DE102011054456A1

DE102011054456A1 - Verfahren zum gewichteten Skalieren einer Bereichsauswahl des Ladezustands

Info

Publication number: DE102011054456A1
Application number: DE102011054456A
Authority: DE
Inventors: Asif Syed; Brian Koch; Sascha Schaefer; Andreas Koenekamp
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2011-10-13
Publication date: 2012-05-10
Also published as: CN102540086A; CN102540086B; US20120109556A1

Abstract

Ein Verfahren und System zum selektiven Verwenden eines spannungsbasierenden Ladezustandsschätzwerts in einer Gesamtladezustandsberechnung. Regionen oder Bereiche des Batteriepackladezustands werden erzeugt, wobei in einigen Regionen, in denen die Leerlaufspannung als guter Indikator für den Ladezustand bekannt ist und in anderen Regionen, in denen die Leerlaufspannung als schlechter Indikator für den Ladezustand bekannt ist, auf Grund ihrer hohen Sensitivität zu Messfehlern. In Regionen oder Bereichen, wo der spannungsbasierende Ladezustand als genau angenommen werden kann, kann der spannungsbasierende Ladezustandsschätzwert zum Skalieren oder Einstellen eines strombasierenden Ladezustandsschätzwertes verwendet werden, so dass eine kontinuierliche Fehlerhäufung im strombasierenden Schätzwert vermieden wird. In Regionen oder Bereichen, wo der spannungsbasierende Ladezustand als fehleranfällig bekannt ist, wird nur die strombasierende Ladezustandsinformation verwendet.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Anmeldetag der US Provisional Patent Application Serial No_ 61/408,477 mit dem Titel ”Verfahren zum gewichteten Skalieren einer Bereichsauswahl des Ladezustands”, eingereicht am 29. Oktober 2010.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Ladezustandsmessung in einem Batteriepack und insbesondere auf ein Verfahren zur Verbesserung der Genauigkeit der Ladezustandsmessung in einem Fahrzeugbatteriepack, welche Bereiche des Ladezustands schafft und einen bereichsspezifischen Skalierungsfaktor auf einen spannungsbasierenden Ladezustand anwendet, um eine genauere Gesamtmessung des Ladezustands zu erhalten.
2. Diskussion des Standes der Technik
Elektrofahrzeuge und Benzin-Elektro-Hybridfahrzeuge gewinnen sehr stark an Popularität im heutigen Automobilmarkt. Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge bieten mehrere wünschenswerte Eigenschaften, wie die Reduzierung oder Beseitigung von Emissionen und den ölbasierenden Brennstoffverbrauch bei den Verbrauchern und potentiell niedrigere Betriebskosten. Eine Schlüsselkamponente von Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen ist der Batteriepack, der einen wesentlichen Anteil an den Fahrzeugkosten darstellt. Batteriepacks in diesen Fahrzeugen bestehen typischerweise aus einer Vielzahl untereinander verbundener Zellen, die eine große Menge von Strom bei Bedarf liefern können. Eine Schlüsselüberlegung bei Ausgestaltungen und Betrieb von Elektrofahrzeugen und Hybridfahrzeugen betrifft das Maximieren der Batteriepack-Leistungsfähigkeit und der Batteriepack-Lebensdauer.
Um die Lebensdauer des Batteriepacks zu maximieren und einen nützlichen Bereich von Information an einen Fahrzeugführer zu bieten, ist es wichtig, genau den Ladezustand des Batteriepacks in einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug zu messen. Eine gängige Methode zum Schätzen des Ladezustands des Batteriepacks ist das Messen der Leerlaufspannung oder der Spannung bei nicht angelegter Last über dem Batteriepack. Die Leerlaufspannungsmessung kann leicht verwirklicht werden, ist aber unglücklicherweise anfällig für Fehler. Leerlaufspannungsfehler können vom Spannungssensor selbst, von einem Spannungsdetektionsschaltkreis in einem Regler, von der Gestaltung der elektronischen Hardware, A/D-Wandlern, oder von Filterverstärkungen oder von Kombinationen dieser und anderer Faktoren herrühren. Spannungsmessfehlerhäufung ist die Tatsache, dass für einige Bereiche des Batteriepack-Ladezustands der tatsächliche Ladezustand extrem sensitiv zu kleinen Änderungen in der Leerlaufspannung ist. Mit anderen Worten kann ein kleiner Leerlaufspannungsmessfehler einen großen Unterschied für den geschätzten Ladezustand des Batteriepacks erzeugen. Dies kann in einer fehlerhaften Abschätzung der Restreichweite für eine batterieangetriebene Fahrt des Fahrzeugs resultieren und kann auch zu einem übermäßigen Aufladen oder übermäßigen Entladen des Batteriepacks führen.
Demzufolge besteht ein Bedürfnis für ein Verfahren zur Messung des Batteriepack-Ladezustands, das erkennt, ob die Leerlaufspannung als ein genauer Indikator für den Batteriepack-Ladezustand benutzt werden kann und ob anderen Indikatoren beim Abschätzen des Batteriepack-Ladezustands ein größeres Gewicht gegeben werden sollte. So ein Verfahren könnte die Kundenzufriedenheit durch eine verbesserte Batteriepack-Lebensdauer und eine konsistentere Darstellung der Fahrtreichweite, die mit der Fahrzeugbatterieleistung erzielt werden kann, erhöhen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren und ein System zur selektiven Verwendung einer spannungsbasierenden Ladezustandsschätzung in einer Gesamtladezustandsberechnung offenbart. Regionen oder Bereiche des Batteriepack-Ladezustands werden geschaffen, wobei in einigen Bereichen die Leerlaufspannung als ein guter Indikator für den Ladezustand bekannt ist, und in anderen Bereichen die Leerlaufspannung als ein schlechter Indikator für den Ladezustand auf Grund ihrer hohen Sensitivität für Messfehler bekannt ist. In Regionen oder Bereichen, wo der spannungsbasierende Ladezustand als genau erwartet wird, kann die spannungsbasierte Ladezustandsschätzung dazu verwendet werden, um eine strombasierende Ladezustandsschätzung zu skalieren oder einzustellen, so dass eine kontinuierliche Fehlerhäufung im strombasierenden Schätzwert vermieden wird. In Regionen oder Bereichen, wo der spannungsbasierende Ladezustand als fehleranfällig bekannt ist, wird eine rein strombasierende Ladezustandsinformation verwendet.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Patentansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Figuren offenbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs, Batteriepacks, und einem dazugehörigen Überwachungs- und Regelsystem;
2 ist ein Graph, bei dem die Leerlaufspannung über dem tatsächlichen Ladezustand in einem typischen Elektrofahrzeugbatteriepack abgetragen ist; und
3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens, das zur Berechnung eines Batteriepack-Ladezustands verwendet werden kann, das auf einer Leerlaufspannung und anderen Parametern basiert.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die folgende Diskussion der Ausführungsbeispiele der Erfindung, die auf ein Verfahren zur gewichteten Skalierung eines Batteriepack-Ladezustands gerichtet ist, ist rein beispielhafter Natur und ist in keiner Weise dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungen zu begrenzen. Beispielsweise wird die Erfindung im folgenden hinsichtlich ihrer Anwendung für Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge beschrieben. Die Erfindung kann aber genauso gut auf Batteriepacks für andere Arten von Fahrzeugen verwendet werden, beispielsweise auf Gabelstapler und Golf-Carts und auch für Batteriepacks in nichtfahrzeugbezogenen Anwendungen.
Die 1 ist eine schematische Darstellung eines Power-Management-Systems 10 in einem Fahrzeug 12. Ein Batteriepack 14 speichert elektrische Energie zum Antrieb eines Fahrzeugs 12. Der Batteriepack 14 ist mit einem Spannungssensor 16 und einem Temperatursensor 18 ausgerüstet. In einer tatsächlichen Implementierung können mehr als ein Spannungssensor 16 und mehr als ein Spannungssensor 18 verwendet werden. Der Batteriepack 14 liefert Energie an den Motor 20, der die Fahrzeugräder antreibt. Ein Stromkabel 22 liefert den elektrischen Strom von dem Batteriepack 14 an den Motor 20. Ein Steuergerät 24 überwacht die Spannung und die Temperaturbedingungen in dem Batteriepack 14 und steuert den Betrieb des Motors 20. Sensorverbindungen 26, die drahtlos oder drahtgebunden ausgeführt sein können, liefern Signale von dem Spannungssensor 16 und dem Temperatursensor 18 an das Steuergerät 24. Eine Motorverbindung 28 gewährleistet eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Steuergerät 24 und dem Motor 20 inklusive einer Steuerung des Betriebs des Motors 20 und liefert Daten zurück an das Steuergerät 24 von einem Stromsensor 30. Der Stromsensor 30 misst sowohl den Entladestrom, der von dem Motor 20 gezogen wird, und den Ladestrom, der von einer Ladeschaltung (nicht gezeigt) bereitgestellt wird.
Das Fahrzeug 12, wie es in der Offenbarung hier benutzt wird, kann ein reines Plug-in-Elektrofahrzeug, ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug, ein Benzin-Elektro- oder Diesel-Elektro-Hybrid-Fahrzeug oder irgendeine andere Art von Fahrzeug sein, welches einen Batteriepack für einen Teil seines Antriebs oder den gesamten Antrieb verwendet. Der Batteriepack 14 kann vom Lithium-Ionen-Typ oder von irgendeinem anderen Typ sein. Die offenbarten Verfahren und Systeme sind insbesondere für jegliche Batteriechemie nutzvoll, wo die Beziehung zwischen der Leerlaufspannung und dem Ladezustand nicht linear ist.
Die Kenntnis des Ladezustands des Batteriepacks 14 ist für ein präzises Powermanagement wichtig. In einem reinen Elektrofahrzeug muss ein niedriger Ladezustand an den Fahrzeugführer kommuniziert werden, so dass der Batteriepack 14 an eine Stromversorgung angeschlossen werden kann und wieder aufgeladen werden kann. In einem Hybridfahrzeug löst ein niedriger Ladezustand den Start einer Maschine oder Brennstoffzelle (nicht gezeigt in der 1) aus, welche den Batteriepack 14 wieder aufladen können.
Die Leerlaufspannung, die vom Spannungssensor 16 gemessen wird, wird oft als ein Indikator für den Ladezustand des Batteriepacks verwendet, da es bekannt ist, dass die Leerlaufspannung abfällt, wenn der Ladezustand abfällt. In vielen Batteriepackchemieen allerdings ist die Beziehung zwischen der Leerlaufspannung und dem Ladezustand ziemlich nichtlinear. Demzufolge gibt es einige Regionen oder Bereiche des Batteriepack-Ladezustands, in welchen die Leerlaufspannung kein guter Indikator für den Ladezustand ist. Dies liegt daran, dass in diesen Regionen die Leerlaufspannung nahezu konstant über einen relativ weiten Bereich des Ladezustands bleibt. In den Regionen, wo die Leerlaufspannung kein guter Indikator für den Ladezustand ist, ist es wünschenswert, irgendeine andere Messung zum Schätzen des Ladezustands zu verwenden.
2 ist ein Graph 40, der diese oben beschriebene Situation veranschaulicht. Im Graphen 40 stellt die horizontale Achse 42 den Ladezustand und die vertikale Achse 44 die Leerlaufspannung des Batteriepacks 14 dar. Die Kurve 46 zeigt die oben beschriebene nicht lineare Charakteristik. Der Graph 40 ist in verschiedene Regionen oder Bereiche des Ladezustands unterteilt, wobei die Natur der Kurve 46 recht konsistent innerhalb der jeweiligen Region oder des jeweiligen Bereiches ist. In der Region 48, in der der Ladezustand niedrig ist, kann gesehen werden, dass die Steigung der Kurve 46 hoch ist. Das liegt daran, dass für jede inkrementelle Änderung im Ladezustand eine große Änderung in der Leerlaufspannung erfolgt. Daher ist in der Region 48 die Leerlaufspannung ein sehr guter Indikator für den Ladezustand. Mit anderen Worten kann in der Region 48 die Leerlaufspannung gemessen werden und der Spannungswert kann für eine genaue Abfrage des Ladezustands aus der Kurve 46 benutzt werden. In der Region 50 ist die Steigung der Kurve 46 moderat. Daher ist die Leerlaufspannung in der Region 50 ein befriedigender Indikator für den Ladezustand. In der Region 52 ist die Steigung der Kurve 46 wiederum relativ hoch, so dass hier wiederum die Leerlaufspannung ein guter Indikator für den Ladezustand in der Region 52 ist.
In der Region 54 allerdings ist die Steigung der Kurve 46 gering. Demzufolge gibt es nur eine kleine Änderung in der Leerlaufspannung über einen relativ großen Bereich des Ladezustands. In der Region 54 würde ein kleiner Messfehler im Leerlaufspannungswert zu einem großen Fehler für den geschätzten Ladezustand führen, wenn die Leerlaufspannung die einzige Basis für die Schätzung wäre. Demzufolge ist in der Region 54 die Leerlaufspannung kein guter Indikator für den Ladezustand. In der Region 56 ist die Steigung der Kurve 46 sehr niedrig, so dass hier eine sehr kleine Änderung in der Leerlaufspannung über den gesamten Bereich des Ladezustands vorherrscht. Demzufolge ist in der Region 56 die Leerlaufspannung ein sehr schlechter Indikator für den Ladezustand, und einige andere Parameter müssen verwendet werden, um den Ladezustand des Batteriepacks 14 genau zu schätzen.
Es kann eine beliebige Zahl von Regionen je nach Gestalt der Kurve 46 und der Batteriechemie einer spezifischen Ausführung des Batteriepacks 14 definiert werden. Die Kurve 46 ändert sich auch, da sie eine Funktion der Temperatur des Batteriepacks 14 ist. Demzufolge muss die Kurve 46 tatsächlich zu vielen Temperaturen über den gesamten Bereich der Batteriepack-Temperaturen gemessen werden, die bei dem Fahrzeugbetrieb auftreten können. Für jede vorgegebene Temperatur kann ein spannungsbasierender Ladezustand dann durch Messen der Leerlaufspannung und Auffinden des dazu korrespondierenden Ladezustands aus der Kurve 46 geschätzt werden.
Die Batteriepack-Lebensdauer wird signifikant von der Lade- und Entladehistorie des Batteriepacks 14 beeinträchtigt. Insbesondere kann das übermäßige Laden oder übermäßige Entladen die Lebensdauer des Batteriepacks 14 reduzieren. Diese Tatsache kann dazu genommen werden, um das Problem zu veranschaulichen, das von einer fehlerhaften Schätzung des Ladezustands herrühren kann. In der Region 56 ist der Ladezustand hoch, so dass ein Ausfall von elektrischer Leistung keine Sorge ist. Allerdings kann ein großer Fehler bei der Schätzung des Ladezustands auftreten, wenn der Batteriepack 14 geladen wird und die Leerlaufspannung verwendet wird, um den Ladezustand zu schätzen. Dies resultiert zum Abbruch des Wiederaufladens, wenn der Batteriepack 14 viel weniger als voll geladen ist, oder es kann zu einem signifikanten übermäßigen Aufladen des Batteriepacks 14 führen. Keines der beiden Resultate ist gut. Demzufolge ist es wünschenswert, andere Daten neben der Leerlaufspannung zu verwenden, um den Ladezustand des Batteriepacks in den Regionen 54 und 56 zu schätzen.
Andererseits ist in der Region 48 die Leerlaufspannung ein sehr guter Indikator für den Ladezustand des Batteriepacks.
Daher wäre es vorteilhaft, die Leerlaufspannung als einen Hauptindikator für den Ladezustand in einigen Regionen zu verwenden, und andere Daten als einen Hauptindikator für den Ladezustand in anderen Regionen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass eine gewichtete Funktion verwendet wird, wobei der Gewichtungsfaktor erzeugt wird basierend auf, in welcher Ladezustandsregion oder in welchem Ladezustandsbereich der Batteriepack 14 sich befindet. Um so eine gewichtete Funktion zu definieren, wird eine andere Art von Ladezustandsschätzung als die spannungsbasierte oben beschriebene Ladezustandsschätzung benötigt.
Ein anderer gängiger Weg, um den Ladezustand des Batteriepacks 14 zu schätzen, ist den zeitlich integrierten Stromfluss in den Batteriepack oder aus dem Batteriepack zu messen, was auch als Coulomb-Zählen bekannt ist. Wenn die gesamte Energiespeicherkapazität des Batteriepacks 14 100 Amperestunden ist und bekannt ist, dass der Batteriepack 14 voll aufgeladen ist und 50 Amperestunden an den Motor 20 abgegeben worden sind, dann kann beispielsweise geschätzt werden, dass der Batteriepack 50% des Ladezustands aufweist, basierend auf dem gezogenen Strom. Wenn der Batteriepack 14 voll entladen ist, dann kann die Zahl der Amperestunden zum Aufladen, beispielsweise benutzt werden, um den Ladezustand des Batteriepacks 14 zu schätzen. Dieser Ansatz, der auch als strombasierende Ladezustandsschätzung oder Coulomb-zählen bekannt ist, kann als weitere Informationsquelle zum Abschätzen des Batteriepack-Ladezustands verwendet werden. In der Tat wird eine strombasierende Ladezustandsschätzung oft als Hauptquelle für eine Echtzeitinformation über den Batteriepack-Ladezustand verwendet. Ein Nachteil bei diesem Verfahren ist eine Abweichung auf Grund kleiner Fehler im aufintegrierten Strom. Jedes kleine Rauschen oder Fehler in der Strommessung führt zu einer Abweichung im Ladezustand, resultiert zu einem nach oben oder nach unten Driften der Ladezustandsermittlung. Daher kann die strombasierende Ladezustandsschätzung nicht verlässlich als einziger Indikator für den Ladezustand verwendet werden, da sich ein Fehler im zeitlich aufintegrierten Strom mit der Zeit ansammeln wird.
Demzufolge wird ein Verfahren zur Verwendung einer strombasierenden Ladezustandsschätzung und ein Skalieren oder Verfeinern der strombasierenden Schätzung zusammen mit einer spannungsbasierenden Ladezustandsschätzung, wenn nötig, gebraucht. Zu diesem Zweck kann eine gewichtete Funktion wie folgt eingeführt werden: SOC = w·SOC_V + (1 – w)·SOC_C (1) wobei SOC der ermittelte Wert des Ladezustands ist, der vom Steuergerät 24 verwendet wird, SOC_V die spannungsbasierende Ladezustandsschätzung, SOC_C die strombasierende Ladezustandsschätzung und w ein Wichtungsfaktor ist.
3 ist ein Flussdiagramm 60 für das Verfahren, das zum Berechnen eines verbesserten Ladezustandswerts für jede Region des Batteriepackbetriebs verwendet werden kann, wobei sowohl eine spannungsbasierende Ladezustandsschätzung und eine strombasierende Ladezustandsschätzung als Eingang verwendet werden. Das Verfahren beginnt im Kasten 62, wobei eine Leerlaufspannungsmessung über den Batteriepack 14 und eine Temperaturmessung in dem Batteriepack 14 vorgenommen werden. Die Leerlaufspannung wird von dem Spannungssensor 16 gemessen, wohingegen die Temperatur von dem Temperatursensor 18 gemessen wird. Der Ladestrom oder Entladestrom wird auch in dem Kasten 62 gemessen und zum Schätzen des strombasierenden Ladezustands verwendet. Der Strom wird von dem Stromsensor 30 gemessen und zeitlich aufintegriert von dem Steuergerät 24.
In dem Kasten 64 wird eine Ladezustandsregion oder ein Ladezustandsbereich, basierend auf den Messungen aus dem Kasten 62, bestimmt. In der Entscheidungsraute 66 wird bestimmt, ob gewisse Kriterien für die Region oder den Bereich vorliegen, die in dem Kasten 64 ermittelt wurden. Zu den Kriterien kann das Überschreiten einer bestimmten Stromschwelle und das Überschreiten einer gewissen Ladezustands-Abweichungsschwelle gehören. Beispielsweise kann der Fall angenommen werden, dass im Kasten 64 bestimmt wurde, dass der Batteriepack 14 sich gegenwärtig in der Region 48 befindet. Zuerst wird die Stromflussmessung aus dem Kasten 62 mit einem Stromschwellenminimum verglichen. Das Stromschwellenminimum wird erzeugt, um sicherzustellen, dass sich der Ladezustand im Batteriepack 14 gegenwärtig ändert. Sollte das Stromschwellenminimum nicht getroffen sein, besteht kein Grund, einen neuen Ladezustand zu berechnen. Danach wird eine Ladezustandsabweichung aus der Differenz zwischen dem spannungsbasierenden Ladezustandsschätzwert und dem strombasierenden Ladezustandsschätzwert berechnet. Die Ladezustandsabweichung wird dann mit einem Schwellwert verglichen. Auch hier muss der strombasierende Ladezustand nicht nachgeregelt werden, wenn keine oder nur eine geringe Abweichung vorliegen.
Wenn die Kriterien für Minimalstrom und Minimalabweichung im Entscheidungsdiamanten 66 getroffen werden, wird ein Wichtungsfaktor für den spannungsbasierenden Ladezustandsschätzwert im Kasten 68 gesetzt, wobei der Wichtungsfaktor je nach Bereich oder Region gewählt wird. Beispielsweise kann ein Wichtungsfaktor von ungefähr 1 für die Region 48 gewählt werden, so dass der spannungsbasierende Ladezustandsschätzwert dominant ist. Andererseits kann ein Wichtungsfaktor nahe 0 für die Region 56 gewählt werden, so dass der strombasierende Ladezustandsschätzwert dominant sein wird. Wenn die Kriterien im Entscheidungsdiamanten 66 nicht getroffen sind, wird der Wichtungsfaktor in dem Kasten 70 auf Null gesetzt. Der letztendliche Effekt dazu ist, dass dem spannungsbasierenden Ladezustandsschätzwert ein hohes Gewicht in Situationen gegeben wird, wo der spannungsbasierende Schätzwert als genau angenommen werden kann. Demzufolge ist der spannungsbasierende Schätzwert ein dominanter Faktor beim Berechnen des Ladezustandswerts, wie er von dem Steuergerät 24 verwendet wird. Im Gegensatz dazu wird dem spannungsbasierenden Schätzwert ein niedriges oder gar kein Gewicht gegeben, und der strombasierende Schätzwert ist bei Situationen dominant, wo der spannungsbasierende Ladezustand als nicht verlässlicher Indikator für den tatsächlichen Ladezustand angenommen werden kann oder andere bestimmte Bedingungen nicht getroffen werden.
Die Werte für das Stromschwellenminimum und das Abweichungsschwellenminimum für jeden Bereich, genauso wie den Wichtungsfaktor für jeden Bereich, sind für jedes spezifische Batteriepack-Design vorbestimmt. Beispielsweise kann für den Bereich 48 der Abweichungsschwellwert klein sein, was bedeutet, dass das Skalieren des spannungsbasierten Ladezustands angewandt werden muss, wenn gerade eine kleine Abweichung zwischen dem spannungsbasierenden Ladezustand und den strombasierenden Ladezustandsschätzwerten vorliegt, da keine hohe Verlässlichkeit in den spannungsbasierten Zustandsschätzwerten in der Region 48 vorliegt. Aus dem selben Grund wird der Wichtungsfaktor für die Region 48 hoch sein. Im Gegensatz dazu kann der Abweichungsschwellwert groß sein und der Wichtungsfaktor für die Region 56 klein sein.
Im Kasten 72 wird der ermittelte Ladezustandswert SOC mit der Gleichung (1) berechnet. Für die Berechnung im Kasten 72 wird der Wichtungsfaktor w in dem Kasten 68 oder 70, wie oben beschrieben, erzeugt. Der spannungsbasierende Ladezustandsschätzwert SOC_V wird aus der Leerlaufspannungsmessung und der Temperaturmessung, die in dem Kasten 62 erfolgt sind, ermittelt. Der strombasierende Ladezustandsschätzwert SOC_C wird bei jedem zeitlichen Schritt von dem Steuergerät 24 mit Hilfe der Strommessung von dem Stromsensor 30 erneuert. Der ermittelte Ladezustandswert SOC kann von dem Kasten 72 zurück an den Kasten 64 als Eingangsgröße zur Bestimmung des Ladezustandsbereichs oder der Ladezustandsregion verwendet werden.
Der ermittelte Ladezustandswert SOC wird dem Fahrer des Fahrzeug 12 angezeigt, so dass der Fahrer die bestmögliche Information über den Ladezustandsstatus des Batteriepacks 14 hat. Der ermittelte Ladezustandswert SOC wird ferner vom Steuergerät 24 zu Steuerzwecken verwendet, wozu das Abgeben einer Warnung an den Fahrer oder das Abschalten des Fahrzeugs auf Grund eines niedrigen Ladezustands gehören, wenn keine andere Antriebsquelle verfügbar ist, auch das Veranlassen des Wiederaufladens des Batteriepacks 14 über einen maschinenangetriebenen Generator, wenn verfügbar, oder das Abbrechen des Aufladens des Batteriepacks 14, sobald eine Vollladebedingung erreicht wurde.
Durch das kontinuierliche Selbstkorrigieren des ermittelten Ladezustandswerts kann ein übermäßiges Aufladen oder übermäßiges Entladen des Batteriepacks 14 vermieden werden, was zu einer längeren Batteriepack-Lebensdauer führt. Eine längere Batteriepack-Lebensdauer zusammen mit einer genaueren Ladezustandsanzeige während der Fahrt führen zu einer verbesserten Akzeptanz für den Halter und Fahrer des Fahrzeugs 12.
Die vorhergehende Diskussion offenbart und beschreibt rein beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann kann aus dieser Diskussion und den beigefügten Figuren und Patentansprüchen leicht erkennen, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne dabei den Geist und den Schutzbereich der Erfindung, wie er von den folgenden Patentansprüchen definiert ist, zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Berechnen eines ermittelten Ladezustands eines Batteriepacks, wobei das Verfahren umfasst: – Definieren einer Vielzahl von Ladezustandsbereichen für den Batteriepack, wobei jeder der Ladezustandsbereiche eine Ladezustandswertemenge darstellt; – Messen der Leerlaufspannung über dem Batteriepack, Messen der Temperatur in dem Batteriepack und Messen des Stromflusses in oder aus dem Batteriepack; – Schätzen eines spannungsbasierenden Ladezustands, basierend auf der Leerlaufspannung und der Temperatur und Schätzen eines strombasierenden Ladezustands, basierend auf dem Stromfluss; – Bestimmen eines gegenwärtigen Ladezustandsbereichs als den Ladezustandsbereich, in welchem der Batteriepack sich gegenwärtig befindet; – Abprüfen von Anwendbarkeitskriterien, um zu bestimmen, ob ein Skalieren des spannungsbasierenden Ladezustands anzuwenden ist; – Erzeugen eines Wichtungsfaktors für den spannungsbasierenden Ladezustand, basierend auf dem gegenwärtigen Ladezustandsbereich und den Anwendbarkeitskriterien; und – Berechnen des ermittelten Ladezustands, basierend auf dem Wichtungsfaktor, dem spannungsbasierenden Ladezustand und dem strombasierenden Ladezustand.
verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schätzen eines spannungsbasierenden Ladezustands das Interpolieren des spannungsbasierenden Ladezustands aus einer Tabelle von Leerlaufspannung und Temperatur beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schätzen eines strombasierenden Ladezustands das inkrementelle Berechnen des strombasierenden Ladezustands durch Addieren des Stromflusses multipliziert mit einem Zeitinkrement auf einen vorhergehenden Ladezustandswert umfasst, wobei der Stromfluss für einen Entladestrom negativ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überprüfen der Anwendbarkeitskriterien zum Bestimmen, ob das Skalieren des spannungsbasierenden Ladezustands anwendbar ist, das Vergleichen des Stromflusses mit einem Stromschwellenminimum und das Vergleichen einer Abweichung zwischen dem spannungsbasierenden Ladezustand und dem strombasierenden Ladezustand mit einem Abweichungsschwellenminimum beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen eines Wichtungsfaktors für den spannungsbasierenden Ladezustand das Verwenden eines höheren Wichtungsfaktors für Ladezustandsbereiche umfasst, bei denen der Betrag der Leerlaufspannungsänderung im Hinblick auf den Ladezustand hoch ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen eines Wichtungsfaktors für den spannungsbasierenden Ladezustand das Setzen des Wichtungsfaktors auf Null beinhaltet, wenn die Anwendbarkeitskriterien nicht erfüllt sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen des ermittelten Ladezustands mit Hilfe der Gleichung SOC = w·SOC_V + (1 – w)·SOC_C beinhaltet, wobei SOC der ermittelte Ladezustand, SOC_V der spannungsbasierende Ladezustand, SOC_C der strombasierende Ladezustand und w der Wichtungsfaktor ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Batteriepack Strom an einen Motor abgibt, der zum Fahren eines Fahrzeugs verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, des weiteren umfassend die Verwendung des ermittelten Ladezustands des Batteriepacks, um den Betrieb des Fahrzeugs, des Motors oder des Batteriepacks zu steuern.
Ein Power-Management-System für einen Batteriepack, wobei das Power-Management-System umfasst: – einen Spannungssensor zum Messen der Leerlaufspannung des Batteriepacks; – einen Temperatursensor zum Messen einer Temperatur des Batteriepacks; – einen Stromsensor zum Messen des elektrischen Stroms in den oder aus dem Batteriepack; und – ein Steuergerät, welches mit dem Spannungssensor, dem Temperatursensor und dem Stromsensor in Verbindung steht, wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, einen spannungsbasierenden Ladezustand und einen strombasierenden Ladezustand zu schätzen, einen Ladezustandsbereich zu bestimmen, in welchem der Batteriepack sich gegenwärtig befindet, einen Wichtungsfaktor für den spannungsbasierenden Ladezustand zu erzeugen und einen ermittelten Ladezustandswert zu berechnen.