DE102022126496A1

DE102022126496A1 - Schätzung des batteriezustands auf grundlage mehrerer hysterese-übergangsraten

Info

Publication number: DE102022126496A1
Application number: DE102022126496.3A
Authority: DE
Inventors: Charles W. Wampler II; Thanh-Son Dao
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2022-02-24
Filing date: 2022-10-12
Publication date: 2023-08-24
Also published as: US20230266396A1; CN116699431A

Abstract

Ein System für ein elektrisches Fahrzeug umfasst ein Hysteresemodul, das dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten einer Batterie auf Grundlage eines gemessenen Stroms und einer jeweiligen Hystereseübergangsrate zu berechnen, einen Gesamthysteresezustand der Batterie auf Grundlage der Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten zu berechnen und eine Hysteresespannung der Batterie auf Grundlage des Gesamthysteresezustands zu berechnen, und ein Ladezustandsmodul, das dazu ausgelegt ist, einen Ladezustand (SoC) der Batterie teilweise auf Grundlage der Hysteresespannung zu berechnen.

Description

EINLEITUNG
Die Informationen in diesem Abschnitt dienen dazu, den Kontext der Offenlegung allgemein darzustellen. Arbeiten der hier genannten Erfinder, soweit sie in diesem Abschnitt beschrieben sind, sowie Aspekte der Beschreibung, die zum Zeitpunkt der Anmeldung möglicherweise nicht zum Stand der Technik gehören, werden weder ausdrücklich noch stillschweigend als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Fahrzeuge und insbesondere auf Batteriesysteme von Fahrzeugen.
Einige Fahrzeugtypen verfügen nur über einen Verbrennungsmotor, der das Antriebsmoment erzeugt. Reine Elektrofahrzeuge bestehen aus einem Batteriesystem und einem Elektromotor. Hybridfahrzeuge verfügen sowohl über einen Verbrennungsmotor als auch über einen oder mehrere Elektromotoren und können mit einem Batteriesystem ausgestattet sein. Das Batteriesystem umfasst eine oder mehrere Batterien oder Batteriemodule. Jedes Batteriemodul enthält eine oder mehrere Batteriezellen.
KURZDARSTELLUNG
Ein System für ein elektrisches Fahrzeug umfasst ein Hysteresemodul, das dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten einer Batterie auf Grundlage eines gemessenen Stroms und einer jeweiligen Hysterese-Übergangsrate zu berechnen, einen Gesamthysteresezustand der Batterie auf Grundlage der Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten zu berechnen und eine Hysteresespannung der Batterie auf Grundlage des Gesamthysteresezustands zu berechnen, und ein Ladezustandsmodul, das dazu ausgelegt ist, einen Ladezustand (SoC) der Batterie teilweise auf Grundlage der Hysteresespannung zu berechnen.
Bei anderen Merkmalen ist das Hysteresemodul dazu ausgelegt, die mehreren Komponenten des Hysteresezustands auf Grundlage einer dem gemessenen Strom zugeordneten C-Rate zu berechnen. Das Hysteresemodul umfasst eine Vielzahl von Ratenmodulen, die dazu ausgelegt sind, die Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten auf Grundlage der Hystereseübergangsraten auszugeben. Die Vielzahl der Hysteresezustandskomponenten sind Übergangsvariablen. Das Hysteresemodul ist dazu ausgelegt, die Vielzahl von Hysteresekomponenten auf Grundlage verzögerter Ströme zu berechnen, die dem gemessenen Strom zugeordnet sind. Das Hysteresemodul ist dazu ausgelegt, die Vielzahl von Hysteresekomponenten auf Grundlage der den verzögerten Strömen zugeordneten jeweiligen Relaxationsfaktoren zu berechnen. Die Relaxationsfaktoren entsprechen der Relaxation der Hysteresespannung nach Beendigung des Ladens oder Entladens der Batterie. Die Relaxationsfaktoren sind Relaxationsgewichtungen.
Bei anderen Merkmalen ist das Hysteresemodul dazu ausgelegt, den Gesamthysteresezustand auf Grundlage einer gewichteten Summe der Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten zu berechnen. Das Hysteresemodul ist dazu ausgelegt, die gewichtete Summe auf Grundlage einer Vielzahl von Gewichtungsfaktoren zu berechnen, wobei eine Summe der Vielzahl von Gewichtungsfaktoren 1 ist. Das Hysteresemodul ist dazu ausgelegt, die Hysteresespannung ferner auf Grundlage eines Spannungsabstands zu berechnen. Das Hysteresemodul ist dazu ausgelegt, die Hysteresespannung auf Grundlage des Produkts des Hysteresezustands und des Spannungsabstands zu berechnen. Ein Fahrzeug enthält das System.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrzeugs umfasst das Berechnen einer Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten einer Batterie auf Grundlage eines gemessenen Stroms und einer jeweiligen Hysterese-Übergangsrate, das Berechnen eines Gesamthysteresezustands der Batterie auf Grundlage der Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten, das Berechnen einer Hysteresespannung der Batterie auf Grundlage des Gesamthysteresezustands. und das Berechnen eines Ladezustands (SoC) der Batterie teilweise auf Grundlage der Hysteresespannung.
Bei anderen Merkmalen umfasst das Verfahren ferner die Berechnung der Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten auf Grundlage einer C-Rate, die dem gemessenen Strom zugeordnet ist. Das Verfahren umfasst ferner die Berechnung der Vielzahl von Hysteresekomponenten auf Grundlage verzögerter Ströme, die mit dem gemessenen Strom verbunden sind. Das Verfahren umfasst ferner die Berechnung der Vielzahl von Hysteresekomponenten auf Grundlage der jeweiligen Relaxationsfaktoren, die den verzögerten Strömen zugeordnet sind. Die Relaxationsfaktoren entsprechen der Relaxation der Hysteresespannung nach Beendigung des Ladens oder Entladens der Batterie. Die Relaxationsfaktoren sind Relaxationsgewichtungen.
Bei anderen Merkmalen umfasst das Verfahren ferner die Berechnung des Gesamthysteresezustands auf Grundlage einer gewichteten Summe der Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten. Das Verfahren umfasst ferner die Berechnung der gewichteten Summe auf Grundlage einer Vielzahl von Gewichtungsfaktoren, wobei eine Summe der Vielzahl von Gewichtungsfaktoren 1 ist. Das Verfahren umfasst ferner die Berechnung der Hysteresespannung auf Grundlage eines Spannungsabstands.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen. Die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht dazu bestimmt, den Umfang der Offenbarung einzuschränken.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird anhand der detaillierten Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:

1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Batteriemanagementsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
3 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Batteriezustandsschätzungsmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
4 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften transienten Dynamikmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt,
5 veranschaulicht verschiedene Hystereseübergangsraten über eine Reihe von Spannungen und Ladezuständen gemäß der vorliegenden Offenbarung;
6 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Hysteresezustandsmoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
7 die Schritte eines beispielhaften Verfahrens zur Berechnung der Hysteresespannung einer Batterie gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.

In den Zeichnungen können Bezugszeichen wiederverwendet werden, um ähnliche und/oder identische Elemente zu kennzeichnen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Elektro- oder Hybridelektrofahrzeuge verfügen in der Regel über ein Batteriesystem, das aus einer oder mehreren wiederaufladbaren Batterien oder Batteriemodulen besteht, die jeweils eine Vielzahl von Batteriezellen enthalten (z. B. angeordnet in einem oder mehreren Batteriepacks). Ein Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht verschiedene Parameter des Batteriesystems und steuert dessen Betrieb. Die Batteriezellen enthalten zum Beispiel einen Fest- oder Flüssigelektrolyten, der zwischen einer Anode und einer Kathode der Batteriezelle angeordnet ist. Während der Lebensdauer der Batterie kann die Leistung der Batterie aufgrund eines oder mehrerer der folgenden Faktoren abnehmen: Austrocknen des Elektrolyts, chemische Veränderungen des Fest- oder Flüssigelektrolyts, Verlust von aktivem Lithium, Veränderungen der aktiven Materialien der Batteriezellen usw.
Das BMS kann dazu ausgelegt ist, einen Batteriezustand (z. B. einen Ladezustand (SOC)) des Batteriesystems zu berechnen. Beispielsweise kann das BMS ein Modul zur Schätzung des Batteriezustands enthalten (oder alternativ damit kommunizieren), das dazu ausgelegt ist, den SOC des Batteriesystems zu schätzen oder zu berechnen. Das Modul zur Schätzung des Batteriezustands kann den SOC auf Grundlage von Batterieeigenschaften schätzen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf gemessenen Strom, Temperatur, gemessene Klemmenspannung, eine von einem Batteriezustandsmodell vorhergesagte Spannung usw. Bei einigen Beispielen berechnet das Batteriezustandsmodell die vorhergesagte Spannung auf Grundlage (z. B. einer Summe) einer Leerlaufspannung, eines Hystereseabstands oder einer Hysterespannung und einer Überspannung.
Die Überspannung kann entsprechend einer Ersatzschaltung modelliert werden, so dass die Gesamtüberspannung die Summe der Spannungen an einem Widerstand und an einer Vielzahl von Widerstandskondensatorpaaren (RC) ist. Bei anderen Beispielen wird die Ersatzschaltung durch eine Reihe von Tiefpassfiltern ersetzt, die jeweils eine vorgegebene Zeitkonstante haben und verzögerte Versionen eines gemessenen Eingangsstroms (d. h. verzögerte Ströme) ausgeben. Der gemessene Eingangsstrom und jeder der verzögerten Ströme werden mit einem Widerstand multipliziert, um eine jeweilige Spannungskomponente zu bestimmen, und die jeweiligen Spannungskomponenten werden aufsummiert, um die gesamte Überspannung zu berechnen. Ein Beispiel für ein Überspannungsmodell, das auf einem verzögerten Strom basiert, ist in U.S. Patent Nr. 10,928,457 näher beschrieben, das hierin durch Bezugnahme in vollem Umfang aufgenommen ist.
Umgekehrt entspricht die Hysteresespannung einer Differenz zwischen einer Spannung während des langsamen Ladens (d. h. einer niedrigen C-Rate) und einer Spannung während des langsamen Entladens, die je nach SOC der Batterie, Temperatur, Batterietyp und -materialien usw. variieren kann. Für eine bestimmte gemessene Spannung (z. B. eine Leerlaufspannung (OCV)) der Batterie gibt es einen großen Bereich möglicher stabiler SoC-Werte für die Batterie, je nachdem, ob die Batterie zuletzt geladen oder entladen wurde. Dementsprechend kann die Hysteresespannung modelliert werden, um eine genaue Schätzung des SOC und anderer Batterieeigenschaften zu ermöglichen. Die Hysteresespannung ist in U.S. Patent Nr. 10,901,042 näher beschrieben, das hierin durch Bezugnahme in vollem Umfang aufgenommen ist.
Der Hystereseübergang entspricht einem Übergang von einer Seite des Hystereseabstand (z. B. einer Lade- oder Entladespannung) zur anderen Seite der Hystereseabstand (z. B. einer Entlade- oder Ladespannung). Dementsprechend entspricht eine Hysterese-Übergangsrate einer Rate, mit der die gemessene Spannung zwischen Lade- und Entladespannungen ansteigt oder abfällt (d. h. beim Wechsel zwischen Lade- und Entladezustand oder zwischen Entlade- und Ladezustand). Typischerweise wird die Hysteresespannung in Übereinstimmung mit einer zugehörigen Übergangsrate modelliert (z. B. mit einer gewöhnlichen Differentialgleichung (ODE) erster Ordnung).
Batteriemanagementsysteme und -verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung sind dazu ausgelegt, die Hysteresespannung unter Verwendung mehrerer Hystereseübergangsraten zu berechnen. So wird beispielsweise die Hysteresespannung entsprechend einer gewichteten Summe mehrerer Übergangsraten modelliert. Bei einigen Beispielen wird die Hysteresespannung außerdem auf Grundlage der Hystereserelaxation berechnet. Dementsprechend kann ein Batteriezustand in Übereinstimmung mit der Hysteresespannung der vorliegenden Offenbarung genauer bestimmt werden.
Obwohl die Grundsätze der vorliegenden Offenlegung hierin in Bezug auf Fahrzeugbatterien (z. B. wiederaufladbare Batterien für Elektro- oder Hybridfahrzeuge) beschrieben sind, können sie ebenfalls auf Batterien angewandt werden, die in anderen Anwendungen als Fahrzeugen eingesetzt werden.
Unter nun folgender Bezugnahme auf 1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugsystems 100 mit einem Batteriesatz oder -system 104 gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das Fahrzeugsystem 100 kann einem autonomen oder nicht autonomen Fahrzeug entsprechen. Das Fahrzeug kann ein Elektrofahrzeug sein (wie abgebildet). Bei anderen Beispielen können die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung in einem Hybrid-Elektrofahrzeug, einem Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug oder einer anderen Anwendungen als in Fahrzeugen eingesetzt werden.
Ein Fahrzeugsteuermodul 112 steuert verschiedene Funktionen des Fahrzeugsystems 100 (z. B. Beschleunigung, Bremsen usw.). Das Fahrzeugsteuermodul 112 kann z. B. mit einem Getriebesteuermodul 116 kommunizieren, um die Schaltvorgänge in einem Getriebe 120 zu koordinieren. Das Fahrzeugsteuermodul 112 kann z. B. mit dem Batteriesystem 104 kommunizieren, um den Betrieb eines Elektromotors 128 zu koordinieren. Während im Beispiel ein einziger Elektromotor vorgesehen ist, kann das Fahrzeug auch mehr als einen Elektromotor umfassen. Bei dem Elektromotor 128 kann es sich um einen Permanentmagnet-Elektromotor, einen Induktionsmotor oder einen anderen geeigneten Elektromotor handeln, der bei freier Drehung eine auf der gegenelektromagnetische Kraft (Gegen-EMK) basierende Spannung abgibt, wie z. B. ein Gleichstrom-Elektromotor oder ein Synchron-Elektromotor. Bei verschiedenen Ausführungen können verschiedene Funktionen des Fahrzeugsteuermoduls 112 und des Getriebesteuermoduls 116 in ein oder mehrere Module integriert sein.
Das Batteriesystem 104 legt elektrische Energie an den Elektromotor 128 an, um diesen zur Ausgabe eines positiven Drehmoments zu veranlassen. Beispielsweise kann das Fahrzeugsteuermodul 112 einen Wechselrichter oder ein Wechselrichtermodul (nicht dargestellt) enthalten, um die elektrische Energie aus dem Batteriesystem 104 auf den Elektromotor 128 zu übertragen. Der Elektromotor 128 kann das Drehmoment zum Beispiel an eine Eingangswelle des Getriebes 120, an eine Ausgangswelle des Getriebes 120 oder an eine andere Komponente ausgeben. Eine Kupplung 132 kann eingesetzt werden, um den Elektromotor 128 mit dem Getriebe 120 zu koppeln und um den Elektromotor 128 vom Getriebe 120 zu entkoppeln. Zwischen einem Ausgang des Elektromotors 128 und einem Eingang des Getriebes 120 können eine oder mehrere Getriebevorrichtungen eingesetzt werden, um ein oder mehrere vorbestimmte Übersetzungsverhältnisse zwischen der Drehung des Elektromotors 128 und der Drehung des Eingangs des Getriebes 120 zu schaffen.
Ein Batteriemanagementsystem (BMS) 136 ist dazu ausgelegt, die Funktionen des Batteriesystems 104 zu steuern, u. a. das Schalten einzelner Batteriemodule oder -zellen des Batteriesystems 104, die Überwachung von Betriebsparametern, die Diagnose von Fehlern usw. Das Batteriemanagementsystem 136 kann ferner dazu ausgelegt sein, mit einem Telematikmodul 140 zu kommunizieren.
Das Batteriemanagementsystem 136 gemäß der vorliegenden Offenbarung ist dazu ausgelegt, einen Batteriezustand (z. B. einschließlich eines Ladezustands (SOC)) einzelner Zellen des Batteriesystems 104 auf Grundlage eines Hysteresespannungsmodells zu berechnen, das mehrere Hystereseübergangsraten umfasst. Bei einigen Beispielen wird die Hysteresespannung außerdem auf Grundlage der Hystereserelaxation berechnet. So kann das Batteriemanagementsystem 136 beispielsweise ein Modul zur Schätzung des Batteriezustands enthalten (oder alternativ damit kommunizieren), das dazu ausgelegt ist, die Hysteresespannung zu schätzen oder zu berechnen (z. B. als Modell).
Unter nun folgender Bezugnahme auf 2 ist ein Beispiel für ein Batteriesystem 104 und ein Batteriemanagementsystem 136 näher beschrieben. Das Batteriesystem 104 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 200 und einen oder mehrere Sensoren 204 (z. B. für Spannung, Strom, Temperatur usw.). Das Batteriemanagementsystem 136 umfasst ein Messmodul 208, das die Messung von Werten auf der Ebene einer Batteriezelle und/oder eines Batteriepacks koordiniert. Beispiele für Werte sind Temperaturen T₁, T₂, ..., Spannungen V₁, V₂, ..., Ströme I₁, I₂, ..., Referenzspannungen V_ref1, V_ref2, ... usw. (z.B. entsprechend den jeweiligen Batteriezellen 200).
Ein Batteriezustandsmodul (SOH-Modul) 216 berechnet den Zustand des Batteriesystems 104 und/oder einzelner Batteriezellen 200. Ein Planungs- und Verlaufsmodul 220 plant die Prüfung der Batteriezellen 200 in vorbestimmten Zeiträumen (z. B. Betriebszeit, Zyklen usw.), in Reaktion auf vorbestimmte Ereignisse und/oder in Reaktion auf andere Faktoren und speichert historische Daten. Ein Batteriezustandsschätzungsmodul 224 bestimmt einen Zustand (z. B. den SOC) des Batteriesystems 104 und/oder der Batteriezellen 200. Das Batteriezustandsschätzungsmodul 224 gemäß der vorliegenden Offenbarung berechnet einen Batteriezustand des Batteriesystems 104 auf Grundlage eines Hysteresespannungsmodells, das mehrere Hystereseübergangsraten und, bei einigen Beispielen, eine Hystereserelaxation umfasst, wie nachstehend näher beschrieben. Obwohl das Batteriezustandsschätzungsmodul 224 innerhalb des Batterieverwaltungssystems 136 dargestellt ist, kann das Batteriezustandsschätzungsmodul 224 bei anderen Beispielen auch außerhalb des Batterieverwaltungssystems 136 liegen.
Der Kalibrierungsdatenspeicher 228 speichert Schwellenwerte, Parameter und/oder andere Daten im Zusammenhang mit der Kalibrierung des Batteriesystems. Ein Wärmemanagementmodul 232 kommuniziert mit einem Temperaturregler 236, um die Temperatur des Batteriesystems 104 zu regeln, z. B. durch Anpassung des Kühlmittelflusses, des Luftstroms und/oder anderer Parameter. Ein Leistungssteuerungsmodul 240 steuert einen Wechselrichter 244, der das Batteriesystem 104 mit einem oder mehreren Verbrauchern 248 (z. B. Fahrzeugverbrauchern) verbindet. Das Batteriemanagementsystem 136 kommuniziert über einen Fahrzeugdatenbus 252 mit einem Antriebssteuergerät 256, einem oder mehreren anderen Fahrzeugsteuergeräten 260 und/oder einem Telematiksteuergerät 264. Die oben beschriebenen Komponenten und Funktionen des Batteriemanagementsystems 136 sind nur beispielhaft dargestellt, und andere beispielhafte Batteriemanagementsysteme können verschiedene Module und zugehörige Funktionen umfassen oder nicht umfassen.
Unter nun folgender Bezugnahme auf 3 ist ein Beispiel für das Batteriezustandsschätzungsmodul 224 näher beschrieben. Das Batteriezustandsschätzungsmodul 224 umfasst ein Modul für transiente Dynamik 300, ein Modul 304 für den transienten Leistungszustand (SOP) und ein Modul 308 für den stationären SOC. Das Modul für den transienten SOP 304 und das Modul für den stationären SOC 308 empfangen vollständige Informationen über den Batteriezustand (berechnet teilweise unter Verwendung einer vorhergesagten Spannung), die vom Modul für transiente Dynamik 300 berechnet wurden, und berechnen einen transienten SOP bzw. einen stationären SOC auf Grundlage des Batteriezustands.
Beispielsweise implementiert das Modul für transiente Dynamik 300 ein Modell der transienten Dynamik (z. B. ein Modell der transienten Dynamik) und einen Kalman-Filter, der das Modell der transienten Dynamik auf Grundlage des tatsächlichen Batterieverhaltens aktualisiert und den Batteriezustand entsprechend berechnet und ausgibt. Das Modul für transiente Dynamik 300 empfängt beispielsweise Batteriemessungen wie Strom, Spannung und Temperatur, aktualisiert seine Schätzung des Batteriezustands anhand dieser Messungen und seiner vorherigen Schätzung des Batteriezustands und sagt die Batteriespannung anhand des transienten Dynamikmodells voraus. Bei einem Beispiel wird die Differenz zwischen einer vorhergesagten Spannung und einer gemessenen Spannung als Rückmeldungssignal verwendet, um die Schätzung des Batteriezustands zu korrigieren. Diese Korrektur wird als Produkt aus einer Korrekturmatrix und dem Rückmeldungssignal berechnet. Bei einem Beispiel handelt es sich bei der Korrekturmatrix um eine Kalman-Korrekturmatrix, die nach einem von mehreren Ansätzen berechnet werden kann, die dem Fachmann als Extended Kalman Filter, Sigma-Point Kalman Filter oder andere verwandte Varianten bekannt sind.
Das Modul für transiente Dynamik 300 ist ferner dazu ausgelegt, den Batteriezustand des Batteriesystems 104 unter Verwendung eines Hysteresespannungsmodells zu berechnen, das mehrere Hystereseübergangsraten und, bei einigen Beispielen, eine Hystereserelaxation gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung umfasst. Beispielsweise berechnet das dynamische Modell des Modul für transiente Dynamik 300 den SOC, den äquivalenten Konstantstrom, die Überspannung, die Hysteresespannung und die vorhergesagte Spannung auf Grundlage von Schätzungen oder Messungen 312, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Ströme, Temperaturen und/oder Spannungen der Batteriezellen 200.
Unter nun folgender Bezugnahme auf 4 ist ein Beispiel für das Modul für transiente Dynamik 300 näher beschrieben. Das Modul für transiente Dynamik 300 empfängt gemessene Batteriezellentemperaturen T und Ströme I und berechnet auf Grundlage der Temperatur und des Stroms den jeweiligen Ladezustand SOC (z. B. auf Grundlage einer Coulomb-Zählung, wobei x = SOC), die Leerlaufspannung VOC, die Hysteresespannung V_hys und die Überspannung V_over. Das Modul für transiente Dynamik 300 umfasst beispielsweise ein Hysteresemodul 400, das dazu ausgelegt ist, die Hysteresespannung nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung zu berechnen. Das Modul für transiente Dynamik 300 bestimmt eine vorhergesagte Spannung auf Grundlage der Leerlaufspannung, der Hysteresespannung und der Überspannung (z. B. auf Grundlage der Summe dieser Werte).
Der gemessene Strom wird beispielsweise einem Modul zur Berechnung des Ladezustands (z. B. einem Coulomb-Zähler 404) zur Verfügung gestellt, das dazu ausgelegt ist, den Stromverbrauch zu messen, um den Ladezustand der Batteriezelle zu berechnen. Der Strom I, der dem Coulomb-Zähler 404 zugeführt wird, wird durch die Kapazität Q dividiert (d. h. mit 1/Q multipliziert, wie in 406 gezeigt), um die Änderungsrate des SOC zu erhalten, die oft als C-Rate bezeichnet wird und Einheiten der reziproken Zeit hat. Der Coulomb-Zähler 404 integriert diese Änderungsrate, um den aktuellen SOC zu erhalten, der in 4 mit x bezeichnet ist. Die Leerlaufspannung wird als Funktion des SOC berechnet (z. B. mit Hilfe eines Leerlaufspannungsrechners 408, wobei VOC = OCV(x)) und dem Summierer 410 zur Verfügung gestellt.
Der Strom wird auch einem Hysteresezustandsmodul 412 des Hysteresemoduls 400 zugeführt, das einen Hysteresezustand berechnet, der einer Hysterese zwischen Lade- und Entladespannungen und mehreren Raten des Hystereseübergangs entspricht, wobei der Zustand für gleichmäßiges Laden +1 und für gleichmäßiges Entladen -1 ist und Zwischenwerte aufweist, wenn sich die Stromrichtung ändert. Der Hysteresezustand wird (z. B. mit dem Multiplikator 414) mit einem Ausgang eines Spannungsabstandsmoduls 416 multipliziert, das dazu ausgelegt ist, einen Spannungsabstand V_gap als Funktion aus Temperatur und SOC zu berechnen. Der Ausgang des Multiplikators 414 ist die Hysteresespannung V_hys, die dem Summierer 410 zugeführt wird.
Die Spannungsabstand entspricht einem halben Hystereabstand. Die zum Laden einer Batterie erforderliche Spannung ist größer als die Spannung, die bei der Entladung der Batterie zurückgewonnen wird. Dieser Unterschied ist bei schnellen Lade- und Entladevorgängen (d. h. bei großen Strömen) größer und bei langsamen Lade- und Entladevorgängen (d. h. bei kleinen Strömen) kleiner. Es kann jedoch vorkommen, dass bei sehr langsamen Lade- und Entladevorgängen die Differenz nicht auf Null sinkt. Eine Hystereseabstand ist die Differenz zwischen der Spannung, die zum langsamen Aufladen der Batterie erforderlich ist (eine Ladespannung), und der Spannung, die bei einer langsamen Entladung aus der Batterie zurückgewonnen wird (eine Entladespannung), die je nach Ladezustand, Temperatur, Batterietyp und -material usw. variieren kann. Wenn eine Batterie über einen längeren Zeitraum in einem Leerlaufzustand verbleibt, pendelt sich die Batteriespannung in der Regel in der Nähe eines Punktes ein, der auf halbem Wege zwischen der Ladespannung und der Entladespannung liegt, was einer Leerlaufspannung entspricht. Der Spannungsabstand kann in Abhängigkeit von der Leerlaufspannung, der Lade- oder Entladespannung und einer Überspannung berechnet werden. Das Produkt aus Hysteresezustand und Spannungsabstand ist die Hysteresespannung und wird dem Summierer 410 zugeführt.
Ein Modul zur Berechnung der Überspannung 420 ist dazu ausgelegt, auf Grundlage des gemessenen Stroms eine Überspannung zu berechnen. Bei einigen Beispielen berechnet das Modul zur Berechnung der Überspannung 420 verzögerte Ströme auf Grundlage des gemessenen Stroms und berechnet die Überspannung auf Grundlage der verzögerten Ströme, wie in U.S. Patent Nr. 10,928,457 beschrieben. Die Überspannung wird mit der Leerlaufspannung und der Hysteresespannung aufsummiert, um die vorhergesagte Spannung zu erhalten.
Während vorstehend der Begriff „gemessener Strom“ verwendet wird, ist in dem Beispiel in 4 das Signal, das in das Hysteresemodul 400, den Coulombzähler 404 und das Modul zur Berechnung des Überpotentials 420 eingegeben wird, als C-Rate (I/Q) dargestellt, die bei 406 berechnet wird. Bei diesem Beispiel ersetzt der Begriff C-Rate den Begriff „gemessener Strom“. Das Funktionsprinzip ist bei diesem Beispiel analog zu dem einer Berechnung, die Strom verwendet. Eine Formulierung mithilfe der C-Rate wird im Interesse der Skalenunabhängigkeit und einer natürlicheren Anpassung an die Schwächung der Batterie bevorzugt, wenn die Kapazität Q mit zunehmendem Alter und Nutzung der Batterie abnimmt.
5 veranschaulicht verschiedene Hystereseübergangsraten über eine Reihe von Spannungen und Ladezuständen. Eine beispielhafte Batteriespannung bei langsamer Aufladung ist bei 500 dargestellt. Umgekehrt ist eine beispielhafte Batteriespannung bei langsamer Entladung bei 504 dargestellt. Ein Abstand 508 (d. h. ein Abstand in vertikaler Richtung) zwischen der Ladespannung und der Entladespannung entspricht einem Hystereseabstand oder einer Hysterespannung. Bei diesem Beispiel wurde eine Batterie iterativ langsam geladen und langsam entladen, um Hystereseschleifen zu erzeugen. Durch langsames Laden und Entladen ist der Beitrag der Überspannung minimal, wobei „langsam“ bedeutet, dass Ströme verwendet werden, die einer C-Rate von 1/20h oder weniger entsprechen.
Beispielsweise wurde eine voll geladene Batterie 100% auf 80% teilentladen, von 80% auf 90% geladen und dann entladen, um eine Hystereseschleife 512 zu erzeugen. Die Batterie wurde von 90% auf 60% entladen, von 60% auf 70% geladen und dann entladen, um eine Hystereseschleife 516 zu erzeugen. Die Batterie wurde von 70% auf 40% entladen, von 40% auf 50% geladen und dann entladen, um eine Hystereseschleife 520 zu erzeugen. Die Batterie wurde von 50% auf 20% entladen, von 20% auf 30% geladen und dann entladen, um eine Hystereseschleife 524 zu erzeugen.
Jede Hystereseschleife hat eine Ladekurve und eine Entladekurve, wie für Schleife 512 als Kurven 528 bzw. 532 dargestellt. Wie gezeigt, kann jede Hystereseschleife unterschiedliche Lade- und Entladeübergangsraten haben. Außerdem kann jede der Lade- und Entladekurven dadurch gekennzeichnet sein, wie schnell sie sich der Komplettladekurve 500 bzw. der Komplettentladekurve 504 annähern. Der Zerfall der Differenz zwischen der Ladekurve 528 und der Komplettladekurve 500 kann als Summe exponentieller Zerfallsvorgänge modelliert werden, wobei jeder Zerfallsvorgang eine charakteristische Zerfallsrate hat, die als Hysterese-Übergangsrate bezeichnet wird. Der Zerfall der Differenz zwischen der Entladekurve 532 und der Komplettentladekurve 504 kann auf ähnliche Weise als Summe exponentieller Zerfallvorgänge modelliert werden, die jeweils eine charakteristische Hysterese-Übergangsrate haben. Dementsprechend wird die Modellierung der Hysteresespannung gemäß einer einzigen Hysterese-Übergangsrate möglicherweise nicht zu einer genauen Hysterese über einen gesamten Bereich möglicher Lade- und Entladespannungen und SoC führen.
Das Hysteresezustandsmodul 412 gemäß der vorliegenden Offenbarung modelliert die Hysteresespannung unter Verwendung mehrerer Hysterese-Übergangszustände, wobei jeder dieser Zustände eine charakteristische Hysterese-Übergangsrate aufweist. Beispielsweise kann das Hysteresezustandsmodul 412 mehrere Hysterese-Übergangszustände mit Übergangsraten ki (z.B. k₁, k₂, k₃, usw.) identifizieren und einbeziehen. Jedem Hysterese-Übergangszustand kann eine entsprechende Gewichtung zugeordnet werden. Beispielsweise kann der erste Hysteresezustand über einen gesamten Bereich von Spannungs- und/oder SoC-Werten und anderen Bedingungen (z. B. Temperatur) eine erste Übergangsrate k1 (z. B. 1 %) aufweisen, wobei dieser Zustand einen ersten Prozentsatz der gesamten Hysteresespannung (z. B. 66 %) beiträgt, während ein zweiter Hysteresezustand eine zweite Übergangsrate k2 (z. B. 15 %) aufweisen kann und einen zweiten Prozentsatz der gesamten Hysteresespannung (z. B. 34 %) beiträgt. Dementsprechend wird jeder Übergangsrate eine Gewichtung zugeordnet (z. B. 0,66 für k1 und 0,34 für k2). Das Hysteresezustandsmodul 412 ist dazu ausgelegt, einen Hysteresezustand auf Grundlage der Summe der gewichteten Übergangsraten zu berechnen, wie nachstehend näher beschrieben.
Unter nun folgender Bezugnahme auf 6 ist ein Beispiel für das Hysteresezustandsmodul 412 gemäß der vorliegenden Offenbarung näher beschrieben. Beispielsweise empfangen die Ratenmodule 600 den gemessenen Strom (oder, bei einigen Beispielen, eine C-Rate wie oben beschrieben) und wenden eine entsprechende Rate k auf den gemessenen Strom an, um entsprechende Hysteresezustandskomponenten zu erzeugen (z. B. die Übergangsvariablen ζ_i). Obwohl vier der Ratenmodule 600 gezeigt werden, um vier entsprechende Hysteresezustandskomponenten zu erzeugen (z. B. durch Anwendung der Raten k1-k4), können in anderen Beispielen mehr oder weniger Ratenmodule und entsprechende Raten verwendet werden. Jede Hysteresezustandskomponente kann auf Grundlage des gemessenen Stroms und einer entsprechenden Übergangsrate k (z. B. als Funktion der Spannung x und der Temperatur T) berechnet werden. Ein Beispiel: Jede Hysteresezustandskomponente ist eine Übergangsvariable, die gemäß $\begin{array}{l} k_{i} {\dot{ς}}_{i} = I - | I | ς_{i} berechnet wird, wobei {\dot{ς}}_{i} eine Zeitableitung der \ddot{U} bergangsva- \\ riablen ist . \end{array}$
Ein Gewichtungsmodul 604 empfängt die Hysteresezustandskomponenten und wendet einen entsprechenden Gewichtungsfaktor auf die Hysteresezustandskomponenten an (beispielsweise multipliziert es die Hysteresezustandskomponenten mit den entsprechenden Gewichtungsfaktoren 608) und gibt gewichtete Hysteresezustandskomponenten aus. Die gewichteten Hysteresezustandskomponenten werden aufsummiert (z. B. im Summierer 612), um eine gewichtete Summe zu bilden, die dem Gesamthysteresezustand entspricht.
Die Gewichtungsfaktoren 608 sind kalibrierte Gewichtungen, die so gewählt werden, dass ∑_i w_i (x, T) = 1 ist. Auf diese Weise ist der berechnete Hysteresezustand ein Hysteresezustand, der mehrere Hystereseraten des Übergangs k umfasst. Der Hysteresezustand wird mit dem Ausgang des Spannungsabstandsrechners 416 multipliziert, um die Hysteresespannung zu erzeugen.
Bei einigen Beispielen berechnet das Hysteresezustandsmodul 412 den Hysteresezustand außerdem auf Grundlage der Hystereserelaxation. Während der Lade- und Entladevorgänge bewegt sich die von einem Modell berechnete Hysteresespannung in Richtung der gegenüberliegenden Seite des oben beschriebenen Hystereseabstands 508 und kann relativ konstant sein, wenn sich die Batterie in einem Leerlaufzustand befindet. Wird die Batterie beispielsweise mit einem ersten, relativ hohen Strom geladen und dann in einen Leerlaufzustand geschaltet, entspannt sich die Hysterese um einen ersten Wert (d. h. sie pendelt sich ein). Wird die Batterie dagegen mit einem zweiten, relativ kleinen Strom (d. h. weniger als der erste Strom) geladen, so entspannt sich die Hysterese um einen zweiten Wert, der geringer ist als der erste Wert. Anders gesagt, die Hysterese entspannt sich in Abhängigkeit von der Größe des Ladestroms. Die Hysterese-Relaxation nach der Entladung ist ebenfalls von der Größe des Entladestroms abhängig.
Das Hysteresezustandsmodul 412 gemäß der vorliegenden Offenbarung berechnet den Hysteresezustand ferner auf Grundlage von Hystereserelaxationsfaktoren 616, die in Abhängigkeit vom Strom variieren. Das Hysteresezustandsmodul 412 ist beispielsweise dazu ausgelegt, den Hysteresezustand auf Grundlage eines Absolutwerts des Stroms und eines gewichteten Zeitdurchschnitts der letzten Stromwerte (z. B. verzögerte Ströme wie oben beschrieben) auszugeben.
Beispielsweise sind im Gegensatz zur obigen Gleichung 1 die Ratenmodule 600 dazu ausgelegt, die Übergangsvariablen nach $k_{i} {\dot{ς}}_{i} = I - ς_{i} \sqrt{s_{i 0} I^{2} + s_{i 1} u_{1}^{2} + \dots + s_{i n} u_{n}^{2} + ε_{i}^{2}}$
zu berechnen oder, als Variante, nach $k_{i} {\dot{ς}}_{i} = I - ς_{i} \sqrt{s_{i 0} I^{2} + s_{i 1} {(I - u_{1})}^{2} + \dots + s_{i n} {(I - u_{n})}^{2} + ε_{i}^{2}}$
wobei I der Strom (oder die C-Rate) ist, s_i0, ..., s_in die den verschiedenen verzögerten Strömen u_k zugeordneten Relaxationsgewichtungen sind und ε_i ein Zerfallparameter ist. Bei diesem Beispiel sind die Relaxationsgewichtungen und der Zerfallparameter jeweils positive Werte und können von SOC und Temperatur abhängig sein.
Wenn bei dem Beispiel von Gleichung 1 der gemessene Strom I gleich 0 ist (d. h. die Batterie befindet sich nicht im Lade- oder Entladezustand), sind die Ausgänge der Ratenmodule 600 ebenfalls gleich 0. Umgekehrt wirkt sich bei beispielhaften Gleichungen 2 oder 3 jeder der verzögerten Ströme und der entsprechenden Relaxationswerte auf den Ausgang der Gleichung aus, selbst wenn der Wert des gemessenen Stroms 0 ist. Anders gesagt, selbst wenn die Batterie vom Lade- oder Entladezustand in einen stationären Zustand übergeht und der Strom 0 ist, können die Ausgänge der Ratenmodule 600 in Übereinstimmung mit den jüngsten Stromwerten (d. h. den verzögerten Strömen) und ihren zugehörigen Relaxationsgewichten ungleich Null sein.
Unter nun folgender Bezugnahme auf 7 wird ein beispielhaftes Verfahren 700 (z. B. implementiert durch das Batterieverwaltungssystem 136, das Batterieschätzungsmodul 224, das Modul für transiente Dynamik 300 usw.) zur Berechnung der Hysteresespannung gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Bei 704 misst das Verfahren 700 eine oder mehrere Batteriebetriebseigenschaften, die auf die Hysteresespannung hinweisen, wie z. B. gemessener Strom, Spannung und Temperatur. Bei 708 berechnet das Verfahren 700 optional verzögerte Ströme auf Grundlage des gemessenen Stroms (z. B. für Beispiele, bei denen Relaxationsfaktoren verzögerter Ströme verwendet werden).
Bei 712 berechnet das Verfahren 700 eine Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten (z. B. Übergangsvariablen) auf Grundlage des gemessenen Stroms. Zum Beispiel werden die Übergangsvariablen in Übereinstimmung mit den jeweiligen Hystereseübergangsraten berechnet. Bei einigen Beispielen werden die Übergangsvariablen ferner auf Grundlage einer Vielzahl von Relaxationsgewichtungen berechnet, die den jeweiligen verzögerten Strömen zugewiesen werden, die bei 708 berechnet wurden.
Bei 716 berechnet das Verfahren 700 einen Gesamthysteresezustand auf Grundlage der Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten. Der Gesamthysteresezustand ist beispielsweise eine gewichtete Summe der Hysteresezustandskomponenten. Bei einem Beispiel berechnet das Verfahren 700 die gewichtete Summe auf Grundlage der jeweiligen Gewichtungsfaktoren, und die Summe der Gewichtungsfaktoren ist 1.
Bei 720 berechnet das Verfahren 700 die Überspannung der Hysteresespannung zum Teil auf Grundlage des Hysteresezustands. Beispielsweise berechnet das Verfahren 700 die Hysteresespannung auf Grundlage eines Produkts aus dem Hysteresezustand und eines Spannungsabstands, wie vorstehend in 4 beschrieben.
Die obige Beschreibung hat lediglich einen veranschaulichenden Charakter und soll in keiner Weise die Offenbarung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in einer ganzen Reihe von Formen umgesetzt werden. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Beispiele umfasst, sollte der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf dieselben beschränkt werden, da andere Änderungen nach dem Studieren der Zeichnungen, der Patentspezifikation und der folgenden Ansprüche deutlich werden. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Auch wenn die Ausgestaltungen oben jeweils als mit bestimmten Merkmalen versehen beschrieben sind, können ferner jedes einzelne oder mehrere dieser Merkmale, die in Bezug auf eine Ausgestaltung der Offenbarung beschrieben sind, mit Merkmalen jeder der anderen Ausgestaltungen umgesetzt und/oder mit denselben kombiniert werden, selbst wenn diese Kombination nicht ausdrücklich beschrieben ist. Mit anderen Worten schließen sich die beschriebenen Ausgestaltungen nicht gegenseitig aus, und ein Austausch einer oder mehrerer Ausgestaltungen untereinander bleibt im Rahmen dieser Offenbarung.
Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z.B. zwischen Modulen, Schaltungselementen, Halbleiterschichten usw.) werden mit verschiedenen Begriffen beschrieben, darunter „verbunden“, „in Eingriff stehend“, „gekoppelt“, „benachbart“, „neben“, „oben auf“, „über“, „unter“ und „angeordnet“. Wird eine Beziehung zwischen ersten und zweiten Elementen in der obigen Offenbarung nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben, kann diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen dazwischenliegenden Elemente zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind, aber auch eine indirekte Beziehung, bei der ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente (entweder räumlich oder funktionell) zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind. Wie hierin verwendet, sollte der Ausdruck „A, B und/oder C“ unter Verwendung einer nicht-exklusiven logischen ODER-Verknüpfung als logisch (A ODER-verknüpft mit B ODER-verknüpft mit C) ausgelegt werden und nicht als „wenigstens eines von A, wenigstens eines von B und wenigstens eines von C“ verstanden werden.
In den Figuren veranschaulicht die Richtung eines Pfeils, wie sie durch die Pfeilspitze angezeigt wird, im Allgemeinen den Informationsfluss (z.B. Daten oder Anweisungen), der für die Veranschaulichung von Interesse ist. Tauschen beispielsweise Element A und Element B eine Vielzahl von Informationen aus, die von Element A zu Element B übertragenen Informationen sind für die Veranschaulichung aber relevant, kann der Pfeil von Element A zu Element B zeigen. Dieser unidirektionale Pfeil bedeutet nicht, dass keine anderen Informationen von Element B zu Element A übertragen werden. Ferner kann Element B bei Informationen, die von Element A zu Element B gesendet werden, Anfragen oder Empfangsbestätigungen für die Informationen an Element A senden.
Bei dieser Anmeldung, die die nachfolgenden Definitionen umfasst, kann der Begriff „Modul“ oder der Begriff „Steuerung“ durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden Der Begriff „Modul“ kann sich auf Folgendes beziehen, Teil davon sein oder Folgendes umfassen: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine digitale, analoge oder gemischt analoge/digitale diskrete Schaltung, eine digitale, analoge oder gemischt analoge/digitale integrierte Schaltung, eine kombinatorische Logikschaltung, ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), eine Prozessorschaltung (gemeinsam, dediziert oder Gruppe), die Code ausführt, eine Speicherschaltung (gemeinsam, dediziert oder Gruppe), die von dem Prozessorschaltkreis ausgeführten Code speichert, andere geeignete Hardwarekomponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen, oder eine Kombination von einigen oder allen der oben genannten Komponenten, z.B. in einem Ein-Chip-System.
Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen umfassen. Bei einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen verdrahtete oder drahtlose Schnittstellen umfassen, die mit einem lokalen Netzwerk (LAN), dem Internet, einem Weitverkehrsnetz (WAN) oder Kombinationen davon verbunden sind. Die Funktionalität eines beliebigen gegebenen Moduls der vorliegenden Offenbarung kann auf mehrere Module verteilt sein, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind. Zum Beispiel können mehrere Module einen Lastausgleich ermöglichen. Bei einem weiteren Beispiel kann ein Server-Modul (auch als Remote- oder Cloud-Modul bezeichnet) einige Funktionen im Auftrag eines Client-Moduls ausführen.
Der Begriff „Code“, wie er oben verwendet wird, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode umfassen und sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff „gemeinsame Prozessorschaltung“ umfasst eine einzelne Prozessorschaltung, die Code von mehreren Modulen zum Teil oder in Gesamtheit ausführt. Der Begriff „Gruppenprozessorschaltung“ umfasst eine Prozessorschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Prozessorschaltungen Code von einem oder mehreren Modulen zum Teil oder in Gesamtheit ausführt. Verweise auf mehrere Prozessorschaltungen umfassen mehrere Prozessorschaltungen auf diskreten Chips, mehrere Prozessorschaltungen auf einem einzelnen Chip, mehrere Kerne einer einzelnen Prozessorschaltung, mehrere Threads einer einzelnen Prozessorschaltung oder eine Kombination davon. Der Begriff „gemeinsame Speicherschaltung“ umfasst eine einzelne Speicherschaltung, die Code von mehreren Modulen zum Teil oder in Gesamtheit speichert. Der Begriff „Gruppenspeicherschaltung“ umfasst eine Speicherschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Speichern Code von einem oder mehreren Modulen zum Teil oder in Gesamtheit speichert.
Der Begriff „Speicherschaltung“ ist eine Untermenge des Begriffs computerlesbares Medium. Der Begriff „computerlesbares Medium“, wie er hierin verwendet wird, umfasst keine transitorischen elektrischen oder elektromagnetischen Signale, die sich durch ein Medium (z.B. auf einer Trägerwelle) ausbreiten; der Begriff „computerlesbares Medium“ kann daher als greifbar und nicht transitorisch betrachtet werden. Nicht einschränkende Beispiele für ein nicht transitorisches, greifbares, computerlesbares Medium sind nichtflüchtige Speicherschaltungen (z.B. eine Flash-Speicherschaltung, eine löschbare, programmierbare Festwertspeicherschaltung oder eine Maskenfestwertspeicherschaltung), flüchtige Speicherschaltungen (z.B. eine statische Direktzugriffsspeicherschaltung oder eine dynamische Direktzugriffsspeicherschaltung), magnetische Speichermedien (z.B. ein analoges oder digitales Magnetband oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Speichermedien (z.B. eine CD, eine DVD oder eine Blu-ray Disc).
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig von einem Spezialcomputer implementiert werden, der dadurch erstellt wird, dass ein Allzweckcomputer so konfiguriert wird, dass er eine oder mehrere bestimmte, in Computerprogrammen enthaltene Funktionen ausführt. Die oben beschriebenen Funktionsblöcke, Flussdiagrammkomponenten und andere Elemente dienen als Softwarespezifikationen, die durch die Routinearbeit eines erfahrenen Technikers oder Programmierers in die Computerprogramme übersetzt werden können.
Die Computerprogramme umfassen prozessorausführbare Anweisungen, die auf wenigstens einem nicht transitorischen, konkreten, computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten umfassen oder auf diesen beruhen. Die Computerprogramme können ein Basic-Input/- Output-System (BIOS), das mit der Hardware des Spezialcomputers zusammenwirkt, Gerätetreiber, die mit bestimmten Geräten des Spezialcomputers zusammenwirken, ein oder mehrere Betriebssysteme, Benutzeranwendungen, Hintergrunddienste, Hintergrundanwendungen usw. umfassen.
Die Computerprogramme können umfassen: (i) beschreibenden Text, der zu parsen ist, z.B. HTML (Hypertext Markup Language), XML (Extensible Markup Language) oder JSON (JavaScript Object Notation), (ii) Assembler-Code, (iii) Objektcode, der von einem Compiler aus dem Quellcode erzeugt wird, (iv) Quellcode zur Ausführung durch einen Interpreter, (v) Quellcode zur Kompilierung und Ausführung durch einen Just-in-Time-Compiler usw. Nur zum Beispiel kann Quellcode mit der Syntax von Sprachen geschrieben werden, die C, C++, C#, Objective-C, Swift, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5 (Hypertext Markup Language 5th Revision), Ada, ASP (Active Server Pages), PHP (PHP: Hypertext Preprocessor), Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua, MATLAB, SIMULINK und Python® umfassen.

Claims

System für ein elektrisches Fahrzeug, wobei das System umfasst: ein Hysteresemodul, das dazu ausgelegt ist, eine Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten einer Batterie auf Grundlage eines gemessenen Stroms zu berechnen, wobei das Hysteresemodul jede der Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten auf Grundlage einer jeweiligen Hysterese-Übergangsrate berechnet, einen Gesamthysteresezustand der Batterie auf Grundlage der Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten zu berechnen, und eine Hysteresespannung der Batterie auf Grundlage des Gesamthysteresezustands zu berechnen; und ein Ladezustandsmodul (SoC), das dazu ausgelegt ist, einen SoC-Wert der Batterie teilweise auf Grundlage der Hysteresespannung zu berechnen.
System nach Anspruch 1, wobei das Hysteresemodul eine Vielzahl von Ratenmodulen umfasst, die dazu ausgelegt sind, die Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten auf Grundlage der Hystereseübergangsraten auszugeben.
System nach Anspruch 2, wobei die Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten Übergangsvariablen sind.
System nach Anspruch 1, wobei das Hysteresemodul dazu ausgelegt ist, die mehreren Hysteresekomponenten auf Grundlage von mindestens einer dem gemessenen Strom zugeordneten C-Rate und dem gemessenen Strom zugeordneten verzögerten Strömen zu berechnen.
System nach Anspruch 4, wobei das Hysteresemodul dazu ausgelegt ist, die Vielzahl von Hysteresekomponenten auf Grundlage der den verzögerten Strömen zugeordneten jeweiligen Relaxationsfaktoren zu berechnen, wobei die Relaxationsfaktoren der Relaxation der Hysteresespannung nach Beendigung des Ladens oder Entladens der Batterie entsprechen.
System nach Anspruch 1, wobei das Hysteresemodul dazu ausgelegt ist, den Gesamthysteresezustand auf Grundlage einer gewichteten Summe der mehreren Hysteresezustandskomponenten zu berechnen.
System nach Anspruch 6, wobei das Hysteresemodul dazu ausgelegt ist, die gewichtete Summe auf Grundlage einer Vielzahl von Gewichtungsfaktoren zu berechnen, und wobei eine Summe der Vielzahl von Gewichtungsfaktoren 1 ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Hysteresemodul dazu ausgelegt ist, die Hysteresespannung weiterhin auf Grundlage einer Spannungsabstand zu berechnen.
System nach Anspruch 8, wobei das Hysteresemodul dazu ausgelegt ist, die Hysteresespannung auf Grundlage eines Produkts aus dem Hysteresezustand und dem Spannungsabstand zu berechnen.
Verfahren zum Betrieb eines Elektrofahrzeugs, wobei das Verfahren umfasst: Berechnen einer Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten einer Batterie auf Grundlage eines gemessenen Stroms und einer entsprechenden Hysterese-Übergangsrate; Berechnen eines Gesamthysteresezustands der Batterie auf Grundlage der Vielzahl von Hysteresezustandskomponenten; Berechnen einer Hysteresespannung der Batterie auf Grundlage des Gesamthysteresezustands; und Berechnen eines SoC der Batterie, teilweise auf Grundlage der Hysteresespannung.