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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Schätzen einer Batteriedynamik.
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HINTERGRUND
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Genaue
Schätzwerte
einer Batteriedynamik können
verwendet werden, um viele Fahrzeugsteuerungssysteme zu verbessern,
wie etwa ein Steuerungssystem, das mit dem Übergang zu einem regenerativen Bremsen
verbunden ist, und bei Fahrzeugen mit erhöhtem elektrischem Inhalt. Zum
Beispiel kann das Schätzen
einer Batteriedynamik verbesserte Prognosen und Batteriesteuerungen
ermöglichen.
Um eine erhöhte Fahrzeugsystemsteuerung
zu schaffen, wird eine größere Anzahl
von Sensoren in ein Fahrzeug eingebaut. Das Einbauen einer größeren Anzahl
von Sensoren kann die Belastung des elektrischen Systems eines Fahrzeugs,
wovon die Batterie eine wesentliche Komponente darstellt, erhöhen.
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Mehrere
Verfahren zum Schätzen
der Batteriedynamik existieren und sind in der Technik bekannt. Existierende
Verfahren betreffen jedoch primär
eine "langsame" Batteriedynamik
und sind typischerweise auf den Ladezustand (SOC, SOC von state
of charge) der Batterie beschränkt.
Eine Batterie enthält
auch eine "schnelle" Batteriedynamik,
welche die Batteriespannung und den Batteriestrom umfassen kann.
Die "schnelle" Batteriedynamik
kann mit einer viel größeren Geschwindigkeit
schwanken als der Batterieladezustand, wodurch Schätzungen
des Ladezustands sich als ungeeignet erweisen, um die gesamte Batteriedynamik
genau widerzuspiegeln.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Verfahren zum adaptiven Schätzen
einer Batteriedynamik unter Verwendung eines adaptiven Batteriesteuerungssystems
in wirksamer Verbindung mit mindestens einer Batterie umfasst, dass
eine Batterieanschlussspannung, ein Innenwiderstandswert und ein
Strom aus einer Sollleistungsanforderung und aus mehreren Batteriedynamikeingaben
geschätzt
werden. Ferner werden eine vorhergesagte Batterieanschlussspannung
und ein vorhergesagter Strom und ein aktualisierter geschätzter Batterieinnenwiderstandswert
auf der Grundlage der geschätzten
Batterieanschlussspannung, des geschätzten Batterieinnenwiderstandswerts und
des geschätzten
Batteriestroms ermittelt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine
oder mehrere Ausführungsformen
werden nun anhand von Beispielen mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine
schematische Veranschaulichung eines Fahrzeugbatterie-Steuerungsmoduls
in Signalverbindung mit einer Fahrzeugbatterie gemäß der vorliegenden
Offenbarung ist;
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2 ein
Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum adaptiven Schätzen einer
Batteriedynamik unter Verwendung eines adaptiven Batteriesteuerungssystems
gemäß der vorliegenden
Offenbarung veranschaulicht;
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3 ein
Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum adaptiven Schätzen einer
Batteriedynamik unter Verwendung eines adaptiven Batteriesteuerungssystems
gemäß der vorliegenden
Offenbarung veranschaulicht; und
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4 ein
Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum adaptiven Schätzen einer
Batteriedynamik unter Verwendung eines adaptiven Batteriesteuerungssystems
gemäß der vorliegenden
Offenbarung veranschaulicht.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Hier
werden ein adaptives Batterieschätzungs-Steuerungssystem
und ein Verfahren zum Verwenden des adaptiven Batterieschätzungs-Steuerungssystems
in einem Fahrzeug offenbart, das eine Batterie, ein elektrisches
Fahrzeugsystem und ein Fahrzeugbatterie-Steuerungsmodul umfasst.
Das Fahrzeugbatterie-Steuerungsmodul kann eine beliebige Hardwarekombination
umfassen, die umfasst, aber nicht beschränkt ist auf: Mikroprozessoren
und Computerspeichereinrichtungen, und Software, wobei die Software
arbeitet, um den Betrieb der Hardware und der Fahrzeugbatterie zu
steuern.
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Wie
hierin definiert ist, kann eine Batterie eine beliebige Einrichtung
oder eine Kombination von Einrichtungen sein, die arbeitet/arbeiten,
um eine elektrische Ladung zu empfangen, zu speichern und abzugeben.
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Das
adaptive Batterieschätzungs-Steuerungssystem
verwendet mehrere Sensoren in Signalverbindung mit dem Fahrzeugbatterie-Steuerungsmo dul,
um die Batteriespannung oder den Batteriestrom oder beides zu schätzen, wenn
das elektrische Fahrzeugsystem unter Last steht oder eine Ladung
empfängt.
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Die
adaptive Batterieschätzeinrichtung
umfasst mehrere Module, die zusammenwirken, um Eingangssignale zu
verarbeiten, die von mehreren Sensoren empfangen werden, welche
einem Fahrzeug und einem elektrischen Fahrzeugsystem zugeordnet
sind. Die adaptive Batterieschätzeinrichtung
arbeitet so, dass sie die empfangenen Eingangssignale bewertet,
um die Batterieparameter zu ermitteln, welche umfassen, aber nicht beschränkt sind
auf: eine Batteriespannung, einen Batterieladezustand, eine Batterieleistung
und eine Batterienennkapazität.
Bei der Verwendung hierin ist der Begriff "Modul" oder "Module" als eine oder mehrere Einheiten definiert,
die in der Lage ist/sind, Signale zu verarbeiten oder zu bewerten,
die in das Fahrzeugbatterie-Steuerungsmodul eingegeben oder darin
gespeichert werden, welches eine feste Batterieschätzeinrichtung
und eine adaptive Batterieschätzeinrichtung
umfasst. Jedes Modul kann aus einer allein stehenden Einheit oder
mehreren Einheiten bestehen, die Hardware oder Software oder eine
Kombination daraus umfasst/umfassen.
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Insbesondere überträgt bei einer
Ausführungsform
jeder der mehreren Sensoren ein Batteriespannungssignal auf elektronische
Weise an ein Fahrzeugbatterie-Steuerungsmodul. Das Fahrzeugbatterie-Steuerungsmodul
auch eine Leistungsanforderung empfangt auf elektronische Weise.
Die Leistungsanforderung kann eine beliebige elektrische Last sein,
die einem elektrischen Fahrzeugsystem auferlegt wird, und kann von einem
Fahrzeugbenutzer oder einem Fahrzeugsystem verursacht sein.
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Das
Fahrzeugbatterie-Steuerungsmodul kann auch ein tatsächliches
oder gemeldetes und geschätztes
Ladezustandssignal elektronisch empfangen, welches verwendet wird,
um eine Leerlaufspannung der Batterie aus dem Batterieladezustands-Sensor
zu schätzen.
Das Steuerungsmodul 14 ermittelt unter Verwendung der geschätzten Leerlaufspannung
der Batterie und der Leistungsanforderung eine geschätzte und
eine vorhergesagte Spannung, einen geschätzten und einen vorhergesagten
Strom, und einen geschätzten
Innenwiderstandswert oder eine beliebige Kombination daraus.
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1 veranschaulicht
ein adaptives Batterieschätzungs-Steuerungssystem 10 in
einem (nicht gezeigten) Fahrzeug mit einem Fahrzeugbatterie-Steuerungsmodul 14 in
bidirektionaler Verbindung mit mehreren Sensoren, welche einen Batterieanschlussspannungssensor 16A umfassen
und vorgesehen sind, um Signale von einer Anzahl von Fahrzeugsystemen
und speziell von einer Batterie 18 an das Fahrzeugbatterie-Steuerungsmodul 14 zu übertragen.
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Insbesondere
umfasst das Steuerungsmodul 14 eine feste Batterieschätzeinrichtung 32,
die verwendet wird, um eine geschätzte Batterieanschlussspannung,
einen geschätzten
Batterieinnenwiderstandswert und einen geschätzten Batteriestrom auf der
Grundlage einer gemessenen oder geschätzten Anschlussspannung und
einer Sollleistungsanforderung zu ermitteln. Das Steuerungsmodul 14 umfasst
auch eine adaptive Batterieschätzeinrichtung 34,
die verwendet wird, um eine vorhergesagte Batterieanschlussspannung,
einen vorhergesagten Batteriestrom und einen geschätzten Batterieinnenwiderstandswert
auf der Grundlage der gemessenen Batterieanschlussspannung, des
geschätzten
Batterieinnenwiderstandswerts und des geschätzten Batteriestroms, welche
von der festen Batterieschätzeinrichtung
in die adaptive Batterieschätzeinrichtung 34 eingegeben
werden, zu ermitteln.
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Bei
einer Ausführungsform
wird, wenn eine Leerlaufspannung der Batterie eine Funktion des
Batterieladezustands ist, das Fahrzeugbatterie-Steuerungsmodul 14 in
elektrische und signaltechnische Verbindung mit einem SOC-Schätzeinrichtungsmodul 22 gesetzt.
Das SOC-Schätzeinrichtungsmodul 22 arbeitet,
um dem Fahrzeugbatterie-Steuerungsmodul 14 einen geschätzten Ladezustand
(SOC) oder eine geschätzte
Leerlaufspannung (geschätzte
Voc) zu liefern.
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Bei
einer Ausführungsform
schätzt
das adaptive Batterieschätzungs-Steuerungssystem 10 eine
Batteriedynamik, die eine geschätzte
Batterieanschlussspannung umfasst, in Ansprechen auf sich ändernde
Bedingungen des elektrischen Fahrzeugsystems auf der Grundlage des
Batterie-SOC und
einer Sollleistungsanforderung und sagt diese vorher.
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Bei
einer in 1 gezeigten Ausführungsform
umfasst die feste Batterieschätzeinrichtung 32 eine SOC-Schätzeinrichtung 22,
eine Vorab-Batteriewiderstandswert-Schätzeinrichtung 23,
eine Batteriestrom-Schätzeinrichtung 25 und
eine Batterieanschlussspannungs-Schätzeinrichtung 37.
Die feste Batterieschätzeinrichtung 32 steht
in Signalverbindung mit der Batterie 18, mit einem Sollleistungsanforderungssignal 17A und
mit der adaptiven Batterieschätzeinrichtung 34,
wenn sich die Batterie 18 nicht in einem Zustand oder einer
Bedingung mit niedriger Batterieleistung befindet, und somit, wenn
SW1 und SW2 geschlossen sind.
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Wenn
sich bei einer Ausführungsform
die Batterie 18 nicht in einem niedrigen Batteriezustand
befindet, empfängt
die feste Batterieschätzein richtung 32 eine
Sollleistungsanforderung P * / b(k) zu einem Abtastzeitpunkt k von einem
entfernten Ort über
das Sollleistungssignal 17A, ein Ladezustandssignal 17B von
der Batterie 18, und gibt sowohl eine geschätzte Batterieanschlussspannung V ^0b (k) über ein
Signal 27A der geschätzten
Batterieanschlussspannung als auch einen geschätzten Batterieinnenwiderstandswert R ^ob (k) über ein
Signal 27B des geschätzten
Batterieinnenwiderstandswerts an die adaptive Batterieschätzeinrichtung 34 aus.
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Wenn
sich bei einer Ausführungsform
die Batterie 18 nicht in einem Zustand mit niedriger Leistung
befindet, wird das Ladezustandssignal 17B in die Ladezustands-Schätzeinrichtung 22 eingegeben,
um eine Leerlaufspannung V ^oc(k) über ein
Signal 17F der geschätzten
Leerlaufspannung zu schätzen,
wobei die Leerlaufspannung V ^oc(k) eine Funktion
des Batterieladezustands ist, wobei das Ladezustandssignal 17B auf
einem geschätzten
Ladezustand oder einem gemeldeten Ladezustand basiert. Das Leerlaufspannungssignal 17F,
ein Batterieinnenwiderstandswertsignal 17E und das Signal 17A der
Sollleistungsanforderung werden in die feste Batterieanschluss-Schätzeinrichtung 37 eingegeben,
um die geschätzte
Batterieanschlussspannung V ^0b (k) zu ermitteln.
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Bei
einer Ausführungsform
wird die geschätzte
Batterieanschlussspannung V ^0b (k) über ein geschätztes Batterieanschlusssignal 27A sowohl
an die adaptive Batterieschätzeinrichtung 34 als
auch über
eine Rückkopplungsschleife 35A,
welche die Signale 27A, 29A und 17E umfasst,
zurück
an die feste Batterieschätzeinrichtung 32 ausgegeben.
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Die
Rückkopplungsschleife 35A gibt
das Signal 27A der geschätzten Batterieanschlussspannung
von dem letzten Abtastzeitpunkt (k – 1) in die Batteriestrom-Schätzeinrichtung 25 ein,
wobei die Batteriestrom-Schätzeinrichtung 25 einen
geschätzten
Strom Îb(k) über
ein Signal 29A des geschätzten Batteriestroms ermittelt.
Das Signal 29A des geschätzten Batteriestroms wird in
die Vorab-Batterieinnenwiderstandswert-Schätzeinrichtung 23 eingegeben,
um einen geschätzten
Batterieinnenwiderstandswert R ^ob (k) über ein Signal 17E des
geschätzten
Batterieinnenwiderstandswerts zu ermitteln, welches dann in die
feste Batterieanschlussspannungs-Schätzeinrichtung 37 und
von dort auch über
eine Leitung 27B an die adaptive Batterieschätzeinrichtung 34 eingegeben
wird.
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Insbesondere
ermittelt die Batteriestrom-Schätzeinrichtung 25 ein
Signal 29A des geschätzten
Batteriestroms auf der Grundlage sowohl des Signals 17A der
Sollleistungsanforderung als auch des Signals 27A der geschätzten Batterieanschlussspannung
von dem letzten Abtastzeitpunkt (k – 1). Die Rückkopplungsschleife 35A arbeitet,
um den Batterieinnenwiderstandswert R ^ob (k) kontinuierlich zu
aktualisieren und zu schätzen.
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Mit
zusätzlicher
Bezugnahme auf 2–4, welche
verschiedene Verfahren gemäß der vorliegenden
Offenbarung veranschaulichen, entsprechen in Klammern stehende Bezugszeichen
(#) Abschnitten derartiger Verfahren. Bei einer Ausführungsform
ist in 2 ein Verfahren (60) zum adaptiven Schätzen und
Vorhersagen einer Batteriedynamik gezeigt. Insbesondere umfasst
das Steuerungsmodul 14 eine feste Batterieschätzeinrichtung 32 (36),
die verwendet wird, um eine geschätzte Batterieanschlussspannung,
einen geschätzten
Batterieinnenwiderstandswert und einen geschätzten Batteriestrom auf der
Grundlage einer geschätzten
Leerlaufspannung und einer Sollleistungsanforderung zu ermitteln,
und verwendet dann eine adaptive Batterieschätzeinrichtung 34,
um eine vorhergesagte Batteriean schlussspannung, einen vorhergesagten Batteriestrom
und einen geschätzten
Batterieinnenwiderstandswert auf der Grundlage der geschätzten Batterieanschlussspannung,
des geschätzten
Batterieinnenwiderstandswerts und des geschätzten Batteriestroms zu ermitteln,
welche von der festen Batterieschätzeinrichtung 32 (36)
in die adaptive Batterieschätzeinrichtung 34 (70)
eingegeben werden.
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Anfänglich wird
die Batterieleerlaufspannung (V ^oc(k)) von
dem Fahrzeugbatterie-Steuerungsmodul 14 als eine Funktion
des Ladezustands (SOC) ermittelt (24). Der Ladezustand
kann entweder geschätzt
oder gemeldet werden. Bei einer Ausführungsform, bei welcher der
Ladezustand gemeldet wird, kann der Ladezustand als eine Information
gemeldet werden, welche typischerweise an der Batteriezelle während einer
Kennlinienaufnahme der Batteriezelle aufgenommen wird. Bei einer
Ausführungsform,
bei welcher der Ladezustand geschätzt wird, kann der Ladezustand
durch eine Vielzahl statistischer Schätzmethoden, wie in der Technik bekannt
ist, geschätzt
werden.
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Eine
Ermittlung von V ^oc(k) (24) kann
unter Verwendung von Gleichung (1) durchgeführt werden: V ^oc(k) = f(SOC(k)) (1)wobei V ^oc ermittelte Leerlaufspannung der Batterie
ist, k einen diskreten Abtastzeitpunkt darstellt und eine positive
Ganzzahl umfasst und SOC der Ladezustand ist. Die Abtastrate T (nicht
gezeigt) kann variieren. Bei einer Ausführungsform beträgt die Zeitabtastrate
T 8 Millisekunden.
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Sobald V ^oc ermittelt ist, wie in 2 veranschaulicht
ist, wird eine vorläufige
Schätzung
des Batteriestroms durch die Batteriestrom-Schätzeinrichtung 25 unter
Verwendung von Gleichung (2) ermittelt (26): Îb(k) = P*b (k)/V ^b(k – 1) (2)wobei Îb die vorläufige Schätzung des Batteriestroms ist,
k der Abtastzeitpunkt ist, wie in Gleichung (1) offenbart ist, P * / b die
Sollleistungsanforderung ist, welche die Leistung darstellt, die
aus der Batterie 18 fließt, und V ^b die
geschätzte
Batterieanschlussspannung der Batterie 18 ist.
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Der
ermittelte vorläufige
Schätzwert
des Batteriestroms (Î
b) (
26) wird dann verwendet, um
den Batterieinnenwiderstandswert
(R ^ob ) (
28) unter Verwendung
von Gleichung (3) zu berechnen:
wobei
R ^ob der
Batterieinnenwiderstandswert ist, k der Abtastzeitpunkt ist und
eine positive Ganzzahl umfasst, KeHVBR_R_HVBatResistanceDisChg eine
Variable ist, die der Batterie
18 entspricht, die sich
in einem Entladezustand befindet, wenn Î
b(k) > 0 ist, wie in Gleichung
(2) bestimmt ist, und KeHVBR_R_HVBatResistanceChg ein Softwarefunktionalitätsmodul
ist, das der Batterie
18 entspricht, die sich in einem
Ladezustand befindet, wenn Î
b(k) ein Wert ist, der kleiner als Null ist.
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Als
Nächstes
werden, wie in
2 veranschaulicht ist, die Parameter
der Batterieleerlaufspannung (V ^
oc(k)), der
vorläufigen
Schätzung
des Batteriestroms (Î
b) und des Batterieinnenwiderstandswerts
(R ^ob ) verwendet,
um die Batterieanschlussspannung (
30) durch eine Beziehung
zu schätzen,
die aus den Gleichungen (1) bis (3) abgeleitet ist, wobei die Beziehung
eine geschätzte
Batterieanschlussspannung
V ^0be (k) definiert, die durch die feste
Batterieschätzeinrichtung
32 ermittelt
wird. Die feste Batterieschätzeinrichtung
ermittelt eine lineare Batterieanschlussspannung unter Verwendung
von Gleichung (4):
wobei
alle Variablen in den Gleichungen (1)–(3) definiert sind.
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Nachdem
sie ermittelt wurden, werden V ^0be (k) und andere geschätzte Signale
in die adaptive Batterieschätzeinrichtung 34 eingegeben
(68). Von der nichtlinearen adaptiven Batterieschätzeinrichtung 34 wird ein
vorhergesagter SpannungswertV ^0bp (k) über das Signal 33A der
vorhergesagten Batterieanschlussspannung ermittelt (70),
was es dem Fahrzeugbatterie-Steuerungsmodul 14 ermöglicht,
die Batteriedynamik online zu verfolgen, zu schätzen und vorherzusagen.
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Bei
einer Ausführungsform
verwendet die nichtlineare adaptive Batterieschätzeinrichtung
34 eine
Logik, um den vorhergesagten Spannungswert
V ^0bp (k) unter Verwendung
der geschätzten
Batterieanschlussspannung
V ^0be (k) zu ermitteln, welche, wie in
Gleichung (4) festgestellt, durch die feste Batterieschätzeinrichtung
32 abgeleitet
ist, wie in Gleichung (5) dargestellt ist:
wobei
R
b ein aktualisierter geschätzter Batterieinnenwiderstandswert
der Batterie
18 ist, der durch die feste Batterieschätzeinrichtung
32 ermittelt
wird, und dR ^
b(k) eine Änderung bei dem geschätzten Batterieinnenwiderstandswert
ist, wie sie von der adaptiven Batterieschätzeinrichtung in der nachstehenden
Gleichung (8) ermittelt wird, und wobei
eine Änderung bei der geschätzten Batterieanschlussspannung
mit Bezug auf eine Änderung
bei dem geschätzten
Batterieinnenwiderstandswert ist.
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Insbesondere
berechnet Gleichung (5)
wie folgt:
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Bei
einer Ausführungsform
stellt
einen statistischen Empfindlichkeitsfaktor
dar, der in Gleichung (6a) ermittelt wird (
38):
wobei ϕ den
statistischen Empfindlichkeitsfaktor darstellt und k einen Abtastzeitpunkt
darstellt und eine positive Ganzzahl umfasst.
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Unter
Verwendung von ϕ, der in Gleichung (6b) ermittelt wurde,
ermittelt die adaptive Batterieschätzeinrichtung
34 dann
eine Kovarianz P(k) (
40), wobei die Kovarianz unter Verwendung
von Gleichung (7) ermittelt wird:
wobei α eine feste
Variable ist.
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Nach
der Aktualisierung der Kovarianz berechnet die adaptive Batterieschätzeinrichtung
34 eine
Aktualisierung für
den Batterieinnenwiderstandswert
(R ^ob ) (
42) unter Verwendung
von Gleichung (8):
wobei d einen Korrekturfaktor
darstellt, der eine Abstimmung oder Korrektur einer Messung und
einer Messverzögerung
bereitstellen kann. Zudem kann der Korrekturfaktor d eine Korrektur
für andere
Batterie- oder Systemparameter
bereitstellen, deren Abstimmung eine Optimierung der Funktion des
adaptiven Batteriesteuerungsmoduls
14 bereitstellen würde.
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Bei
einer Ausführungsform
wird der Wert von
in Gleichung (5) durch ϕ(k)
ersetzt, das aus Gleichungen (6a) und (6b) abgeleitet wurde, um
die vorhergesagte Batterieanschlussspannung als (k), welche in Gleichung
(9) definiert ist, zu ermitteln (
44):
V ^bp(k) = V ^0b (k) + ϕ(k)·dR ^b(k) (9) -
Während der
Verwendung eines Fahrzeugs, das eine Batterie 18 umfasst,
kann sich der Innenwiderstandswert, der hierin wechselweise als
Impedanz bezeichnet wird, der Batterie 18 in Abhängigkeit
von der Betriebsbedingung der Batterie 18 ändern. Die
Betriebsbedingungen der Batterie 18 können umfassen, dass die Batterie 18 von
einer Leistungsquelle aufgeladen wird, dass die Batterie 18 an
eine Last entladen wird, oder dass die Batterie 18 eine
gegebene Ladung beibehält.
Um Schwankungen bei der Batterieimpedanz zu berücksichtigen, wird eine weitere
Ausführungsform
bereitgestellt, in der eine adaptive Batterieschätzeinrichtung 46 bereitgestellt
ist, um Differenzen bei der Batterieimpedanz zu berücksichtigen,
die durch differierende Batteriebetriebsbedingungen verursacht werden.
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Bei
einer in 3 veranschaulichten Ausführungsform
arbeitet ein Verfahren (84), um eine Batteriedynamik adaptiv
zu schätzen
und vorherzusagen. Anfänglich
arbeitet eine feste Batterieschätzeinrichtung 66 (36),
um die Batteriedynamik auf die gleiche Weise wie die feste Batterieschätzeinrichtung 32 zu
schätzen,
wie in 2 gezeigt ist. Der aktualisierte geschätzte Batterieinnenwiderstandswert,
welcher eine Änderung
bei dem Batterieinnenwiderstandswert widerspiegelt, wird in Abhängigkeit
davon, ob sich die Batterie in einem Lade- oder Entladezustand (48),
(49A), (49B) befindet, von einer adaptiven Batterieschätzeinrichtung 46 berechnet.
Die adaptive Batterieschätzeinrichtung 46 ermittelt
den statistischen Empfindlichkeitsfaktor ϕ(k) (38),
wie in Gleichungen (6a) und (6b) offenbart ist, und die Kovarianz
P(k) (40), wie in Gleichung (7) offenbart ist. Anders als die
adaptive Batterieschätzeinrichtung 34 (70)
ersetzt die adaptive Batterieschätzeinrichtung 46 (72) jedoch
Gleichung (8) wie folgt durch die Gleichungen (10a) und (10b), um
dR ^b(k) zu ermitteln. Der gewählte dR ^b(k) wird dann verwendet, um die vorhergesagte
Batterieanschlussspannung V ^bp(k) zu berechnen,
wie in Gleichung (9) offenbart ist, und ermittelt, ob sich die Batterie
in einem Entladezustand befindet, in welchem die Leistung P*(k)
größer als
Null ist, oder in einem Ladezustand, in welchem P*(k) kleiner oder
gleich Null ist (48), und umfasst den folgenden Prozess,
der von der adaptiven Batterieschätzeinrichtung 46 gemäß dem Wert
von P*(k) verwendet werden soll, wie in Gleichungen (10a) und (10b)
gezeigt ist:
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Wenn
P*(k) < 0, dann
wobei
dR ^
b(k) = dR ^
b, chg(k).
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Wenn
P*(k) ≥ 0
wobei
dR ^
b(k) = dR ^
b,dischg(k).
In den Gleichungen (10a) und (10b) ist dR ^
b,chg die
Impedanz der Batterie
18, wenn sich die Batterie
18 in
einer Ladebetriebsbedingung befindet, und dR ^
b,dischg ist
die Impedanz der Batterie
18, wenn sich die Batterie
18 in
einer Entladebetriebsbedingung befindet.
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Bei
einer Ausführungsform
kann die adaptive Batterieschätzeinrichtung 46 zwischen
dR ^b,dischg (49A) und dR ^b,chg (49B)
der Gleichungen (10a) und (10b) umschalten, wobei eine Batterieimpedanz,
die einem Entladebetriebszustand der Batterie 18 entspricht,
oder eine Batterieimpedanz, die einem Ladezustand der Batterie 18 entspricht,
verwendet wird, die durch dR ^b,dischg bzw.
dR ^b,chg in den voranstehenden Gleichungen
dargestellt und in 3 veranschaulicht sind.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist ein Verfahren (90) zum adaptiven Schätzen und
Vorhersagen einer Batteriedynamik in 4 gezeigt.
Die adaptive Batterieschätzeinrichtung 80 schätzt eine
Batteriedynamik, die eine geschätzte
Batterieanschlussspannung in Ansprechen auf sich ändernde
Bedingungen des elektrischen Fahrzeugsystems auf der Grundlage einer
gemessenen Batterieanschlussspannung, einer maximalen Batterienennkapazität (Eo) und einer Sollleistungsanforderung umfasst,
wenn sich die Batterie 18 in einem Zustand oder einer Bedingung
mit niedriger Leistung befindet, und sagt diese vorher.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ermittelt die adaptive Batterieschätzeinrichtung 80 einen
Schätzwert
der Batteriedynamik ohne einen Schätzwert der Voc der
Batterie 18 zu benötigen,
wenn sich die Batterie in einer Bedingung mit niedriger Leistung
befindet. Die Batterieanschlussspannung Vb wird
nicht unter Verwendung der festen Batterieschätzeinrichtung 66 geschätzt, sondern
stattdessen aus einer gemessenen Batterieanschlussspannung V(k)
und einer maximalen Nennkapazität
Eo der Batterie ermittelt, welche eine Nennenergiespeicherkapazität der Batterie
darstellt. Bei der Ausführungsform
mit einer niedrigen Batterieleistungsbedingung werden SW1 und SW2
geöffnet,
wodurch die feste Batterieschätzeinrichtung
zur Ermittlung einer Leerlaufspannung umgangen wird. Stattdessen
werden SW3 und SW4 geschlossen, um Spannungs- und Batteriekapazitätssignale 17C bzw. 17D in
die adaptive Batterieschätzeinrichtung 80 einzugeben,
um das Signal 33A der vorhergesagten Batterieanschlussspannung
zu erzeugen. Eine Rückkopplungsschleife 35B,
die zwischen der adaptiven Batterieschätzeinrichtung 80,
der Batteriestrom-Schätzeinrichtung 25 und
der Vorab-Batteriewiderstandswert-Schätzeinrichtung 23 gebildet
ist, wird verwendet, um den Batterieinnenwiderstandswert R ^b,chg in ähnlicher
Weise, wie bezüglich
der Rückkopplungsschleife 35A beschrieben
ist, zu aktualisieren, mit der Ausnahme, dass bei der Rückkopplungsschleife 35B die
vorhergesagte Batterieanschlussspannung in die Batteriestrom-Schätzeinrichtung 25 von
einem Signal 33A der vorhergesagten Batteriespannung anstatt
von der Signalleitung 27A eingegeben wird, um sowohl den
geschätzten
Batteriewiderstandswert als auch den geschätzten Batteriestrom zu aktualisieren
und in die adaptive Batterieschätzeinrichtung 80 einzugeben.
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Bei
einer Ausführungsform
tastet das Fahrzeugbatterie-Steuerungsmodul 14 die gemessene
Batteriespannung während
Perioden mit niedriger Batterieleistung (52) ab und hält sie.
Das Fahrzeugbatterie-Steuerungsmodul 14 arbeitet dann,
um eine Ladestromgrenze (54) auf der Grundlage der maximalen
Nennkapazität Eo der Batterie 18 zu ermitteln.
Das Fahrzeugbatterie-Steuerungsmodul 14 gibt dann die gemessene
Anschlussspannung von dem Signal 17C der Batterieanschlussspannung
und die geschätzte
Batteriekapazität Eo von dem Signal 17D der geschätzten Batteriekapazität in die
adaptive Batterieschätzeinrichtung 80 ein,
um eine erste geschätzte
Batterieanschlussspannung V ^oc(k), wenn k
gleich 1 ist, und eine vorhergesagte Batterieanschlussspannung zu
erzeugen, wenn k größer als
1 ist (55). Das Signal 33A der geschätzten oder
vorhergesagten Batteriespannung wird dann in die Rückkopplungsschleife 35B eingegeben.
Die adaptive Batterieschätzeinrichtung 80 arbeitet,
um die Batterie dynamik unter Verwendung von Gleichungen (11a)–(11c) adaptiv
zu schätzen: Wenn |P*(k)| < P V ^oc(k) = V(k) (11a) Wenn P*(k) > 0
dann, V ^oc(k) = Rate_lim[V ^oc(k – 1) – dV(k)] (11b) Wenn P*(k) ≤ 0 V ^oc(k) = Rate_lim[V ^oc(k – 1) + dV(k)] (11c)
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Anstatt
V
oc zur Schätzung der Batteriedynamik zu
verwenden, wie es in
2–
4 offenbart
ist, ermittelt eine weitere Ausführungsform
eine Ladestromgrenze aus der Änderung
bei der Batteriespannung (
54). Die Ladestromgrenze wird
als eine Funktion der gemessenen Batteriespannung und der maximalen
Batterienennkapazität
E
o gebildet, die an die adaptive Batterieschätzeinrichtung
(
80) übertragen
wird, wenn die Batterie in einer Bedingung mit niedriger Batterie
arbeitet. Die Änderung
bei der gemessenen Batteriespannung kann inkrementell sein und wird
unter Verwendung von Gleichung (12) ermittelt:
wobei
SOC
est der geschätzte Ladezustand ist, E
0 die maximale Batterienennkapazität ist und
k der Abtastzeitpunkt ist, der eine positive Ganzzahl umfasst.
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Die
geschätzte
Batterieanschlussspannung Voc aus dem letzten
Abtastzeitpunkt (k – 1)
wird dann in die Rückkopplungsschleife 35B eingegeben
(68), um einen geschätzten
Batteriestrom (26) zu ermitteln und den Batterieinnenwiderstandswert
(28) zu aktualisieren, wie in Gleichungen (2) und (3) offenbart
ist. Bei jedem Abtastzeitpunkt, bei dem k größer als 1 ist, wird die geschätzte Spannung V ^oc(k) von dem letzten Abtastzeitpunkt zu
der vorhergesagten Spannung. Bei der Ausführungsform, in der sich die
Batterie in einem Zustand mit niedriger Leistung befindet, werden
SW1 und SW2 geöffnet
und SW3, SW4 und SW5 werden geschlossen. Die adaptive Batterieschätzeinrichtung 80 sagt
die Batteriedynamik adaptiv vorher und verwendet Batteriedynamikeingaben
und die Gleichungen (11a)–(11c)
und (12), um einen Empfindlichkeitsfaktor (38), eine Kovarianz
(40), eine geschätzte
oder eine vorhergesagte Batterieanschlussspannung 33A (44)
zu ermitteln.
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Die
Offenbarung hat gewisse bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen
dazu beschrieben. Beim Lesen und Verstehen der Beschreibung können anderen
weitere Modifikationen und Veränderungen
begegnen. Die Offenbarung soll daher nicht auf die spezielle(n)
Ausführungsform(en)
beschränkt
sein, die so offenbart ist/sind, dass sie als die beste Art angesehen
wird/werden, diese Offenbarung auszuführen, sondern die Offenbarung
soll alle Ausführungsformen
umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
