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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Systeme und Verfahren für Verbesserungen bei der Genauigkeit eines Batterieladezustands, bei der Konsistenz der Beendigung eines Aufladens, bei der Kapazitätsschätzung und bei der Konsistenz einer Energielieferung. Insbesondere beschreiben Ausführungsformen hier im Detail einen Algorithmus zum Berechnen der Veränderung bei einem Ladezustand für eine gegebene Spannungsänderung (dSOC/dV) bei einer gegebenen Temperatur in einem Bereich um die gegenwärtige Spannungsmessung oder -schätzung und um ein Signal zu setzen, das anzeigt, wann die Messung wegen eines potentiellen Fehlers nicht verwendet werden soll.
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HINTERGRUND
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Die Kenntnis des Ladezustands einer Batterie ist für eine Anzeige dessen notwendig, wie viel länger eine Batterie weiterhin arbeiten wird, bevor sie entweder wieder aufgeladen oder ausgetauscht werden muss. Da die Weiterentwicklung von Technologien mit Bezug auf Fahrzeuge andauert, wird die Bedeutung des Verständnisses und des Überwachens der Batterielebensdauer zunehmen wichtiger.
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Die Batterieladung kann durch mehrere Verfahren gemessen werden, etwa chemisch, durch Messungen und Aufzeichnen von Kurven mit Bezug auf eine Entladung oder auch unter Verwendung einer elektrischen Modellierung.
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Ein bekanntes Verfahren zum Bereitstellen direkter Messungen ist ein Verfahren, das einen Lesewert der Batteriespannung unter Verwendung der bekannten Entladekurve (Spannung über Ladezustand) der Batterie in einen Ladezustand (SOC) umwandelt. Unter Verwendung eines derartigen Verfahrens wird der Ladezustand mit Bezug auf einen Schätzwert der Leerlaufspannung (OCV-Schätzwert), welche die Spannung bei einem Gleichgewicht ist und daher der Strom gleich null ist, graphisch aufgezeichnet. Bei diesem Verfahren wird der Spannungslesewert jedoch wegen der elektrochemischen Kinetik der Batterie sowie der Temperatur erheblich durch den Batteriestrom beeinträchtigt, speziell wenn die Batterie sich nicht wirklich in einem Ruhezustand befindet, wenn die Lesewerte erfasst werden. Diese Verfahren werden daher genauer gemacht, indem der Spannungslesewert mit einem Korrekturausdruck proportional zum Batteriestrom und durch Verwendung einer Nachschlage-/Referenztabelle der Schätzung der Leerlaufspannung der Batterie über der Temperatur kompensiert wird.
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Bei Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LiFeP) weisen Bereiche der Ladezustands-Leerlaufspannungs-Kurve große Veränderungen beim Ladezustand bei kleinen Veränderungen von Leerlaufspannungsschätzwerten auf. In diesen Bereichen sind Ungenauigkeiten bei der Spannungserfassung, die Auflösung der Analog/Digital-Umsetzung und die Datenbankauflösung des Controllerbereichnetzwerks (CAN) und die Datenbankauflösung des Controllerbereichnetzwerks (CAN) einige mögliche Ursachen der Ungenauigkeit des Ladezustands. Auf dem Gebiet besteht ein Bedarf für Systeme und Verfahren, die Benutzer mit dem Wissen ausstatten, dass ein geschätzter Ladezustand beruhend auf einer Spannung in diesen Bereichen große Fehler enthalten kann und nicht verwendet werden sollte.
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Aktuelle Systeme sind übermäßig komplex und es besteht ein Bedarf auf dem Gebiet für erhöhte Einfachheit, Effizienz und verringerte Fehler. Spezielle hier beschriebene Ausführungsformen führen zu Verbesserungen bei der Ladezustands-Genauigkeit, der Konsistenz beim Beenden des Aufladens, der Kapazitätsschätzung und der Konsistenz der Energielieferung.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sorgen für die Feststellung, ob eine Spannungsmessung oder eine Leerlaufspannungsschätzung für eine Ladezustandsschätzung brauchbar ist. Dieses Verfahren umfasst, dass mindestens eine Batterie, mindestens ein Sensor, der mit dieser Batterie gekoppelt ist, und mindestens ein Controller, der mit der mindestens einen Batterie gekoppelt ist, bereitgestellt werden. Das Verfahren umfasst außerdem, dass eine Temperatur der mindestens einen Batterie mit dem mindestens einen Sensor erfasst wird, die Spannungsmessung und/oder die Leerlaufspannungsschätzung für die mindestens eine Batterie bereitgestellt wird/werden, und ein Algorithmus mit dem mindestens einen Controller gestartet wird. Spezielle Ausführungsformen des Algorithmus umfassen, dass eine Reihe von Spannungen aus der bereitgestellten Spannungsmessung oder der Leerlaufspannungsschätzung, eine Schrittweite und eine Gesamtanzahl von Elementen erzeugt wird, sowie dass der Ladezustand (SOC) für jede Spannung in der Reihe berechnet wird, wenn die erfasste Temperatur gegeben ist, und die Differenz (dSOC) zwischen allen nachfolgenden Ladezuständen in der Reihe berechnet wird. Spezielle Ausführungsformen des Algorithmus umfassen außerdem, dass die maximale dSOC aus der Reihe ermittelt wird, festgestellt wird, ob die maximale dSOC über einem Schwellenwert für brauchbare Daten liegt, und dass eine Ausgabe auf ”die Daten nicht verwenden” gesetzt wird, wenn die maximale dSOC über dem Schwellenwert für brauchbare Daten liegt, oder die Ausgabe auf ”die Daten verwenden” gesetzt wird, wenn die maximale dSOC nicht über dem Schwellenwert für brauchbare Daten liegt.
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Außerdem werden hier Ausführungsformen für neue Systeme bereitgestellt, um festzustellen, ob eine Spannungsmessung oder eine Leerlaufspannungsschätzung für eine Ladezustandsschätzung brauchbar ist, welche mindestens eine Batterie, mindestens einen Sensor, der mit dieser Batterie gekoppelt ist und mindestens einen Controller, der mit der mindestens einen Batterie gekoppelt ist, umfassen. Bei speziellen Ausführungsformen ist der mindestens eine Sensor ausgestaltet, um eine Temperatur zu erfassen und um die Spannungsmessung oder die Leerlaufspannungsschätzung der mindestens einen Batterie bereitzustellen, und der mindestens eine Controller ist ausgestaltet, um einen Algorithmus zu starten. Insbesondere ist der Controller bei verschiedenen Ausführungsformen ausgestaltet, um den Algorithmus zu starten, um eine Reihe von Spannungen aus der bereitgestellten Spannungsmessung oder der Leerlaufspannungsschätzung, eine Schrittweite und eine Gesamtanzahl von Elementen zu erzeugen. Der Algorithmus kann außerdem den Ladezustand (SOC) für jede Spannung in der Reihe berechnen, wenn die erfasste Temperatur gegeben ist, die Differenz (dSOC) zwischen allen nachfolgenden Ladezuständen in der Reihe berechnen und die maximale dSOC aus der Reihe bestimmen. Dies ermöglicht, dass der Algorithmus feststellt, ob die maximale dSOC über einem Schwellenwert für brauchbare Daten liegt und eine Ausgabe auf ”die Daten nicht verwenden” setzt, wenn die maximale dSOC über dem Schwellenwert für brauchbare Daten liegt, oder die Ausgabe auf ”die Daten verwenden” setzt, wenn die maximale dSOC nicht über dem Schwellenwert für brauchbare Daten liegt.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist eine schematische Darstellung eines Systems, das einen Batteriestapel und einen Controller, etwa einen Controller, der in einem Fahrzeug angeordnet ist, enthält.
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2 ist eine schematische Darstellung der Stapelspannung über dem prozentualen Ladezustand für eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie.
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3 ist eine schematische Darstellung der Varianz der Steigung für eine Schrittweite von eins.
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4 ist eine schematische Darstellung der Varianz der Steigung für eine gegebene Schrittweite mit der Temperatur.
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5 ist ein Flussdiagramm, das einen Algorithmus zur Verwendung mit hier beschriebenen Verfahren und Systemen zeigt.
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6 ist ein Flussdiagramm zur Verwendung mit hier beschriebenen Verfahren und Systemen.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Es werden nun spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Jedoch kann die Erfindung in anderen Formen ausgeführt werden und soll nicht so aufgefasst werden, dass sie auf die hier offengelegten Ausführungsformen begrenzt ist. Stattdessen werden diese Ausführungsformen so bereitgestellt, dass diese Offenbarung gründlich und vollständig sein wird und den Umfang der Erfindung dem Fachmann vollständig übermitteln wird.
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Sofern es nicht anderweitig definiert wird, weisen alle hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung auf, die von dem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, allgemein verstanden wird. Die hier verwendete Terminologie dient nur der Beschreibung spezieller Ausführungsformen und ist nicht zur Einschränkung der Erfindung gedacht. Die Singularformen ”einer/eine/eines” und ”der/die/das” sollen, so wie sie in der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet werden, auch die Pluralformen enthalten, sofern es nicht der Kontext klar anderweitig angibt.
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Sofern es nicht anderweitig angegeben ist, sollen alle Zahlen, die Mengen von Bestandteilen, Eigenschaften wie etwa das Molekulargewicht, Reaktionsbedingungen und so weiter ausdrücken, welche in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet werden, so verstanden werden, dass sie in allen Fällen um den Begriff ”etwa” modifiziert sind, was bis zu ±10% eines angegebenen Werts bedeuten soll. Zudem soll die Offenbarung aller Bereiche in der Beschreibung und den Ansprüchen so verstanden werden, dass sie den Bereich selbst und außerdem alles, was darin aufsummiert ist, sowie Endpunkte umfasst. Sofern es nicht anderweitig angegeben ist, sind die numerischen Eigenschaften, die in der Beschreibung und den Ansprüchen offengelegt sind, Approximationen, die in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften variieren können, die in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erhalten werden sollen. Obwohl die numerischen Bereiche und Parameter, welche den weitgefassten Umfang der Erfindung offenlegen, Approximationen sind, sind die numerischen Werte, die in den speziellen Beispielen offengelegt sind, so genau wie möglich wiedergegeben. Jedoch enthalten alle numerischen Werte naturgegeben bestimmte Fehler, die notwendigerweise aus dem Fehler resultieren, der in ihren jeweiligen Messwerten anzutreffen ist.
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Der Begriff ”Stapel” ist, so wie er hier verwendet wird, eine Kombination aus Batterien/Batteriezellen in Reihenschaltung und Parallelschaltung.
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Der Begriff ”OCV” ist, so wie er hier verwendet wird, eine Leerlaufspannungsschätzung einer Batteriezelle oder eines Batteriestapels. Die OCV ist gleich der gemessenen Spannung, wenn sich die Zelle oder der Stapel im Gleichgewicht befindet.
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Der Begriff ”Signal” bezeichnet, so wie er hier verwendet wird, einen Boolschen Wert oder eine andere Kennzeichnung, die hier in bestimmten Ausführungsformen verwendet wird, um anzugeben, ob eine Leerlaufspannungsschätzung verwendet werden soll.
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Der Begriff ”Berechnungsvorrichtung” bezeichnet, so wie er hier verwendet wird, einen Rechner oder eine andere Vorrichtung, die Algorithmen ausführen kann.
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Bei speziellen Ausführungsformen testet der neue Algorithmus (siehe 5 und Beispiel 1) die Ladezustands-Leerlaufspannungs-Kurve bei Spannungen in der Nähe der Messung und bei der gleichen Temperatur, um die Ladezustandsdifferenz zwischen diesen Punkten zu bestimmen. Eine kleine Ladezustandsdifferenz zeigt an, dass der durch die Messung eingefangene Fehler wahrscheinlich klein ist und der Messung vertraut werden soll.
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Bei speziellen Ausführungsformen der Erfindung wird die gegenwärtige Temperatur der Batterie mithilfe eines oder mehrerer Sensoren getestet, die ebenfalls mit dem Controller gekoppelt sind, um Informationen zwischen Teilen des Systems zu übermitteln. Indem die gegenwärtige Temperatur der Batterie getestet wird, kann der neue Algorithmus das Verwenden/nicht Verwenden-Signal mit einer höheren Auflösung erzeugen als es mit aktuellen Verfahren durchgeführt werden kann.
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1 veranschaulicht ein System, das einen Batteriestapel und einen Controller 104 enthält, die in einem Fahrzeug angeordnet sind. In Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Fahrzeug 100 gezeigt. Der Batteriestapel 102 enthält Module 230, die eine kumulierte elektrische Leistung zum Vorantreiben des Fahrzeugs 100 bereitstellen. Jedes der Module 230 enthält mehrere Batteriezellen 232. Auf ähnliche Weise sind die Batteriezellen 232 miteinander verbunden, um auf der Modulebene des Batteriestapels 102 eine kumulierte Leistung bereitzustellen.
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Es ist auch gezeigt, dass das Fahrzeug 100 eine Anzahl von Sensoren enthält, die mit dem Batteriestapel 102 verbunden sind. Spannungssensoren 202 messen die Spannung des Batteriestapels 102, der Module 230 und/oder der Zellen 232 und liefern über eine Busleitung 210 Spannungswerte an eine Schnittstelle 216 des Controllers 104. Stromsensoren 204 messen den Strom des Batteriestapels 102, der Module 230 und/oder der Zellen 232 und liefern über eine Busleitung 212 Stromwerte an die Schnittstelle 216 des Controllers 104. Temperatursensoren 206 messen die Temperatur des Batteriestapels 102, der Module 230 und/oder der Zellen 232 und liefern über eine Busleitung 214 Temperaturwerte an die Schnittstelle 216 des Controllers 104. Die Sensoren 202, 204 und 206 können eine beliebige Anzahl von Sensoren oder Konfigurationen sein, um die Spannungen, Ströme und Temperaturen zu messen, die dem Batteriestapel 102 zugeordnet sind. Beispielsweise kann der Temperatursensor 206 ein einzelner Temperatursensor sein, während die Spannungssensoren 202 und die Stromsensoren 204 eine kombinierte integrierte Schaltung sein können, die sowohl Spannungen als auch Ströme misst. Es ist festzustellen, dass eine beliebige Anzahl unterschiedlicher Kombinationen aus Sensoren und Sensorkonfigurationen verwendet werden kann, ohne von den Prinzipien oder Lehren der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Der Controller 104 kann eine Schnittstelle 218, einen Speicher 220, einen Prozessor 219, ein Fahrzeugsteuerungsmodul, ein Batteriesteuerungsmodul 224 und eine oder mehrere Schnittstellen (216, 218) enthalten. Bei einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 100 auch einen Zellenausgleichscontroller 208 enthalten, der einen Zellenausgleich am Batteriestapel 102 in Ansprechen auf den Empfang eines Steuerungsbefehls vom Controller 104 über eine Busleitung 213 ausführt. Bei anderen Ausführungsformen ist der Zellenausgleichscontroller 208 weggelassen und der Controller 104 kann Steuerungsbefehle über die Busleitung 213 direkt an den Batteriestapel 102 liefern, um einen Zellenausgleich auszuführen.
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Immer noch mit Bezug auf den Controller 104 ist dieser so gezeigt, dass er den Prozessor 219 enthält, welcher ein oder mehrere Prozessoren (z. B. einen Mikroprozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein im Feld programmierbares Gatearray oder dergleichen) umfassen kann, die mit dem Speicher 220 und den Schnittstellen 216 und 218 kommunikationstechnisch gekoppelt sind. Der Speicher 220 kann eine beliebige Form von Speicher sein, die in der Lage ist, von einer Maschine ausführbare Anweisungen zu speichern, welche eine oder mehrere der hier offenbarten Funktionen implementieren, wenn sie von dem Prozessor 519 ausgeführt werden. Der Speicher 520 kann beispielsweise ein RAM, ein ROM, ein Flashspeicher, eine Festplatte, ein EEPROM, ein CD-ROM, eine DVD oder andere Formen von nicht vorübergehenden Speichervorrichtungen oder eine beliebige Kombination aus verschiedenen Speichervorrichtungen sein. Bei einigen Ausführungsformen enthält der Speicher 220 das Fahrzeugsteuerungsmodul 222, welches die Steuerung einer oder mehrerer Komponenten des Fahrzeugs 100 bereitstellt. Beispielsweise kann das Fahrzeugsteuerungsmodul 222 eine Steuerung der Kraftmaschine des Fahrzeugs 100 bereitstellen oder Statusbedingungsinformationen (z. B. das Fahrzeug 100 verfügt über wenig Kraftstoff, dem Fahrzeug 100 verbleibt auf der Grundlage des gegenwärtigen Ladezustands des Batteriestapels 102 eine geschätzte Anzahl von Meilen/Kilometern an Fahrweg, usw.) an eine oder mehrere Anzeigevorrichtungen im Inneren des Fahrzeugs 100 über die Schnittstelle 218 bereitstellen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Fahrzeugsteuerungsmodul 222 auch mit anderen Verarbeitungsschaltungen (z. B. einer Kraftmaschinensteuerungseinheit, einem On-Bord-Diagnosesystem oder dergleichen) oder mit anderen Sensoren (z. B. einem Luftmassenstromsensor, einem Kurbelwellenpositionssensor oder dergleichen) über die Schnittstelle 218 kommunizieren.
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Bei speziellen Ausführungsformen ist der Controller 104 an unterschiedlichen Stellen in unterschiedlichen Anwendungen, die ein Auto umfassen, angeordnet, etwa in der Fahrgastzelle und/oder unter Sitzen und/oder in einem Kofferraum. Der Controller 104 kann auch in einem Labor angeordnet sein, das hier verwendet wird, um ein Gebäude oder einen Ort zu bezeichnen, der zum Testen von Geräten oder zum Durchführen anderer Forschung verwendet wird, oder wo eine Fertigung ausgeführt wird. Ein Signal wie ”die Daten verwenden” oder ”die Daten nicht verwenden” einer Spannungsmessung zur Ladezustandsschätzung wie hier beschrieben kann für einen Benutzer automatisch auf einem Autoarmaturenbrett oder einer anderen Anzeige angezeigt werden.
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2 zeigt eine schematische Veranschaulichung der Stapelspannung über dem prozentualen Ladezustand für eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie. Wie deutlich zu sehen ist, zeigt 2 sehr große Bereiche mit Veränderungen des prozentualen Ladezustands bei kleiner Veränderung der Spannung (prozentualer Ladezustand von 40–60%, 70–95%). Diese graphische Darstellung zeigt, dass eine Veränderung bei der Spannung sehr gut mit einer Veränderung beim prozentualen Ladezustand korreliert, wenn die Steigung der Linie steil ist, und sehr schlecht, wenn die Linie flach verläuft (Steigung von nahezu null). Wenn sich beispielsweise die Spannung von etwa 377 Volt auf etwa 375 Volt verändert, fällt der prozentuale Ladezustand nur von etwa 100 auf etwa 98 Prozent des Ladezustands. Wenn die Spannung jedoch von etwa 375 Volt auf etwa 373 Volt fällt, fällt der prozentuale Ladezustand von etwa 98 auf etwa 71. Daher wäre ein gegebener Spannungslesewert oder auch ein Maß einer Spannungsänderung in den flachen Bereichen der graphischen Darstellung kein genauer Weg zum Berechnen der Veränderung beim Ladezustand. Hier beschriebene Ausführungsformen sorgen für eine Feststellung, wann derartige Daten verwendet werden sollen und wann sie nicht verwendet werden sollen.
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3 ist eine schematische Darstellung der Varianz der Steigung für eine Schrittweite von eins. Diese graphische Darstellung zeigt, dass, wenn der prozentuale Ladezustand von 100 auf 0 fällt, die dSOC/dV entweder in etwa flach sein kann (bei nahezu vollständiger Ladung oder bei sehr niedrigen Ladungen) oder sehr steil sein kann (bei etwa 40–60 Prozent und bei 70–95 Prozent). Wenn die Steigung der Linie dieser graphischen Darstellung steil ist, wird eine gegebene Spannungsmessung oder eine Messung einer Spannungsänderung das Risiko tragen, dass sie eine schlechte Schätzung für eine Änderung bei einem Ladezustand ist, da sich der Ladezustand um diesen Spannungspunkt herum so schnell verändert. Daher berücksichtigen hier beschriebene Ausführungsformen diese Variabilität, indem sie die Steigungsänderungen berücksichtigen und indem sie den Ladezustand unter Verwendung von Spannungen, die höher und niedriger als die Messung sind, mit Hilfe von Spannungsschritten schätzen.
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4 ist eine schematische Veranschaulichung der Varianz der Steigung für eine gegebene Schrittweite mit der Temperatur. Auf die gleiche Weise, in der 3 eine Schrittweite von eins gezeigt hat, zeigt diese graphische Darstellung mehrere Schrittweiten von 90 bis 100 Prozent (anders als 3, die von 0 bis 100 Prozent gezeigt hat). 4 zeigt mehr als eine Schrittweite und zeigt die Temperatursignifikanz bei den Messwerten an. 4 zeigt, dass die Temperatur genau berücksichtigt werden muss, um genaue Messungen zu bestimmen. Bei dem offenbarten Verfahren bleibt die Steigung der Kurve mit 20 Grad Celsius dSOC/dV bei höheren Ladezuständen größer als die Kurve mit 30 Grad Celsius dSOC/dV. Im Stand der Technik konnten Temperaturen zwischen 20 und 30 Grad Celsius als äquivalent bewertet werden, was zu der Zurückweisung von Ladezustandsschätzungen mit niedrigem Fehler bei höheren Temperaturen führt.
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Immer noch mit Hinblick auf 4 veranschaulicht diese, dass es angemessen wäre, die Leerlaufspannung bei einem Ladezustand von 94% zu verwenden, wenn die Temperatur größer als 26 Grad Celsius wäre, aber dass eine Änderung bei der Temperatur zu einem erheblichen Fehler führen kann. Wie gezeigt, können bis zu 15% Fehler beim Ladezustand eingefangen werden, wenn die Temperatur nur 20 Grad Celsius beträgt. Wenn analog eine Temperatur von 20 Grad Celsius gegeben ist, müsste die Leerlaufspannung etwa 97 Prozent zeigen, bevor sie auf der Grundlage der Kurve weniger als 2 Prozent Fehler aufweisen wird.
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5 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform, die einen Algorithmus zur Verwendung mit hier beschriebenen Verfahren und Systemen zeigt. Der Algorithmus läuft ab, wenn eine Bestimmung einer Batterieladung benötigt wird, die manchmal automatisch bestimmt oder in den Controller 104 oder einen zugehörigen Computer oder ein Computersystem vorprogrammiert ist oder manuell gestartet werden kann. In dem Ablaufplan des bereitgestellten Algorithmus ist ”i” die Iterationsnummer. ”NumStep” ist eine kalibrierbare Anzahl von auszuführenden Iterationen. ”SOC” ist der Ladezustand. Versatz ist eine Addition oder Subtraktion eines Werts (eines Korrekturausdrucks) und kann unter Verwendung einer oder mehrerer Referenztabellen berechnet oder bestimmt werden; wenn eine Spannungsmessung ausgeführt wird, während eine Batterie nicht im Gleichgewicht ist, dann kann ein Versatzwert addiert oder subtrahiert werden, um den Wert zu korrigieren, wodurch eine Schätzung bereitgestellt wird. Der Algorithmus kann einen Versatz zur Durchführung von Korrekturen benutzen, um für genauere Bestimmungen Werte zu addieren oder zu subtrahieren, etwa beim Erzeugen von Ladezustandsschätzungen; die Werte können aus Referenztabellen beschafft werden, die für einen oder mehrere Computer zugänglich sind, die den Algorithmus laufen lassen, oder in Verbindung mit dem Controller 104, der den Algorithmus laufen lassen kann, oder die Werte können vorbestimmt sein.
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Die Schritte des Ablaufplans von 5 umfassen wie folgt: Start 1, Abfrage 3” Ist ”i” kleiner als NumStep”, wenn ”Ja” 5, erzeuge aktuellen Ladezustand auf der Grundlage der Temperatur und der Spannung plus einem Versatz (falls benötigt) 7, Abfrage 9” Ist ”i” gleich null?”, wenn ”Nein” 11 berechne 13 die Differenz zwi schen dem vorherigen Ladezustand und dem aktuellen Ladezustand; Abfrage 15 ”Ist die neue Differenz größer als die alte Differenz?” und wenn ”Ja” 17, dann speichere 19 die neue Differenz als maximales Delta vor dem Schritt 21 ”i inkrementieren, neuen Versatz erzeugen”. Wenn die neue Differenz nicht größer als die alte Differenz ist (”Nein” 23), dann gehe direkt zu 21 (gehe außerdem direkt zu 21, wenn die Antwort bei 9 ”Ja” 39 ist). Nach 21 wiederhole Schritt 3 (ist ”i” kleiner als NumStep). Die andere Seite des Flussdiagramms antwortet ”Nein” 25 auf die Frage 3, ob ”i” kleiner als NumStep ist. Wenn ”Nein” 25, dann folgt die Abfrage 27 ”Ist das maximale Delta größer als cal?”. Wenn ”Nein” 29, dann setze 31 die Verwendungs-Markierung (Ausgabe von ”Die Daten verwenden”). Wenn ”Ja” 33, dann setze 35 die nicht verwenden Markierung (Ausgabe von ”Die Daten nicht verwenden”). Dann ist das Ende der Schritte 37 erreicht.
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6 ist eine schematische Veranschaulichung einer Ausführungsform, die ein Flussdiagramm zur Verwendung mit hier beschriebenen Verfahren und Systemen zeigt. Das Diagramm zeigt, dass Ausführungsformen von hier beschriebenen Verfahren und Systemen den vorstehend erwähnten Controller 104 und einen Algorithmus enthalten können, wobei der Controller 104 den Algorithmus starten kann, um: eine Reihe von Spannungen aus der gelieferten Spannungsmessung oder der Leerlaufspannungsschätzung, eine Schrittweite und eine Gesamtanzahl von Elementen zu erzeugen; den Ladezustand für jede Spannung in der Reihe zu berechnen, wenn die erfasste Temperatur gegeben ist; die Differenz zwischen jedem dSOC in der Reihe zu berechnen; die maximale dSOC aus der Reihe zu bestimmen; festzustellen, ob die maximale dSOC über einem Schwellenwert für brauchbare Daten liegt; und einen Ausgang auf ”Die Daten nicht verwenden” zu setzen, wenn die maximale dSOC über einem Schwellenwert für brauchbare Daten liegt, oder den Ausgang auf ”Die Daten verwenden” zu setzen, wenn die maximale dSOC nicht über einem Schwellenwert für brauchbare Daten liegt. Die Schrittweite bezeichnet die Differenz zwischen Reihenpunkten für Ladezustandsbestimmungen und kann ein beliebiges Niveau sein, das automatisch oder manuell bestimmt und gewählt wird, etwa zwischen 0,001 Volt und etwa 0,5 Volt. Bezüglich der Elemente ist die Anzahl der Iterationen gleich der Anzahl der Elemente in der Reihe minus 1. Es werden mehrere Algorithmusiterationen konzipiert, etwa von etwa 1 bis etwa 10 oder etwa 10 bis etwa 20, etwa 20 bis etwa 50 oder mehr. Schwellenwerte können auf berechneten oder vorbestimmten Daten oder beiden beruhen und können automatisch oder über eine manuelle Eingabe eines Benutzers eingestellt werden, und sie können eingestellt werden, um Fehler mit einem beliebigen Niveau zu berücksichtigen, welche etwa Fehlerprozentsätze von 1 bis 5 Prozent oder 5 bis 20 Prozent oder 20 bis 30 Prozent oder mehr umfassen. Die Schwellenwerte können auch teilweise oder vollständig auf einem Vergleich von Liniensteigungen beruhen, etwa denjenigen, die in 3 und/oder 4 gezeigt sind.
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Die speziellen Schritte von 6 sind Start 41, Reihe erzeugen 43, Ladezustand berechnen 45, dSOC berechnen 47, maximalen Ladezustand bestimmen 49, mit Schwellenwert vergleichen 51, Ausgeben 53 und Ende 55.
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Die hier beschriebenen Systeme wie etwa der Controller 104 können in Verbindung mit Rechnern und rechnergestützten Systemen verwendet werden. Wie der Fachmann feststellt, können die Ausführungsformen mit einem Datenverarbeitungs- oder Rechnersystem im Allgemeinen und einem Digitalrechner im Speziellen verwendet werden, die vorzugsweise einen Eingang, einen Ausgang, eine Verarbeitungseinheit (oft als eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) bezeichnet) und einen Speicher enthalten, der einen derartigen Code, ein Programm oder einen Algorithmus im Speicher des Rechners temporär oder permanent speichern kann, sodass die in dem Code enthaltenen Anweisungen von der Verarbeitungseinheit auf der Grundlage von Eingabedaten verarbeitet werden, sodass durch den Code und die Verarbeitungseinheit erzeugte Ausgabedaten über einen Ausgang an ein anderes Programm oder an einen Benutzer übermittelt werden können. In einer Form wird ein Abschnitt des Speichers, der Daten enthält (auch Arbeitsspeicher genannt) als Speicher mit wahlfreiem Zugriff bezeichnet (RAM), während ein Abschnitt des Speichers, der Anweisungen enthält (auch als Permanentspeicher bezeichnet) als Festwertspeicher (ROM) bezeichnet wird. Ein Datenbus oder ein ähnlicher Satz von Drähten und zugehörigen Schaltungen bildet eine geeignete Datenkommunikationsstrecke, welche den Eingang, den Ausgang, die CPU und den Speicher sowie beliebige Peripheriegeräte derart miteinander verbinden kann, dass ermöglicht wird, dass das System als ein integriertes Ganzes arbeitet. Ein derartiges Rechnersystem wird so beschrieben, dass es eine von-Neumann-Architektur aufweist (auch als Universalrechner oder Rechner mit einem gespeicherten Programm bezeichnet).
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Wenn bei hier beschriebenen speziellen Ausführungsformen ein Schwellenwert überschritten wird, kann der Controller 104 oder ein Rechner oder ein Rechnerteil das Signal ”Die Daten nicht verwenden” über eine Signalleuchte an einen Benutzer übermitteln, etwa eine Signalleuchte, die einem Fahrzeug zugeordnet ist; ein Signal kann auch an eine Vorrichtung zur Anzeige der Ausgabe übermittelt werden.
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Bei hier beschriebenen speziellen Ausführungsformen verwendet der Algorithmus eine Ladezustands-Leerlaufspannungs-Nachschlagetabelle, die mit der Temperatur variiert.
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Bei speziellen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, berücksichtigt der Algorithmus Rundungsfehler beim Bestimmen von Fehlerniveaus und Schwellenwertniveaus, wobei die Rundungsfehler die A/D-Umwandlung und/oder den CAN-Bus betreffen.
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Bei hier beschriebenen speziellen Ausführungsformen können Verfahren und Systeme eines oder mehrere enthalten von: mindestens eine Batterie, die eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie oder ein Batteriestapel aus etwa 1 bis etwa 10 Batterien oder aus etwa 10 bis etwa 20 Batterien ist; einen Controller, der in einem Fahrzeug angeordnet sein kann, etwa in einem Kofferraum oder in einer Fahrgastzelle oder unter einem Autositz; einen Controller, der in einem Labor angeordnet ist und mit einer Rechenvorrichtung gekoppelt ist, um den Algorithmus laufen zu lassen; eine Schrittweite von etwa 0,5 Volt bis etwa 0,1 Volt oder von etwa 0,1 Volt bis 0,01 Volt oder von etwa 0,01 Volt bis etwa 0,001 Volt; mindestens einen Sensor, der aus einem, zwei, oder drei Sensoren oder mehr bestehen kann; Sensoren, die ausgestaltet sind, um Temperaturdifferenzen zwischen etwa 1 und etwa 0,1 Grad Celsius oder zwischen etwa 0,1 und etwa 0,01 Grad Celsius oder zwischen etwa 0,01 und etwa 0,001 Grad Celsius zu messen.
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BEISPIELE
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Die vorliegende Erfindung wird durch Bezugnahme als das folgende Beispiel besser verstanden werden, das zur Veranschaulichung und nicht zur Beschränkung angeboten wird.
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Beispiel 1
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Ein Algorithmus, wie er in 5 gezeigt ist, skizziert spezielle Ausführungsformen der aktuellen Erfindung. Schritte der Ausführungsformen sind nachstehend gezeigt: (1) Start des Algorithmus. Dies ist ein Aufruf der Funktion. Der Aufruf findet statt, wenn eine Spannung bewertet werden muss. Diese Spannung kann gemessen oder geschätzt sein (2). Wenn die Anzahl der Schritte kleiner als eine Kalibrierung ist, fahre fort, andernfalls springe zu Schritt (7). Schritt (3): Verwende die Spannung und die gemessene Temperatur, um einen Ladezustand (SOC) zu schätzen. Schritt (4): Wenn dies der erste Durchlauf durch die Schleife ist, gehe zu Schritt (6) weiter, andernfalls gehe zu Schritt (5) weiter. Schritt (5): Berechne die Veränderung zwischen dem zuvor berechneten Ladezustand und dem gegenwärtig berechneten Ladezustand. Wenn diese Veränderung die größte Veränderung seit dem Start des Algorithmus in Schritt 1 ist, speichere diese Veränderung als die maximale Veränderung. Schritt (6): Inkrementiere die Anzahl der Schritte und kehre die Schritt (2) zurück. Schritt (7): Nachdem alle Schritte berechnet worden sind und die maximale Veränderung beim Ladezustand bestimmt worden ist, vergleiche die maximale Veränderung beim Ladezustand mit einer Kalibrierung (8); wenn diese Kalibrierung kleiner als die maximale Veränderung beim Ladezustand ist, wird die Algorithmusausgabe, die verwendet wird, um die Qualität der Spannungsmessung oder -schätzung zu signalisieren, auf ”Die Daten nicht verwenden” gesetzt, andernfalls wird die Ausgabe auf ”Die Daten verwenden” gesetzt. Schritt (9): Algorithmus Ende. Es wird empfohlen, dass die Anzahl der Iterationen ungerade ist, wobei der Mittelpunktswert der Spannung in der Reihe gleich der Spannung von Schritt 1 ist.
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Ein Beispiel der Iterationen wird wie folgt beschrieben: eine Temperatur von 25 Grad Celsius wird erfasst, wobei die zu analysierende Spannung 3,7 V beträgt, die Anzahl der Schritte 5 ist und die Spannungsschrittweite (d V) 0,01 Volt ist (dieser Wert wird bei speziellen Ausführungsformen auf der Grundlage einer maximalen Veränderung beim Ladezustand = 1% eingestellt). Mehrere Iterationen von speziellen Ausführungsformen sind wie folgt gezeigt: Iteration 1: V = 3,68 V, SOC = 50%, Iteration 2: V = 3,69 V, SOC = 50,8%, dSOC = 0,8%, maximale dSOC = 0,8%; Iteration 3: V = 3,7 V, SOC = 51,5%, dSOC = 0,7%, maximale dSOC = 0,8%; Iteration 4: V = 3,71 V, SOC = 52,6%, dSOC = 1,1%, maximale dSOC = 1,1%; Iteration 5: V = 3,72 V, SOC = 52,9%, dSOC = 0,3%, maximale dSOC = 1,1%; hinsichtlich der Ausgabe des Algorithmus (Datenqualität) kann diese auf ”Nicht verwenden” gesetzt werden, weil 1,1% > 1%.
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Obwohl bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Details zur Veranschaulichung der Erfindung gezeigt wurden, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Veränderungen durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.
