DE102012212819A1

DE102012212819A1 - Verfahren und system zum laden einer fahrzeugbatterie

Info

Publication number: DE102012212819A1
Application number: DE102012212819A
Authority: DE
Inventors: Allan Roy Gale; Bruce Carvell Blakemore; Larry Dean Elie
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2013-01-31
Also published as: CN102897051B; CN102897051A; US8793042B2; US20130026970A1

Abstract

Ein Fahrzeugstromsystem enthält eine Batterie mit mehreren Zellen und mit mindestens einem Controller. Der mindestens ein Controller bewirkt, dass die Zellen eine Ladung für eine Zeitperiode aufnehmen, so dass bei Ablauf der Zeitperiode Spannungen einiger der Zellen etwa gleich einer spezifizierten Spannung sind, von anderen der Zellen gespeicherte Amperestunden etwa gleich sind und eine von der Batterie gespeicherte Energiemenge mindestens gleich einer vorbestimmten Zielenergiemenge ist.

Description

ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Laden einer Fahrzeugbatterie, so dass sie ausreichend Energie speichern kann, um das Fahrzeug über eine spezifizierte Distanz zu fahren.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Fahrer eines alternativ angetriebenen Fahrzeugs wie etwa eines Plug-in-Hybridfahrzeugs, eines Batteriefahrzeugs usw. wünscht möglicherweise, dass sein Fahrzeug zwischen Batterieladungen über eine gewisse Anzahl von Meilen fahren kann.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Einige Zellen einer Traktionsbatterie können auf eine spezifizierte gemeinsame Zielspannung geladen sein und andere Zellen der Traktionsbatterie können auf eine vorbestimmte gemeinsame Zielkapazität geladen sein, so dass eine von der Traktionsbatterie gespeicherte Energiemenge mindestens gleich einer vorbestimmten Zielenergiemenge ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm eines Plug-in-Hybridfahrzeugs.
2 ist ein Flussdiagramm, das einen Algorithmus zum Laden einer Fahrzeugbatterie zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich, werden hierin 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 hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionale Details nicht als beschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann zu lehren, wie er die vorliegende Erfindung unterschiedlich verwenden kann.
Einleitung
Zellen eines Batteriepakets können geladen werden, um ausreichend Energie zum Unterstützen eines Zielfahrbereichs zu speichern. Jede der Zellen kann beispielsweise auf eine gemeinsame Zielkapazität (Ziel-Ah) geladen werden, so dass sie kollektiv die erforderliche Energie speichern. Bei bestimmten Zellen jedoch kann, wenn sie altern, ihre Kapazität beschränkt werden: größere Zellspannungen können erforderlich sein, um die gemeinsame Zielkapazität zu erreichen; eine Spannungsgrenze (z.B. die volle Zellnennspannung) kann schließlich ausschließen, dass die Ziel-Ah von einer oder mehreren der Zellen gespeichert werden. Algorithmen und Systeme, die selbiges in Betracht ziehen, können dieses und andere Probleme hinsichtlich des Ladens eines Batteriepakets behandeln, um ausreichend Energie zum Unterstützen eines Zielfahrbereichs zu speichern.
Zellkapazität
Eine maximale Kapazität Ihr_max einer Batteriezelle kann gemäß der folgenden Menge von Gleichungen approximiert werden: Ihr_max = ∆Ihr / ∆SOC (1) und
wobei ∆Ihr die Änderung bei der Kapazität in der Zelle ist, ∆SOC die Änderung beim Ladezustand der Zelle ist, V_max die Nennspannung der Zelle bei voller Ladung (100% SOC) ist, V_min die Nennspannung der Zelle bei einer Ladung von null Prozent (0% SOC) ist und v_cell die gemessene Zellspannung ist. Als ein Beispiel kann der SOC einer gegebenen Zelle bestimmt werden, bevor und nachdem ihr 1 Ah an Kapazität geliefert wurde. Unter der Annahme eines ∆SOC von 10% für dieses Beispiel würde die maximale Kapazität Ihr_max der Zelle 10 Ah betragen.
Zellenergiegehalt
Der Energiegehalt ε einer Batteriezelle kann anhand der folgenden Menge von Gleichungen approximiert werden: ε = ∫ρ·dt (3) wobei ρ die über die Zeit hinweg an die Zelle angelegte Leistung ist. ρ kann geschrieben werden als ρ = v_m·i (4) wobei v_m die mit der gespeicherten Leistung assoziierte (gemessene) Spannung ist und i der mit der gespeicherten Leistung assoziierte Strom ist. Das Einsetzen von (4) in (3) ergibt ε = ∫v_m·i·dt (5) v_m kann geschrieben werden als v_m = ∆v + V_min (6) wobei V_min die Spannung der Zelle bei einem Ladezustand von 0% (z.B. 3,1 V) ist und ∆v die Differenz zwischen der mit der gespeicherten Leistung assoziierten Spannung und der Spannung der Zelle beim Ladezustand von 0% ist. Das Einsetzen von (6) in (5) ergibt ε = ∫(∆v + V_min)idt (7) ∆v kann geschrieben werden als
wobei V_max die Spannung der Zelle bei einem vollen Ladezustand ist, Ihr_max die maximale Kapazität der Zelle ist und t die Zeit ist, über die die Änderung bei der Spannung erfolgt. Das Einsetzen von (8) in (7) ergibt
Das Integrieren von (9) ergibt
i·t kann geschrieben werden als i·t = Ihr (11) was die Kapazität in der Zelle ist. Das Einsetzen von (11) in (10) ergibt
Zellkapazität zum Liefern eines spezifizierten Energiegehalts: keine Zellen Ah-Kapazität begrenzt (Phase 1)
Es sei beispielsweise angenommen, dass ein gegebenes Batteriepaket mit 20 Zellen in Reihe mindestens 30 kWh an Energie speichern muss, um einen Fahrbereich von 100 Meilen zu unterstützen. (Testen, Simulation usw. können für ein gegebenes Fahrzeug die zum Unterstützen eines spezifizierten Fahrbereichs erforderliche Energie bestimmen.) Das heißt, die Summe der von den Zellen des Batteriepakets gespeicherten Energien sollte mindestens gleich 30 kWh sein, wenn alle Zellen auf die gleichen Ah geladen sind. (12) kann für jede der Zellen evaluiert und summiert werden, um zu bestimmen, ob diese Summe mindestens gleich 30 kWh ist. Ein Anfangswert (z.B. 1 Ah) für Ihr kann angenommen werden, V_max und V_min sind vom Design her bekannt und Ihr_max kann auch aus (1) bestimmt werden. Falls die Summe der Zellenergien in diesem Beispiel unter 30 kWh liegt, kann der Wert für Ihr um 1 Ah inkrementiert und (12) wieder für jede der Zellen iterativ evaluiert werden (wobei angenommen wird, dass keine der Zellen eine Grenze hinsichtlich der Anzahl von Ah hat, die sie speichern können), bis die Summe der Zellenergien mindestens gleich 30 kWh ist. Der Kapazitätswert, der dazu führt, dass die Summe der Zellenergien mindestens gleich 30 kWh ist, ist der Zellkapazitätszielwert (der Ihr-Zielwert).
Zellkapazität zum Bereitstellen eines spezifizierten Energiegehalts: Einige Zellen Ah-Kapazität begrenzt (Phase 2)
Wegen der durch Herstellung, Alter, Nutzung usw. verursachten Zellmaximalkapazitätsdifferenzen kann ein ausgewählter Fahrbereich einen Ihr-Zielwert erfordern, der den Ihr_max-Wert einer oder mehrerer bestimmter Zellen übersteigt. Das Batteriepaket kann in diesem Fall als Ah-begrenzt angesehen werden. Das heißt, es kann Umstände geben, unter denen die Kapazität einer oder mehrerer bestimmter Zellen zum Speichern von Energie einen Schwellwert nicht übersteigen sollte. Eine Spannungsgrenze (z.B. die volle Nennspannung) einer Zelle beispielsweise kann ausschließen, dass zusätzliche Ah von dieser Zelle gespeichert werden, usw. Die begrenzte Zelle oder Zellen können in diesem Fall auf ihren jeweiligen Ihr_max-Wert geladen werden, während die zum Erfüllen des spezifizierten Fahrbereichs erforderliche verbleibende Energie unter den nicht begrenzten Zellen gespeichert werden kann. Es sei wieder angenommen, dass ein gegebenes Batteriepaket mit 20 Zellen zum Unterstützen eines Fahrbereichs von 100 Meilen 30 kWh an Energie verfügbar haben muss; und es sei angenommen, dass eine Teilmenge n der 20 Zellen Ah-begrenzt ist, weil beispielsweise jede der Zellen der Teilmenge ihre volle Zellnennspannung vor dem Speichern ihres ansonsten gleichen Teils der erforderlichen Energie zum Unterstützen des Fahrbereichs von 100 Meilen erreichen würde. Falls die Zellen in Reihe geschaltet sind, werden sie mit der gleichen Ah-Rate entladen. Diese gemeinsame Entladerate wird das volle Entladen aller Zellen (seien sie Ah-begrenzt oder nicht) begrenzen, mit Ausnahme der Zelle mit der kleinsten Maximalkapazität Ihr_{max_min}. Alle anderen Zellen werden nach dem Entladen der Zellkette eine gewisse Ah-Kapazität beibehalten. Somit kann die von jeder der anderen Zellen bereitgestellte Energie (jene Zellen, die nicht die kleinste Maximalkapazität besitzen) auf der Basis der Entladung von Ihr_{max_min} berechnet werden.
Das Erweitern von (12) ergibt die verfügbare Energie für jede Zelle
(13) kann für jede der Ah-begrenzten Zellen gelöst werden, indem Ihr gleich dem aus (1) herausgefundenen Ihr_max-Wert der Zelle gesetzt wird (V_max und V_min sind vom Design her bekannt, und Ihr_{max_min} ist das Minimum der Ihr_max-Werte). Ein Unterschied zwischen der Summe der Energien der Ah-begrenzten Zellen und der erforderlichen verfügbaren Energie kann dann genommen werden. Falls unter Fortsetzung mit dem obigen Beispiel 30 kWh an Energie verfügbar sein müssen, um den Fahrbereich von 100 Meilen zu unterstützen, und die Summe der Energien der Ah-begrenzten Zellen 12kWh beträgt, dann beträgt die resultierende Differenz 18 kWh. Die nicht begrenzten Zellen müssen 18 kWh an Energie in diesem Beispiel verfügbar haben, um den Fahrbereich von 100 Meilen zu unterstützen. Zum Bestimmen des Ihr-Zielwerts der nicht begrenzten Zellen, der benötigt wird, um 18 kWh an Energie bereitzustellen, können die Techniken verwendet werden, die in dem Abschnitt mit dem Titel "Zellkapazität zum Bereitstellen eines spezifizierten Energiegehalts: Keine Zellen Ah-kapazitätsbegrenzt" beschrieben sind (wobei (13) anstelle von (12) verwendet wird). Falls irgendeine der anfänglich als nicht begrenzt klassifizierten Zellen sich später als kapazitätsbegrenzt bei dem erhöhten Ihr-Zielwert herausstellt, kann der bezüglich (13) beschriebene Algorithmus einfach iterativ wiederholt werden.
Zellkapazität zum Bereitstellen eines spezifizierten Energiegehalts: Alle Zellen Ah-kapazitätsbegrenzt (Phase 3)
Falls alle Zellen eines Batteriepakets Ah-kapazitätsbegrenzt sind, werden sie ihre volle Nennspannung vor dem Speichern von genügend Energie zum Erfüllen des spezifizierten Fahrzeugfahrbereichs erzielen. Die Maximalspannung, die jede Zelle während einer Ladung erzielen darf, muss möglicherweise über die volle Nennspannungsgrenze erhöht werden, damit die Zellen die erforderliche Energie speichern können. Die Nennspannung muss anfänglich gewählt werden, um die Leistung und die Lebensdauer des Batteriepakets auszugleichen, und es wird angenommen, dass sie gleich der oder kleiner als die vorgeschlagene Maximalspannung des Zellherstellers gesetzt wird. Somit kann die Maximalspannungsgrenze erhöht werden, um den spezifizierten Fahrbereich zu erzielen. Die zum Erzielen des spezifizierten Fahrbereichs erforderliche Zielspannung kann durch iteratives Erhöhen von V_max (d.h. V_max = V_max + ΔV_max), Neuberechnen des Ihr_max-Werts jeder Zelle aus (1) und Bestimmen des Zellkapazitätszielwerts (des Ihr-Zielwerts) gemäß den in den obigen Abschnitten erörterten Algorithmen (je nachdem, ob irgendeine der Zellen Ah-kapazitätsbegrenzt bleibt) gefunden werden, bis ausreichend Energie zum Erfüllen des Zielfahrbereichs erreicht ist.
Zellkapazität unzureichend, um einen spezifizierten Energiegehalt bereitzustellen (Phase 4)
Schließlich wird der bestimmte V_max-Wert, der erforderlich ist, um eine zum Erfüllen des Zielfahrbereichs ausreichende Energiespeicherung zu gestatten, die vom Hersteller vorgeschlagene Maximalspannung übersteigen. In diesem Fall sind die Zellen auf die vom Hersteller vorgeschlagene Maximalspannung geladen. Dieser Übergang von Phase 3 zu Phase 4 kann eine Angabe über die verbleibenden Batteriepaketlebensdauer liefern unter der Berücksichtigung, dass, wenn alle Zellen auf die vom Hersteller vorgeschlagene Maximalspannung geladen sind, unzureichende Energie zum Erfüllen des Zielfahrbereichs vorhanden ist. (Die oben beschriebenen anderen Übergänge, z.B. der Übergang von Phase 1 zu Phase 2 usw., können ebenfalls eine Angabe über die verbleibende Batterielebensdauer liefern.) Somit kann eine Warnung oder ein anderer Alarm erzeugt werden, um den Fahrer darüber zu informieren, dass die Batterie nicht länger den erforderlichen Fahrbereich liefern kann, oder um vorzuschlagen, dass die Batterie ausgetauscht wird.
Gesamtbatteriepaketladezeit
Ihr aus (12) kann geschrieben werden als Ihr = ΔIhr + Ihr_initial (14) wobei Ihr_initial die in der Zelle (vor dem Zellausgleich/-laden) gespeicherte anfängliche Menge an Ah ist und ΔIhr die Differenz bei der in der Zelle vor dem Zellladen und nach dem Zellladen (auf den Ihr-Zielwert) gespeicherten Menge an Ah ist. Ihr_initial ist eine Funktion der gemessenen Spannung der Zelle. Somit kann eine Nachschlagetabelle, die Werte der Zellspannung auf Ihr abbildet, zum Bestimmen von Ihr_initial auf der Basis der anfänglichen gemessenen Zellspannung verwendet werden. (8) kann auch verwendet werden, um die Anfangskapazität zu finden, indem nach i·t (Zellkapazität) gelöst und Δv gleich der gemessenen Spannung einer bestimmten Zelle gesetzt wird. ΔIhr kann somit für jede Zelle aus (14) gefunden werden.
Die Gesamtladezeit t_c (oder die Zeit, während der die Zellen einen Strom empfangen sollen) kann für ein Batteriepaket gefunden werden gemäß
wobei ∆Ihr_maxcell das aus (14) bestimmte Maximum der ∆Ihr-Werte ist und i_chg der Ladestrom des Pakets ist.
Zellwiderstandsschaltungsanordnungsaktivierungszeiten
Der Zellausgleich kann bewerkstelligt werden, indem zuerst das Ausmaß der Ihrs-Korrektur, Ihr_bleed, bestimmt wird, die eine Zelle benötigt, gemäß Ihr_bleed = ∆Ihr_maxcell – ∆Ihr (16) wobei ∆Ihr_maxcell das Maximum der aus (14) bestimmten ∆Ihr-Werte ist und ∆Ihr die Differenz bei der in der Zelle vor dem Zellladen und nach dem Zellladen gespeicherten Menge an Ah ist.
Das Zellausgleichen erfordert eine gewisse Form von Energietransfer zu oder von einer individuellen Zelle. Das häufigste Verfahren besteht darin, für eine Zeitperiode t_R einen Widerstand über der individuellen Zelle zu platzieren, um Energie zu entfernen. Dieses Ausgleichen kann während der Zellladezeit t_c unter der Annahme abgeschlossen werden, dass t_c größer als t_R ist. Somit wird eine Zelle, deren Widerstandsschaltungsanordnung aktiviert ist, eine Ladung mit einer anderen Rate als eine Zelle aufnehmen, deren Widerstandsschaltungsanordnung nicht aktiviert ist.
Die Zeitdauer, während der die Widerstandsschaltungsanordnung einer Zelle aktiviert werden kann, um zu bewirken, dass die Zelle einen Zellladestrom liefert, während die Zelle Strom empfängt, kann anhand Gleichung
gefunden werden, wobei v_cell die gemessene Spannung der Zelle ist und R der Widerstandswert des mit der Zelle assoziierten Entladewiderstands ist. (17) kann umgeschrieben werden als
wobei V_cell bevorzugt der bekannte Mittelwert der Zellspannung während der Ausgleichsentladung ist. Das Lösen nach t_R ergibt die Widerstandsschaltungsanordnungsaktivierungszeit der Zelle. Falls irgendein t_R größer ist als t_c, kann das Batteriepaket unter Einsatz traditioneller Techniken einfach ausgeglichen/geladen werden.
Ausgleichen/Laden des Batteriepakets
Unter Bezugnahme auf 1 kann eine Ausführungsform eines Plug-In-Hybridfahrzeugs (PHEV – Plug-In Hybrid Electric Vehicle) 10 einen Verbrennungsmotor 12, mehrere eine Traktionsbatterie 14 bildende Zellen 13, ein Batterieladegerät 15 und eine elektrische Maschine 16 enthalten. Das PHEV 10 kann auch ein Getriebe 18, Räder 20, Controller 22 und einen elektrischen Port 24 enthalten.
Der Verbrennungsmotor 12, die elektrische Maschine 16 und die Räder 20 sind auf eine beliebige geeignete/bekannte Weise mechanisch mit dem Getriebe 18 verbunden (wie durch dicke Linien gezeigt), so dass der Verbrennungsmotor 12 und/oder die elektrische Maschine 16 die Räder 20 antreiben kann, der Verbrennungsmotor 12 und/oder die Räder 20 die elektrische Maschine 16 antreiben können und die elektrische Maschine 16 den Verbrennungsmotor 12 antreiben kann. Es werden auch andere Konfigurationen wie etwa eine Batteriefahrzeug Konfiguration (BEV – Battery Electric Vehicle) usw. in Betracht gezogen. Die Batterie 14 kann Energie an die elektrische Maschine 16 liefern oder von ihr empfangen (wie durch eine gestrichelte Linie gezeigt). Die Batterie 14 kann auch Energie über den elektrischen Port 24 und das Batterieladegerät 15 von einem Stromnetz oder einer anderen elektrischen Quelle (nicht gezeigt) empfangen (wie durch eine gestrichelte Linie gezeigt). Die Controller 22 stehen mit dem Verbrennungsmotor 12, der Batterie 14, dem Batterieladegerät 15, der elektrischen Maschine 16 und dem Getriebe 18 in Kommunikation und/oder steuern diese (wie durch dünne Linien gezeigt).
Unter Bezugnahme auf 2 wird die Ah-Kapazität jeder der Zellen bei der Nennspannung bei Operation 26 bestimmt. Die Controller 22 können beispielsweise die in dem Abschnitt mit dem Titel "Zellkapazität" erörterten Algorithmen ausführen. Bei Operation 28 können die anfänglich in jeder der Zellen gespeicherten Ah bestimmt werden. Beispielsweise können die Controller 22 eine Nachschlagetabelle, die die gemessene Spannung abbildet, mit Ah referenzieren, wie in dem Abschnitt "Gesamtbatteriepaketladezeit" erörtert. Bei Operation 30 können die Ziel-Ah, die erforderlich sind, um die erforderliche Energie bereitzustellen, und die assoziierten Zellspannungen bestimmt werden. Die Controller 22 können beispielsweise die in dem Abschnitt mit dem Titel "Zellkapazität zum Bereitstellen eines spezifizierten Energiegehalts: keine Zellen Ah-kapazitätsbegrenzt" erörterten Algorithmen ausführen, um die Ziel-Ah zu bestimmen, und mit den Gleichungen (6), (8) und (11) die den Ziel-Ah entsprechenden Zellspannungen bestimmen. Bei Operation 32 wird bestimmt, ob irgendeine der Zellspannungen die Nennspannung übersteigt. Falls dies nicht der Fall ist, wird bei Operation 34 die Batteriepaketladezeit bestimmt. Beispielsweise können die Controller 22 die in dem Abschnitt mit dem Titel "Gesamtbatteriepaketladezeit" erörterten Algorithmen ausführen. Bei Operation 36 können die Zellwiderstandsschaltungsanordnungsaktivierungszeiten bestimmt werden. Die Controller 22 können beispielsweise die in dem Abschnitt mit dem Titel "Zellwiderstandsschaltungsanordnungsaktivierungszeiten" erörterten Algorithmen ausführen.
Unter Rückkehr zu Operation 32 wird bei ja bestimmt, ob bei Operation 38 alle Zellspannungen die Nennspannung übersteigen. Falls nein, können bei Operation 40 die in jeder Zelle zu speichernden Ziel-Ah, um die erforderliche Energie zu liefern, bestimmt werden. Beispielsweise können die Controller 22 die in dem Abschnitt mit dem Titel "Zellkapazität zum Bereitstellen eines spezifizierten Energiegehalts: Einige Zellen Ah-Kapazität begrenzt" erörterten Algorithmen ausführen. Der Algorithmus geht davon weiter zu Operation 34.
Unter Rückkehr zu Operation 38 wird bei ja bei Operation 42 die gemeinsame Zellspannung größer als die Nennspannung, die zum Bereitstellen der erforderlichen Energie benötigt wird, bestimmt. Die Controller 22 können beispielsweise die für Abschnitt „Zellkapazität zum Bereitstellen eines spezifizierten Energiegehalts: Alle Zellen Ah-kapazitätsbegrenzt“ erörterten Algorithmen ausführen. Bei Operation 44 wird bestimmt, ob die gemeinsame Zellspannung die vom Hersteller vorgeschlagene Maximalspannung übersteigt. Falls nein, geht der Algorithmus weiter zu Operation 40. Falls ja, werden die in jeder der Zellen zu speichernden Ah bei Operation 46 bestimmt. Beispielsweise können die Controller 22 den Ihr_max-Wert jeder Zelle bestimmen, indem die in dem Abschnitt mit dem Titel "Zellkapazität" erörterten Algorithmen ausgeführt werden, wobei V_max gleich der vom Hersteller vorgeschlagenen Maximalspannung gesetzt wird. Die Zellen werden in diesem Fall auf ihr Ihr_max geladen. Der Algorithmus geht dann weiter zu Operation 34.
Nachdem die Batteriepaketladezeit und die individuellen Zellwiderstandsschaltungsanordnungsaktivierungszeiten bestimmt worden sind, kann den Zellen 13 des Batteriepakets 14 ein Strom für die durch die Batteriepaketladezeit, wie bei Operation 34 bestimmt, definierte Periode zugeführt werden. Die mit jeder der Zellen assoziierten Widerstandsschaltungsanordnungen können gleichzeitig für ihre jeweiligen Aktivierungszeiten, wie bei Operation 36 bestimmt, aktiviert werden. Dies kann das Batteriepaket 14 effektiv ausgleichen und laden (unter der Annahme, dass die Batteriepaketladezeit größer ist als jede der Widerstandsschaltungsanordnungsaktivierungszeiten).
Wie aus der obigen Erörterung offensichtlich ist, werden bei Ablauf der Batteriepaketladezeit alle Zellen 13 etwa die gleichen Ah gespeichert haben, falls Phase 1 gilt. Einige der Zellen 13 (die begrenzten Zellen) werden etwa die gleiche Spannung (volle Nennspannung) aufweisen, während andere der Zellen 13 (die nicht begrenzten Zellen) bei Ablauf der Batteriepaketladezeit etwa die gleichen Ah gespeichert haben, falls Phase 2 gilt. Entweder werden bei allen Zellen 13 bei Ablauf der Batteriepaketladezeit etwa die gleichen Ah gespeichert sein oder einige der Zellen 13 werden etwa die gleiche Spannung aufweisen, während bei Ablauf der Batteriepaketladezeit bei anderen der Zellen 13 etwa die gleichen Ah gespeichert sein werden, falls Phase 3 gilt. Alle Zellen 13 werden bei Ablauf der Batteriepaketladezeit etwa die gleiche Spannung aufweisen, falls Phase 4 gilt. Die hierin offenbarten Algorithmen können an eine Verarbeitungseinrichtung wie etwa das Batterieladegerät 15 oder die Controller 22 geliefert oder von ihnen implementiert werden. Solche Einrichtungen können eine beliebige existierende elektronische Steuereinheit oder eine eigene elektronische Steuereinheit enthalten, und zwar in vielen Formen einschließlich unter anderem Informationen, die permanent auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie etwa ROM-Einrichtungen gespeichert sind, und Informationen, die änderbar auf beschreibbaren Speichermedien wie etwa Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Einrichtungen und anderen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind. Die Algorithmen können auch in einem durch Software ausführbaren Objekt implementiert sein. Alternativ können die Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten wie etwa ASICs (Application Specific Integrated Circuits), FPGAs (Field-Programmable Gate Arrays), Zustandsmaschinen oder anderen Hardwarekomponenten oder -einrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmware-Komponenten verkörpert werden.
Wenngleich oben Ausführungsbeispiele beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Beispielsweise wurde eine lineare Beziehung zwischen Batteriespannung, SOC und Ah beschrieben; für den Fachmann jedoch können Nichtlinearitäten der Batteriecharakteristika über Nachschlagetabellen und Funktionen, die die zu verwendende Batterie charakterisieren, berücksichtigt werden.
Die in der Patentschrift verwendeten Wörter sind Wörter der Beschreibung anstatt der Beschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Außerdem können die Merkmale verschiedener implementierender Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung auszubilden.
Bezugszeichenliste
Fig. 2

26: Bestimmen der Ah-Kapazität bei jeder Zelle bei Nennspannung
28: Bestimmen der anfänglich in jeder Zelle gespeicherten Ah
30: Bestimmen der Zielzellen-Ah, die notwendig sind, um die erforderliche Energie bereitzustellen, und der assoziierten Zellspannungen
: Energie, die erforderlich ist, um den Zielfahrbereich zu erzielen
32: Übertreffen irgendwelche Zellspannungen die Nennspannung?
34: Bestimmen der Batteriepaketladezeit
36: Bestimmen der Zellwiderstandsschaltungsanordnungsaktivierungszeiten
38: Übersteigen alle Zellspannungen die Nennspannung?
40: Bestimmen der in jeder Zelle zu speichernden Ah, um die erforderliche Energie bereitzustellen
42: Bestimmen der gemeinsamen Zellspannung (über Nennspannung), die ausreicht, um die erforderliche Energie bereitzustellen
44: Übersteigt die gemeinsame Zellspannung die vorgeschlagene Maximalspannung?
46: Bestimmen der in jeder Zelle zu speichernden Ah

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Batterie mit mehreren Zellen und mindestens einen Controller, der konfiguriert ist zu bewirken, dass die Zellen einen Strom für eine Zeitperiode empfangen, und während der Zeitperiode zu bewirken, dass eine oder mehrere der Zellen einen Zelllaststrom liefern, so dass bei Ablauf der Zeitperiode Spannungen einiger der Zellen etwa gleich einer spezifizierten Spannung sind, von anderen der Zellen gespeicherte Amperestunden etwa gleich sind und eine von der Batterie gespeicherte Energiemenge mindestens gleich einer vorbestimmten Zielenergiemenge ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine elektrische Maschine, die konfiguriert ist zum Transformieren elektrischer Energie von der Batterie in eine mechanische Energie zum Bewegen des Fahrzeugs.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Controller weiterhin konfiguriert ist, für jede der einen oder mehreren Zellen eine Zeitdauer zu bestimmen, um zu bewirken, dass die Zelle den Zelllaststrom liefert.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei die Schritte des Bewirkens, dass die Zellen einen Strom für eine Zeitperiode empfangen, und des Bewirkens während der Zeitperiode, dass die eine oder mehreren der Zellen einen Zelllaststrom liefern, durchgeführt werden, falls jede der Zeitdauern kleiner als die Zeitperiode ist.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei jede der Zeitdauern, um zu bewirken, dass die Zellen einen Zelllaststrom liefern, auf einer Anfangskapazität der entsprechenden Zelle basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die spezifizierte Spannung eine volle Zellnennspannung ist.
Verfahren zum Laden von mehreren Zellen einer Traktionsbatterie, umfassend: Laden einiger der mehreren Zellen auf eine spezifizierte gemeinsame Zielspannung und Laden anderer der mehreren Zellen auf eine vorbestimmte gemeinsame Zielkapazität, so dass eine von den mehreren Zellen gespeicherte Energiemenge mindestens gleich einer vorbestimmten Zielenergiemenge ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Schritte des Ladens einiger der mehreren Zellen auf eine spezifizierte gemeinsame Zielspannung und des Ladens anderer der mehreren Zellen auf eine vorbestimmte gemeinsame Zielkapazität gleichzeitig durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Schritte des Ladens einiger der mehreren Zellen auf eine spezifizierte gemeinsame Zielspannung und des Ladens anderer der mehreren Zellen auf eine vorbestimmte gemeinsame Zielkapazität während einer ersten Zeitperiode durchgeführt werden, weiterhin umfassend das Laden der mehreren Zellen auf eine vorbestimmte gemeinsame Zielkapazität vor der ersten Zeitperiode.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Schritte des Ladens einiger der mehreren Zellen auf eine spezifizierte gemeinsame Zielspannung und des Ladens anderer der mehreren Zellen auf eine vorbestimmte gemeinsame Zielkapazität während einer ersten Zeitperiode durchgeführt werden, weiterhin umfassend das Laden der mehreren Zellen auf eine gemeinsame Spannung nach der ersten Zeitperiode.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die gemeinsame Spannung etwa gleich einer vom Hersteller vorgeschlagenen Zellmaximalspannung ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Schritte des Ladens einiger der mehreren Zellen auf eine spezifizierte gemeinsame Zielspannung und des Ladens anderer der mehreren Zellen auf eine vorbestimmte gemeinsame Zielkapazität das Bewirken beinhalten, dass jede von einer oder mehreren der mehreren Zellen einen Zelllaststrom für eine andere Zeitdauer liefert.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Schritte des Ladens einiger der mehreren Zellen auf eine spezifizierte gemeinsame Zielspannung und des Ladens anderer der mehreren Zellen auf eine vorbestimmte gemeinsame Zielkapazität durchgeführt werden, falls die Zeitdauern unter einer Batteriegesamtladezeit liegen.
Fahrzeugstromsystem, das Folgendes umfasst: eine Batterie mit mehreren Zellen und mindestens einen Controller, der konfiguriert ist, zu bewirken, dass die Zellen eine Ladung für eine Zeitperiode aufnehmen, so dass bei Ablauf der Zeitperiode Spannungen einiger der Zellen etwa gleich einer spezifizierten Spannung sind, von anderen der Zellen gespeicherte Amperestunden etwa gleich sind und eine von der Batterie gespeicherte Energiemenge mindestens gleich einer vorbestimmten Zielenergiemenge ist.
System nach Anspruch 14, wobei die Raten, mit der Ladung von den Zellen aufgenommen wird, unter mindestens einigen der Zellen für mindestens einen Abschnitt der Zeitperiode verschieden sind.
System nach Anspruch 15, wobei der mindestens eine Controller weiterhin konfiguriert ist, zu bewirken, dass die mindestens einigen der Zellen einen Zelllaststrom für mindestens einen Abschnitt der Zeitperiode liefern.
System nach Anspruch 16, wobei die mindestens einigen der Zellen einen Zelllaststrom für verschiedene Zeitdauern liefern.