DE102015114497A1

DE102015114497A1 - Verfahren zum betreiben eines fahrzeugantriebsstranges aufgrund einer vorhersage, wie parallel geschaltete batterien ansprechen, die unterschiedliche chemikalien verwenden, um einen angeforderten strom auszugeben

Info

Publication number: DE102015114497A1
Application number: DE102015114497.2A
Authority: DE
Inventors: Tae-Kyung Lee; Bruce Carvell Blakemore
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2016-03-03
Also published as: CN105383319B; US9987942B2; US20160059728A1; CN105383319A

Abstract

Ein Antriebsstrang, der ein Batteriesystem aufweist, das mindestens zwei parallel geschaltete Batterien umfasst, die unterschiedliche Chemikalien verwenden, wird gemäß vorhergesagter Antworten der Batterien auf eine Stromanforderungsanweisung an das Batteriesystem betrieben, um den angeforderten Strom auszugeben. Die Batterieantworten werden mithilfe eines rückschauenden Modells direkt aus dem angeforderten Strom vorhergesagt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Vorhersagen wie Batterien eines Batteriesystems eines Elektrofahrzeugs, das parallel geschaltete Batterien umfasst, die unterschiedliche Chemikalien verwenden, in dem Batteriesystem ansprechen, um einen angeforderten Strom auszugeben.
HINTERGRUND
Ein Elektrofahrzeug umfasst ein Traktionsbatteriesystem. Bestimmte Traktionsbatteriesysteme umfassen Batterien, die parallel zueinander geschaltet sind. Bei einigen dieser Batteriesysteme verwenden die einzelnen Batterien unterschiedliche Chemikalien. Ein Traktionsbatteriesystem kann zum Beispiel zwei parallel geschaltete Batterien aufweisen, die unterschiedliche Chemikalien verwenden, wobei eine der Batterien eine Blei-Säure-Batterie ist und die andere Batterie eine Lithium-Ionen-Batterie ist. Aufgrund unterschiedlicher chemischer Prozesse haben die Batterien unterschiedliche dynamische Eigenschaften und Impedanzen. Es kann vorteilhaft sein, die Antworten der Batterien auf einen angeforderten Strom vorherzusagen, der von dem Batteriesystem ausgegeben werden soll.
KURZDARSTELLUNG
Bei einigen Ausführungsformen werden Verfahren zum Vorhersagen bereitgestellt, wie die Batterien (d.h. Batteriesätze) eines Traktionsbatteriesystems, das parallel geschaltete Batterien aufweist, die unterschiedliche Chemikalien verwenden, in dem Batteriesystem ansprechen werden, um einen angeforderten Strom auszugeben. Die Vorhersage umfasst, wie die Batterien reagieren werden (d.h. die Antworten der Batterie) auf eine Stromanforderungsanweisung an das Batteriesystem, um den angeforderten Strom auszugeben. Dies bedeutet, dass das Ansprechen der Batterien vorhergesagt wird, welches das Batteriesystem veranlasst, einen angeforderten Strom auszugeben. In anderen Worten wird das Ansprechen des Batteriesystems vorhergesagt, das auf einen angeforderten Strom reagiert, der von dem Batteriesystem ausgegeben werden soll.
Die Verfahren umfassen Prozesse, um die Batterieantworten unter Berücksichtigung der internen Impedanz und der Ladezustandsdynamik (State Of Charge dynamics, SOC-Dynamik) der Batterie in Echtzeit vorherzusagen. Die Verfahren umfassen Prozesse, um die Leistungselektronik zu repräsentieren, die Stromanforderungen von einer Batteriesystemsteuereinheit an die Batterien zuordnet. Die vorhergesagten Batterieantworten umfassen die SOC-Dynamik, Änderungen der Leerlaufspannung (Open Circuit Voltage, OCV), Änderungen des internen Widerstands, Batterieausgangsströme und Antworten der Batterieklemmenspannung.
Bei einer Ausführungsform wird ein Verfahren für einen Antriebsstrang bereitgestellt, das ein Batteriesystem aufweist, das mindestens zwei parallel geschaltete Batterien umfasst, die unterschiedliche Chemikalien verwenden. Das Verfahren umfasst ein Betreiben des Antriebsstrangs gemäß den vorhergesagten Antworten der Batterien auf eine Stromanforderungsanweisung an das Batteriesystem, um den angeforderten Strom auszugeben. Die Batterieantworten werden mithilfe eines rückschauenden Modells direkt aus dem angeforderten Strom vorhergesagt.
Bei einer Ausführungsform wird ein System für einen Antriebsstrang bereitgestellt, das eine Batteriebaugruppe umfasst, die mindestens zwei parallel geschaltete Batterien aufweist, die unterschiedliche Chemikalien verwenden. Das System umfasst eine Steuereinheit. Die Steuereinheit ist dazu konfiguriert, den Antriebsstrang gemäß der vorhergesagten Antworten der Batterien auf eine Stromanforderungsanweisung an die Batteriebaugruppe so zu betreiben, dass der angeforderte Strom ausgegeben wird, und die Batterieantworten mithilfe eines rückschauenden Modells aufgrund einer Ladezustandsdynamik (State Of Charge dynamics, SOC-Dynamik) von jeder der Batterien der Batteriebaugruppe direkt aus dem angeforderten Strom vorherzusagen.
Bei einer Ausführungsform wird ein Antriebsstrang bereitgestellt, der ein Batteriesystem und eine Steuereinheit aufweist. Das Batteriesystem umfasst mindestens zwei parallel geschaltete Batterien, die unterschiedliche Chemikalien verwenden. Die Steuereinheit ist konfiguriert für: ein Verwenden eines rückschauenden Modells des Batteriesystems, um Batterieantworten einschließlich der internen Impedanz und der Ladezustandsdynamik von jeder der Batterien als Antwort auf eine Stromanforderungsanweisung an das Batteriesystem vorherzusagen, damit ein angeforderter Strom ausgegeben wird, ein Verwenden der vorhergesagten Batterieantworten, um einen Ausgangsstrom von jeder der Batterien vorherzusagen, die zusammen den angeforderten Strom bereitstellen; und ein Betreiben des Antriebsstrangs gemäß den vorhergesagten Ausgangsströmen der Batterien.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebsstrangs eines Elektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein Ersatzschaltkreismodell für den inneren Widerstand, welches das Traktionsbatteriesystem des Antriebsstrangs des Elektrofahrzeugs darstellt;
3 zeigt einen Ablaufplan, der die Ausführung eines Verfahrens für ein Vorhersagen der Ausgangsströme der Batterien des Traktionsbatteriesystems und der Ausgangsspannung des Traktionsbatteriesystems darstellt; und
4A bis 4F zeigen verschiedene grafische Darstellungen, die ein Beispiel des Ansprechens des Traktionsbatteriesystems einschließlich der Antworten der Batterien des Traktionsbatteriesystems auf eine Stromanforderungsanweisung darstellen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in dieser Beschreibung offenbart, aber es ist selbstverständlich, dass die offenbarten Ausführungsformen nur Beispiele der Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet; einige Merkmale können stark vergrößert oder verkleinert sein, um Einzelheiten der speziellen Komponenten zu zeigen. Daher dürfen die hier offenbarten spezifischen strukturellen und funktionellen Einzelheiten nicht als Einschränkung interpretiert werden, sondern nur als eine typische Grundlage, um dem Fachmann zu erläutern, wie er die vorliegende Erfindung in verschiedener Weise einsetzen kann.
In 1 ist ein Blockschaltbild eines Antriebsstrangs 10 eines Elektrofahrzeugs 12 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Antriebsstrang 10 umfasst ein Traktionsbatteriesystem (oder eine Traktionsbatteriebaugruppe) 14, einen Elektromotor 16 wie zum Beispiel einen Motor/Generator und eine Steuereinheit 18. Das Batteriesystem 14 ist dazu konfiguriert, eine elektrische Leistung für den Motor 16 bereitzustellen. Der Motor 16 wandelt die elektrische Leistung in eine Antriebsleistung, um das Fahrzeug 12 anzutreiben.
Das Batteriesystem 14 umfasst eine Vielzahl von Batterien (d.h. Batteriesätze) 20 (20a, 20b, ..., 20n). Die Batterien 20 sind parallel zueinander geschaltet. Mindestens zwei der Batterien 20 verwenden unterschiedliche Chemikalien. Die Batterie 20a ist zum Beispiel eine Blei-Säure-Batterie und die Batterie 20b ist eine Lithium-Ionen-Batterie (Li-Ionen-Batterie). Wenn das Batteriesystem 14 eine weitere Batterie wie zum Beispiel eine Batterie 20n umfasst, kann die Batterie 20n eine Blei-Säure-Batterie, eine Li-Ionen-Batterie oder eine Batterie sein, die andere Chemikalien verwendet. Die Batterien, die unterschiedliche Chemikalien verwenden, einschließlich der Batterien 20a und 20b weisen aufgrund ihrer unterschiedlichen chemischen Prozesse unterschiedliche dynamische Eigenschaften und Impedanzen auf. Der Einfachheit halber wird angenommen, dass das Batteriesystem 14 nur eine Blei-Säure-Batterie 20a und eine Li-Ionen-Batterie 20b aufweist, ausgenommen, wenn dies anderweitig angezeigt wird.
Die Steuereinheit 18 ist dazu konfiguriert, den Betrieb des Batteriesystems 14 zu überwachen und zu steuern. Während des Betriebs stellt die Steuereinheit 18 dem Batteriesystem 14 eine Stromanforderungsanweisung bereit. Als Antwort auf die Stromanforderungsanweisung muss das Batteriesystem 14 den angeforderten Strom an den Motor 16 ausgeben. Die Batterien 20 funktionieren zusammen, um das Batteriesystem 14 zu veranlassen, den angeforderten Strom auszugeben.
Die Steuereinheit 18 ist außerdem dazu konfiguriert, ein Verfahren zum Vorhersagen, wie die Batterien 20 funktionieren werden, auszuführen, um das Batteriesystem 14 zu veranlassen, den angeforderten Strom auszugeben. Dies bedeutet, dass die Steuereinheit 18 außerdem dazu konfiguriert ist, vorherzusagen, wie die Batterien 20 auf die Stromanforderungsanweisung reagieren werden (d.h. die Antworten der Batterien 20), um das Batteriesystem 14 zu veranlassen, den angeforderten Strom auszugeben. Die Batterien 20 weisen unterschiedliche dynamische Antworten auf, da die Batterien mit unterschiedlichen chemischen Prozessen funktionieren. Die Antworten von jeder Batterie 20 umfassen die Ladezustandsdynamik (State Of Charge dynamics, SOC-Dynamik), die Änderungen der Leerlaufspannung (Open Circuit Voltage, OCV), die Änderungen des internen Widerstands, die Batterieausgangsströme und die Antworten der Batterieklemmenspannung.
Die Steuereinheit 18 kann Prozesse ausführen, um die Batterieantworten unter Berücksichtigung der internen Impedanz der Batterie und der SOC-Dynamik in Echtzeit vorherzusagen und um die Leistungselektronik zu repräsentieren, welche die Stromanforderungen von der Steuereinheit den Batterien 20 zuordnet. Die Steuereinheit 18 kann dabei die SOC-Dynamik, die OCV-Änderungen, die Änderungen des internen Widerstands, die Batterieausgangsströme und die Antworten der Batterieklemmenspannung für jede Batterie 20 vorhersagen. Die Steuereinheit 18 kann ihrerseits diese Informationen verwenden, um den Betrieb des Antriebsstrangs 10 besser zu steuern.
In 2 ist ein Ersatzschaltkreismodell 30 für den inneren Widerstand gezeigt, welches das Traktionsbatteriesystem 14 darstellt. Die Funktion der Steuereinheit 18 beim Vorhersagen, wie die Batterien 20 ansprechen werden, um das Batteriesystem 14 zu veranlassen, den angeforderten Strom auszugeben, wird mithilfe des Modells 30 dargestellt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Vorhersagefunktion nicht auf diese Modelle beschränkt ist.
Das Modell 30 umfasst einen Anteil, der eine Blei-Säure-Batterie 20a darstellt, und einen anderen Anteil, der eine Li-Ionen-Batterie 20b darstellt. Die Batterien 20 sind zwischen einem Klemmenspannungspunkt 32 und der Erdung (Ground, GND) parallel zueinander geschaltet. Die Batterie 20a umfasst eine Spannungsquelle V_OC,1 (OCV der Blei-Säure-Batterie), einen elektrischen Strom i₁ (Strom der Blei-Säure-Batterie) und eine interne Impedanz R_int,1 (interne Impedanz der Blei-Säure-Batterie). Die Batterie 20b umfasst in ähnlicher Weise eine Spannungsquelle V_OC,2 (OCV der Li-Ionen-Batterie), einen elektrischen Strom i₂ (Strom der Li-Ionen-Batterie) und eine interne Impedanz R_int,2 (interne Impedanz der Li-Ionen-Batterie). Die Spannung V_t des Batteriesystems 14 steht am Klemmenspannungspunkt 32 in Bezug zur Erdung. Die Spannung V_t des Batteriesystems 14 ist die Ausgangsspannung des Batteriesystems.
Die interne Impedanz R_int,1 der Batterie 20a ist eine Funktion des SOC, der Temperatur und des Nutzungsprofils sowie weiterer Zustandsvariablen der Batterie 20a. In ähnlicher Weise ist die interne Impedanz R_int,2 der Batterie 20b eine Funktion des SOC, der Temperatur und des Nutzungsprofils sowie weiterer Zustandsvariablen der Batterie 20b. Die internen Impedanzen R_int,1 und R_int,2 können durch interne Impedanzen ersetzt werden, die in der Lage sind, die Batteriedynamik zu erfassen.
Das Modell 30 umfasst außerdem eine einstellbare Lastimpedanz R_load. Die Lastimpedanz R_load ist zwischen den Klemmenspannungspunkt 32 und die Erdung geschaltet. Die Einstellbarkeit der Lastimpedanz R_load stellt die Funktion der Steuereinheit 18 dar, dem Batteriesystem 14 eine Stromanforderungsanweisung bereitzustellen. Die Lastimpedanz R_load wird eingestellt, um dem Batteriesystem 14 eine Stromanforderungsanweisung bereitzustellen. Die Stromanforderungsanweisung hängt von dem Wert der Lastimpedanz R_load sowie dem Wert der Ausgangsspannung V_t des Batteriesystems 14 ab. Daher verursacht ein Einstellen der Lastimpedanz R_load auf einen gegebenen Wert eine entsprechende Stromanforderungsanweisung. Zum Beispiel verursacht ein Einstellen der Lastimpedanz R_load auf einen Impedanzwert des Batteriesystems, welches den ersten Impedanzwert und des zweiten Impedanzwert begründet, dass eine Stromanforderungsanweisung einen Strom anfordert, der einen Stromstärkewert des Systems aufweist.
Das Modell 30 umfasst außerdem einen Laststrom i_load. Der Laststrom i_load ist der angeforderte Strom, den das Batteriesystem 14 ausgeben muss. Das Batteriesystem 14 gibt den Laststrom i_load an dem Klemmenspannungspunkt 32 aus. Von daher entspricht der Laststrom i_load der Stromanforderungsanweisung, die durch das Einstellen der Lastimpedanz R_load auf einen gegebenen Impedanzwert bereitgestellt wird. Der Laststrom i_load entspricht der Stromanforderungsanweisung, da der Wert des Laststroms i_load von dem Wert der Lastimpedanz R_load sowie dem Wert der Ausgangsspannung V_t des Batteriesystems 14 abhängig ist.
Wie beschrieben, wird die Funktion der Steuereinheit 18, dem Batteriesystem 14 eine Stromanforderungsanweisung bereitzustellen, in dem Modell 30 mit der Lastimpedanz R_load und dem Laststrom i_load dargestellt. Bei einer gegebenen Stromanforderungsanweisung, die dem Laststrom i_load entspricht, muss das Batteriesystem 14 den Laststrom i_load ausgeben. Die Batterien 20 werden dabei für das Batteriesystem 14 ansprechen, um den Laststrom i_load auszugeben. Da die Batterien 20 jedoch aufgrund ihrer verschiedenen chemischen Prozesse unterschiedliche dynamische Eigenschaften und Impedanzen aufweisen, werden die Batterien unterschiedlich ansprechen, um für das Batteriesystem 14 den Laststrom i_load auszugeben. Dies bedeutet, dass die Batterien 20 aufgrund ihrer verschiedenen chemischen Prozesse unterschiedliche dynamische Antworten auf die Stromanforderungsanweisung aufweisen. Wie oben erwähnt wurde, umfassen die Batterieantworten eine SOC-Dynamik, OCV-Änderungen, Änderungen des internen Widerstands, Batterieausgangsströme und Antworten der Batterieklemmenspannung. Die Funktion der Steuereinheit 18 umfasst ein Vorhersagen dieser Antworten der Batterien 20 und dabei ein Vorhersagen, wie die Batterien 20 auf die Stromanforderungsanweisung reagieren, um für das Batteriesystem 14 den Laststrom i_load auszugeben. Wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird, berücksichtigt diese Vorhersage die internen Impedanzen und die jeweilige SOC-Dynamik der Batterien 20.
Das Modell 30 stellt einen rückblickenden Modellansatz bereit, der von der Steuereinheit 18 beim Vorhersagen der Batterieantworten eingesetzt wird. Der rückblickende Modellansatz ist für die Berechnungseffizienz, während die Steuereinheit 18 die Systemantworten (d.h. die Batterieantworten der Batterien 20) aus der Ausgabe des Systems (d.h. dem Laststrom i_load) rückwärts berechnet, ausgelegt, um die Eingaben (d.h. die Batterieklemmenspannung V_t des Batteriesystems 14, den Strom i₁ der Batterie 20a und den Strom i₂ der Batterie 20b) zu ermitteln. Wenn der Laststrom i_load gegeben ist, werden von daher die Ausgangsströme i₁ und i₂ der Batterien 20 gleichzeitig berechnet. Dies bedeutet, dass die Eingaben (d.h. die Batterieklemmenspannung V_t des Batteriesystems 14, der Strom i₁ der Batterie 20a und der Strom i₂ der Batterie 20b), die zu der angeforderten Stromausgabe (d.h. dem Laststrom i_load) führen, aus den Systemantworten ermittelt werden. Die Systemantworten stellen dabei die Formeln für das Ermitteln der Eingaben bereit, die zu der angeforderten Stromausgabe führen.
Wie beschrieben, setzt die Vorhersagefunktion einen neuen Ansatz ein, um dem Modell 30 des Batteriesystems 14 den Laststrom i_load zuzuordnen und die Batterieklemmenspannung V_t des Batteriesystems und die Ströme i₁ und i₂ der Batterien 20 vorherzusagen. Die Steuereinheit 18 wird durch eine einstellbare Lastimpedanz R_load dargestellt. Der Ausgangsstrom des Batteriesystems 14 und damit die Ströme i₁ und i₂ der Batterien 20 werden durch das Einstellen der Lastimpedanz R_load gesteuert.
Wie hier ausführlicher beschrieben wird, wird die Batterieklemmenspannung V_t direkt aus dem Laststrom i_load mithilfe der Lastimpedanz R_load ermittelt, die auch aus dem Laststrom i_load ermittelt wird. Die Batterieklemmenspannung V_t und die Lastimpedanz R_load werden aus dem Laststrom i_load ohne eine iterative Berechnung vorhergesagt. (Diese iterative Berechnung hätte zur Folge, dass die Lastimpedanz R_load kontinuierlich eingestellt wird, bis der gewünschte Laststrom i_load erhalten wird.) Die SOC-Dynamik des Batteriesystems 14 wird unter Berücksichtigung der jeweiligen Dynamik der einzelnen Batterien 20 vorhergesagt.
Die Funktion der Steuereinheit 18 beim Vorhersagen, wie die Batterien 20 ansprechen werden, um das Batteriesystem 14 zu veranlassen, den angeforderten Strom auszugeben, umfasst: 1) Berechnung der SOC-Dynamik; 2) Berechnung der Antwort des elektrischen Schaltkreises; 3) Vorhersage der Batterieantwort der Klemmenspannung; und 4) Vorhersage des Batteriestroms.
In Bezug auf das in 2 gezeigte Modell 30, wird der SOC der Batterien 20a und 20b mithilfe der folgenden Gleichungen (1) bzw. (2) berechnet:
SOC₁(t) ist der SOC für die Batterie 20a, SOC_1,0 ist der anfängliche SOC der Batterie 20a, Q_batt,1 ist die Kapazität der Batterie 20a und i₁ ist der Strom der Batterie 20a. SOC₂(t) ist der SOC für die Batterie 20b, SOC_2,0 ist der anfängliche SOC der Batterie 20b, Q_batt,2 ist die Kapazität der Batterie 20b und i₂ ist der Strom der Batterie 20b. Die Kapazitäten Q_batt,1 und Q_batt,2 der Batterien 20a bzw. 20b werden Offline aus einer Batteriekapazitätstabelle erhalten, welche diese Informationen aufweist. Die Batteriekapazitätstabelle umfasst Kapazitätswerte für eine Vielzahl von Batterien, die unterschiedliche Chemikalien verwenden.
Die Antworten des elektrischen Schaltkreises werden mithilfe der folgenden Gleichungen (3), (4a), (4b), (5a), (5b) und (6) berechnet: i_load = i₁ + i₂ (3) V_OC,1 = f₁(SOC₁) (4a) V_OC,2 = f₂(SOC₂) (4a) V_OC,1 – (R_int,1 × i₁) = V_t (5a) V_OC,2 – (R_int,2 × i₂) = V_t (5b) R_load × i_load = V_t (6)
Wobei der Vollständigkeit halber i_load der Laststrom ist, i₁ der Strom der Batterie 20a ist, i₂ der Strom der Batterie 20b ist, V_OC,1 die Leerlaufspannung der Batterie 20a ist, V_OC,2 die Leerlaufspannung der Batterie 20b ist, R_int,1 die interne Impedanz der Batterie 20a ist, R_int,2 die interne Impedanz der Batterie 20b ist, V_t die Ausgangsspannung des Batteriesystems 14 ist und R_load die einstellbare Lastimpedanz ist.
Die interne Impedanz R_int,1 der Batterie 20a ist eine Funktion des SOC₁(t) der Batterie 20a und der Temperatur der Batterie 20a. Die interne Impedanz R_int,2 ist eine Funktion des SOC₂(t) der Batterie 20b und der Temperatur der Batterie 20b. Die internen Impedanzen R_int,1 und R_int,2 werden Offline aus einer Tabelle für interne Batterieimpedanzen erhalten, die diese Informationen aufweist. Die Batterieimpedanztabelle umfasst interne Impedanzwerte für eine Vielzahl von Batterien, die unterschiedliche Chemikalien verwenden, als eine Funktion des Batterie-SOC und der Batterietemperatur.
Die Batterieklemmenspannung V_t wird mithilfe der folgenden Gleichungen (7) und (8) berechnet:
Die Gleichung (7) ist aus den Gleichungen (3), (5a), (5b) und (6) abgeleitet.
Die Ströme i₁ und i₂ der Batterie 20a bzw. der Batterie 20b werden mithilfe der folgenden Gleichungen (9a) und (9b) aus der berechneten Batterieklemmenspannung V_t vorhergesagt:
Wie beschrieben, werden die SOC-Dynamiken der Batterien 20a und 20b mithilfe der Gleichungen (1) und (2) modelliert. Die Ausgangsspannung V_t wird mithilfe der Gleichungen (5a), (5b) und (6) berechnet. Die Leerlaufspannungen der Batterien 20a und 20b werden durch die Gleichungen (4a) und (4b) ausgedrückt. Ein Zwischenparameter R_load, der eingeführt wird, um den durch die Steuereinheit 18 angewiesenen Batteriestrom zuzuordnen, wird durch die Gleichung (7) berechnet. Die Klemmenspannung V_t des Batteriesystems wird durch die Gleichung (8) vorhergesagt. Die Ströme i₁ und i₂ der Batterien 20a und 20b werden durch die Gleichungen (9a) und (9b) vorhergesagt. Durch die Gleichungen (1) bis (9) werden die Antworten der Batteriedynamik einschließlich der SOC-Dynamik, der Spannungs- und Stromdynamiken in dem Batteriesystem 14 vorhergesagt, das zwei parallel geschaltete Batterien 20, aufweist, die unterschiedliche Chemikalien verwenden.
Zusammenfassend werden die Ausgangsspannung V_t und die Ausgangsströme i₁ und i₂ der Batterien 20a, 20b direkt aus der Stromanforderungsanweisung (d.h. den angewiesenen Ausgangsstrom i_load des Batteriesystems 14) berechnet.
In 3 wird jetzt ein Ablaufplan 40 gezeigt, der die Ausführung eines Verfahrens für ein Vorhersagen der Ausgangsströme i₁ und i₂ der Batterien 20a, 20b des Batteriesystems 14 und der Ausgangsspannung V_t des Batteriesystems darstellt. Die Ausführung beginnt mit dem Einstellen der Steuereingaben B_att1 und B_att2, wie im Block 42 angezeigt wird. Die Steuereingaben B_att1 bzw. B_att2 entsprechen den Batterien 20a und 20b. Wenn im Entscheidungsblock 44 die Batterie 20a ausgeschaltet ist und die Batterie 20b ausgeschaltet ist, ist der Ausgangsstrom i₁ = 0, der Ausgangsstrom i₂ = 0 und die Ausgangsspannung V_t = 0, wie in Block 46 angezeigt wird. Wenn im Entscheidungsblock 48 die Batterie 20a eingeschaltet ist und die Batterie 20b ausgeschaltet ist, ist der Ausgangsstrom i₁ = i_load, der Ausgangsstrom i₂ = 0 und die Ausgangsspannung V_t = V_OC,1 – (R_int,1 × i₁), wie in Block 50 angezeigt wird. Wenn im Entscheidungsblock 52 die Batterie 20a ausgeschaltet ist und die Batterie 20b eingeschaltet ist, ist der Ausgangsstrom i₁ = 0, der Ausgangsstrom i₂ = i_load und die Ausgangsspannung V_t = V_OC,2 – (R_int,2 × i₂), wie in Block 54 angezeigt wird. Wenn, wie in Block 56 angezeigt ist, beide Batterien 20a und 20b eingeschaltet sind, berechnet das Verfahren die Ausgangsströme i₁ und i₂ und die Ausgangsspannung V_t mithilfe der Gleichungen (8), (9a) und (9b), wie in Block 58 angezeigt wird. Die berechneten Werte der Ausgangsströme i₁ und i₂ und der Ausgangsspannung V_t werden ausgegeben, wie in Block 60 angezeigt ist. Diese ausgegebenen Werte können zum Beispiel als ein Teil der Gesamtverwaltung des Traktionssystems 10 verwendet werden.
In den 4A bis 4F werden unter durchgehender Bezugnahme auf 2 mehrere Graphen gezeigt, die ein Beispiel des Betriebs des Batteriesystems 14 einschließlich der Antworten der Batterien 20 auf eine Stromanforderungsanweisung darstellen. 4A zeigt einen Graphen 62 der Stromanforderungsanweisung über der Zeit. Der Graph 62 umfasst eine grafische Darstellung 64 einer beispielhaften Stromanforderungsanweisung über der Zeit. 4B zeigt einen Graphen 66 des Ein-/Ausschaltzustandes der Batterie über der Zeit. Der Graph 66 umfasst eine grafische Darstellung 68 des Ein-/Ausschaltzustandes der Batterie 20a und eine grafische Darstellung 70 des Ein-/Ausschaltzustandes der Batterie 20b. 4C zeigt einen Graphen 72 des Batteriestroms über der Zeit. Der Graph 72 umfasst eine grafische Darstellung 74 des Laststroms i_load, eine grafische Darstellung 76 des Ausgangsstroms i₁ der Batterie 20a und eine grafische Darstellung 78 des Ausgangsstroms i₂ der Batterie 20b. Wie hier beschrieben ist, sind die Ausgangsströme i₁ und i₂ vorhergesagte Antworten des Batteriesystems 14 in Reaktion auf den angeforderten Strom i_load. 4D zeigt einen Graphen 80 der Batteriespannung über der Zeit. Der Graph 80 umfasst eine grafische Darstellung 82 der Ausgangsspannung V_t des Batteriesystems 14, eine grafische Darstellung 84 der Leerlaufspannung der Batterie 20a und eine grafische Darstellung 86 of der Leerlaufspannung der Batterie 20b. 4E zeigt einen Graphen 88 des Batterie-SOC über der Zeit. Der Graph 88 umfasst eine grafische Darstellung 90 des SOC der Batterie 20a und eine grafische Darstellung 92 des SOC der Batterie 20b. 4F zeigt einen Graphen 94 des internen Batteriewiderstandes über der Zeit. Der Graph 94 umfasst eine grafische Darstellung 96 der internen Impedanz R_int,1 der Batterie 20a und eine grafische Darstellung 98 der internen Impedanz R_int,2 der Batterie 20b.
Wie beschrieben, werden Verfahren zum Vorhersagen bereitgestellt, wie die Batterien eines Traktionsbatteriesystems, das parallel geschaltete Batterien aufweist, die unterschiedliche Chemikalien verwenden, für das Batteriesystem ansprechen werden, um einen angeforderten Strom auszugeben. Ein Merkmal ist die Einführung von R_load, um die Klemmenspannung V_t, des Batteriesystems zu berechnen, was die direkte Vorhersage der Batterieantworten auf einen von der Steuereinheit 18 angewiesenen Batteriestrom ermöglicht.
Die Verfahren umfassen die folgenden Vorteile, Merkmale und/oder Eigenschaften. Die Verfahren umfassen eine analytische Methodik, um die Antworten eines Batteriesystems mit zwei oder mehr parallel geschalteter Batterien vorherzusagen, die jeweils unterschiedliche Chemikalien verwenden. Für die Fähigkeit, die Batterieantworten vorherzusagen, sind die Verfahren vergleichsweise nicht kompliziert. Von daher sind die Verfahren geeignet, um in einer Steuereinheit für ein Traktionsbatteriesystem eines Elektrofahrzeugs eingerichtet zu werden. Dies bedeutet, dass die Verfahren schnell genug funktionieren, um in einem Batterieverwaltungssystem eingerichtet zu werden. Die Verfahren können auch bei der Fahrzeugsimulation verwendet werden, um Verwaltungsstrategien für Batteriesysteme zu entwickeln. Die Verfahren sagen die Batterieantworten mit einer Ausgewogenheit zwischen Berechnungseffizienz und -genauigkeit und ohne iterative Berechnungen direkt aus einer Stromanweisung einer Batteriesteuereinheit vorher.
Obwohl oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, sind diese nicht so zu verstehen, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der vorliegenden Erfindung beschreiben. Vielmehr sind die Begriffe, die in dieser Beschreibung verwendet werden, als Begriffe für eine Beschreibung, aber nicht als Einschränkungen zu verstehen, und es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale der zahlreichen umgesetzten Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden.

Claims

Verfahren für einen Antriebsstrang, der ein Batteriesystem aufweist, das mindestens zwei parallel geschaltete Batterien umfasst, die unterschiedliche Chemikalien verwenden, wobei das Verfahren umfasst: Betreiben des Antriebsstrangs gemäß vorhergesagter Antworten der Batterien auf eine Stromanforderungsanweisung an das Batteriesystem, um einen angeforderten Strom auszugeben, wobei die Batterieantworten mithilfe eines rückschauenden Modells des Batteriesystems direkt aus dem angeforderten Strom vorhergesagt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: die vorhergesagten Antworten der Batterien einen jeweiligen Ausgangsstrom der Batterien umfassen, die zusammen den angeforderten Strom bereitstellen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei: die vorhergesagten Antworten der Batterien eine Ausgangsspannung des Batteriesystems umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Batterieantworten mithilfe eines rückschauenden Modells des Batteriesystems direkt aus dem angeforderten Strom unter Berücksichtigung der jeweiligen internen Impedanz von jeder der Batterien vorhergesagt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die Batterieantworten mithilfe des rückschauenden Modells des Batteriesystems direkt aus dem angeforderten Strom unter Berücksichtigung des jeweiligen Ladezustands von jeder der Batterien vorhergesagt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: die Batterieantworten mithilfe des rückschauenden Modells des Batteriesystems direkt aus dem angeforderten Strom unter Berücksichtigung der jeweiligen Leerlaufspannung von jeder der Batterien vorhergesagt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei: das rückschauende Modell des Batteriesystems eine Leistungselektronik repräsentiert, in der die Stromanforderungsanweisung den Batterien zugeordnet wird.
System für einen Antriebsstrang, der eine Batteriebaugruppe umfasst, die mindestens zwei parallel geschaltete Batterien aufweist, die unterschiedliche Chemikalien verwenden, wobei das System umfasst: eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, den Antriebsstrang gemäß vorhergesagten Antworten der Batterien auf eine Stromanforderungsanweisung an die Batteriebaugruppe so zu betreiben, dass ein angeforderter Strom ausgegeben wird, und die Batterieantworten mithilfe eines rückschauenden Modells aufgrund einer Ladezustandsdynamik von jeder der Batterien der Batteriebaugruppe direkt aus dem angeforderten Strom vorherzusagen.
System nach Anspruch 8, wobei: die vorhergesagten Antworten der Batterien einen jeweiligen Ausgangsstrom der Batterien umfassen, die zusammen den angeforderten Strom bereitstellen.
System nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei: die vorhergesagten Antworten der Batterien eine Ausgangsspannung der Batteriebaugruppe umfassen.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei: die Steuereinheit außerdem dazu konfiguriert ist, die Batterieantworten mithilfe des rückschauenden Modells der Batteriebaugruppe direkt aus dem angeforderten Strom unter Berücksichtigung der jeweiligen internen Impedanz von jeder der Batterien vorherzusagen.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei: die Steuereinheit außerdem dazu konfiguriert ist, die Batterieantworten mithilfe des rückschauenden Modells der Batteriebaugruppe direkt aus dem angeforderten Strom unter Berücksichtigung der jeweiligen Leerlaufspannung von jeder der Batterien vorherzusagen.
System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei: das rückschauende Modell der Batteriebaugruppe eine Leistungselektronik repräsentiert, in der die Stromanforderungsanweisung den Batterien zugeordnet wird.
Antriebsstrang, umfassend: ein Batteriesystem, das mindestens zwei parallel geschaltete Batterien umfasst, die unterschiedliche Chemikalien verwenden; und eine Steuereinheit, die dazu konfiguriert ist, ein rückschauendes Modell des Batteriesystems zu verwenden, um Batterieantworten einschließlich der internen Impedanz und der Ladezustandsdynamik von jeder der Batterien als Antwort auf eine Stromanforderungsanweisung an das Batteriesystem vorherzusagen, um einen angeforderten Strom auszugeben; ein Verwenden der vorhergesagten Batterieantworten, um den jeweiligen Ausgangsstrom von jeder der Batterien vorherzusagen, die zusammen den angeforderten Strom bereitstellen; und ein Betreiben des Antriebsstrangs gemäß den vorhergesagten Ausgangsströmen der Batterien.
Antriebsstrang nach Anspruch 14, wobei: die Steuereinheit außerdem dazu konfiguriert ist, die vorhergesagten Batterieantworten und die vorhergesagten Ausgangsströme der Batterien zu verwenden, um eine Ausgangsspannung des Batteriesystems vorherzusagen.
Antriebsstrang nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, wobei: die Steuereinheit außerdem dazu konfiguriert ist, die Batterieantworten mithilfe des rückschauenden Modells des Batteriesystems direkt aus dem angeforderten Strom unter Berücksichtigung der jeweiligen Leerlaufspannung von jeder der Batterien vorherzusagen.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei: das rückschauende Modell des Batteriesystems eine Leistungselektronik repräsentiert, in der die Stromanforderungsanweisung den Batterien zugeordnet wird.
Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei: der Antriebsstrang der Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs ist.