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HINWEIS BEZÜGLICH STAATLICH GEFÖRDERTER FORSCHUNG
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Die vorliegende Erfindung erfolgte mit staatlicher Hilfe unter ARPA-E-Vergabe Nr. DE-AR0000278, vergeben vom US Department of Energy. Die US-Regierung hat bestimmte Rechte an der Erfindung.
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GEBIET
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Die Erfindung betrifft allgemein Batterien und insbesondere das Verwalten des Betriebs einer Batterie.
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HINTERGRUND
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Wiederaufladbare Lithiumbatterien sind attraktive Energiespeichereinrichtungen für portable elektrische und elektronische Einrichtungen und Elektro- und Hybrid-Elektrofahrzeuge aufgrund ihrer hohen spezifischen Energie im Vergleich zu anderen elektrochemischen Energiespeichereinrichtungen. Eine typische Lithiumzelle enthält eine negative Elektrode, eine positive Elektrode und ein Trennglied, das sich zwischen der negativen und positiven Elektrode befindet. Beide Elektroden enthalten aktive Materialien, die reversibel mit Lithium reagieren. In manchen Fällen kann die negative Elektrode Lithiummetall beinhalten, das reversibel elektrochemisch aufgelöst und abgeschieden werden kann. Das Trennglied enthält ein Elektrolyt mit einem Lithiumkation und dient als eine physische Barriere zwischen den Elektroden, sodass keine der Elektroden innerhalb der Zelle elektrisch verbunden ist.
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Typischerweise werden während des Ladens Elektronen an der positiven Elektrode erzeugt und eine gleiche Menge an Elektronen an der negativen Elektrode verbraucht. Während des Entladens finden entgegengesetzte Reaktionen statt.
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Während wiederholter Lade-/Entladezyklen der Batterie treten unerwünschte Nebenreaktionen auf. Diese unerwünschten Nebenreaktionen führen zur Verringerung der Kapazität der Batterie, Leistung bereitzustellen und zu speichern.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Batterieverwaltungssystem kann verwendet werden, um den Betrieb der Batterie zu regeln, wenn sich die Bedingung der Batterie mit der Zeit ändert. Das Batterieverwaltungssystem setzt ein mathematisches Modell der Batterie ein, um den Batteriebetrieb effizient zu verwalten. Das Modellieren einer Batterie kann jedoch komplexe mathematische Modelle beinhalten, die rechnerisch kostspielig zu verarbeiten sind. Um die auf das Batterieverwaltungssystem platzierte Rechenlast zu verringern (und dadurch die Kosten und Komplexität der Hardwarematerialien zu verringern, die benötigt werden, um das Batterieverwaltungssystem zu implementieren), können die Identifikation und Berechnung der verschiedenen Zustände und Parameter der Modelle zwischen einem lokalen Batterieverwaltungssystem und einem entfernten Berechnungssystem verteilt werden.
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Eine Kurzdarstellung gewisser vorliegend offenbarter Ausführungsformen ist im Folgenden dargelegt. Es sollte verstanden werden, dass diese Aspekte lediglich präsentiert sind, um dem Leser eine kurze Kurzfassung dieser gewissen Ausführungsformen zu geben und dass diese Aspekte nicht dafür gedacht sind, den Schutzumfang dieser Offenbarung zu beschränken. Tatsächlich kann diese Offenbarung eine Vielfalt von Aspekten einschließen, die im Folgenden möglicherweise nicht dargelegt wird.
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Ausführungsformen der Offenbarung beziehen sich auf ein Batteriesystem, umfassend einen Prozessor und einen Speicher, der Anweisungen speichert, die bei Ausführung durch den Prozessor das Batteriesystem zu Folgendem veranlassen: Bestimmen, basierend auf einer Ausgabe eines Sensors, von mindestens einer gemessenen Charakteristik einer Batterie; Übertragen der mindestens einen gemessenen Charakteristik vom Batteriesystem zu einem entfernten Verarbeitungssystem, Empfangen, durch das Batteriesystem vom entfernten Verarbeitungssystem, von mindestens einem Parameterwert, der durch das entfernte Verarbeitungssystem basierend auf der mindestens einen gemessenen Charakteristik und unter Verwendung eines physikbasierten Batteriemodells berechnet wird, wobei der mindestens eine Parameterwert eine physikalische Bedingung der Batterie angibt; Berechnen, durch das Batteriesystem, eines Werts, der einen Zustand der Batterie angibt, basierend auf dem mindestens einen Parameter, der vom entfernten Verarbeitungssystem empfangen wird; und Regeln des Betriebs der Batterie basierend auf dem berechneten Zustand der Batterie.
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Eine andere Ausführungsform beinhaltet ein Batterienetzwerk, umfassend einen Prozessor und einen Speicher, der Anweisungen speichert, die bei Ausführung durch den Prozessor das Batterienetzwerk zu Folgendem veranlassen: Empfangen von mindestens einem Parameter von mindestens einem Batteriesystem zu einer ersten Zeit; Empfangen von mindestens einem Parameter von mindestens einem Batteriesystem zu einer zweiten Zeit; Bestimmen einer Norm basierend auf dem mindestens einen Parameter zu der ersten Zeit und dem mindestens einen Parameter zu der zweiten Zeit; und Identifizieren eines Fehlers in einem Batteriesystem basierend auf dem mindestens einem Parameter des Batteriesystems und der Norm.
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Die Einzelheiten eines oder mehrerer Merkmale, eines oder mehrerer Aspekte, einer oder mehrerer Implementierungen, und eines oder mehrerer Vorteile dieser Offenbarung sind in den folgenden begleitenden Zeichnungen, der ausführlichen Beschreibung und den Ansprüchen dargelegt.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockdiagramm eines Batteriesystems, das einen lokalen Batteriezustandsschätzer und einen entfernten Parameterschätzer anwendet, gemäß manchen Ausführungsformen.
- 2 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Schätzen der Zustände und Parameter eines Batteriesystems gemäß manchen Ausführungsformen veranschaulicht.
- 3 ist ein Blockdiagramm eines Batteriesystems, das eine lokale Batteriezustands- und Parameterschätzung und eine entfernte Parameterschätzung und -verifizierung anwendet, gemäß manchen Ausführungsformen.
- 4 ist ein Blockdiagramm eines Batterienetzwerks, das Daten von mehreren Batteriesystemen aggregiert und eine diagnostische Unterstützung an vernetzte Batteriesysteme bereitstellt, gemäß manchen Ausführungsformen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen werden im Folgenden beschrieben. Verschiedene Modifikationen an den beschriebenen Ausführungsformen sind Fachleuten auf dem Gebiet leicht erkenntlich und die allgemeinen vorliegend definierten Prinzipien können bei anderen Ausführungsformen und Anwendungen angewendet werden, ohne vom Gedanken und Schutzumfang der beschriebenen Ausführungsformen abzuweichen. Somit sind die beschriebenen Ausführungsformen nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern sollen den breitesten Umfang, der mit den vorliegend offenbarten Prinzipien und Merkmalen konsistent ist, gewährt werden.
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Eine Ausführungsform eines Batteriesystems 100 ist in 1 dargestellt. Das Batteriesystem 100 beinhaltet eine mit Leistung versorgte Einrichtung 102 (z. B. ein Personenfahrzeug, eine elektronische Verbrauchereinrichtung, ein Haus usw.), die eine Batterie 110 aufweist, die kommunikativ mit einem lokalen Batterieverwaltungssystem (BMS) 104 verbunden ist. Bei einem Beispiel ist das Batterieverwaltungssystem 104 über elektrische Verbindungen (z. B. Drähte) elektrisch mit der Batterie 110 verbunden. Bei einem anderen Beispiel kann das Batterieverwaltungssystem 104 über ein Drahtloskommunikationsnetz drahtlos mit der Batterie 110 verbunden sein. Das lokale Batterieverwaltungssystem 104 beinhaltet einen lokalen Speicher 120, einen Zustandsschätzer 130 und eine Batteriesteuerung 140. Das Batterieverwaltungssystem 104 kann separat konfigurierte Komponenten beinhalten, zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen Speicher und Eingabe-/Ausgabekomponenten oder kann einen Mikrocontroller (mit einem Speicher und Eingabe-/Ausgabekomponenten auf einem einzigen Chip oder innerhalb eines einzigen Gehäuses) und Kombinationen davon beinhalten.
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Das Batterieverwaltungssystem 104 kann auch unter Verwendung anderer Komponenten oder Kombinationen von Komponenten implementiert werden, einschließlich zum Beispiel eines Digitalsignalprozessors (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), eines feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGA) oder eines anderen Schaltkreises. In Abhängigkeit von der gewünschten Konfiguration kann der Prozessor eine oder mehrere Caching-Ebenen, wie etwa einen Ebenen-Cache-Speicher, einen oder mehrere Prozessorkerne und Register beinhalten. Der beispielhafte Prozessorkern kann eine arithmetische Logikeinheit (ALU), eine Gleitkommaeinheit (FPU) oder eine beliebige Kombination davon beinhalten. Das Batterieverwaltungssystem 104 kann auch eine Benutzerschnittstelle und eine Kommunikationsschnittstelle beinhalten und andere computerimplementierte Einrichtungen zum Durchführen von vorliegend nicht definierten Merkmalen können in das System integriert werden. In manchen Beispielen kann das Batterieverwaltungssystem 104 andere computerimplementierte Einrichtungen beinhalten, wie etwa eine Kommunikationsschnittstelle, eine Benutzerschnittstelle, eine Netzkommunikationsverbindung und einen Schnittstellenbus zum Ermöglichen einer Kommunikation zwischen verschiedenen Schnittstelleneinrichtungen, computerimplementierten Einrichtungen und einer oder mehreren Peripherieschnittstellen zum Mikroprozessor.
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Bei dem Beispiel von 1 speichert der Speicher 120 des Batterieverwaltungssystems 104 computerlesbare Anweisungen, die, wenn sie durch den elektronischen Prozessor des Batterieverwaltungssystems 104 ausgeführt werden, den Zustandsschätzer 130 und die Batteriesteuerung 140 des Batterieverwaltungssystems 104 dazu veranlassen, die Leistungsfähigkeit verschiedener Funktionen oder Verfahren, die dem Batterieverwaltungssystem 104 vorliegend zugeschrieben sind, durchzuführen oder zu steuern (z. B. Berechnen eines geschätzten Zustands des Batteriesystems, Regeln des Betriebs des Batteriesystems, Detektieren eines internen Kurzschlusses aus einer Dendritbildung). Der Speicher 120 kann beliebige flüchtige, nicht flüchtige, unbeständige, beständige, magnetische, optische oder elektrische Medien beinhalten, wie etwa einen Direktzugriffsspeicher (RAM), Nurlesespeicher (ROM), nicht flüchtigen RAM (NVRAM), elektrisch löschbaren programmierbaren ROM (EEPROM), Flash-Speicher oder beliebige andere digitale oder analoge Medien. Die Funktionen, die dem Batterieverwaltungssystem 104 vorliegend zugeschrieben sind - genauer gesagt, der Zustandsschätzer 130 und die Batteriesteuerung 140, können als auf einem elektronischen Prozessor des Batterieverwaltungssystems 104 ausgeführte Software, Firmware, Hardware oder eine beliebige Kombination davon umgesetzt sein. In den obigen Beispielen kann das Batterieverwaltungssystem 104 dazu ausgelegt sein, die Daten von verschiedenen Quellen (z. B. der Batterie 110, dem Parameterschätzer 160 usw.) zu empfangen und die Daten zu einer elektronischen Einrichtung zur Anzeige als ein von einem Menschen lesbares Format zu senden. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann ein zellulares Telefon, ein Tablet, ein PDA (Personal Digital Assistant), ein Laptop, ein Computer, eine tragbare Einrichtung oder eine andere geeignete Datenverarbeitungseinrichtung sein. Das Netz kann ein Cloud-Computing-Netz, ein Server, ein Drahtlosnetz (WAN), ein Lokalnetz (LAN), ein fahrzeuginternes Netz oder ein anderes geeignetes Netz sein.
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Das lokale Batterieverwaltungssystem 104 ist kommunikativ mit einem entfernten Parameterschätzer 160 verbunden. Der entfernte Parameterschätzer 160 kann zum Beispiel einen Mainframe, einen Server, einen Desktop-Computer, ein Tablet, ein Smartphone oder eine andere Einrichtung beinhalten, die einen Mikroprozessor, einen Speicher, Eingabe-/Ausgabekomponenten und/oder Kommunikationskomponenten und Kombinationen davon umfasst.
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Der entfernte Parameterschätzer 160 kann auch unter Verwendung anderer Komponenten oder Kombinationen von Komponenten implementiert werden, einschließlich zum Beispiel eines Digitalsignalprozessors (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), eines feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGA) oder eines anderen Schaltkreises. In Abhängigkeit von der gewünschten Konfiguration kann der Prozessor des Parameterschätzers 160 eine oder mehrere Caching-Ebenen, wie etwa einen Ebenen-Cache-Speicher, einen oder mehrere Prozessorkerne und Register beinhalten. Der beispielhafte Prozessorkern kann eine arithmetische Logikeinheit (ALU), eine Gleitkommaeinheit (FPU) oder eine beliebige Kombination davon beinhalten. Der entfernte Parameterschätzer 160 kann auch eine Benutzerschnittstelle und eine Kommunikationsschnittstelle beinhalten und andere computerimplementierte Einrichtungen zum Durchführen von vorliegend nicht definierten Merkmalen können in das System integriert werden. Bei manchen Beispielen kann der entfernte Parameterschätzer 160 andere computerimplementierte Einrichtungen beinhalten, wie etwa eine Kommunikationsschnittstelle, eine Benutzerschnittstelle, eine Netzkommunikationsverbindung und einen Schnittstellenbus zum Ermöglichen einer Kommunikation zwischen verschiedenen Schnittstelleneinrichtungen, computerimplementierten Einrichtungen und einer oder mehreren Peripherieschnittstellen zum Mikroprozessor.
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Bei dem Beispiel von 1 beinhaltet der Parameterschätzer 160 einen Speicher, der computerlesbare Anweisungen speichert, die, wenn sie durch den elektronischen Prozessor des Parameterschätzers 160 ausgeführt werden, den Parameterschätzer 160 dazu veranlassen, die Leistungsfähigkeit verschiedener Funktionen oder Verfahren, die dem Parameterschätzer 160 vorliegend zugeschrieben sind, durchzuführen oder zu steuern (z. B. Berechnen eines Parameters des Batteriesystems). Der Speicher des Parameterschätzers 160 kann beliebige flüchtige, nicht flüchtige, unbeständige, beständige, magnetische, optische oder elektrische Medien beinhalten, wie etwa einen Direktzugriffsspeicher (RAM), Nurlesespeicher (ROM), nicht flüchtigen RAM (NVRAM), elektrisch löschbaren programmierbaren ROM (EEPROM), Flash-Speicher oder beliebige andere digitale oder analoge Medien. Die dem Parameterschätzer 160 vorliegend zugeschriebenen Funktionen können als Software, Firmware, Hardware oder eine beliebige Kombination davon umgesetzt sein. In den obigen Beispielen kann der Parameterschätzer 160 dazu ausgelegt sein, Daten von verschiedenen Quellen (z. B. der Batterie 110, dem Zustandsschätzer 130 usw.) zu empfangen und die Daten zu einer elektronischen Einrichtung zur Anzeige als ein von einem Menschen lesbares Format zu senden. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann ein zellulares Telefon, ein Tablet, ein PDA (Personal Digital Assistant), ein Laptop, ein Computer, eine tragbare Einrichtung oder eine andere geeignete Datenverarbeitungseinrichtung sein. Das Netz kann ein Cloud-Computing-Netz, ein Server, ein Drahtlosnetz (WAN), ein Lokalnetz (LAN), ein fahrzeuginternes Netz oder ein anderes geeignetes Netz sein.
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Verschiedene Modelle sind entwickelt worden, um die elektrochemischen Reaktionen zu modellieren, die innerhalb der Batterie 110 stattfinden. Ein Beispiel wurde durch Füller, Doyle und Newman, das (Newman-Modell), (J. Electrochem. Soc., Band 141, Nr. 1, Januar 1994, Seiten 1-10) entwickelt, dessen Inhalt in seiner Gesamtheit unter Bezugnahme aufgenommen wird. Das Newman-Modell liefert ein mathematisches Modell, das zum Schätzen der elektrochemischen Prozesse, die innerhalb der Batterie 110 stattfinden, basierend auf den gemessenen Charakteristiken verwendet werden kann.
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Physikbasierte elektrochemische Modelle, wie etwa das Newman-Modell, können zahlreiche gewöhnliche und partielle Differentialgleichungen beinhalten, um das Verhalten der verschiedenen Parameter innerhalb der Batterie 110 zu beschreiben - insbesondere von Parametern bezüglich der chemischen Zusammensetzung der Batterie selbst. Das Newman-Modell modelliert akkurat viele tatsächliche physikalische Prozesse, die in Li-Ionen-Batterien stattfinden. Das vollständige Newman-Modell ist jedoch extrem komplex und erfordert, dass eine große Anzahl von potenziell nicht messbaren physikalischen Parametern identifiziert wird. Die Identifizierung einer derartigen großen Menge von Parametern, die an der nichtlinearen PDE und den DAEs beteiligt sind, ist rechenintensiv. Die US-Anmeldungen mit der Nr. 15/010,873, 15/011,148 und 15/011,118, deren gesamte Inhalte hiermit unter Bezugnahme aufgenommen werden, besprechen verschiedene mathematische Modelle zum Schätzen der Ergebnisse der verschiedenen Modelle.
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Manche Aspekte der Berechnungen, die zum Modellieren von Batteriezuständen und Parametern verwendet werden, sind relativ weniger rechnerisch komplex. Um die auf das lokale Batterieverwaltungssystem 104 platzierte Rechenlast zu verringern (und dadurch die Kosten und Komplexität der Hardwarematerialien zu verringern, die benötigt werden, um das lokale Batterieverwaltungssystem zu implementieren), können die Identifikation und Berechnung der verschiedenen Zustände und Parameter des Modells zwischen dem lokalen Batterieverwaltungssystem 104 und einem entfernten Berechnungssystem (d. h. dem Parameterschätzer 160) verteilt werden.
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Des Weiteren beinhalten die Mengen von Ausgaben aus dem elektrochemischen Modell über den Zustandsschätzer 130 und den Parameterschätzer 160 Schätzungen von sowohl schnell variierenden Zuständen der Batterie 110 als auch Schätzungen von langsam variierenden Parametern der Batterie 110. Die Zustands- und Parameterschätzungsalgorithmen der Batterie 110 können aufgrund der unterschiedlichen Zeitskalen, über die sie sich ändern, getrennt werden. Die Parameter können entfernt (z. B. in der Cloud) anstatt auf dem lokalen Batterieverwaltungssystem 104 geschätzt werden, was die Verwendung von akkurateren, aber rechenintensiven Modellen zur Parameterschätzung ermöglicht, als normalerweise auf dem lokalen Batterieverwaltungssystem ausgeführt werden würden. Ein entfernter Parameterschätzer 160 kann auch eine Parameterschätzung basierend auf einer längeren Chronik von Messungen (z. B. aufgrund von erhöhter Speicher- und Rechenkapazität) im Vergleich zu einem lokalen System ermöglichen. Der Parameterschätzer 160 kann auch mehrere unterschiedliche Algorithmen zum Schätzen der Parameter ausführen, wodurch eine Robustheit der Ergebnisse gewährleistet wird.
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Die gemäß dem Modell durch den Parameterschätzer 160 berechneten Parameter werden als periodische Aktualisierungen basierend auf der zutreffenden Berechnungszeitskala vom Parameterschätzer 160 zum Zustandsschätzer 130 des Batterieverwaltungssystems 104 gesendet, wo sie zum Regeln des Batteriebetriebs und als Eingaben in den Zustandsschätzer 130 verwendet werden. Zwischen den Aktualisierungen verwendet das Batterieverwaltungssystem 104 die jüngste Parametermenge, die vom Parameterschätzer 160 empfangen wird, beim Steuern von gewissen Funktionen der Batterie und beim Berechnen von geschätzten Batteriezuständen. Die Dauer der Zeit zwischen Aktualisierungen kann basierend darauf, wie schnell sich die Parameter voraussichtlich ändern, basierend auf der Verfügbarkeit einer Fernverbindung, sowie der Komplexität der Schätzungsalgorithmen eingestellt werden.
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Die Menge von Ausgaben aus dem elektrochemischen Modell über den Zustandsschätzer 130 und den Parameterschätzer 160 beinhaltet Schätzungen von sowohl schnell variierenden Zuständen der Batterie 110 als auch Schätzungen von langsam variierenden Parametern der Batterie 110. Bei manchen Ausführungsformen verwendet das mathematische Modell eine Kombination der Zustände der Batterie 110 und von gegenwärtigen Eingaben, um die Ausgabe der Batterie 110 vorherzusagen. Zustände einer Batteriezelle können zum Beispiel den Ladezustand, den Grad an Lithiierung (einer Lithiumbatterie) und die Hysteresepegel der Batterie beinhalten. Parameter der Batterie 110 variieren typischerweise langsamer mit der Zeit als die Zustände der Batterie 110. Zusätzlich dazu wird ein Parameter möglicherweise nicht dafür benötigt, dass das Modell die gegenwärtige Ausgabe der Batterie 110 vorhersagt. Stattdessen betrifft die Kenntnis über die Parameter der Batterie 110, die der Gesundheitszustand der Batterie genannt werden können, die Langzeitarbeitsweise der Batterie 110. Beispielsweise die Arbeitsweise der Batterie 110 über einen oder mehrere Lade-/Entladezyklen. Zusätzlich dazu umfassen manche Ausführungsformen Parameter, die nicht direkt aus der Messung der gegenwärtigen Charakteristiken der Batterie 110 (z. B. Spannung, Strom, Widerstand, Leistung, Temperatur und Kombinationen davon) bestimmt werden können. Beispiele für Parameter der Batterie 110 beinhalten die maximale Leistungskapazität, den internen Widerstand, Volumenanteile von aktiven Materialien usw.
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Mit einer akkuraten Schätzung der Zustände und Parameter einer Batterie 110 ist das Batterieverwaltungssystem 104 in der Lage, den Betrieb der Batterie 110 derart zu regeln, dass die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit der Batterie 110 verbessert wird. Durch das Minimieren der Veränderung in den Parametern der Batterie 110 kann das Batterieverwaltungssystem 104 zum Beispiel ermöglichen, dass die Batterie 110 eine erhöhte Anzahl von Lade-/Entladezyklen vor ihrem Austausch durchläuft. Bei manchen Ausführungsformen kann das Batterieverwaltungssystem 104 die Ladung der Batterie 110 regeln, um die effiziente Interkalation der oxidierbaren Spezies anstatt einer Ablagerung auf der Oberfläche der Elektrode zu ermöglichen. Dies kann die Bildung von Dendriten minimieren, wodurch die Möglichkeit der Bildung eines internen Kurzschlusses innerhalb der Batterie 110 beschränkt wird. Bei anderen Ausführungsformen kann das Batterieverwaltungssystem 104 die Entladung der Batterie 110 regeln, um zum Beispiel die maximale Gesamtausgangsleistung von der Batterie 110 zu erhalten.
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Ein Flussdiagramm des Betriebs einer Ausführungsform der Schätzung von Zuständen und Parametern eines Batteriesystems ist in 2 dargelegt. 2 wird unter Bezugnahme auf das Batteriesystem 100 von 1 beschrieben. Charakteristiken (z. B. Spannung, Strom und/oder Temperatur) der Lithiumbatterie 110 werden durch das Batterieverwaltungssystem 104 gemessen (Block 210). Die gemessenen Charakteristiken werden zu dem entfernten Parameterschätzer 160 gesendet (Block 220). Der Parameterschätzer 160 berechnet entfernt Parameter der Batterie 110 (Block 230). Die entfernt berechneten Parameter werden dann zum lokalen Batterieverwaltungssystem 104 gesendet (Block 240). Das Batterieverwaltungssystem 104 (das den Zustandsschätzer 130 implementiert) berechnet den einen oder die mehreren Zustände der Batterie 110 basierend auf den entfernt berechneten Parametern und den gemessenen Charakteristiken der Batterie 110 (Block 250).
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Obwohl das Beispiel von 2 einen linearen Prozess veranschaulicht, wird die Berechnung der geschätzten Batteriezustände bei manchen Implementierungen nicht notwendigerweise nur dann durchgeführt, nachdem aktualisierte Parameter vom entfernten Parameterschätzer 160 empfangen werden. Stattdessen, bei manchen Implementierungen, die gemessenen Charakteristiken der Batterie 110, die durch sowohl den entfernten Parameterschätzer 160 als auch die Komponente des Zustandsschätzers 130 des Batterieverwaltungssystems 104 gleichzeitig empfangen werden. Unter Verwendung des Zustandsschätzers 130 greift das Batterieverwaltungssystem 104 auf die jüngsten Parameter zu, die im lokalen Speicher 120 gespeichert sind, und verwendet diese Parameter zusammen mit den gegenwärtigen gemessenen Batteriecharakteristiken, um die Zustandsschätzung durchzuführen (Block 250). Währenddessen berechnet der entfernte Parameterschätzer 160 aktualisierte Parameter basierend auf den gemessenen Batteriecharakteristiken und wird asynchron die Parameterwerte, die auf dem lokalen Speicher 120 gespeichert sind, wenn die Berechnung beendet ist oder periodisch aktualisieren.
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Dementsprechend wird die Berechnung der geschätzten Batteriezustände bei manchen Implementierungen basierend darauf durchgeführt, welche Parameter auch immer gegenwärtig im lokalen Speicher 120 gespeichert sind, und kann mehrere Male unter Verwendung derselben Menge von gespeicherten Parametern durchgeführt/aktualisiert werden, bevor eine neue Menge von Parametern vom entfernten Parameterschätzer 160 empfangen wird und diese im lokalen Speicher 120 gespeichert wird. Gleichermaßen, obwohl das Beispiel von 2 zeigt, dass die Handlung des „Berechnens von Zuständen“ (Block 250) linear durchgeführt wird, nachdem die Parameter zum lokalen System übertragen werden (Block 250), werden in manchen Implementierungen die Häufigkeit der Berechnung der geschätzten Batteriezustände und die Häufigkeit der entfernten Berechnung der Batterieparameter unabhängig reguliert und der Empfang von aktualisierten Batterieparametern vom entfernten Parameterschätzer 160 löst nicht notwendigerweise eine neue Berechnung der geschätzten Batteriezustände aus.
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Bei dem oben in 1 veranschaulichten Batteriesystem wird die Berechnung aller geschätzten Batterieparameter durch den entfernten Parameterschätzer 160 durchgeführt und keine Batterieparameter werden lokal durch das Batterieverwaltungssystem 104 berechnet. Bei anderen Implementierungen werden jedoch manche geschätzten Batterieparameter lokal berechnet und werden nicht durch den entfernten Parameterschätzer berechnet. Bei noch anderen Implementierungen werden vereinfachte Techniken zum Berechnen von gewissen Batterieparametern durch das lokale Batterieverwaltungssystem implementiert und werden häufiger ausgeführt, während fortgeschrittenere/komplexere Techniken zum Berechnen desselben Parameters durch den entfernten Parameterschätzer ausgeführt werden. Diese redundanten Berechnungen durch den Parameterschätzer können weniger häufig als die vereinfachten Techniken durchgeführt werden, die lokal durch das Batterieverwaltungssystem durchgeführt werden, aber sie liefern im Allgemeinen akkuratere Schätzungen der Parameter.
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3 veranschaulicht ein Beispiel für ein derartiges Batteriesystem 300. Das Batteriesystem 300 beinhaltet eine mit Leistung versorgte Einrichtung 302 (z. B. ein Personenfahrzeug, eine elektronische Verbrauchereinrichtung, ein Haus usw.), die eine Batterie 310 aufweist, die kommunikativ mit einem lokalen Batterieverwaltungssystem (BMS) 304 verbunden ist. Bei einem Beispiel ist das Batterieverwaltungssystem 304 über elektrische Verbindungen (z. B. Drähte) elektrisch mit der Batterie 310 verbunden. Bei einem anderen Beispiel kann das Batterieverwaltungssystem 304 über ein Drahtloskommunikationsnetz drahtlos mit der Batterie 310 verbunden sein. Das Batterieverwaltungssystem 304 kann zum Beispiel separat konfigurierte Komponenten beinhalten, zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen Speicher und Eingabe-/Ausgabekomponenten und kann einen Mikrocontroller (mit einem Speicher und Eingabe-/Ausgabekomponenten auf einem einzigen Chip oder innerhalb eines einzigen Gehäuses) und Kombinationen davon beinhalten. Das lokale Batterieverwaltungssystem 304 beinhaltet auch einen lokalen Speicher 320, der gewisse Daten und Anweisungen speichert, die durch den elektronischen Prozessor des Batterieverwaltungssystems 304 ausgeführt werden, um einen Zustandsschätzer 330, einen lokalen Parameterschätzer 335 und eine Batteriesteuerung 340 bereitzustellen.
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Das Batterieverwaltungssystem 304 kann auch unter Verwendung anderer Komponenten oder Kombinationen von Komponenten implementiert werden, einschließlich zum Beispiel eines Digitalsignalprozessors (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), eines feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGA) oder eines anderen Schaltkreises. In Abhängigkeit von der gewünschten Konfiguration kann der Prozessor eine oder mehrere Caching-Ebenen, wie etwa einen Ebenen-Cache-Speicher, einen oder mehrere Prozessorkerne und Register beinhalten. Der beispielhafte Prozessorkern kann eine arithmetische Logikeinheit (ALU), eine Gleitkommaeinheit (FPU) oder eine beliebige Kombination davon beinhalten. Das Batterieverwaltungssystem 304 kann auch eine Benutzerschnittstelle und eine Kommunikationsschnittstelle beinhalten und andere computerimplementierte Einrichtungen zum Durchführen von vorliegend nicht definierten Merkmalen können in das System integriert werden. In manchen Beispielen kann das Batterieverwaltungssystem 304 andere computerimplementierte Einrichtungen beinhalten, wie etwa eine Kommunikationsschnittstelle, eine Benutzerschnittstelle, eine Netzkommunikationsverbindung und einen Schnittstellenbus zum Ermöglichen einer Kommunikation zwischen verschiedenen Schnittstelleneinrichtungen, computerimplementierten Einrichtungen und einer oder mehreren Peripherieschnittstellen zum Mikroprozessor.
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Um die auf das lokale Batterieverwaltungssystem platzierte Rechenlast zu verringern (und dadurch die Kosten und Komplexität der Hardwarematerialien zu verringern, die benötigt werden, um das lokale Batterieverwaltungssystem zu implementieren), können die Identifikation und Berechnung der verschiedenen Zustände und Parameter des Modells zwischen dem lokalen Batterieverwaltungssystem und einem entfernten Berechnungssystem verteilt werden. Bei dem Beispiel von 1 werden die Zustände des Modells lokal berechnet, während die Parameter des Modells entfernt berechnet werden. Bei dem Beispiel von 3 werden die Zustände und zumindest manche Parameter des Modells lokal berechnet, während zumindest manche Parameter entfernt berechnet werden.
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In dem Beispiel von 3 speichert der Speicher des Batterieverwaltungssystems 304 computerlesbare Anweisungen, die, wenn sie durch den elektronischen Prozessor der Batteriesteuerung 340 ausgeführt werden, das Batterieverwaltungssystem 304 dazu veranlassen, die Leistungsfähigkeit verschiedener Funktionen oder Verfahren, die dem Batterieverwaltungssystem 304 vorliegend zugeschrieben sind, durchzuführen oder zu steuern (z. B. Berechnen eines Zustands und/oder Parameters des Batteriesystems, Regeln des Betriebs des Batteriesystems, Detektieren eines internen Kurzschlusses aus einer Dendritbildung). Der Speicher kann beliebige flüchtige, nicht flüchtige, unbeständige, beständige, magnetische, optische oder elektrische Medien beinhalten, wie etwa einen Direktzugriffsspeicher (RAM), Nurlesespeicher (ROM), nicht flüchtigen RAM (NVRAM), elektrisch löschbaren programmierbaren ROM (EEPROM), Flash-Speicher oder beliebige andere digitale oder analoge Medien. Die dem Batterieverwaltungssystem 304 vorliegend zugeschriebenen Funktionen können als Software, Firmware, Hardware oder eine beliebige Kombination davon umgesetzt sein. In den obigen Beispielen kann das Batterieverwaltungssystem 304 dazu ausgelegt sein, Daten von verschiedenen Quellen (z. B. der Batterie 310, dem entfernten Parameterschätzer 360 usw.) zu empfangen und die Daten zu einer elektronischen Einrichtung zur Anzeige als ein von einem Menschen lesbares Format zu senden. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann ein zellulares Telefon, ein Tablet, ein PDA (Personal Digital Assistant), ein Laptop, ein Computer, eine tragbare Einrichtung oder eine andere geeignete Datenverarbeitungseinrichtung sein. Das Netz kann ein Cloud-Computing-Netz, ein Server, ein Drahtlosnetz (WAN), ein Lokalnetz (LAN), ein fahrzeuginternes Netz, ein Cloud-Computing-Netz oder ein anderes geeignetes Netz sein.
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Das lokale Batterieverwaltungssystem 304 ist kommunikativ mit einem entfernten Parameterschätzer 360 verbunden. Der entfernte Parameterschätzer 360 kann zum Beispiel einen Mainframe, einen Server, einen Desktop-Computer, ein Tablet, ein Smartphone oder eine andere Einrichtung beinhalten, die einen Mikroprozessor, einen Speicher, Eingabe-/Ausgabekomponenten und/oder Kommunikationskomponenten und Kombinationen davon umfasst. Der entfernte Parameterschätzer 360 kann auch unter Verwendung anderer Komponenten oder Kombinationen von Komponenten implementiert werden, einschließlich zum Beispiel eines Digitalsignalprozessors (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), eines feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGA) oder eines anderen Schaltkreises. In Abhängigkeit von der gewünschten Konfiguration kann der Prozessor eine oder mehrere Caching-Ebenen, wie etwa einen Ebenen-Cache-Speicher, einen oder mehrere Prozessorkerne und Register beinhalten. Der beispielhafte Prozessorkern kann eine arithmetische Logikeinheit (ALU), eine Gleitkommaeinheit (FPU) oder eine beliebige Kombination davon beinhalten. Das Batterieverwaltungssystem 304 kann auch eine Benutzerschnittstelle und eine Kommunikationsschnittstelle beinhalten und andere computerimplementierte Einrichtungen zum Durchführen von vorliegend nicht definierten Merkmalen können in das System integriert werden. In manchen Beispielen kann das Batterieverwaltungssystem 304 andere computerimplementierte Einrichtungen beinhalten, wie etwa eine Kommunikationsschnittstelle, eine Benutzerschnittstelle, eine Netzkommunikationsverbindung und einen Schnittstellenbus zum Ermöglichen einer Kommunikation zwischen verschiedenen Schnittstelleneinrichtungen, computerimplementierten Einrichtungen und einer oder mehreren Peripherieschnittstellen zum Mikroprozessor.
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Bei dem Beispiel von 3 speichert der Speicher des entfernten Parameterschätzers 360 computerlesbare Anweisungen, die, wenn sie durch den elektronischen Prozessor des entfernten Parameterschätzers 360 ausgeführt werden, den entfernten Parameterschätzer 360 dazu veranlassen, die Leistungsfähigkeit verschiedener Funktionen oder Verfahren, die dem Parameterschätzer 360 vorliegend zugeschrieben sind, durchzuführen oder zu steuern (z. B. Berechnen eines Parameters des Batteriesystems). Der Speicher des entfernten Parameterschätzers 260 kann beliebige flüchtige, nicht flüchtige, unbeständige, beständige, magnetische, optische oder elektrische Medien beinhalten, wie etwa einen Direktzugriffsspeicher (RAM), Nurlesespeicher (ROM), nicht flüchtigen RAM (NVRAM), elektrisch löschbaren programmierbaren ROM (EEPROM), Flash-Speicher oder beliebige andere digitale oder analoge Medien. Die dem Parameterschätzer 360 vorliegend zugeschriebenen Funktionen können als Software, Firmware, Hardware oder eine beliebige Kombination davon umgesetzt sein. In den obigen Beispielen kann der Parameterschätzer 360 dazu ausgelegt sein, die Daten von verschiedenen Quellen (z. B. der Batterie 310, dem Batterieverwaltungssystem 304 (einschließlich des lokalen Parameterschätzers 335, des Zustandsschätzers 330 und der Batteriesteuerung 340) usw.) zu empfangen und die Daten zu einer elektronischen Einrichtung zur Anzeige als ein von einem Menschen lesbares Format zu senden. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann ein zellulares Telefon, ein Tablet, ein PDA (Personal Digital Assistant), ein Laptop, ein Computer, eine tragbare Einrichtung oder eine andere geeignete Datenverarbeitungseinrichtung sein. Das Netz kann ein Cloud-Computing-Netz, ein Server, ein Drahtlosnetz (WAN), ein Lokalnetz (LAN), ein fahrzeuginternes Netz oder ein anderes geeignetes Netz sein.
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Die Mengen von Ausgaben aus dem elektrochemischen Modell über den Zustandsschätzer 330, den lokalen Parameterschätzer 335 und den entfernten Parameterschätzer 360 beinhalten Schätzungen von sowohl schnell variierenden Zuständen der Batterie 310 als auch Schätzungen von langsam variierenden Parametern der Batterie 310. Bei manchen Implementierungen ermöglicht der Zustand der Batterie 310 in Kombination mit dem gegenwärtigen Eingang in das mathematische Modell dem Modell, die gegenwärtige Ausgabe der Batterie 310 vorherzusagen. Zustände einer Batteriezelle können zum Beispiel den Ladezustand, den Grad an Lithiierung (für eine Lithiumbatterie) oder die Hysteresepegel der Batterie beinhalten. Parameter der Batterie 310 variieren typischerweise langsamer mit der Zeit als die Zustände der Batterie 310. Zusätzlich dazu wird ein spezieller Parameter möglicherweise nicht dafür benötigt, dass das Modell die gegenwärtige Ausgabe der Batterie 310 vorhersagt. Stattdessen bezieht sich die Kenntnis der Parameter der Batterie 310, die der Gesundheitszustand der Batterie genannt werden können, auf die Langzeitfunktionsweise der Batterie 310, wie etwa zum Beispiel die Funktionsweise der Batterie 310 über einen oder mehrere Lade-/Entladezyklen. Manche Ausführungsformen schätzen und nutzen auch Parameter, die möglicherweise nicht direkt aus der Messung der gegenwärtigen Charakteristiken der Batterie 310 (z. B. Spannung, Strom, Widerstand, Leistung, Temperatur und Kombinationen davon) bestimmt werden können. Beispiele für Parameter der Batterie 310 beinhalten die maximale Leistungskapazität, den internen Widerstand, Volumenanteile von aktiven Materialien usw.
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Die Zustands- und Parameterschätzungsalgorithmen der Batterie 310 können aufgrund der unterschiedlichen Zeitskalen, über die sie sich ändern, getrennt werden - zum Beispiel kann das Batteriesystem 300 dazu ausgelegt sein, Parameter, die sich mit einer schnelleren Zeitskala ändern, unter Verwendung des lokalen Parameterschätzers 335 zu berechnen, und Parameter, die sich mit einer langsamen Zeitskala ändern, unter Verwendung des entfernten Parameterschätzers 360 zu berechnen.
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Bei manchen Implementierungen ist der lokale Parameterschätzer 335 dazu ausgelegt, Echtzeitschätzungen einer Teilmenge der vollen Parametermenge bereitzustellen, insbesondere, falls es gewisse Parameter gibt, die sich voraussichtlich schnell bezüglich einer zweiten Teilmenge von Parametern ändern, während der entfernte Parameterschätzer eine zweite Teilmenge von Parametern, die sich über einen längeren Zeithorizont ändern, schätzt. Dies verringert die Rechenlast am lokalen Batterieverwaltungssystem 304, indem nur die Parameter berechnet werden, die sich voraussichtlich schneller ändern. Die anderen Parameter können entfernt (z. B. in der Cloud) anstatt auf dem lokalen Batterieverwaltungssystem 304 geschätzt werden, was die Verwendung von akkurateren, aber rechenintensiven Modellen zur Parameterschätzung ermöglicht, als normalerweise auf dem lokalen Batterieverwaltungssystem ausgeführt werden würden. Ein entfernter Parameterschätzer 360 kann auch eine Parameterschätzung basierend auf einer längeren Chronik von Messungen (z. B. aufgrund von erhöhter Speicher- und Rechenkapazität) im Vergleich zu einem lokalen System ermöglichen. Der entfernte Parameterschätzer 360 kann auch mehrere unterschiedliche Algorithmen zum Schätzen der Parameter ausführen, wodurch eine Robustheit der Ergebnisse gewährleistet wird.
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Der entfernte Parameterschätzer 360 sendet periodisch Parameteraktualisierungen zu den Algorithmen, die auf dem lokalen Parameterschätzer 335 und dem Zustandsschätzer 330 des Batterieverwaltungssystems 304 ausgeführt werden. Zwischen Aktualisierungen betreibt das Batterieverwaltungssystem 304 die Batterie 310, berechnet geschätzte Zustände und führt die lokale Parameterschätzung unter Verwendung der jüngsten Parametermenge durch, die vom entfernten Parameterschätzer 360 empfangen wird. Die Zeit zwischen Aktualisierungen vom entfernten Parameterschätzer 360 kann basierend darauf, wie schnell sich die Parameter voraussichtlich ändern, basierend auf der Verfügbarkeit einer Fernverbindung, sowie der Komplexität der Schätzungsalgorithmen eingestellt werden.
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Alternativ dazu ist das Batterieverwaltungssystem 304 bei manchen Implementierungen derart konfiguriert, dass der lokale Parameterschätzer 335 manche oder alle derselben Batterieparameter wie der entfernte Parameterschätzer 360 berechnet, aber der lokale Parameterschätzer 335 verwendet einen vereinfachten Algorithmus, der schnell auf dem elektronischen Prozessor des Batterieverwaltungssystems 304 ausgeführt werden kann, um eine Echtzeitschätzung bereitzustellen, während der entfernte Parameterschätzer 360 einen hochentwickelteren und komplexeren Algorithmus und/oder mehr Daten verwendet, um eine robustere Schätzung bereitzustellen, die zum periodischen Aktualisieren des Werts des Parameters verwendet wird, der lokal durch das Batterieverwaltungssystem 304 gespeichert und genutzt wird. Ein Vorteil eines derartigen Systems ist die Schätzungsredundanz, die gewährleistet, dass hinreichend akkurate Schätzungen immer verfügbar sind und der Verfügbarkeitsmangel einer Fernverbindung nicht die Systemleistungsfähigkeit verschlechtert. Ein Entscheidungsalgorithmus kann auch in das Batterieverwaltungssystem 304 integriert werden, um zu entscheiden, ob Parameteraktualisierungen vom entfernten Parameterschätzer 360 angenommen werden, oder damit fortgefahren wird, die einrichtungsinternen Schätzungen, die durch den lokalen Parameterschätzer 335 bereitgestellt werden, zu verwenden.
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Bei manchen Implementierungen ist das Batterieverwaltungssystem 304 dazu ausgelegt, den Betrieb der Batterie 310 derart zu regeln, dass die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit der Batterie verbessert wird. Das Batterieverwaltungssystem 304 ermöglicht zum Beispiel durch das Minimieren der Veränderung in den Parametern der Batterie 310 der Batterie 310, eine erhöhte Anzahl von Lade-/Entladezyklen vor ihrem Austausch zu durchlaufen. Bei manchen Ausführungsformen kann das Batterieverwaltungssystem 304 die Ladung der Batterie 310 regeln, um die effiziente Interkalation der oxidierbaren Spezies anstatt einer Ablagerung auf der Oberfläche der Elektrode zu ermöglichen. Dies kann die Bildung von Dendriten minimieren, wodurch die Möglichkeit der Bildung eines internen Kurzschlusses innerhalb der Batterie 310 beschränkt wird. Bei anderen Ausführungsformen kann das Batterieverwaltungssystem 304 die Entladung der Batterie 310 regeln, um zum Beispiel die maximale Gesamtausgangsleistung von der Batterie 310 zu erhalten.
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Die oben besprochenen Beispiele beschreiben nur ein einziges Batterieverwaltungssystem 104, 304 bzw. einen einzigen entfernten Parameterschätzer 160, 360. Bei manchen Ausführungsformen kann jedoch ein Cloud-basiertes (entferntes) Netzwerk die mehreren Batteriesysteme verbinden. Daten von mehreren Batterien können aggregiert und analysiert werden, um eine Schätzung der Zustände und Parameter von individuellen Batterien basierend auf Entwicklungen innerhalb der größeren Datenmenge zu verbessern. Statistische Ausreißer können identifiziert werden, die zum Beispiel ein Problem angeben können, das sich in einer individuellen Batterie entwickelt. Statistische Ausreißer können auch identifiziert werden, die zum Beispiel angeben können, dass eine Batterie viel besser als das Aggregat insgesamt funktioniert, was Erkenntnisse für Bedingungen bietet, die zum Verbessern der zukünftigen Batterieleistungsfähigkeit verwendet werden können.
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Eine Ausführungsform eines Batterienetzwerks 400 ist in 4 dargestellt. Das Batteriesystem 400 beinhaltet ein Parameteraggregation-und-Diagnose-Modul 410, das kommunikativ mit einem oder mehreren Batteriesystemen 420A, 420B, 420C bis 420N verbunden ist, die in der folgenden Besprechung als 420 repräsentiert werden, wobei verstanden wird, dass 420 eine Menge umfasst, die ein oder mehrere Batteriesysteme enthält.
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Das Parameteraggregation-und-Diagnose-Modul 410 ist kommunikativ mit jedem der Batteriesysteme 420 verbunden. Das Parameteraggregation-und-Diagnose-Modul 410 kann zum Beispiel einen Mainframe, einen Server, einen Desktop-Computer, ein Tablet, ein Smartphone oder eine andere Einrichtung beinhalten, die einen Mikroprozessor, einen Speicher, Eingabe-/Ausgabekomponenten und/oder Kommunikationskomponenten und Kombinationen davon umfasst. Das Parameteraggregation-und-Diagnose-Modul 410 kann verdrahtet oder drahtlos kommunikativ mit dem Batteriesystem 420 verbunden sein. Bei manchen Beispielen kann das Parameteraggregation-und-Diagnose-Modul 410 kommunikativ mit dem Batteriesystem 420 durch ein Netz verbunden sein, wie etwa ein Cloud-Computing-Netz, einen Server, ein Drahtlosnetz (WAN), ein Lokalnetz (LAN), ein fahrzeuginternes Netz oder ein anderes geeignetes Netz.
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Das Parameteraggregation-und-Diagnose-Modul 410 kann auch unter Verwendung anderer Komponenten oder Kombinationen von Komponenten implementiert werden, einschließlich zum Beispiel eines Digitalsignalprozessors (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), eines feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGA) oder eines anderen Schaltkreises. In Abhängigkeit von der gewünschten Konfiguration kann der Prozessor eine oder mehrere Caching-Ebenen, wie etwa einen Ebenen-Cache-Speicher, einen oder mehrere Prozessorkerne und Register beinhalten. Der beispielhafte Prozessorkern kann eine arithmetische Logikeinheit (ALU), eine Gleitkommaeinheit (FPU) oder eine beliebige Kombination davon beinhalten. Das Parameteraggregation-und-Diagnose-Modul 410 kann auch eine Benutzerschnittstelle und eine Kommunikationsschnittstelle beinhalten und andere computerimplementierte Einrichtungen zum Durchführen von vorliegend nicht definierten Merkmalen können in das System integriert werden. Bei manchen Beispielen kann das Parameteraggregation-und-Diagnose-Modul 410 andere computerimplementierte Einrichtungen beinhalten, wie etwa eine Kommunikationsschnittstelle, eine Benutzerschnittstelle, eine Netzkommunikationsverbindung und einen Schnittstellenbus zum Ermöglichen einer Kommunikation zwischen verschiedenen Schnittstelleneinrichtungen, computerimplementierten Einrichtungen und einer oder mehreren Peripherieschnittstellen zum Mikroprozessor.
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Das Batteriesystem 420 beinhaltet mindestens eine Batterie, die kommunikativ mit dem Parameteraggregation-und-Diagnose-Modul 410 verbunden ist. Das Batteriesystem 420 kann zusätzlich zu einer Batterie die Komponenten beinhalten, die oben für das Parameteraggregation-und-Diagnose-Modul 410 beschrieben sind. Das Parameteraggregation-und-Diagnose-Modul 410 aggregiert Parameterdaten von einer Reihe von Batterien, mit der es verbunden ist. Das Parameteraggregation-und-Diagnose-Modul 410 kann zum Beispiel das Aggregatverhalten der Parameter innerhalb einer Reihe von Batterien verfolgen, die analysiert werden könnten, um zu helfen, Fehler in individuellen Batterien zu identifizieren, die eine erhebliche Abweichung bei Parametern im Vergleich zu der Norm zeigen, und einen Benutzer über die Notwendigkeit zu informieren, eine Batterie zu warten oder auszutauschen. Langzeitnutzungs- und Parameterdaten von Batterien könnten auch verwendet werden, um die einrichtungsinternen Schätzungs- und/oder Steueralgorithmen basierend auf zum Beispiel einem typischen Betriebsregime für die Batterien zu verbessern. Die Bestimmung, ob eine individuelle Batterie von der Norm abweicht, kann bestimmt werden, indem die Parameter mehrerer gleicher Batterien mit der Zeit verfolgt werden, die Parameter aggregiert werden und die Parameter der individuellen Batterie mit dem Aggregat verglichen werden, um zu bestimmen, ob ein oder mehrere Parameter außerhalb eines vorbestimmten Bereichs von Werten für diesen Parameter liegen (z. B. einer Standardabweichung vom Mittel, zwei Standardabweichungen vom Mittel, drei Standardabweichungen vom Mittel, vier Standardabweichungen vom Mittel, fünf Standardabweichungen vom Mittel oder eines anderen geeigneten vorbestimmten Bereichs).
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind beispielhaft dargestellt worden und es sollte verstanden werden, dass diese Ausführungsformen verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen unterzogen werden können. Die in 1 veranschaulichte Implementierung wird zum Beispiel als ein Batterieverwaltungssystem 104 beschrieben, das einen elektronischen Prozessor beinhaltet, der die Funktionalität eines Zustandsschätzers 130 und einer Batteriesteuerung 140 bereitstellt. Bei anderen Implementierungen können jedoch mehrere elektronische Prozessoren und mehrere Speichereinheiten in ein einziges Batterieverwaltungssystem integriert werden, um den Zustandsschätzer 130 und die Batteriesteuerung 140 jeweils auf einem individuellen elektronischen Prozessor zu implementieren. Gleichermaßen könnten die in dem Beispiel von 3 veranschaulichten Komponenten unter Verwendung eines einzigen elektronischen Prozessors oder mehrerer elektronischer Prozessoren implementiert werden. Es sollte ferner verstanden werden, dass nicht beabsichtigt wird, dass die Ansprüche die offenbarten gewissen Formen beschränken, sondern stattdessen alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen, die in den Gedanken und den Schutzumfang dieser Offenbarung fallen, abdecken.
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Es wird angenommen, dass vorliegend beschriebene Ausführungsformen und viele von deren dazugehörigen Vorteilen anhand der obigen Beschreibung verstanden werden und es wird offensichtlich werden, dass vielfältige Änderungen von Form, Konstruktion und Anordnung der Komponenten vorgenommen werden können, ohne von dem offenbarten Gegenstand abzuweichen oder alle dessen wesentlichen Vorteile aufzugeben. Die beschriebene Form ist lediglich erläuternd und es wird beabsichtigt, dass die folgenden Ansprüche derartige Änderungen einschließen und beinhalten.
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Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird verstanden werden, dass diese Ausführungsformen veranschaulichend sind und dass der Schutzumfang der Offenbarung nicht durch sie beschränkt wird. Viele Variationen, Modifikationen, Ergänzungen und Verbesserungen sind möglich. Allgemeiner gesagt, sind Ausführungsformen gemäß der Erfindung im Kontext oder in gewissen Ausführungsformen beschrieben worden. Die Funktionalität kann in verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung unterschiedlich getrennt oder in Blöcken kombiniert oder mit anderer Terminologie beschrieben werden. Diese und andere Varianten, Modifikationen, Ergänzungen und Verbesserungen können in den Schutzumfang der Offenbarung fallen, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Füller, Doyle und Newman, das (Newman-Modell), (J. Electrochem. Soc., Band 141, Nr. 1, Januar 1994, Seiten 1-10) [0018]
