellenstrom und Zellentemperatur zu messen. Die CMC-Platinen 58 sind ferner zum Durchführen eines Zellenausgleichs konfiguriert. Die CMC-Platinen 58 können als untergeordnete Steuerungen fungieren, um die Anforderungen von der Batteriepacksteuerung 62 zu erfüllen. Zur Übersichtlichkeit der Zeichnung sind die Wirkverbindungen zwischen den CMC-Platinen 58, der Batteriepacksteuerung 62 und den Schützen 72, 76, 78 in 2 nicht veranschaulicht. Die Wirkverbindungen zwischen der Batteriepacksteuerung 62, der Strommessvorrichtung 80 und der Spannungsmessvorrichtung 66 sind ebenfalls zur Übersichtlichkeit der Zeichnung nicht gezeigt.
Die BEC 70, die Batteriepacksteuerung 62 und die CMC-Platinen 58 können Teil eines elektrischen Batteriesteuermoduls in einem elektrifizierten Fahrzeug mit dem Antriebsstrang 10 der 1 sein. Die BEC 70, die Batteriepacksteuerung 62 und die CMC-Platinen 58 können jeweils Prozessoren beinhalten, die mit einem jeweiligen Speicherabschnitt wirkverbunden sind. Der Prozessor kann dazu programmiert sein, ein Programm, das in dem Speicherabschnitt gespeichert ist, auszuführen. Das Programm kann als Softwarecode in dem Speicherabschnitt gespeichert sein. Das Programm, das in dem Speicherabschnitt gespeichert ist, kann eines oder mehrere zusätzliche oder separate Programme beinhalten, wobei jedes eine geordnete Auflistung von auszuführenden Anweisung zur Umsetzung von logischen Funktionen beinhaltet.
Die Prozessoren können ein maßgeschneiderter oder im Handel erhältlicher Prozessor, eine zentrale Recheneinheit (CPU), ein Hilfsprozessor unter mehreren Prozessoren, die mit der BEC verbunden sind, ein halbleiterbasierter Mikroprozessor (in der Form eines Mikrochips oder Chipsatzes) oder im Allgemeinen jegliche Vorrichtung zur Ausführung von Softwareanweisungen sein.
Die Speicherabschnitte können ein beliebiges oder eine Kombination von flüchtigen Speicherelementen und/oder nichtflüchtigen Speicherelementen beinhalten. Die Speicherabschnitte können auch eine verteilte Architektur aufweisen, wobei verschiedene Komponenten voneinander entfernt gelegen sind, jedoch durch die jeweiligen Prozessoren aufgerufen werden können.
Im Allgemeinen stehen Spannung, Strom und Temperatur des Batteriepacks 24 miteinander in Beziehung. Wenn sich zum Beispiel die Temperatur während des Betriebs des Batteriepacks 24 ändert, weisen Strom und Spannung einige damit zusammenhängende Verhaltensweisen auf. Gleichermaßen weisen die Temperatur und die Spannung einige damit zusammenhängende Verhaltensweisen auf, wenn sich der Strom ändert. Die Elemente des Batteriepacks 24 können auf das Stromverhalten, das Temperaturverhalten und das Spannungsverhalten des Batteriepacks 24 zurückgreifen, um eine Überentladung der Batteriezellen 54 des Batteriepacks 24 zu erkennen. In einem Beispiel führt die Batteriepacksteuerung 62 kontinuierlich ein Überentladungsdiagnoseverfahren aus, um eine Überentladung zu erkennen.
Der Ablauf eines beispielhaften Überentladungsdiagnoseverfahrens 100 ist in 3 gezeigt. Im Allgemeinen wertet das offenbarte Verfahren 100 gleichzeitig Stromverhalten, Temperaturverhalten und Spannungsverhalten des Batteriepacks 24 aus. Das Verfahren 100 erkennt eine Überentladungsbedingung auf Grundlage der Auswertung.
Das Verfahren 100 beginnt bei einem Schritt 110. Als nächstes beurteilt das Verfahren 100 bei einem Schritt 120, ob ein Ladezustand (state of charge - SOC) für das Batteriepack 24 unter einem SOC-Überentladungsschwellenwert liegt oder eine Spannung für das Batteriepack 24 unter einem Spannungsüberentladungsschwellenwert liegt. Falls ja, geht das Verfahren 100 zu einem Schritt 130 über und betrachtet das Batteriepack 24 als derart betrieben, dass eine Überentladung auftreten kann. Andernfalls fährt das Verfahren 100 mit der Beurteilung bei Schritt 120 fort. Die Überprüfung in Schritt 120 kann unter anderem dazu beitragen, einige Fehlalarme zu vermeiden, die durch Nicht-Überentladungsbedingungen ausgelöst werden, und Rechenressourcen zu sparen.
Bei Schritt 130 bestimmt das Verfahren 100 Vorbedingungen. Der Schritt 130 kann zum Beispiel ein in 4 gezeigtes Vorbedingungsbestimmungsverfahren 200 verwenden, um die Vorbedingungen in Schritt 130 zu bestimmen. Für das Verfahren 200 ist die Stromrichtung negativ, wenn Strom aus dem Batteriepack 24 fließt, und positiv, wenn Strom zu dem Batteriepack 24 fließt.
Das Verfahren 200 beginnt als Schritt 210 und beurteilt dann bei einem Schritt 220, ob der Strom negativ ist. Wenn der Strom nicht negativ ist, fließt kein Strom aus dem Batteriepack 24 und das Verfahren 200 überwacht weiterhin. Wenn der Strom negativ ist, fließt Strom aus dem Batteriepack 24 und das Verfahren 200 geht von Schritt 220 zu Schritt 230, wo das Verfahren 200 beurteilt, ob die SOC-Änderungsrate über einen gegebenen Zeitraum null oder negativ ist. Wenn die SOC-Änderungsrate null oder negativ ist, wurde während des gegebenen Zeitraums Energie aus dem Batteriepack 24 abgezogen.
Falls ja bei Schritt 230 geht das Verfahren 200 zu Schritt 240, der beurteilt, ob eine Stromänderungsrate null oder negativ ist. Falls ja bei Schritt 240, geht das Verfahren 200 von Schritt 240 zu einem Schritt 250 und weist Vorbedingung A zu. Für den Schritt 240 ist, wenn der Strom zum Beispiel -5 Ampere beträgt und sich dann auf 5 Ampere ändert, die Stromänderungsrate positiv. Dementsprechend ist die Stromänderungsrate negativ, wenn der Strom 5 Ampere beträgt und sich dann auf -5 Ampere ändert.
Wenn die Stromänderungsrate bei Schritt 240 positiv (d. h. ungleich null oder negativ) ist, geht das Verfahren 200 von Schritt 240 zu Schritt 260 und bestimmt, ob die Stromänderungsrate größer als ein Stromänderungsratenschwellenwert ist. Der Stromänderungsratenschwellenwert kann kalibriert werden und wird verwendet, um sicherzustellen, dass sowohl Fälle von Reduzierung des Entladestroms als auch Nichtreduzierung des Entladestroms abgedeckt sind. Allgemein ist zu erwarten, dass die Batteriespannung während der Nichtreduzierung des Entladestroms abnimmt oder gleich bleibt. Das Vorhandensein des Stromänderungsratenschwellenwerts kann auch dazu beitragen, das Erhalten einer falsch negativen Bestimmung aufgrund einer geringen Stromschwankung zu verhindern.
Wenn die Stromänderungsrate bei Schritt 260 nicht größer als der Stromänderungsschwellenwert ist, geht das Verfahren 200 von Schritt 260 zu Schritt 250 und weist erneut die Vorbedingung A zu. Wenn die Stromänderungsrate bei Schritt 260 größer als der Stromänderungsschwellenwert ist, geht das Verfahren 200 von Schritt 260 zu Schritt 270 und weist Vorbedingung B zu.
Wenn das Verfahren 200 Vorbedingung A zuweist, ist der Strom somit negativ und bleibt der Strom bleibt entweder gleich oder nimmt über die gegebene Zeit ab oder ist der Strom negativ und ist die Stromzunahme über die gegebene Zeit geringer als der Stromänderungsratenschwellenwert. Wenn das Verfahren 200 Vorbedingung B zuweist, ist der Strom negativ, nimmt jedoch über die gegebene Zeit zu und die Änderungsrate ist größer als der Stromänderungsratenschwellenwert.
Zurückkehrend zu Verfahren 100 in 3 geht das Verfahren 100 nach dem Zuweisen von Vorbedingung A oder B weiter von Schritt 130, um das Spannungsverhalten bei einem Schritt 140a, das Stromverhalten bei einem Schritt 140b und das Temperaturverhalten bei einem Schritt 140c über einen Zeitraum auszuwerten. Auch wenn die Auswertungen für Spannungs-, Strom- und Temperaturverhalten separat gezeigt sind, werden Spannungs-, Strom- und Temperaturverhalten gleichzeitig ausgewertet und nicht nacheinander ausgewertet.
Ein Anstieg der Batteriespannung während der Entladung kann ein effektiver Indikator für Überentladung sein. Der Anstieg der Batteriespannung während der Entladung wird hauptsächlich durch eine Kombination aus einer Änderung des Innenwiderstands (einschließlich des Ohmschen Widerstands, des Halbkreiswiderstands und des Ladungsübertragungswiderstands) und des Widerstands eines internen Kurzschlusses (internal short circuit - ISC) verursacht. Die Batteriespannung steigt beim Entladen typischerweise nicht an, es sei denn, entweder der Innenwiderstand nimmt in kurzer Zeit stark ab oder ein ISC beginnt dramatisch zu wachsen. Ein Batteriespannungsanstieg kann eine Überentladungsbedingung nicht nur in der frühen Phase einer Überentladung, sondern auch in einer späteren Phase angeben, wenn ein interner Kurzschluss vorlag.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Batteriespannungsänderungsrate als ein Faktor verwendet, um zu bestimmen, ob das Batteriespannungsverhalten in Schritt 140a wie erwartet ist. Ein weiterer Faktor kann ein Vergleich der Batteriespannung mit einem Batteriespannungsüberentladungsschwellenwert sein. Das Vorhandensein einer positiven Spannungsänderungsrate kann eine mögliche Überentladung implizieren. Die Batteriespannungsänderungsrate kann jedoch beim Entladen positiv sein, wenn der Strom in einer gegebenen Zeit in einigen Umgebungen abnimmt.
In einem Beispiel kann die Auswertung des Spannungsverhaltens in Schritt 140a gemäß dem in 5A gezeigten Verfahren 300, wenn Vorbedingung A in Schritt 130 zugewiesen wurde, und gemäß dem in 5B gezeigten Verfahren 400, wenn Vorbedingung B in Schritt 130 zugewiesen wurde, fortgesetzt werden.
In dem Verfahren 300 für Vorbedingung A wertet das Verfahren 300 nach dem Start bei einem Schritt 310 bei einem Schritt 320 aus, ob die Batteriespannungsänderungsrate entweder null oder negativ ist. Wenn die Spannungsänderungsrate entweder null oder negativ ist, wird die aktuelle Spannung dann bei einem Schritt 330 mit einem Spannungsschwellenwert verglichen. Der Spannungsschwellenwert kann von der Umgebung abhängig sein und sich in unterschiedlichen Umgebungen ändern.
Wenn die aktuelle Spannung bei Schritt 330 unter dem Spannungsschwellenwert liegt, geht das Verfahren 300 zu einem Schritt 340 und gibt ein unerwartetes Spannungsverhalten an. Wenn die aktuelle Spannung jedoch gleich dem Spannungsschwellenwert oder größer als dieser ist, geht das Verfahren 300 von Schritt 330 zu einem Schritt 350 und gibt erwartetes Spannungsverhalten an. Wenn die Spannungsänderungsrate bei Schritt 320 positiv ist, geht das Verfahren 300 ebenfalls zu Schritt 340 und gibt ein unerwartetes Spannungsverhalten an.
In dem Verfahren 400 für Vorbedingung B wertet das Verfahren 400 nach dem Start bei einem Schritt 410 bei einem Schritt 420 aus, ob die Batteriespannungsänderungsrate positiv ist. Wenn die Spannungsänderungsrate positiv ist, wird die aktuelle Spannung dann bei einem Schritt 430 mit dem Spannungsschwellenwert verglichen. Wenn die Spannungsänderungsrate bei Schritt 420 null oder negativ ist, geht das Verfahren 400 zu einem Schritt 440 und gibt ein unerwartetes Spannungsverhalten an.
Wenn die aktuelle Spannung bei Schritt 430 unter dem Spannungsschwellenwert liegt, geht das Verfahren 400 ebenfalls zu Schritt 440 und gibt ein unerwartetes Spannungsverhalten an. Wenn die aktuelle Spannung jedoch gleich dem Spannungsüberentladungsschwellenwert oder größer als dieser ist, geht das Verfahren 400 von Schritt 430 zu einem Schritt 450 und gibt erwartetes Spannungsverhalten an. Wiederum kann der Spannungsschwellenwert von der Umgebung abhängig sein und sich in unterschiedlichen Umgebungen ändern.
In Schritt 140b des Verfahrens 100 wird strombezogenes Verhalten parallel zu sowohl dem Spannungsverhalten als auch dem Temperaturverhalten ausgewertet. 6 veranschaulicht ein beispielhaftes Stromauswertungsverfahren 500.
Das Verfahren 500 beginnt bei einem Schritt 510 und geht dann zu einem Schritt 520, der beurteilt, ob der SOC gleich einem SOC-Schwellenwert oder größer als dieser ist. Falls ja, geht das Verfahren 500 von Schritt 520 zu einem Schritt 530 und gibt ein erwartetes Stromverhalten an. Falls nein, geht das Verfahren 500 von Schritt 520 zu einem Schritt 540 und gibt ein unerwartetes Stromverhalten an. Um eine Überentladung zu vermeiden, muss der SOC gleich dem SOC-Schwellenwert oder größer als dieser sein. Der SOC-Schwellenwert kann einstellbar sein.
In Schritt 140b des Verfahrens 100 wird das Temperaturverhalten parallel zu sowohl dem Spannungsverhalten als auch dem strombezogenen Verhalten ausgewertet. 7 veranschaulicht ein beispielhaftes Temperaturauswertungsverfahren 600.
Das Verfahren 600 beginnt bei einem Schritt 610 und geht dann zu einem Schritt 620, der beurteilt, ob ein gegebener Temperaturwert (z. B. eine durch eine Temperaturmessvorrichtung innerhalb des Batteriepacks vorgenommene Messung) in einem Schritt 620 gültig ist. Der Batteriepack 24 kann eine oder mehrere Wärmemessvorrichtungen, wie etwa Thermistoren und Thermoelemente, beinhalten. Jede Wärmemessvorrichtung ist für das Messen der Temperatur in einem gewissen Bereich des Batteriepacks 24 verantwortlich. Wenn der Temperaturwert nicht gültig ist, wird nicht auf die Temperaturwerte zurückgegriffen. Die Gültigkeit des Temperaturwerts kann beispielsweise durch Vergleichen des gegebenen Temperaturwerts mit einem vordefinierten Bereich beurteilt werden. Wenn der gegebene Temperaturwert außerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, wird der gegebene Temperaturwert als ungültig angesehen. Wenn sich zum Beispiel ein Thermistormesswert plötzlich von 25 °C auf 200 °C ändert und der vordefinierte Bereich bei -40 °C bis 85 °C liegt, wird der 200 °C-Messwert als ungültig angesehen. Das Verfahren 600 kann in Verbindung mit jedem Temperaturwert ausgeführt werden, der dem Batteriepack 24 zugeordnet ist.
Wenn der Temperaturwert nicht gültig ist, geht das Verfahren 600 von Schritt 620 zu einem Schritt 630 und gibt ein unerwartetes Temperaturverhalten an. Wenn der Temperaturwert gültig ist, geht das Verfahren 600 von Schritt 620 zu einem Schritt 640.
Bei Schritt 640 vergleicht das Verfahren 600 eine Temperaturänderungsrate, die von dem Batteriepack 24 erhalten wird, mit einem vordefinierten Schwellenwert. Wenn die Temperaturänderungsrate unter dem vordefinierten Schwellenwert liegt, geht das Verfahren 600 von Schritt 640 zu einem Schritt 650 und gibt ein erwartetes Temperaturverhalten an. Anderenfalls geht das Verfahren 600 von Schritt 640 zu Schritt 630 und gibt ein unerwartetes Temperaturverhalten an. Der vordefinierte Schwellenwert kann einstellbar sein.
Erneut zurückkehrend zu Verfahren 100 geht das Verfahren 100 nach dem gleichzeitigen Auswerten des Spannungs-, Strom- und Temperaturverhaltens bei den Schritten 140a, 140b und 140c zu Schritt 150, der die Ergebnisse der Schritte 140a, 140b und 140c verarbeitet. Wenn einer der Schritte 140a, 140b und 140c zu unerwartetem Verhalten geführt hat, geht das Verfahren 100 zu einem Schritt 160, der eine Überentladungsbenachrichtigung initiiert. Wenn keiner der Schritte 140a, 140b und 140c zu unerwartetem Verhalten geführt hat, geht das Verfahren 100 von Schritt 150 zurück zu Schritt 130.
Die Batteriepacksteuerung 62 kann die Überentladungsbenachrichtigung in Schritt 160 übermitteln. In einem Beispiel verarbeiten Steuerungen, die sich den gleichen Kommunikationsbus mit der Batteriepacksteuerung 62 teilen, die Überentladungsbenachrichtigung und ergreifen geeignete Maßnahmen. Derartige Handlungen können unter anderem Reduzieren von Strom oder Leistung, Benachrichtigen des/der Benutzer(s)/Bediener(s), Senden von Antworten an die Batteriepacksteuerung 62 für weitere Informationen beinhalten.
In der beispielhaften Ausführungsform kann die Batteriepacksteuerung 62 nach Schritt 160 bei einem Schritt 170 überprüfen, ob der Batteriestrom auf einen Stromreduzierungsschwellenwert reduziert wurde, der kalibriert werden kann. Wenn der Batteriestrom nicht auf weniger als den Stromreduzierungsschwellenwert reduziert wurde, kann die Batteriepacksteuerung 62 bei einem Schritt 180 eine vordefinierte Zeit warten und dann bei einem Schritt 190 die Hauptschütze 72, 78 öffnen. Wenn der Batteriestrom bei Schritt 170 auf oder unter den Stromreduzierungsschwellenwert reduziert ist, öffnet die Batteriepacksteuerung 62 bei einem Schritt 190 die Hauptschütze 72, 78, ohne die vordefinierte Zeit zu warten.
8 zeigt grafisch, wie das Verfahren 100 der 3 verwendet werden kann, um eine Überentladung des Batteriepacks 24 zu erkennen. Eine Spannung über die Zeit für eine erste Zelle innerhalb des Batteriepacks 24 ist als V1 dargestellt, eine Spannung über die Zeit für eine zweite Zelle innerhalb des Batteriepacks 24 ist als V2 dargestellt, eine Spannungsänderungsrate für die erste Zelle ist als VCR1 dargestellt.
Das Verfahren 100 erkennt eine Überentladung der ersten Zelle bei etwa 375 Sekunden aufgrund der Spitze der Spannungsänderungsrate der ersten Zelle. Im Stand der Technik wird die Überentladung der ersten Zelle erst nach etwa 630 Sekunden erkannt, wenn die Spannungen der ersten Zelle unter einen Schwellenwert, beispielsweise 2,27 Volt, abfallen. Im Stand der Technik wurde die Überentladung auf Grundlage eines Vergleichs der Spannung mit einem Spannungsschwellenwert von 2,3 Volt erkannt. Somit können das Verfahren 100 und die anderen Beispiele dieser Offenbarung eine Überentladungsbedingung erheblich früher erkennen als die Verfahren des Standes der Technik.
Batteriepacks können eine begrenzte Anzahl von Wärmemessvorrichtungen beinhalten, was zu einer begrenzten Anzahl von Wärmemessungen führt. Wenn eine begrenzte Anzahl von Wärmemessungen vorgenommen wird, wird eine Änderung einer Temperaturänderungsrate möglicherweise nicht vollständig erfasst oder eingeschätzt. Im Gegensatz zum Stand der Technik verfolgt das Verfahren 100 einen ganzheitlichen Ansatz zum Erkennen von Überentladung, der nicht nur Temperaturinformationen von begrenzten Wärmemessungen verwendet, sondern auch Spannungs- und Strominformationen. In dem Beispiel der 8 wurde die Spitze der Spannungsänderungsrate erkannt, die ein Indikator für eine Überentladung ist.
Um eine Überentladungsbedingung zu erkennen, kann das beispielhafte Verfahren 100 auf Beziehungen zwischen Strom, Stromänderungsraten und SOC-Änderungsraten und nicht nur einen SOC-Schwellenwert oder einen Spannungsschwellenwert zurückgreifen.
Beispielhafte Merkmale einiger der offenbarten Ausführungsformen dieser Offenbarung können das Verbessern der Effektivität des Erkennens von Überentladung durch gleichzeitiges Auswerten von Spannungs-, Strom- und Temperaturverhalten beinhalten. Eine Überentladung führt nicht nur zu unerwartetem Temperaturverhalten, sondern führt auch zu entsprechendem Verhalten, das durch andere Arten von Messungen, wie etwa Spannung und/oder Strom, erfasst werden kann.
Ein weiteres Merkmal ist das Reduzieren der Notwendigkeit, auf eine begrenzte Anzahl von Wärmemessungen zurückzugreifen, die benötigt werden, um Wärmemessungen zu verwenden, um eine Überentladung anzugeben. Wenn eine Wärmeänderung, die aus einer Überentladung resultiert, schwer zu erkennen ist, könnte die Überentladung durch die anderen Arten von Messungen erkannt werden.
Ein weiteres Merkmal ist die Umsetzung eines effektiven Spannungsindikators, um unerwartetes Verhalten, das entweder durch Überentladung verursacht wird oder zu einer Überentladung führt, dynamisch zu erkennen. Dies kann eine Verschlechterung des Batteriepacks aufgrund von Überentladung verhindern, indem eine Überentladung schneller erkannt wird.
Andere Merkmale beinhalten Reduzieren der Kalibrierungsarbeit für die Schwellenwertabstimmung, Reduzieren der Möglichkeit von falsch negativen Warnungen, Erhöhen der Batterielebensdauer, Reduzieren von Rückgaben während der Garantiezeit aufgrund von Überentladung und Reduzieren der Notwendigkeit, zusätzliche Temperaturmessvorrichtungen in Batteriepacks aufzunehmen, um zusätzliche Wärme zu erkennen, die bei Überentladung erzeugt wird.
Die vorhergehende Beschreibung ist beispielhafter und nicht einschränkender Natur. Dem Fachmann können sich Variationen und Modifikationen der offenbarten Beispiele erschließen, die nicht zwangsläufig vom Kern dieser Offenbarung abweichen. Daher kann der Umfang des dieser Offenbarung gewährten Rechtsschutzes nur durch Lektüre der folgenden Patentansprüche bestimmt werden.

Claims

Überentladungsdiagnoseverfahren, umfassend: gleichzeitiges Auswerten eines Spannungsverhaltens eines Batteriepacks, eines Stromverhaltens des Batteriepacks und eines Temperaturverhaltens des Batteriepacks; Erkennen einer Überentladung auf Grundlage des Auswertens; und Übermitteln einer Überentladungsbenachrichtigung als Reaktion auf das Erkennen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Erkennen der Überentladung auf Grundlage einer Änderung einer Spannungsänderungsrate des Batteriepacks.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Erkennen der Überentladung auf Grundlage dessen, dass eine Stromänderungsrate null oder negativ ist und die Spannungsänderungsrate null oder negativ ist und unter einem Spannungsschwellenwert liegt, und wobei optional das Erkennen erst erfolgt, wenn ein Stromwert des Batteriepacks negativ ist und eine Änderungsrate des Ladezustands des Batteriepacks null oder negativ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Erkennen der Überentladung auf Grundlage dessen, dass eine Stromänderungsrate sowohl positiv als auch größer als eine Schwellen-Stromänderungsrate ist und die Spannungsänderungsrate positiv ist, aber unter einem Spannungsschwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Erkennen der Überentladung auf Grundlage dessen, dass ein Ladezustand des Batteriepacks unter einem Ladezustandsschwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Erkennen der Überentladung auf Grundlage dessen, dass eine Temperaturänderungsrate des Batteriepacks größer als ein vordefinierter Schwellenwert oder gleich diesem ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Reduzieren des Stroms als Reaktion auf die Überentladungsbenachrichtigung und optional ferner umfassend Öffnen von Schützen des Batteriepacks als Reaktion auf die Überentladungsbenachrichtigung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Öffnen von Schützen des Batteriepacks als Reaktion auf die Überentladungsbenachrichtigung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Übertragen einer Warnung an einen Benutzer als Reaktion auf die Überentladungsbenachrichtigung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die während des Erkennens erkannte Überentladung eine Überentladung einer Batteriezelle innerhalb des Batteriepacks ist und wobei das Batteriepack optional ein Traktionsbatteriepack eines elektrifizierten Fahrzeugs ist.
Überentladungsdiagnosebaugruppe, umfassend: ein Batteriepack; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, eine Überentladung durch gleichzeitiges Auswerten eines Spannungsverhaltens, eines Stromverhaltens und eines Temperaturverhaltens des Batteriepacks zu erkennen, wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, eine Überentladungsbenachrichtigung als Reaktion darauf, dass die Steuerung die Überentladung erkennt, zu übermitteln.
Baugruppe nach Anspruch 11, wobei das Batteriepack ein Traktionsbatteriepack eines elektrifizierten Fahrzeugs ist und wobei die Überentladung optional eine Überentladung mindestens einer Batteriezelle innerhalb des Batteriepacks ist.
Baugruppe nach Anspruch 11, ferner umfassend Schütze, die dazu konfiguriert sind, sich als Reaktion darauf, dass die Steuerung die Überentladung erkennt, zu öffnen.
Baugruppe nach Anspruch 11, wobei die Steuerung eine elektrische Zentrale mit Bus ist.
Baugruppe nach Anspruch 11, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die Überentladung auf Grundlage einer Änderung einer Spannungsänderungsrate des Batteriepacks zu erkennen.