DE102015111094B4

DE102015111094B4 - Kabelbaumanomaliedetektion

Info

Publication number: DE102015111094B4
Application number: DE102015111094.6A
Authority: DE
Inventors: Xu Wang; Chuan He; Xiaoguang Chang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2023-12-21
Anticipated expiration: 2035-07-10
Also published as: DE102015111094A1; CN105301425A; US20160025789A1; US9632125B2; CN105301425B

Abstract

Fahrzeug (100), das Folgendes umfasst:eine Traktionsbatterie (114);einen Kabelbaum (132), der elektrisch mit der Batterie (114) verbunden ist; undeinen Controller (130), der programmiert ist zum Generieren einer Kabelbaumanomalieausgabe (535) auf der Basis von Daten, die historische Widerstandswerte anzeigen, die mit dem Kabelbaum (132) und der Temperatur assoziiert sind, und Ladezustandsdaten für die Batterie (114), dadurch gekennzeichnet, dassdie Ladezustandsdaten einen mit dem Kabelbaum (132) assoziierten aktuellen Widerstandswert anzeigen.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Es werden hier Kabelbaumanomaliedetektionssysteme und -verfahren offenbart.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektrofahrzeuge wie etwa Hybridelektrofahrzeuge (HEV) oder Batterieelektrofahrzeuge (BEV) können durch einen Traktionsmotor und eine Hochspannungsbatterie angetrieben werden. Diese Hochspannungsbatterien können eine große Anzahl von Batteriezellen enthalten, um die Leistungsnachfrage des Fahrzeugs zu berücksichtigen. Ein Verdrahtungskabelbaum kann die oberen und unteren Teile der Batterie mit den jeweiligen Fahrzeugsystemen verbinden, und ein weiterer Verdrahtungskabelbaum kann die Batteriezellen in Reihe schalten.
Während des Betriebs und im Laufe der Zeit können Anomalien bei dem Verdrahtungskabelbaum zu einem erhöhten Kabelbaumwiderstand führen. Ein gattungsgemäßes Fahrzeug mit einer Diagnosevorrichtung für eine elektrische Anlage des Fahrzeugs ist in DE 11 206 002 329 T5 offenbart. Auch in US 2010 / 0 265 051 A1 ist ein Fahrzeug offenbart, wobei das Fahrzeug eine Überwachungsschaltung aufweist. Es ist wünschenswert, einen mit einem Drahtkabelbaum assoziierten Widerstand zu einer gegebenen Zeit zu kennen.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß ist ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Das Fahrzeug enthält eine Traktionsbatterie, einen Kabelbaum, der elektrisch mit der Batterie verbunden ist, und einen Controller, der programmiert ist zum Generieren einer Kabelbaumanomalieausgabe auf der Basis von Daten, die historische Widerstandswerte anzeigen, die mit dem Kabelbaum und der Temperatur assoziiert sind, und Ladezustandsdaten für die Batterie, die einen mit dem Kabelbaum assoziierten aktuellen Widerstandswert anzeigen.
Ein Kabelbaumanomaliesystem für ein Fahrzeug enthält Eingangskanäle, die konfiguriert sind zum Empfangen von Signalen, die Temperatur- und Ladezustandsdaten für eine Traktionsbatterie anzeigen, Ausgangskanäle, die konfiguriert sind zum Liefern von Signalen, die eine Kabelbaumanomalie anzeigen, und eine Steuerlogik, die programmiert ist zum Generieren der Signale, die die Kabelbaumanomalie anzeigen, auf der Basis der Temperatur- und Ladezustandsdaten und historischer Kabelbaumwiderstandsdaten.
Ein nicht beanspruchtes, für die Darstellung der Erfindung jedoch vorteilhaftes Verfahren zum Überwachen eines Verdrahtungskabelbaums einer Fahrzeugbatterie beinhaltet das Ausgeben, durch mindestens einen Prozessor, von Kabelbaumanomaliedaten auf der Basis eines Vergleichs von mit dem Kabelbaum assoziierten historischen Widerstandswerten und einem mit dem Kabelbaum assoziierten aktuellen Widerstandswert, der von Temperatur- und Ladezustandsdaten für die Batterie abgeleitet ist, und als Reaktion auf die Kabelbaumanomaliedaten, das Reduzieren einer Leistungsgrenze für die Batterie.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden insbesondere in den beigefügten Ansprüchen hervorgehoben. Andere Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen ergeben sich jedoch und werden am besten unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden. Es zeigen:

1 ein beispielhaftes Hybridelektrofahrzeug mit einem Batteriepaket;
2 ein Äquivalenzschaltungsmodell für das Fahrzeugbatteriepaket/die Fahrzeugbatteriezelle;
3 ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Batterieladezustand und einer Batterieleerlaufspannung zeigt;
4 ein Blockdiagramm für ein Kabelbaumanomaliedetektionssystem und
5 einen Prozess für das Kabelbaumanomaliedetektionssystem.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich, werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft sind für die Erfindung, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details von bestimmten Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als beschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um dem Fachmann zu lehren, wie er die vorliegende Erfindung unterschiedlich einsetzen kann.
Es werden hier Kabelbaumanomaliedetektionssysteme und -verfahren beschrieben. Diese Detektionssysteme und -verfahren können ein Batteriemodell verwenden, das durch den Batteriepaketcontroller implementiert werden soll. Innerhalb des Modells kann ein Reihenwiderstand sowohl den inneren ohmschen Widerstand der Batterie als auch den Batteriekabelbaumwiderstand darstellen. Eine Anomalie kann detektiert werden, wenn ein Schätzwert für den Reihenwiderstand steigt, nach Bestimmung durch Vergleichen des Schätzwerts mit historischen Widerstandswerten. Der Reihenwiderstandswert kann auf der Basis verschiedener Modellparameter, die unter Verwendung eines Kalman-Filters bestimmt werden, geschätzt werden.
1 veranschaulicht ein Beispiel eines Fahrzeugs 100. Ein Plug-In-Hybridelektrofahrzeug 102 kann einen oder mehrere Elektromotoren 104 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 106 verbunden sind. Außerdem ist das Hybridgetriebe 106 mechanisch mit einem Verbrennungsmotor 108 verbunden. Das Hybridgetriebe 106 kann auch mechanisch mit einer Antriebswelle 110 verbunden sein, die mechanisch mit den Rädern 112 verbunden ist. Die Elektromotoren 104 können einen Antrieb bereitstellen, wenn der Verbrennungsmotor 108 ausgeschaltet ist (z.B. arbeitet das Fahrzeug im Elektrofahrzeugmodus). Die Elektromotoren 104 können eine Verzögerungsfähigkeit bereitstellen, wenn sich das Plug-In-Hybridelektrofahrzeug 102 verlangsamt. Die Elektromotoren 104 können als Generatoren konfiguriert sein und können Kraftstoffökonomievorteile bereitstellen durch Wiedergewinnen von Energie, die normalerweise als Wärme in dem Reibungsbremssystem verloren gehen würde. Die Elektromotoren 104 können auch Schadstoffemissionen reduzieren, da das Plug-In-Hybridelektrofahrzeug 102 unter gewissen Bedingungen im Elektrofahrzeugmodus betrieben werden kann.
Ein Batteriepaket 114 (auch als Batterie 114 bezeichnet) kann Energie speichern, die durch die Elektromotoren 104 verwendet werden kann. Ein Fahrzeugbatteriepaket 114 liefert typischerweise eine Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe. Das Batteriepaket 114 ist elektrisch mit einem Leistungselektronikmodul 116 verbunden. Das Leistungselektronikmodul 116 ist auch elektrisch mit den Elektromotoren 104 verbunden und liefert die Fähigkeit für den bidirektionalen Transfer von Energie zwischen dem Batteriepaket 114 und den Elektromotoren 104. Beispielsweise kann ein typisches Batteriepaket 114 eine Gleichspannung liefern, während die Elektromotoren 104 möglicherweise zum Funktionieren einen Dreiphasen-Wechselstrom benötigen. Das Leistungselektronikmodul 116 kann die Gleichspannung in einen Dreiphasen-Wechselstrom umwandeln, wie er von den Elektromotoren 104 benötigt wird. In einem regenerativen Modus wird das Leistungselektronikmodul 116 den Dreiphasen-Wechselstrom von den als Generatoren wirkenden Elektromotoren 104 in die durch das Batteriepaket 114 erforderliche Gleichspannung umwandeln. Die hierin beschriebenen Verfahren lassen sich gleichermaßen auf ein voll elektrisches Fahrzeug oder irgendeine andere Einrichtung, die ein Batteriepaket verwendet, anwenden.
Zusätzlich zum Liefern von Energie für den Antrieb kann das Batteriepaket 114 Energie für andere Fahrzeugstromsysteme liefern. Ein typisches System kann ein DC/DC-Wandlermodul 118 enthalten, das die Hochspannungs-Gleichstrom-Ausgabe des Batteriepakets 114 in eine Niederspannungs-Gleichstromversorgung umwandelt, die mit anderen Fahrzeuglasten kompatibel ist. Andere Hochspannungslasten wie etwa Kompressoren und elektrische Heizungen können direkt an den Hochspannungsbus von dem Batteriepaket 114 angeschlossen sein. Bei einem typischen Fahrzeug sind die Niederspannungssysteme elektrisch an eine 12 V-Batterie angeschlossen. Ein voll elektrisches Fahrzeug kann eine ähnliche Architektur besitzen, aber ohne den Verbrennungsmotor 108.
Das Batteriepaket 114 kann durch eine externe Stromquelle 126 wieder aufgeladen werden. Die externe Stromquelle 126 kann durch elektrisches Verbinden durch einen Ladeanschluss 124 Wechselstrom- oder Gleichstromleistung an das Plug-In-Hybridelektrofahrzeug 102 liefern. Der Ladeanschluss 124 kann eine beliebige Art von Anschluss sein, die konfiguriert ist zum Transferieren von Leistung von der externen Stromquelle 126 zum Plug-In-Hybridelektrofahrzeug 102. Der Ladeanschluss 124 kann elektrisch mit einem Leistungsumwandlungsmodul 122 verbunden sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 122 kann den Strom von der externen Stromquelle 126 konditionieren, um die richtigen Spannungs- und Strompegel an das Batteriepaket 114 zu liefern. Bei einigen Anwendungen kann die externe Stromquelle 126 konfiguriert sein zum Liefern der richtigen Spannungs- und Strompegel an das Batteriepaket 114 und das Leistungsumwandlungsmodul 112 ist möglicherweise nicht notwendig. Die Funktionen des Leistungsumwandlungsmoduls 122 können sich bei einigen Anwendungen in der externen Stromquelle 126 befinden. Der Fahrzeugverbrennungsmotor, das Getriebe, die Elektromotoren und die Leistungselektronik können durch ein Antriebsstrangsteuermodul (PCM - Powertrain Control Module) 128 gesteuert werden.
Das Batteriepaket 114 kann auch einen Batteriepaketcontroller 130 enthalten (auch als Controller 130 bezeichnet). Der Batteriepaketcontroller 130 kann ein Batterieäquivalenzschaltungsmodell 400 (wie in 4 gezeigt) enthalten, um Kabelbaumanomalien zu detektieren. Der Batteriepaketcontroller 130 kann ein Batterieenergiesteuermodul (BECM - Battery Energy Control Module) sein und kann die Leistung des Batteriepakets 114 steuern und überwachen.
Das Batteriepaket 114 kann einen Batteriekabelbaum 132 enthalten, der die oberen und unteren Teile der Batterie mit den jeweiligen Batteriesystemen wie etwa dem Leistungsumwandlungsmodul 122, dem Leistungselektronikmodul 116 und dem Wandlermodul 118 verbindet. Während des Betriebs der Batterie kann der Kabelbaum 132 einen Kabelbaumwiderstand besitzen. Der Kabelbaumwiderstand kann aufgrund von Umweltfaktoren wie etwa Schwingungen, Feuchtigkeit, Rosten, Lotausfällen usw. zunehmen. Die Zunahme beim Kabelbaumwiderstand kann eine negative Auswirkung auf das Batteriepaket 114 haben. Beispielsweise kann sie die Elektro-Fahrleistung des Fahrzeugs beeinträchtigen und die Kraftstoffökonomie senken.
Zusätzlich zu dem Veranschaulichen eines Plug-In-Hybridfahrzeugs kann 1 auch ein Batterieelektrofahrzeug (BEV), ein traditionelles Hybridelektrofahrzeug (HEV) und ein leistungsverteiltes Hybridelektrofahrzeug veranschaulichen. Die verschiedenen erörterten Komponenten können einen oder mehrere assoziierte Controller besitzen (einschließlich des Batteriepaketcontrollers 130), um den Betrieb der Komponenten zu steuern und zu überwachen. Die Controller können über einen seriellen Bus (z.B. Controller Area Network (CAN)) oder über diskrete Leiter kommunizieren.
2 veranschaulicht ein Äquivalenzschaltungsmodell (ECM - Equivalent Circuit Model) 200 (auch als Modell 200 bezeichnet) für das Fahrzeugbatteriepaket 114. Während das Modell 200 hierin bezüglich des Pakets 114 in einer Paketebenenanwendung beschrieben wird, kann es auch auf die individuellen Zellen innerhalb des Batteriepakets 114 in einer Zellenebenenanwendung anwendbar sein. Das Modell 200 enthält eine vereinfachte Randels-Schaltung, die einen Reihenwiderstand r₁ in Reihe mit einer RC-Schaltung 205 mit einem Parallelwiderstand r₂ und einem Parallelkondensator C enthält. Der Reihenwiderstand r₁ kann sowohl einen internen ohmschen Batteriewiderstand als auch einen Batteriekabelbaumwiderstand beinhalten. Das Modell 200 kann eine Batterieleerlaufspannung (OCV - Open Circuit Voltage) V_oc beinhalten. Die Leerlaufspannung V_oc kann durch Einsatz der Beziehung zwischen dem Ladezustand (SOC - State of Charge) und der OCV aus dem Ladezustand abgeleitet werden. Diese Ableitung wird bezüglich 3 ausführlicher beschrieben.
Das Modell 200 kann Spannungen V₁, V₂ an jedem der Reihenwiderstände r₁ beziehungsweise der RC-Schaltung 205 beinhalten. Eine Batterieklemmenspannung Vt (auch als eine gemessene Batteriespannung bezeichnet) kann durch einen Spannungssensor gemessen werden. Ein Batteriestrom i kann durch einen Stromsensor gemessen werden. Ebenfalls in 2 sind ein Widerstandsstrom i_r und ein Kondensatorstrom i_c gezeigt, wobei i=i_c+i_r.
Die Spannungen V₂ und V_OC können durch die folgenden Gleichungen dargestellt werden: ${\dot{ν}}_{2} = - \frac{1}{r_{2} c} ν_{2} + \frac{i}{c}$
$ν_{o c} - ν_{t} = ν_{2} + i r_{1}$
Die Modellparameter r₁, r₂, C und V₂ (Reihenwiderstand, Parallelwiderstand, Parallelkapazität beziehungsweise Parallelspannung) können über ein Identifikationsverfahren identifiziert werden. Bei einem Beispiel kann das Verfahren ein Verfahren des Extended Kalman-Filters (EKF) beinhalten. Das EKF-Verfahren kann beim Identifizieren des Reihenwiderstands r₁ hoch präzise sein. Wenn sich die Batterie-OCV in einem normalen Bereich bezüglich der der Batterietemperatur T befindet, kann der Reihenwiderstand r₁ für die Kabelbaumanomaliedetektion verwendet werden. Das heißt, der Reihenwiderstand r₁ kann als ein Indikator einer Anomalie innerhalb des Batteriekabelbaums 132 verwendet werden.
Ein EKF-Systemzustand kann dargestellt werden durch: $x = [\begin{matrix} x_{1} & x_{2} & x_{3} & x_{4} \end{matrix}]' = {[\begin{matrix} ν_{2} & \frac{1}{r_{2} c} & \frac{1}{c} & r_{1} \end{matrix}]}^{'}$
Eine EKF-Systemausgabe kann dargestellt werden durch: $y = ν_{o v} - ν_{t} = ν_{2} + i r_{1}$
Ein entsprechendes diskretes Zustandsraummodell des EKF-Systems kann dargestellt werden durch: $x (k + 1) = f (x (k), i (k))$
$y (k + 1) = h (x (k + 1), i (k + 1))$
wobei: $f (x (k), i (k)) = [\begin{matrix} (1 - T_{s} x_{2} (k)) x_{1} (k) + T_{s} x_{3} (k) i (k) \\ x_{2} (k) \\ x_{3} (k) \\ x_{4} (k) \end{matrix}]$
$h (x (k + 1), i (k + 1)) = x_{1} (k + 1) + x_{4} (k + 1) i (k + 1)$
wobei T_s die EKF-Abtastperiode ist und k der diskrete Zeitstufenindex ist.
Um das EKF anzuwenden, können die Gleichungen 5 und 6 linearisiert werden. Die Funktionaldeterminanten von Gleichung 5 können lauten: $\begin{array}{l} {\frac{\partial f}{\partial x} |}_{x (k), i (k)} = {[\begin{matrix} 1 - T_{s} x_{2} (k) & - T_{s} x_{1} (k) & T_{s} i (k) & 0 \\ 0 & 1 & 0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \end{matrix}]}_{wobei} \\ F (k) = {\frac{\partial f}{\partial x} |}_{x (k), i (k)} \end{array}$
Die Funktionaldeterminanten von Gleichung 6 können lauten: $\begin{array}{l} {\frac{\partial h}{\partial x} |}_{x (k), i (k)} = [\begin{matrix} 1 & 0 & 0 & i (k) \end{matrix}] \\ wobei H (k) = {\frac{\partial h}{\partial x} |}_{x (k), i (k)} \end{array}$
Eine EKF-Rekursionsberechnung für die Zustand-x-Schätzung kann bestimmt werden. Nachdem das EKF konvergiert, kann aus Gleichung (3) der Reihenwiderstand als r̂₁ = x₄ geschätzt werden. Die Konvergenz des EKF kann durch die Wahl der Ausgangswerte beeinflusst werden, die zum Initialisieren des EKF verwendet werden. Eine Konvergenz kann detektiert werden, wenn eine Sequenz von Abstandswerten auf der Basis der geschätzten ECM-Parameter (r₁, r₂ und C) abnimmt und der finale Abstandswert der Sequenz unter einem Schwellwert liegt, wie unten für Block 520 von 5 ausführlicher beschrieben.
3 stellt ein Diagramm dar, das eine Beziehung zwischen dem Batterie-SOC in Prozentsätzen und der Batterie-OCV (V_oc) in Volt (V) zeigt. Wie mit der Kurve C im Diagramm gezeigt, steigt mit dem SOC auch der V_oc. Die Beziehung zwischen SOC und V_oc kann aus einer Analyse von Batterieeigenschaften oder aus dem Testen der Batteriezellen erhalten werden. Die Beziehung kann als ein Tabellennachschlagen oder als eine Äquivalenzgleichung implementiert werden. Die genaue Gestalt der Kurve kann auf der Basis der genauen Formulierung der Lithium-Ionen-Batterie variieren. Die Spannung V_oc ändert sich infolge des Ladens und Entladens der Batterie 114.
4 stellt ein Blockdiagramm für ein Kabelbaumanomaliedetektionssystem 400 dar. Das System 400 kann durch einen Controller mit einem Prozessor und einem Speicher ermöglicht werden. Bei einem Beispiel kann der Controller der Batteriepaketcontroller 130 sein. Der Controller kann sich auch innerhalb eines der Fahrzeugmodule 116, 122, 128 befinden. Das System 400 kann einen EKF-Block 405, einen Reihenwiderstandsschätzblock 410, einen Speicherblock 415 und einen Kabelbaumerhöhungsdetektionsblock 420 enthalten.
Der EKF-Block 405 kann programmiert sein zum Empfangen verschiedener Filtereingaben. Zu solchen Eingaben können eine oder mehrere dynamische Filtereingaben zählen, wie etwa der Batterie-SOC, eine Batterietemperatur T, ein Batteriestrom i und eine Batterieklemmenspannung Vt. Nach dem Empfangen der verschiedenen Filtereingaben kann der Block 405 das EKF anwenden, um Werte für r₁, r₂, C und V₂ des Modells zu identifizieren.
Block 410 kann dann die identifizierten Werte für x für die Reihenwiderstandsschätzung von r̂₁ = x₄ verwenden.
Block 415 kann jeden der Werte von r̂₁ in einem Speicher speichern, der sich innerhalb des Controllers befindet oder auf den dieser zugreifen kann. Andere, mit dem geschätzten Widerstandswert r̂₁ assoziierte Werte, können ebenfalls gespeichert werden, wie etwa unter anderem der SOC, die Temperatur T. Bei der Anwendung kann sich der Reihenwiderstand r₁ ändern, wenn sich die Batterietemperatur T und der SOC ändern. Historische Werte von r₁ können, da sie jeweils zu einer gewissen Batterietemperatur T und einem SOC in Beziehung stehen, im Speicher (z.B. EEPROM) aufgezeichnet werden.
Bei Block 420 können diese gespeicherten historischen Werte für r₁ wieder aufgerufen und mit der jüngsten Schätzung von r̂₁ verglichen werden. Dieser Vergleich kann die Kabelbaumanomaliedetektion unterstützen, wie bezüglich 5 unten ausführlicher beschrieben.

5 veranschaulicht einen Prozess 500 für das Kabelbaumanomaliedetektionssystem 400. Der Prozess beginnt bei Block 505, wo der Controller den Batterie-SOC und die historischen Werte des Widerstandswerts aus dem nichtflüchtigen Speicher, z.B. EEPROM, auslesen kann. Historische Widerstandswerte können in einer Tabelle historischer Widerstandswerte bezüglich der Batterietemperatur T und des SOC organisiert werden. Ein Beispiel einer Tabelle für historische Widerstandswerte ist unten durch Tabelle 1 gezeigt. Block 505 kann auch die gemessene Batterietemperatur T und die gemessene Batterie-V_oc empfangen. Man beachte, dass bei Schlüssel-Ein, wenn dies keine Batterienutzung ist, d.h. kein Strom durch die Batterie fließt und die Batteriespannung sich bereits seit einiger Zeit (z.B. 10 Minuten) entspannt hat, die gemessene Batterieklemmenspannung Vt die Batterie-V_oc ist. Tabelle 1

Temp/SOC	0%	10%	20%	30%	40%	50%	60%	70%	80%	90%	100%
-40°C	0,6218	-	-	-	-	0,5240	-	-	-	0,3800	0,6500
-30°C	0,0460	-	-	-	-	0,0153	-	-	-	0,0212	0,0221
-20°C	0,0230	-	-	-	-	0,0088	-	-	-	0,0099	0,0096
-10°C	0,0120	-	-	-	-	0,0044	-	-	-	0,0046	0,0050
0°C	0,0120	-	-	-	-	0,0031	-	-	-	0,0033	0,0039
10°C	0,0041	-	-	-	-	0,0022	-	-	-	0,0021	0,0020
20°C	0,0033	-	-	-	-	0,0021	-	-	-	0,0020	0,0019
30°C	0,0028	-	-	-	-	0,0015	-	-	-	0,0022	0,0020
40°C	0,0025	-	-	-	-	0,0014	-	-	-	0,0020	0,0018
45°C	0,0024	-	-	-	-	0,0016	-	-	-	0,0020	0,0018
50°C	0,0023	-	-	-	-	0,0016	-	-	-	0,0019	0,0017
60°C	0,0022	-	-	-	-	0,0015	-	-	-	0,0018	0,0016

Bei Block 510 kann der Controller bestimmen, ob die Batterie-V_oc innerhalb eines vordefinierten Bereichs bezüglich der gemessenen Temperatur T ist. Beispielsweise kann bei 25 Grad Celsius die Batterie V_oc für 45% SOC zwischen 3,66 V und 3,70 V für eine einzelne Batteriezelle liegen. Falls die Batterie-V_oc innerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, d.h., falls die interne Chemie der Batterie bei Schlüssel-Ein gut ist und die anomale Zunahme des identifizierten Innenwiderstands der Batterie mit größerer Wahrscheinlichkeit auf die Kabelbaumanomalie zurückzuführen ist, kann der Prozess 500 zu Block 515 gehen. Falls nicht, kann der Prozess 500 zu Block 540 gehen.
Bei Block 515 werden der Batteriestrom i, die Spannung Vt und die Temperatur T gemessen und bei der EKF-Berechnung für die ECM-Parameteridentifikation verwendet, wie oben beschrieben.
Bei Block 520 kann der Controller bestimmen, ob das EKF konvergiert hat. Nach dem Ausführen des EKF kann die Konvergenz des EKF bei Block 520 festgestellt werden. Zum Bestimmen der Konvergenz des EKF können mehrere Mechanismen eingesetzt werden. Ein Beispiel besteht in der Verwendung eines Glättungsfilters wie etwa eines Savitzy-Goray-Filters, um gefilterte Werte θ_sg der EKF-Schätzwerte θ_ekf=[r₁, r₂, C] zu erhalten. Ein Abstand zwischen den geschätzten Rohwerten von θ_ekf und den gefilterten Schätzwerten θ_sg für jeden Schritt m kann berechnet werden als: $d (m) = {\sum_{k \in [1, M]} w_{k} (θ_{s g} - θ_{e k f})}^{2}$
wobei beispielsweise M=3 die Gesamtzahl von durch das EKF geschätzten ECM-Parametern ist und w_k ein Satz vorbestimmter Gewichtungsfaktoren ist. Eine Sequenz von d(m)-Werten kann für die Konvergenz ausgewertet werden. Die Sequenz von d(m)-Werten kann als die letzen Mz-Ausgaben des EKF und des Filters konstruiert werden, wobei Mz eine kalibrierbare Zahl sein kann. Mz stellt die Anzahl von Punkten dar, die beim Bestimmen der EKF-Lernkonvergenz verwendet werden. Das EKF kann konvergiert haben, falls die Sequenz abnimmt und der letzte Wert in der Sequenz kleiner ist als ein kalibrierter Wert d_cal, und der Prozess kann zu Block 525 weitergehen. Ansonsten hat das EKF möglicherweise noch nicht konvergiert und der Prozess 500 kann zu Block 540 weitergehen.
Bei Block 525 kann der Controller den Reihenwiderstand r₁ unter Verwendung der EKF-Berechnungsergebnisse schätzen. Der geschätzte Reihenwiderstand r₁ kann zumindest teilweise auf der Basis der Batterietemperatur T geschätzt werden.
Bei Block 530 kann der Controller den geschätzten Reihenwiderstand r₁ mit historischen Werten von r₁ bei einer ähnlichen Temperatur und einem ähnlichen SOC vergleichen. Falls der Vergleich eine Zunahme des geschätzten Reihenwiderstands r̂₁ gegenüber den historischen Werten von r₁ zeigt, kann der Prozess zu Block 535 weitergehen. Falls nicht, kann der Prozess zu Block 540 weitergehen, wo die Tabelle historischer Widerstandswerte auf der Basis des geschätzten Reihenwiderstands r₁, der Temperatur T und des SOC der Batterie aktualisiert wird. Das Bestimmen der Zunahme des geschätzten Reihenwiderstands r̂₁ gegenüber den historischen Werten r₁ kann mehrere Berechnungen beinhalten. Beispielsweise kann der Mittelwert der historischen Werte genommen und dann mit dem geschätzten Reihenwiderstand r̂₁ verglichen werden. Zusätzlich oder alternativ kann der höchste historische Wert für r₁ mit dem geschätzten Reihenwiderstand r̂₁ verglichen werden. Die Differenz zwischen dem oder den historischen Werten von r₁ und dem geschätzten Reihenwiderstand r̂₁ kann dann mit einem vordefinierten Zunahmewert verglichen werden. Der vordefinierte Zunahmewert kann ein größerer Zunahmewert sein (z.B. eine Zunahme in 0,5 Ohm bei einer Temperatur von 25 Grad Celsius für Paketebenenanwendungen). Falls die Differenz zwischen dem geschätzten Reihenwiderstand r̂₁ zunimmt und die historischen Werte für r₁ den vordefinierten Zunahmewert übersteigen, kann der Prozess somit zu Block 535 weitergehen.
Bei Block 535 kann der Controller einen Batteriekabelbaumanomaliefehler melden. Nachdem ein Kabelbaumanomaliefehler detektiert ist, kann der Controller 130 eine oder mehrere Abhilfeaktionen ergreifen. Beispielsweise kann der Controller ein Gebläse anweisen, die Geschwindigkeit zu erhöhen, um mehr kühle Luft zu liefern und die durch den erhöhten Widerstand aufgrund der Kabelbaumanomalie generierte Wärme zu reduzieren. Zusätzlich oder alternativ kann der Controller 130 einen entsprechenden Fehlerdetektionsschwellwert/eine entsprechende Fehlerdetektionsgrenze, die mit anderen Fahrzeugfehlerdetektionssystemen assoziiert sind (z.B. Überladungs- und/oder Überentladungsfehlerdetektionssysteme) in dem Bemühen Lockern oder Verstellen, Fehlalarme für die anderen Fehlerdetektionssysteme zu vermeiden. Beispielsweise kann der Paket-/Zellspannungsschwellwert für Überladungs- und Überentladungssysteme erhöht werden, wenn eine Kabelbaumanomalie detektiert und lokalisiert ist. Der Controller 130 kann auch die Verdrehungs-/Verzerrungs-(wrench) und/oder Motorlampen aufleuchten lassen, um den Kunden darüber zu informieren, dass der Batteriekabelbaum fehlerhaft ist. Der Controller 130 kann auch die Batterieleistungsgrenzen reduzieren, um die Wärmeerzeugung zu senken.
Bemerkenswerterweise kann die Kabelbaumanomaliedetektion auf ein Batteriepaket 114 als Ganzes bei einer Paketebenenanwendung angewendet werden sowie auf individuelle Zellen innerhalb eines Batteriepakets 114 bei einer Zellenebenenanwendung. Unter Bezugnahme auf 2 kann die Leerlaufspannung V_oc eine Summe der OCV aller Batteriezellen während der Paketebenenanwendung sein. Während der Zellenebenenanwendung kann V_oc von 2 die OCV der individuellen Zelle oder die Summe der OCV der Zelle in der gleichen Teilmenge innerhalb der Batterie 114 darstellen. Bei der Zellenebenenanwendung lassen sich Kabelbaumanomalien möglicherweise nicht nur detektieren, sondern können auch lokalisiert und auf eine spezifische Zelle oder Untermenge von Zellen isoliert werden. Dementsprechend kann der Kabelbaum 132 um eine spezifische Zelle herum als fehlerhaft identifiziert werden. Analog kann der Controller 130 auch Abhilfeaktionen auf der Basis von Anomalien ergreifen, die nur in einer Untermenge der Batteriezellen detektiert werden. Beispielsweise werden die Spannungen für diese fehlerhaften Zellen möglicherweise nicht berücksichtigt, wenn die SOC-Korrektur für die SOC-Berechnungen dieser Batteriezellen bestimmt wird.
Bei Block 540 kann der Controller bestimmen, ob der Controller 130 ausgeschaltet worden ist, z.B. Fahrzeug-Schlüssel-Aus. Falls der Controller 130 ausgeschaltet worden ist, geht der Prozess weiter zu Block 545. Falls nicht, kehrt der Prozess 500 zurück zu Block 515.
Bei Block 545 kann der Controller den geschätzten Reihenwiderstand r̂₁ und die Batterietemperatur T und den Batterie-SOC, die damit assoziiert sind, für zukünftige Bestimmungen sichern. Das heißt, der geschätzte Reihenwiderstand r̂₁ wird nur als einer der historischen Werte r₁ gesichert.
Während des Betriebs verbraucht das EKF möglicherweise Speicher und die Last einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU). Falls der Controller nicht in der Lage ist, eine ECM-Identifikation für alle Batteriezellen gleichzeitig durchzuführen, kann die Identifikation nacheinander durchgeführt werden. Bei einem typischen System 400 konvergiert das EKF sehr schnell. Somit wird das Durchschleifen in dem Beispiel, wo die ECM-Identifikation für jede Batteriezelle separat erfolgt, fortgesetzt, bis die ECM-Identifikation jeder Zelle beendet ist. Die Kabelbaumanomaliedetektion jeder Zelle kann auf der Basis ihres eigenen geschätzten Reihenwiderstands r̂₁ individuell durchgeführt werden.
Dementsprechend wird hier ein System zum Bestimmen einer Kabelbaumanomaliedetektion beschrieben. Die Anomaliedetektion kann unter Verwendung eines geschätzten Widerstandswerts auf der Basis von Temperatur und SOC einer Batterie erreicht werden. Zusätzliche Hardware ist für diese Detektion möglicherweise nicht erforderlich, zumindest teilweise weil ein EKF zum Identifizieren gewisser ECM-Parameter verwendet werden kann. Die Anomaliedetektion kann in Echtzeit oder fast in Echtzeit erreicht werden und kann für die Lebensdauer der Batterie anwendbar sein. Die Detektion wird als hochpräzise angesehen und kann über eine Borddiagnose (OBD - On Board Diagnostics) und andere, die Batterieleistung betreffende Diagnose sowohl innerhalb des Bereichs als auch außerhalb des Bereichs implementiert werden. Sie kann sowohl durch Hersteller als auch Fahrzeughändler als Händlerwerkzeug verwendet werden, um mögliche lose Verbindungen des Kabelbaums zu detektieren.
Ein erhöhter Kabelbaumwiderstand kann bewirken, dass die Batteriepaketleistung verbraucht wird. Dies generiert zusätzliche Wärme, was bewirken kann, dass ein zum Kühlen der Batterie verwendetes Gebläse häufiger arbeitet. Das Gebläse kann aufgrund des hohen Widerstands möglicherweise mehr Energie verbrauchen. Somit wird die Batterieleistung möglicherweise gesenkt und die Fahrzeugleistung und die Kraftstoffökonomie leiden.
Hierin beschriebene Recheneinrichtungen beinhalten allgemein computerausführbare Anweisungen, wobei die Anweisungen durch eine oder mehrere Recheneinrichtungen wie etwa jene oben aufgeführten ausgeführt werden können. Computerausführbare Anweisungen können von Computerprogrammen kompiliert oder interpretiert werden, die unter Verwendung einer Vielzahl von Programmiersprachen und/oder - technologien erstellt wurden, einschließlich unter anderem und entweder alleine oder in Kombination Java™, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl, usw. Allgemein empfängt ein Prozessor (z.B. ein Mikroprozessor) Anweisungen z.B. von einem Speicher, einem computerlesbaren Medium usw. und führt diese Anweisungen aus, wodurch ein oder mehrere Prozesse ausgeführt werden, einschließlich einem oder mehreren der hierin beschriebenen Prozesse. Solche Anweisungen und andere Daten können unter Verwendung einer Vielzahl computerlesbarer Medien gespeichert und übertragen werden.
Bezüglich der hierin beschriebenen Prozesse, Systeme, Verfahren, Heuristiken usw. ist zu verstehen, dass, wenngleich die Schritte solcher Prozesse usw. so beschrieben worden sind, dass sie gemäß einer gewissen geordneten Sequenz auftreten, solche Prozesse mit den beschriebenen Schritten praktiziert werden könnten, die in einer anderen Reihenfolge als der beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Es ist weiter zu verstehen, dass gewisse Schritte gleichzeitig durchgeführt werden könnten, dass andere Schritte hinzugefügt werden könnten oder dass gewisse hierin beschriebene Schritte entfallen könnten. Mit anderen Worten werden die Beschreibungen von Prozessen hier zum Zweck der Veranschaulichung gewisser Ausführungsformen vorgelegt und sollten auf keinerlei Weise als die Ansprüche begrenzend ausgelegt werden.
Es wird ferner beschrieben:

A. Fahrzeug, das Folgendes umfasst:
- eine Traktionsbatterie;
- einen Kabelbaum, der elektrisch mit der Batterie verbunden ist; und
- einen Controller, der programmiert ist zum Generieren einer Kabelbaumanomalieausgabe auf der Basis von Daten, die historische Widerstandswerte anzeigen, die mit dem Kabelbaum und der Temperatur assoziiert sind, und Ladezustandsdaten für die Batterie, die einen mit dem Kabelbaum assoziierten aktuellen Widerstandswert anzeigen.
B. Fahrzeug nach A, wobei die Ausgabe weiterhin auf Parametern basiert, die den aktuellen Widerstandswert anzeigen, und wobei die Parameter auf gemessenen Strömen und Spannungen der Batterie basieren.
C. Fahrzeug nach B, wobei die Parameter einen Reihenwiderstand, einen Parallelwiderstand, eine Kapazität oder eine Spannung, ein Äquivalenzschaltungsmodell der Batterie definierend, beinhalten.
D. Fahrzeug nach C, wobei der Controller weiterhin programmiert ist zum Identifizieren der Parameter über ein Extended Kalman-Filter.
E. Fahrzeug nach D, wobei der Controller weiterhin programmiert ist zum Identifizieren der Parameter als Reaktion auf eine Konvergenz des Extended Kalman-Filters.
F. Fahrzeug nach A, wobei der Controller weiterhin programmiert ist zum Ergreifen einer Abhilfeaktion als Reaktion auf die Kabelbaumanomalieausgabe, wobei die Abhilfeaktion beinhaltet, das Erhöhen einer Gebläsegeschwindigkeit anzuweisen, Schwellwerte für andere Fahrzeugfehlerdetektionssysteme zu verstellen oder eine Leistungsgrenze für die Batterie zu reduzieren.
G. Kabelbaumanomaliesteuersystem für ein Fahrzeug, das Folgendes umfasst:
- Eingangskanäle, die konfiguriert sind zum Empfangen von Signalen, die Temperatur- und Ladezustandsdaten für eine Traktionsbatterie anzeigen;
- Ausgangskanäle, die konfiguriert sind zum Liefern von Signalen, die eine Kabelbaumanomalie anzeigen; und
- eine Steuerlogik, die programmiert ist zum Generieren der Signale, die die Kabelbaumanomalie anzeigen, auf der Basis der Temperatur- und Ladezustandsdaten und historischer Kabelbaumwiderstandsdaten.
H. System nach G, wobei die Signale, die den aktuellen Widerstandswert anzeigen, weiterhin auf Parametern basieren, die auf gemessenen Strömen und Spannungen der Traktionsbatterie basieren.
I. System nach H, wobei die Parameter einen Reihenwiderstand, einen Parallelwiderstand, eine Kapazität oder eine Spannung, ein Äquivalenzschaltungsmodell der Traktionsbatterie definierend, beinhalten.
J. System nach I, wobei die Steuerlogik weiterhin programmiert ist zum Identifizieren der Parameter über ein Extended Kalman-Filter.
K. System nach J, wobei die Steuerlogik weiterhin programmiert ist zum Identifizieren der Parameter als Reaktion auf eine Konvergenz des Extended Kalman-Filters.
L. Verfahren zum Überwachen eines Verdrahtungskabelbaums einer Fahrzeugbatterie, das Folgendes umfasst:
- Ausgeben, durch mindestens einen Prozessor, von Kabelbaumanomaliedaten auf der Basis eines Vergleichs von mit dem Kabelbaum assoziierten historischen Widerstandswerten und einem mit dem Kabelbaum assoziierten aktuellen Widerstandswert, der von Temperatur- und Ladezustandsdaten für die Batterie abgeleitet ist; und
- als Reaktion auf die Kabelbaumanomaliedaten, Reduzieren einer Leistungsgrenze für die Batterie.
M. Verfahren nach L, wobei der aktuelle Widerstandswert weiterhin von Parametern abgeleitet wird, die auf gemessenen Strömen und Spannungen der Batterie basieren.
N. Verfahren nach M, wobei die Parameter einen Reihenwiderstand, einen Parallelwiderstand, eine Kapazität und eine Spannung, ein Äquivalenzschaltungsmodell der Batterie definierend, beinhalten.
O. Verfahren nach N, weiterhin umfassend das Identifizieren der Parameter als Reaktion auf eine Konvergenz eines Extended Kalman-Filters.

Claims

Fahrzeug (100), das Folgendes umfasst: eine Traktionsbatterie (114); einen Kabelbaum (132), der elektrisch mit der Batterie (114) verbunden ist; und einen Controller (130), der programmiert ist zum Generieren einer Kabelbaumanomalieausgabe (535) auf der Basis von Daten, die historische Widerstandswerte anzeigen, die mit dem Kabelbaum (132) und der Temperatur assoziiert sind, und Ladezustandsdaten für die Batterie (114), dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezustandsdaten einen mit dem Kabelbaum (132) assoziierten aktuellen Widerstandswert anzeigen.
Fahrzeug (100) nach Anspruch 1, wobei die Kabelbaumanomalieausgabe (535) weiterhin auf Parametern basiert, die den aktuellen Widerstandswert anzeigen, und wobei die Parameter auf gemessenen Strömen und Spannungen der Batterie (114) basieren.
Fahrzeug (100) nach Anspruch 2, wobei die Parameter einen Reihenwiderstand, einen Parallelwiderstand, eine Kapazität (C) oder eine Spannung, ein Äquivalenzschaltungsmodell der Batterie (114) definierend, beinhalten.
Fahrzeug (100) nach Anspruch 3, wobei der Controller (130) weiterhin programmiert ist zum Identifizieren der Parameter über ein Extended Kalman-Filter.
Fahrzeug (100) nach Anspruch 4, wobei der Controller (130) weiterhin programmiert ist zum Identifizieren der Parameter als Reaktion auf eine Konvergenz des Extended Kalman-Filters.
Fahrzeug (100) nach Anspruch 1, wobei der Controller (130) weiterhin programmiert ist zum Ergreifen einer Abhilfeaktion als Reaktion auf die Kabelbaumanomalieausgabe (535), wobei die Abhilfeaktion beinhaltet, das Erhöhen einer Gebläsegeschwindigkeit anzuweisen, Schwellwerte für andere Fahrzeugfehlerdetektionssysteme zu verstellen oder eine Leistungsgrenze für die Batterie (114) zu reduzieren.