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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schätzen eines jeweiligen Parameterwerts mehrerer Modellparameter, die Bestandteil eines Modells eines Geräts sind. Als Gerät kann beispielsweise ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug modelliert sein. Die Parameterwerte werden iterativ aktualisiert, das heißt in einem jeweiligen Aktualisierungsschritt jeweils mittels der neu verfügbaren aktuellen Messdaten angepasst. Dadurch spiegelt das Modell einen aktuellen Betriebszustand des Geräts wider. Zu der Erfindung gehören auch ein Batteriesystem, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriesystem.
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Für den Betrieb eines Geräts, beispielsweise eines Batteriesystems, kann vorgesehen sein, dass eine Steuerschaltung zum Einstellen zumindest eines Stellsignals ein Modell des Geräts verwendet, um hierdurch beispielsweise einen inneren Betriebszustand des Geräts nachzubilden oder zu berücksichtigen. In dem Modell können Komponenten des Geräts jeweils durch einen Modellparameter nachgebildet oder beschrieben sein, wobei ein aktueller oder korrekter Parameterwert für jeden Modellparameter gemessen oder berechnet oder geschätzt werden muss. Hierzu können von dem Gerät Messdaten erfasst werden und anhand dieser Messdaten mittels eines Schätzverfahrens auf den jeweiligen Parameterwert jedes Modellparameters rückgeschlossen werden. Solche Schätzverfahren oder Parameterschätzer gibt es heutzutage in vielfältigen Ausführungsformen im Stand der Technik.
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Oftmals werden sie mit dem Least-Squares-Verfahren (Verfahren des geringsten quadratischen Fehlers) und/oder mithilfe eines Kalman-Filters realisiert.
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In der Regel ergeben sich in einem Modell zwei Typen von Modellparametern, nämlich Systemparameter und Zustandsparameter. Während die Systemparameter langsam veränderlich sind und beispielsweise ihren Parameterwert nur in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder dem Verschleiß ändern, weist ein Zustandsparameter eine größere Veränderungsrate oder Dynamik auf als jeder Systemparameter und reflektiert die Veränderung des Geräts im Betrieb, wie z.B. ein Eingangswert und/oder ein Ausgangswert und/oder ein Spannungswert und/oder ein Stromwert. Oftmals werden Systemparameter zusammen mit den Zustandsparametern geschätzt. Hier sind insbesondere die Joint-Estimation bekannt, bei der Systemparameter und Zustandsparameter in einem gemeinsamen Systemzustand geschätzt werden, sowie die duale Schätzung, bei der beispielsweise je ein Kalman-Filter für die Zustandsparameter und für die Systemparameter parallel verwendet werden.
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Ein Problem beim Schätzen der Parameterwerte eines Modells kann sich ergeben, wenn die Anzahl der Modellparameter groß ist und hierbei die Modellparameter auch untereinander Abhängigkeiten aufweisen. Iterative Schätzverfahren, die ausgehend von einem Startwert die Parameterwerte der Modellparameter schrittweise in Abhängigkeit von mit jedem Aktualisierungsschritt aktualisierten Messdaten anpassen, können in einem solchen Fall eine schlechte Konvergenz aufweisen, das heißt es ist eine Vielzahl von Aktualisierungsschritten notwendig, bis der geschätzte Parameterwert eines Modellparameters den tatsächlichen Parameterwert des Geräts angibt oder widerspiegelt. Die Schätzung der Modellparameterwerte erhöht mit der Anzahl der Modellparameter die Komplexität und den Rechenaufwand eines Parameterschätzers und kann bei Überschreiten einer Höchstanzahl sogar die Stabilität des Parameterschätzers beeinträchtigen, wenn zu viele Freiheitsgrade vorliegen, sodass überhaupt keine Konvergenz der Schätzung der Parameterwerte erreicht werden kann.
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Eine Schätzung von Betriebszuständen in einem Batteriesystem ist beispielsweise aus der
DE 11 2016 001 065 T5 bekannt. Darin ist beschrieben, dass mittels eines Mikrocomputers eines Batteriesystems die Sensorwerte von Spannungssensoren mehrerer Batteriezellen sowie die Temperaturdaten eines Temperatursensors und die Stromdaten eines Stromsensors erfasst werden können und daraus mittels unterschiedlicher Berechnungsroutinen mehrerer Berechner die Parameterwerte unterschiedlicher Modellparameter berechnet werden können.
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Aus der
DE 10 2013 215 894 A1 ist ebenfalls ein System zum Schätzen von Batterieparametern bekannt. Diese können Bestandteil eines Modells sein, in welchem eine einzelne Batteriezelle durch eine ideale Spannungsquelle, einen Innenwiderstand und eine oder mehrere RC-Glieder nachgebildet sein können. Um diese Modellparameter des Modells an die Gegebenheiten eines Batteriesystems anzupassen, werden die Parameterwerte zunächst mit Zufallswerten oder vernünftigen, wahrscheinlichen Vermutungen initialisiert und dann auf Grundlage einer Simulation überprüft, ob das Modell für das zu modellierende Batteriesystem zutreffende Aussagen macht. Bei Abweichungen werden dann die Parameterwerte entsprechend aktualisiert.
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Aus der
WO 01 42799 A1 ist bekannt, dass Schätzwerte für Modellparameter eines Modells auf unterschiedlichen Ebenen dafür sorgen können, dass ein Kalman-Filter aufgrund einer zu großen Anzahl an Schätzgrößen überfordert wird. Denn durch die unterschiedlichen Ebenen ergeben sich zeitgleiche Schätzungen mit unterschiedlichen Randbedingungen für die Modellparameter.
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Aus der
DE 10 2017 104 361 A1 ist bekannt, dass zum Messen von Spannungen einzelner Batteriezellen in einem Batteriesystem die Batteriezellen oder Gruppen von Batteriezellen einzeln nacheinander mit einer Messschaltung verbunden werden, um Messungen für jede Batteriezelle oder jede Gruppe von Batteriezellen nacheinander vorzunehmen. Hierdurch kann zwar das Erfassen von Messdaten in Form von Messwerten serialisiert werden, aber ein Modell mit voneinander abhängigen Modellparametern kann erst dann aktualisiert werden, wenn für alle Batteriezellen oder alle Gruppen von Batteriezellen der jeweilige Messwert vorliegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Modell eines Geräts dessen Vielzahl von Modellparametern zuverlässig zu schätzen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Schätzen eines jeweiligen Parameterwerts mehrerer Modellparameter eines Modells eines Geräts bereitgestellt. Durch eine Rechenvorrichtung werden wiederholt aktuelle Messdaten, die das Gerät betreffen (also in oder an dem Gerät gemessen sind), empfangen und es wird für den jeweiligen Parameterwert der besagten Modellparameter mittels eines vorbestimmten Parameterschätzers anhand der aktuellen Messdaten ein Aktualisierungsschritt zum Aktualisieren des Parameterwerts durchgeführt und der aktualisierte Parameterwert in dem Modell eingetragen. Eine solche iterative Schätzung der Parameterwerte mehrerer Modellparameter muss nun davor geschützt werden, dass die Parameterwerte zu langsam, also nur mit einer unerwünscht großen Anzahl an Iterationen, konvergieren oder dass überhaupt keine Konvergenz stattfindet, sondern die Parameterwerte beispielsweise eine oszillierende Zeitreihe ergeben.
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Um dies zu vermeiden, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Modellparameter gemäß einer vorbestimmten Einteilungskonfiguration in mehrere Parametergruppen eingeteilt werden. Zum Durchführen der Aktualisierung der Parameterwerte werden nacheinander mehrere aufeinanderfolgende Aktualisierungsphasen durchgeführt. Die in die Parametergruppen eingeteilten Modellparameter werden in den mehreren aufeinander folgenden Aktualisierungsphasen aktualisiert werden. In jeder Aktualisierungsphase wird das Modell einmal aktualisiert, indem aktualisierte Parameterwerte in das Modell eingetragen werden, damit ein aktualisiertes Modell bereitsteht. Hierbei wird allerdings in jeder Aktualisierungsphase der Aktualisierungsschritt nur in einer oder in einigen der Parametergruppen durchgeführt und währenddessen (also in derselben Aktualisierungsphase) wird der jeweilige Parameterwert jedes Modellparameters, der in der verbleibenden der Parametergruppen enthalten ist oder dieser zugeteilt ist, konstant gehalten. Mit anderen Worten werden in einer Aktualisierungsphase nur einige der Modellparameter aktualisiert, nämlich nur diejenigen Modellparameter, die in einer Parametergruppe enthalten sind, für die der Aktualisierungsschritt in der aktuellen Aktualisierungsphase durchgeführt wird. Obwohl also in einer Aktualisierungsphase eine Iteration oder ein Update oder eine Aktualisierung für alle Modellparameter möglich wäre, werden nur einige der Modellparameter aktualisiert. In jedem Aktualisierungsschritt kann eine andere Parametergruppe oder es können mehrere andere Parametergruppen vorgesehen sein, für die der Aktualisierungsschritt durchgeführt wird, um die Parameterwerte der Parametergruppe oder den Parametergruppen zugeordneten Modellparameter zu aktualisieren. Es bleibt aber zumindest eine Parametergruppe übrig, die unverändert oder konstant gehalten wird.
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Die Aktualisierungsschritte oder Update-Schritte in den unterschiedlichen Parametergruppen erfolgen hierdurch nicht zeitgleich auf der Grundlage derselben aktuellen Messdaten, sondern die Modellparameter zumindest zweier Parametergruppen werden nacheinander in den unterschiedlichen Aktualisierungsphasen aktualisiert. Somit erfolgt also die Parameterschätzung über einzelne unterschiedliche Parametergruppen unabhängig voneinander und/oder zeitlich nacheinander auf der Grundlage unterschiedlicher Messdaten. Eine Parametergruppe kann insbesondere einen oder zwei oder drei oder mehr als drei Modellparameter umfassen.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass in dem Parameterschätzer der Aktualisierungsschritt unter der Randbedingung durchgeführt werden kann, dass zumindest für einen anderen Modellparameter dessen Parameterwert konstant gehalten wird. Dies hat sich als vorteilhaft beim Fördern der Schätzstabilität (Konvergenz) und/oder Schätzgeschwindigkeit erwiesen.
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Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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In einer Ausführungsform werden N Parametergruppen gebildet, wobei N eine ganze Zahl (Gruppenanzahl) größer oder gleich 2 ist. Es wird der Aktualisierungsschritt für jede Parametergruppe nur in jeder N-ten Aktualisierungsphase durchgeführt. Mit anderen Worten wird mit jeder Aktualisierungsphase eine andere Parametergruppe für den Aktualisierungsschritt ausgewählt, insbesondere jeweils nur eine einzelne Parametergruppe. Durch dieses Rotationsverfahren wird für jede Parametergruppe alle N Aktualisierungsphasen der Aktualisierungsschritt für die darin enthaltenen Modellparameter einmal durchgeführt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass sich für alle Parametergruppen die gleiche Aktualisierungsrate (nämlich ein Aktualisierungsschritt alle N Aktualisierungsphasen) ergibt.
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Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass für unterschiedliche Parametergruppen der Aktualisierungsschritt in einem gegebenen Zeitraum unterschiedlich häufig durchgeführt wird. Mit anderen Worten ergeben sich also für unterschiedliche Parametergruppen unterschiedliche Aktualisierungsraten von deren zugeordneten Modellparametern. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass Modellparameter mit beispielsweise vergleichsweise schnell veränderlichen Parameterwerten mit einer größeren Aktualisierungsrate aktuell gehalten werden können als Modellparameter, deren Parameterwerte sich z.B. im Vergleich dazu langsam verändern. So kann beispielsweise in der bereits beschriebenen Weise für Zustandsparameter eine größere Aktualisierungsrate bereitgestellt werden als für Systemparameter, indem Zustandsparameter einerseits und Systemparameter andererseits getrennt in unterschiedliche Parametergruppen mit unterschiedlicher Aktualisierungsrate zugeordnet werden. Die Zustandsparameter sind diejenigen Modellparameter des Modells, die einen aktuellen Betriebszustand des modellierten Geräts angeben und sich mit dem Betriebszustand des Geräts verändern sollen, während die Systemparameter diejenigen Modellparameter des Modells sind, die von einem Verschleißzustand und/oder einem Alter einer jeweiligen Komponente des modellierten Geräts abhängig sind, aber sich im Laufe eines Betriebszyklus (z.B. im Verlauf einer Stunde) nur unwesentlich, insbesondere um weniger als 1 % verändern.
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In einer Ausführungsform wird die jeweilige Aktualisierungsphase begonnen, falls ein neuer Datensatz von aktuellen Messdaten verfügbar ist. Jeder Aktualisierungsphase liegt also ein individueller Datensatz aktueller Messdaten zugrunde. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Aktualisierungsphase dann ausgelöst oder begonnen werden, falls ein jeweiliger vorbestimmter Aktualisierungszeitpunkt erreicht ist. Hierdurch ergibt sich ein vorhersehbares festes Zeitraster für das Durchführen der Aktualisierungsphasen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Aktualisierungsphase dann ausgelöst oder begonnen werden, falls ein vorbestimmtes Ereignis eintritt und erfasst wird (eventbasierte oder ereignisgesteuerte Auslösung). Ein Ereignis kann beispielsweise der Eintritt eines vorbestimmten Betriebszustand des Geräts sein, beispielsweise ein vorbestimmter Ruhezustand (z.B. kein Stromfluss in einem bestimmten Schaltungsbereich). Eine Ereignissteuerung kann erfolgen, indem beispielsweise davon abhängig reagiert wird, ob ein Sensorwert von einem vorbestimmten Sensor und/oder ein Auswerteergebnis beispielsweise von einer EIS (elektrochemischen Impedanzspektroskopie) aktuell verfügbar ist.
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Wie bereits beschrieben, erfolgt die Zuteilung von Modellparametern zu Parametergruppen gemäß der vorgegebenen Einteilungskonfiguration. In einer Ausführungsform ist die Einteilungskonfiguration für alle Aktualisierungsphasen die gleiche. Hierdurch ergibt sich für das Konvergenzverhalten bezüglich der Parameterwerte der Modellparameter ein vorhersehbares, gleichbleibendes Verhalten. Alternativ dazu wird in einer Ausführungsform zwischen zumindest zwei Aktualisierungsphasen von der bisher geltenden vorbestimmten Einteilungskonfiguration auf eine neue vorbestimmte Einteilungskonfiguration umgeschaltet. Mit anderen Worten sind also mehrere Einteilungskonfigurationen vorgesehen, zwischen denen beim Übergang oder beim Wechsel zwischen zwei Aktualisierungsphasen umgeschaltet werden kann. Ein Modellparameter kann also in einer Einteilungskonfigurationen einer ersten Parametergruppe und in einer anderen Einteilungskonfigurationen einer zweiten Parametergruppe zugeordnet sein. Das Umschalten erfolgt hierbei periodisch oder nicht-periodisch oder zu vorbestimmten Zeitpunkten oder ereignisgesteuert. Es kann eine Ereignissteuerung wie oben beschrieben zugrunde gelegt werden. Durch das Wechseln der Einteilungskonfiguration kann eine Abhängigkeit zwischen Modellparametern beim Schätzen von deren Parameterwerten berücksichtigt oder kompensiert werden.
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In einer Ausführungsform ist in zumindest einer Einteilungskonfiguration jeder Modellparameter genau einer Modellparametergruppe zugeordnet. Dies kann in ein zuverlässiges Konvergenzverhalten resultieren. Alternativ dazu ist gemäß einer Ausführungsform in zumindest einer Einteilungskonfiguration zumindest ein Modellparameter mehreren Parametergruppen gleichzeitig zugeordnet. Hierdurch kann für diese Modellparameter eine Aktualisierungsrate vergrößert werden. Zusätzlich kann erreicht werden, dass der Modellparameter gleichzeitig mit zumindest einem weiteren Modellparameter aus jeweils einer anderen Parametergruppe aktualisiert wird. Die Zugehörigkeit zu unterschiedlichen Parametergruppen ergibt eine Aktualisierung in einem jeweils anderen Aktualisierungskontext und/oder mit anderen Modelldaten.
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In einer Ausführungsform wird als das besagte Gerät ein Batteriesystem mit mehreren Batteriezellen oder eine einzelne Batteriezelle jeweils durch das Modell beschrieben. Hierdurch wird das Verfahren in vorteilhafter Weise für die Schätzung eines Batteriemodells verfügbar gemacht.
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In diesem Zusammenhang umfassen gemäß einer Ausführungsform die Modellparameter zumindest einen der folgenden: einen Innenwiderstand (insbesondere einer Batteriezelle), eine elektrische Kapazität (in einem Ersatzschaltbild durch einen Kondensator repräsentiert), eine Speicherkapazität (Energiemenge, die bei voller Aufladung, 100 Prozent, gespeichert ist), eine Zeitkonstante eines RC-Glieds (RC - Widerstand, Kapazität), wie es in dem Modell in an sich bekannter Weise vorgesehen sein kann, eine Ruhespannungskennlinie (Spannung einer im Modell vorhandenen idealen Spannungsquelle in Abhängigkeit vom aktuellen Ladezustand). Ein solches Modell mit aktuellen Parameterwerten zu versehen, kann eine komplexe Schätzaufgabe sein, die durch das Verfahren vereinfacht oder robuster ausgestaltet werden kann.
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In einer Ausführungsform wird als der besagte Parameterschätzer für den jeweiligen Parameterwert ein Kalman-Filter und/oder eine Least-Squares-Methode für einen einzelnen Modellparameter oder für eine jeweilige ganze Parametergruppe oder für einige der Modellparameter der Parametergruppe betrieben. Diese Verfahren erlauben eine schrittweise Aktualisierung eines Parameterwerts auf Grundlage aktuell verfügbarer Messdaten.
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Wie bereits ausgeführt, ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Batteriesystem besonders vorteilhaft. Entsprechend umfasst die Erfindung auch ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug, wobei das Batteriesystem mehrere Batteriezellen und zumindest eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen von Messdaten in dem Batteriesystem aufweist. Die Erfassungseinrichtung kann hierbei für eine einzelne Batteriezelle oder für mehrere Batteriezellen vorgesehen sein. Die Erfassungseinrichtung kann Sensoren und/oder Sensorschaltungen zum Messen von beispielsweise elektrischer Spannung und/oder elektrischem Strom und/oder Temperatur und/oder Gasgehalt und/oder Druck aufweisen. Mittels der Erfassungseinrichtung werden die messbaren Messdaten erfasst. Diese müssen dann in die Parameterwerte für die Modellparameter umgewandelt oder umgerechnet werden, was mittels des besagten Parameterschätzers für den jeweiligen Modellparameter durchgeführt wird.
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Ein Modellparameter ist insbesondere eine in dem Gerät, also in dem Batteriesystem, nicht messbare Größe, insbesondere eine Modellkomponente des Modells, die in dieser Form in dem Gerät eigentlich nicht vorhanden ist, sondern nur mehrere real vorhandene Komponenten des Geräts repräsentiert. Bei dem erfindungsgemäßen Batteriesystem ist eine Recheneinrichtung bereitgestellt, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Eine solche Recheneinrichtung kann auf der Grundlage zumindest eines Mikrocontrollers und/oder zumindest eines Mikroprozessors realisiert sein, wobei der zumindest eine Mikrocontroller und/oder zumindest eine Mikroprozessor mit einem Datenspeicher gekoppelt sein kann, in welchem Programminstruktionen bereitgestellt sein können, die bei Ausführen durch die Recheneinrichtung diese dazu veranlassen, die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
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Die Erfindung umfasst schließlich auch ein Kraftfahrzeug mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems;
- 2 ein Diagramm mit schematisierten Zeitverläufen zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- 3 ein Diagramm mit schematisierten Zeitverläufen zur Veranschaulichung einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, handeln kann. In dem Kraftfahrzeug 10 kann ein Batteriesystem 11 bereitgestellt sein, das insbesondere als Hochvoltbatterie oder Traktionsbatterie ausgestaltet sein kann. Mit „Hochvolt“ ist gemeint, dass durch das Batteriesystem 11 eine Betriebsspannung für einen Betrieb zumindest einer Fahrzeugkomponente 12 bereitgestellt sein kann, die in einem Bereich größer als 60 Volt, insbesondere größer als 100 Volt, liegen kann. Das Batteriesystem 11 repräsentiert hier allgemein ein Gerät im Sinne der Erfindung.
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Als Fahrzeugkomponente 12 kann hiermit beispielsweise eine elektrische Maschine für einen Fahrantrieb des Kraftfahrzeugs 10 betrieben werden.
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Zum Bereitstellen der Versorgungsspannung und eines zugehörigen Betriebs stroms 13 können in dem Batteriesystem 11 mehrere Batteriezellen 14 bereitgestellt sein. In jeder Batteriezelle 14 kann eine elektrochemische oder galvanische Zelle installiert sein, beispielsweise auf Lithium-Ionen-Technologie-Basis. Jede Batteriezelle 14 kann an Batterieklemmen 15 eine Klemmenspannung U erzeugen. Die Klemmenspannungen U mehrerer Batteriezellen 14 können durch eine Reihenschaltung zu der besagten Betriebsspannung, insbesondere der Hochvoltspannung, kombiniert werden. Ein elektrischer Strom aus den Batteriezellen 14 kann zu dem Betriebsstrom 13 zusammengefasst werden. Entsprechende Verschaltungen von Batteriezellen 14 können gemäß dem Stand der Technik vorgesehen sein.
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Um einen aktuellen Betriebszustand der Batteriezellen 14 zu ermitteln, kann zumindest eine Recheneinrichtung 16 vorgesehen sein. Eine Recheneinrichtung 16 kann beispielsweise pro Batteriezelle 14 vorgesehen sein und in jeder Batteriezelle 14 integriert oder an jeder Batteriezelle 14 außen angeordnet sein. Alternativ dazu kann eine Recheneinrichtung 16 für mehrere Batteriezellen 14 vorgesehen sein. Für die folgende Beschreibung sei der Anschaulichkeit halber angenommen, dass eine Recheneinrichtung 16 für eine Batteriezelle 14 vorgesehen ist, wie dies in 1 dargestellt ist.
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Die Recheneinrichtung 16 kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten aus einer Erfassungseinrichtung 17 Messdaten 18 empfangen. Die Empfangseinrichtung 17 kann eine zellinterne Komponente 19 und/oder eine zellexterne Komponente 20 umfassen. Die Messdaten 18 können beispielsweise eine aktuelle Klemmenspannung U und/oder einen Zellstrom der Batteriezelle 14 und/oder eine Temperatur und/oder einen Zelldruck einer Zellchemie der Batteriezelle 14 beschreiben, um nur beispielhafte Messgrößen zu nennen, für die die Messdaten 18 erzeugt werden können. In der Recheneinrichtung 16 kann auf Grundlage der Messdaten 18 ein Modell 21 der zu überwachenden Batteriezelle 14 oder der mehreren zu überwachenden Batteriezellen 14 aktualisiert werden. In 1 ist beispielhaft ein Modell 21 einer einzelnen Batteriezelle gezeigt. Das Modell 21 kann eine ideale Spannungsquelle 22 und/oder einen Innenwiderstand 23 und/oder ein RC-Glied 24 umfassen, welche die Eigenschaften der Batteriezelle 14 symbolisieren oder nachbilden können. Insbesondere kann eine Serienschaltung der beschriebenen Komponenten in dem Modell 21 vorgesehen sein.
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Zu den einzelnen Komponenten des Modells 21 ist jeweils ein Modellparameter 25 angegeben, welcher beispielsweise eine Leerlaufspannung U0 der idealen Spannungsquelle 22, einen Widerstandswert des Innenwiderstands 23 und/oder eine Zeitkonstante des RC-Glieds 24 und/oder die Kapazität und/oder den Widerstand des RC-Glieds 24 angegeben kann. Zu jedem Parameterwert 26 können auf Grundlage der Messdaten 18 jeweils ein aktualisierter oder aktueller Parameterwert 26 berechnet werden. Dies kann mittels eines Parameterschätzers 27 erfolgen, der beispielsweise als ein Berechnungsalgorithmus für die Recheneinrichtung 16 ausgestaltet sein kann. Der Parameterschätzer 27 kann beispielsweise auf einem Kalman-Filter und/oder einer Least-Squares-Methode beruhen.
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Um aufgrund der Anzahl der Modellparameter 25 beim Schätzen der zugehörigen aktuellen Parameterwerte 26 den Parameterschätzer 27 dahingehend zu unterstützen, dass die Schätzung der Parameterwerte 26 zuverlässig konvergiert, kann das im Folgenden beschriebene Verfahren durchgeführt werden.
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Die Modellparameter 25 können in Parametergruppen A, B, C eingeteilt werden, wobei die Gruppenanzahl N hier den Wert N = 3 aufweist, was aber nur beispielhaft ist. Welcher Modellparameter 25 welcher Parametergruppe A, B, C zugeordnet wird, kann durch eine Einteilungskonfiguration K festgelegt sein.
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In 2 ist veranschaulicht, wie über der Zeit t für die unterschiedlichen Parametergruppen A, B, C die diesen zugeordneten oder die darin zugeteilten Modellparameter 25 entweder in einem fixen, konstanten Zustand F gehalten werden können, in welchem deren Parameterwerte 26 unverändert bleibt, oder in einem adaptiven Zustand oder Anpassungszustand A eingestellt werden können, in welchem der Parameterschätzer 27 den Parameterwert 26 des jeweiligen Modellparameters in Abhängigkeit von den aktuell verfügbaren Messdaten 18 anpassen oder verändern kann.
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Dargestellt ist, wie über der Zeit mehrere unterschiedliche Aktualisierungsphasen 28 ausgeführt werden können, in welchen jeweils nur eine der Gruppen A, B, C auf Grundlage der dann jeweils verfügbaren Messdaten 18 mittels des Parameterschätzers 27 aktualisiert wird. Für jede Aktualisierungsphase 28 liegen also andere Messdaten 18 vor und es werden nur einige der Modellparameter 25 in Bezug auf ihren Parameterwert 26 durch den Parameterschätzer 27 aktualisiert. Es wird also in jeder Aktualisierungsphase für die Modellparameter 25 der aktuell aktualisierten Parametergruppe A, B, C jeweils der Aktualisierungsschritt 29 durch den Parameterschätzer 27 für die zu aktualisierenden Modellparameter 25 durchgeführt, also beispielsweise über einen Kalman-Filter ein Schätzdurchgang.
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2 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei welcher in den Aktualisierungsphasen ein Rotationsverfahren 30 durchgeführt wird, bei welchem nacheinander die Parametergruppen A, B, C aktualisiert werden, sodass jede Parametergruppe A, B, C in jeder N-ten Aktualisierungsphase, also in dem Beispiel in jeder dritten Aktualisierungsphase, den Aktualisierungsschritt 29 durchgeführt bekommt.
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3 veranschaulicht in derselben Darstellungsweise wie in 2, dass für die unterschiedlichen Parametergruppen A, B, C unterschiedliche Aktualisierungsraten realisiert werden können, indem die Parametergruppe A in einem gegebenen Zeitraum 31 häufiger in einer Aktualisierungsphase 28 mittels des Aktualisierungsschritts 29 aktualisiert wird als die anderen Parametergruppen B, C. In dem Zeitraum 31 wird die Parametergruppe B am seltensten aktualisiert.
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Es werden also bei der Parameterschätzung nicht alle Modellparameter gemeinsam geschätzt, sondern nur einzelne Modellparameter oder ein Satz an Modellparametern. Während dieser jeweiligen Aktualisierungsphase wird der Rest der Modellparameter konstant gehalten. Im Anschluss wird die nächste Parametergruppe geschätzt.
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Der Rechenaufwand für die Parameterschätzung wird in vorteilhafter Weise reduziert und durch die Verringerung bzw. Reduktion der freien Modellparameter kann die Zahl insgesamt zu schätzender Modellparameter erhöht werden.
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Eine bevorzugte technische Umsetzung ergibt sich wie folgt. In der Modellbildung kann somit eine mathematische Grundstruktur, ein Modell 21, mit anwendungsspezifischen Parametern (Modellparametern) an die Problemstellung angepasst werden. Diese Anpassung kann einmalig vor Einsatzbeginn erfolgen (offline) und/oder permanent während des Einsatz des Modells in einem Gesamtsystem (online). Die Idee der Erfindungsmeldung liegt im Kern darin, dass für das Parameterupdate die Systemparameter in mehrere Parametersets/ -gruppen aufgeteilt/zusammengefasst werden, die nicht alle zusammen upgedatet werden, sondern in aufeinanderfolgenden Updateschritten nacheinander. Die Parameterschätzungen von einzelnen Gruppen müssen unabhängig voneinander sequentiell durchgeführt werden. Dadurch wird nur ein kleiner Teil der Parameter optimiert, während der restliche Teil konstant gehalten wird. Eine mögliche Umsetzung wäre, dass beispielsweise bei N Parametersets jedes Parameterset nur jedes N-te Mal ein Update erfährt (siehe 2).
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Es ist möglich verschiedene Updateraten für verschiedene Parametersets zu implementieren, welche die Zeitkonstanten von Parameterveränderungen der Einzelparameter wiederspiegeln können. Die Parameterupdates können periodisch und nichtperiodisch erfolgen und zeit- und/oder Event-qetriggert sein (siehe 3: beispielhafter Ablaufplan einer Mischung aus periodischen Parameterupdates zweier Parametergruppen mit unterschiedlichen Updatefrequenzen und einer nichtperiodisch geupdateten oder aktualisierten Parametergruppe).
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Die Konfiguration der Parametergruppe, beispielsweise die Art, Anzahl und nominal, die Parameter, können über die Anwendungsdauer konstant oder veränderlich sein. Dies kann bedeuten, dass beispielsweise mit festen Parametersets qearbeitet werden kann oder mit Parametersets, deren Parameterzusammensetzungen sich periodisch oder nichtperiodisch, zeit- oder eventgetriggert verändern. Dabei können Parameter von einem Parameterset in ein oder mehrere andere Parametersets umgesiedelt werden. Zu jeder Zeit kann ein Parameter einer oder mehreren Parametergruppen gleichzeitig angehören.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine sequentielle Parameterschätzung bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112016001065 T5 [0006]
- DE 102013215894 A1 [0007]
- WO 0142799 A1 [0008]
- DE 102017104361 A1 [0009]
