DE102011084473B4 - Method for balancing memory cells of a memory device and memory system for carrying out the method - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Symmetrieren von Speicherzellen (102a, 102b, 102c, 102n) einer Speichervorrichtung (102), die zum Speichern elektrischer und/oder chemischer Energie eingerichtet ist, insbesondere zum Speichern von Energie für einen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei- Ladezustände (214a, 214b, 214c, 214n) der Speicherzellen (102a, 102b, 102c, 102n) ermittelt werden und- aus den Speicherzellen (102a, 102b, 102c, 102n) zu symmetrierende Zellen ausgewählt und über Entladewiderstände (106a, 106b, 106c, 106n, 107a, 107b, 107c, 107n) eines Wärmeabgabeelements (103) wenigstens teilweise entladen werden, wobei die Entladewiderstände in, an oder auf dem Wärmeabgabeelement angeordnet sind, undwobei die zu symmetrierenden Zellen vor dem Entladen derart ausgewählt und/oder derart mit den Entladewiderständen (106a, 106b, 106c, 106n, 107a, 107b, 107c, 107n) elektrisch verschaltet werden, dass eine Temperatur des Wärmeabgabeelements (103) eine Maximaltemperatur (505) nicht überschreitet, unddie Auswahl der zu symmetrierenden Zellen und/oder die Verschaltung der zu symmetrierenden Zellen mit den Entladewiderständen (106a, 106b, 106c, 106n, 107a, 107b, 107c, 107n) vor dem Entladen solange erneut bestimmt werden/wird, bis ein abhängig von der jeweils bestimmten Auswahl und/oder ein abhängig von der jeweils bestimmten Verschaltung berechneter zeitlicher Verlauf (506a, 506b, 506c, 506d, 506e, 506f) der Temperatur des Wärmeabgabeelements (103) die Maximaltemperatur (505) innerhalb einer Symmetrierzeitdauer (504) nicht überschreitet, und das Entladen anschließend mit der zuletzt bestimmten Auswahl und/oder Verschaltung vorgenommen wird.Method for balancing storage cells (102a, 102b, 102c, 102n) of a storage device (102), which is set up for storing electrical and/or chemical energy, in particular for storing energy for a motor vehicle drive, wherein charging states (214a, 214b , 214c, 214n) of the memory cells (102a, 102b, 102c, 102n) are determined and- cells to be balanced are selected from the memory cells (102a, 102b, 102c, 102n) and via discharge resistors (106a, 106b, 106c, 106n, 107a, 107b, 107c, 107n) of a heat dissipation element (103) are at least partially discharged, with the discharging resistors being arranged in, on or on the heat dissipating element, and with the cells to be balanced being selected in such a way before discharging and/or being connected in such a way with the discharging resistors (106a, 106b , 106c, 106n, 107a, 107b, 107c, 107n) are electrically connected such that a temperature of the heat dissipation element (103) does not exceed a maximum temperature (505), and the selection of the cells to be balanced and/or the interconnection of the cells to be balanced with the discharge resistors (106a, 106b, 106c, 106n, 107a, 107b, 107c, 107n) are/is determined again before discharging until a dependent on the respectively determined Selection and/or a time profile (506a, 506b, 506c, 506d, 506e, 506f) of the temperature of the heat dissipation element (103) calculated as a function of the specific interconnection does not exceed the maximum temperature (505) within a balancing period (504), and that Discharging is then carried out with the last determined selection and / or interconnection.
Description
Kraftfahrzeuge, die ganz oder teilweise elektrisch angetrieben werden, nehmen an Bedeutung beständig zu. Ursachen hierfür sind das Verlangen der Menschen nach Mobilität, die Notwendigkeit, CO2-Emissionen zu reduzieren, sowie die Begrenztheit der Ölvorkommen. Derartige Fahrzeuge verfügen über wenigstens einen elektrostatischen oder elektrochemischen Energiespeicher, der einen Starter, einen Antrieb oder das Bordnetz des Fahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen eingerichtet ist. Typischerweise sind derartige Energiespeicher in Kraftfahrzeugen als Batterien oder als Doppelschichtkondensatoren ausgebildet und umfassen eine Vielzahl von Speicherzellen, die zumeist in Reihe schaltbar sind. Im Betrieb werden diese Speicherzellen wiederholt aufgeladen und entladen.Motor vehicles that are fully or partially electrically driven are becoming increasingly important. The reasons for this are people's desire for mobility, the need to reduce CO 2 emissions and the limited oil reserves. Such vehicles have at least one electrostatic or electrochemical energy storage device, which is set up to supply electrical energy to a starter, a drive or the on-board network of the vehicle. Typically, such energy stores in motor vehicles are in the form of batteries or double-layer capacitors and include a large number of storage cells, which can usually be connected in series. During operation, these storage cells are repeatedly charged and discharged.
Bei der Herstellung solcher Energiespeicher treten gewöhnlich Schwankungen auf, die zur Folge haben, dass die einzelnen Speicherzellen des Energiespeichers sich in ihrer Ladekapazität, im Lade- und/oder Entladeverhalten unterscheiden. Im Laufe des Betriebs des Energiespeichers nehmen derartige Schwankungen der Eigenschaften der Speicherzellen sogar noch zu. Infolge ungleicher Ladungszustände der Speicherzellen kann es beim Laden mit konstantem Strom zur Überladung einzelner Zellen kommen. Entsprechend besteht beim Entladen der Speicherzellen die Gefahr, dass einzelne Speicherzellen in die Tiefentladung geraten. Beides kann zur Schädigung der Speicherzellen, zur Verkürzung ihrer Lebensdauer und/oder zur Verringerung ihrer Ladekapazität führen.During the production of such energy storage devices, fluctuations usually occur, which result in the individual storage cells of the energy storage device differing in their charging capacity, charging and/or discharging behavior. In the course of the operation of the energy store, such fluctuations in the properties of the storage cells even increase. As a result of the unequal charge states of the storage cells, individual cells can be overcharged when charging with a constant current. Accordingly, when the storage cells are discharged, there is a risk that individual storage cells will become totally discharged. Both can damage the storage cells, shorten their service life and/or reduce their charge capacity.
Um derartigen Schäden vorzubeugen, werden die Ladungszustände der Speicherzellen des Energiespeichers regelmäßig aneinander angeglichen. Entsprechende Verfahren werden Symmetrierungsverfahren oder Balancing-Verfahren genannt. Weit verbreitet ist in diesem Zusammenhang das so genannte Passive Balancing. Bei diesem Verfahren werden die Ladezustände der Speicherzellen mit höherem Ladezustand an den Ladezustand der Speicherzelle mit dem geringsten Ladezustand angeglichen, indem sie über Entladewiderstände entladen werden. An den Entladewiderständen wird die in den Speicherzellen mit höherem Ladezustand gespeicherte überschüssige Energie wenigstens teilweise in Form von Wärmeenergie abgegeben. Diese Wärmeentstehung kann zur Schädigung des Energiespeichers oder einzelner Komponenten eines den Energiespeicher umfassenden Speichersystems führen.In order to prevent such damage, the charge states of the storage cells of the energy store are regularly matched to one another. Corresponding methods are called symmetrization methods or balancing methods. So-called passive balancing is widespread in this context. In this method, the states of charge of the memory cells with a higher state of charge are matched to the state of charge of the memory cell with the lowest state of charge by being discharged via discharge resistors. The excess energy stored in the storage cells with a higher state of charge is at least partially released at the discharge resistors in the form of thermal energy. This generation of heat can lead to damage to the energy store or to individual components of a storage system comprising the energy store.
Der zweite Controller ist betreibbar, um die zweiten Symmetrierschaltungen zu steuern, um Spannungen der Batteriemodule anzupassen, wenn ein Ungleichgewicht zwischen Batteriemodulen auftritt.The second controller is operable to control the second balancing circuits to adjust voltages of the battery modules when an imbalance between battery modules occurs.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Symmetrieren von Speicherzellen einer Speichervorrichtung zum Speichern von elektrostatischer und/oder elektrochemischer Energie vorzuschlagen, das es erlaubt, Schäden eines Speichersystems, die durch eine beim Symmetrieren erzeugte Wärmemenge verursacht werden können, möglichst wirksam zu verhindern. Der vorliegenden Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein zum Durchführen dieses Verfahrens geeignetes Speichersystem zu entwickeln.The present invention is therefore based on the object of proposing a method for balancing memory cells of a memory device for storing electrostatic and/or electrochemical energy, which allows damage to a memory system that can be caused by an amount of heat generated during balancing to be avoided as effectively as possible impede. The present invention is also based on the object of carrying out this Process to develop suitable storage system.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch ein Speichersystem zum Durchführen dieses Verfahrens. Spezielle Ausführungsformen der Erfindung sind in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is solved by a method according to claim 1 and by a memory system for carrying out this method. Particular embodiments of the invention are described in the independent claims.
Vorgeschlagen wird also ein Verfahren zum Symmetrieren von Speicherzellen einer Speichervorrichtung, die zum Speichern elektrischer und/oder chemischer Energie eingerichtet ist, insbesondere zum Speichern von Energie für einen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei
- - Ladezustände der Speicherzellen ermittelt werden und
- - aus den Speicherzellen zu symmetrierende Zellen ausgewählt und über Entladewiderstände eines Wärmeabgabeelements wenigstens teilweise entladen werden,
wobei die zu symmetrierenden Zellen vor dem Entladen derart ausgewählt und/oder derart mit den Entladewiderständen elektrisch verschaltet werden, dass eine Temperatur des Wärmeabgabeelements eine Maximaltemperatur nicht überschreitet.A method is therefore proposed for balancing storage cells of a storage device which is set up for storing electrical and/or chemical energy, in particular for storing energy for driving a motor vehicle, wherein
- - States of charge of the storage cells are determined and
- - cells to be balanced are selected from the storage cells and at least partially discharged via discharge resistors of a heat dissipation element,
wherein the cells to be balanced are selected prior to discharging and/or are electrically connected to the discharge resistors in such a way that a temperature of the heat dissipation element does not exceed a maximum temperature.
Dadurch, dass die zu symmetrierenden Zellen derart ausgewählt und/oder derart mit den Entladewiderständen elektrisch verschaltet werden, dass eine Temperatur des Wärmeabgabeelements eine Maximaltemperatur nicht überschreitet, insbesondere infolge des wenigstens teilweisen Entladens, werden durch eine beim Symmetrieren erzeugte Wärmemenge verursachte Schäden eines Speichersystems, das wenigstens die Speichervorrichtung und das Wärmeabgabeelement umfasst, wirksam verhindert. Insbesondere werden Schädigungen des Wärmeabgabeelements bzw. Schädigungen von in oder an dem Wärmeabgabeelement angeordneten Komponenten des Speichersystems vermieden.Because the cells to be balanced are selected and/or electrically connected to the discharge resistors in such a way that a temperature of the heat dissipation element does not exceed a maximum temperature, in particular as a result of at least partial discharging, damage to a storage system caused by the amount of heat generated during balancing is avoided comprises at least the storage device and the heat dissipation element, effectively prevented. In particular, damage to the heat dissipation element or damage to components of the storage system arranged in or on the heat dissipation element are avoided.
Die Speicherzellen können beispielsweise als Zellen einer Bleibatterie, als Doppelschichtkondensatoren, als Nickel-Metallhydrid-, Nickel-Zink-, Lithium-Luft-, Zink-Luft- oder Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein. Typischerweise sind die Speicherzellen in Reihe geschaltet. Gewöhnlich liegt an den Speicherzellen im vollständig geladenen Zustand eine Zellspannung von etwa 4 V an. Der Ladezustand einer einzelnen Speicherzelle oder der Speichervorrichtung insgesamt wird jeweils in Prozent gemessen und bezieht sich auf die maximale Ladekapazität der jeweiligen Speicherzelle bzw. der Speichervorrichtung. Der Ladezustand wird auch mit SOC (State of Charge) bezeichnet. Abhängig vom Typ der Speicherzelle kann ein charakteristischer Zusammenhang zwischen dem SOC der Speicherzelle und der an der jeweiligen Speicherzelle anliegenden Ruhespannung (OCV oder Open Circuit Voltage) bestehen. Anhand eines Verlaufs einer so genannten SOC-OCV-Kurve kann der Ladezustand der jeweiligen Zelle dann durch Messung der an der Zelle anliegenden Ruhespannung bestimmt werden. Der Ermittlung der Ladezustände der Speicherzellen steht folglich die Ermittlung der an den Speicherzellen jeweils anliegenden Ruhespannungen gleich.The storage cells can be embodied, for example, as cells of a lead battery, as double-layer capacitors, as nickel-metal hydride, nickel-zinc, lithium-air, zinc-air or lithium-ion cells. Typically, the memory cells are connected in series. A cell voltage of about 4 V is usually present across the memory cells when they are fully charged. The state of charge of an individual storage cell or of the storage device as a whole is measured in each case as a percentage and relates to the maximum charge capacity of the respective storage cell or of the storage device. The state of charge is also referred to as SOC (State of Charge). Depending on the type of memory cell, there can be a characteristic relationship between the SOC of the memory cell and the quiescent voltage (OCV or Open Circuit Voltage) present at the respective memory cell. Based on a so-called SOC-OCV curve, the state of charge of the respective cell can then be determined by measuring the open-circuit voltage present at the cell. The determination of the charge states of the storage cells is consequently equivalent to the determination of the open-circuit voltages respectively present at the storage cells.
Mit dem Betriff „Symmetrieren“ soll hier vorzugsweise das Symmetrieren im Rahmen des so genannten Passive-Balancing-Verfahrens bezeichnet sein. Bei dem vorliegend beschriebenen Verfahren wird vorzugsweise ein Soll-Ladezustand der Speicherzellen bestimmt, der gewöhnlich gleich dem Ladezustand derjenigen Speicherzelle mit dem kleinsten Ladezustand gesetzt wird. Im Rahmen des Symmetrierungsverfahrens sollen dann die Ladezustände der Speicherzellen durch das wenigstens teilweise Entladen der Speicherzellen über die Entladewiderstände an den Soll-Ladezustand angeglichen werden.The term “balancing” should preferably be used here to designate balancing within the framework of the so-called passive balancing method. In the method described here, a target state of charge of the memory cells is preferably determined, which is usually set equal to the state of charge of that memory cell with the lowest state of charge. As part of the balancing method, the charge states of the memory cells should then be adjusted to the target charge state by at least partially discharging the memory cells via the discharge resistors.
Das Wärmeabgabeelement ist vorzugsweise von der Speichervorrichtung verschieden. Insbesondere kann das Wärmeabgabeelement von der Speichervorrichtung beabstandet sein. Zum Beispiel beträgt ein kürzester Abstand zwischen der Speichervorrichtung und dem Wärmeabgabeelement mindestens 1 cm, mindestens 5 cm, mindestens 10 cm, mindestens 20 cm oder mindestens 50 cm. Das Wärmeabgabeelement kann aus Metall gefertigt sein. Zum Beispiel kann das Wärmeabgabeelement als Platine (Printed Circuit Board) ausgebildet sein.The heat dissipation element is preferably different from the storage device. In particular, the heat dissipation element can be spaced apart from the storage device. For example, a shortest distance between the storage device and the heat releasing element is at least 1 cm, at least 5 cm, at least 10 cm, at least 20 cm, or at least 50 cm. The heat dissipation element can be made of metal. For example, the heat dissipation element can be designed as a printed circuit board.
Die Entladewiderstände sind in, an oder auf dem Wärmeabgabeelement angeordnet sein. Insbesondere sind die Entladewiderstände jeweils wenigstens mit einer Untermenge der Speicherzellen elektrisch verbindbar. Das Verschalten kann sowohl das elektrische Verschalten der Entladewiderstände mit den Speicherzellen als auch das Verschalten der Entladewiderstände untereinander umfassen. Typischerweise kann jeder der Entladewiderstände parallel zu wenigstens einer der Speicherzellen geschaltet werden, wobei ein ohmscher Widerstand der Entladewiderstände gewöhnlich jeweils zwischen 10 Ω und 100 Ω beträgt. Der ohmsche Widerstand der Entladewiderstände kann aber auch jeden anderen Wert annehmen. Das Verschalten der Entladewiderstände mit den Speicherzellen kann vorzugsweise mittels elektrischer Schalter vorgenommen werden, die als mechanische Schalter oder z.B. als Transistoren ausgebildet sein können. Es besteht also vorzugsweise eine Vielzahl von Möglichkeiten, die Entladewiderstände mit den Speicherzellen zu verschalten. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der ohmsche Widerstand eines zu einer gegebenen Speicherzelle parallel geschalteten Entladewiderstandes bzw. einer zu der gegebenen Speicherzelle parallel geschalteten Entladeanordnung variiert werden kann. Z. B. kann es vorgesehen sein, dass eine Vielzahl von Entladewiderstände unabhängig voneinander parallel zu einer gegebenen Speicherzelle schaltbar sind. Damit sind ein beim Entladen dieser Speicherzelle von der Speicherzelle abfließender Entladestrom und eine beim Entladen dieser Speicherzelle an das Wärmeabgabeelement abgegebene Wärmemenge und/oder Verlustleistung steuer- und/oder kontrollierbar. Typischerweise beträgt ein Maximalwert des Entladestroms für eine gegebene Speicherzelle höchstens 1 A, vorzugsweise höchstens 500 mA, besonders vorzugsweise höchsten 200 mA.The discharge resistors are arranged in, on or on the heat dissipation element. In particular, the discharge resistors can each be electrically connected to at least a subset of the storage cells. The connection can include both the electrical connection of the discharge resistors to the storage cells and the connection of the discharge resistors to one another. Each of the discharge resistors can typically be connected in parallel with at least one of the memory cells, with an ohmic resistance of the discharge resistors usually being between 10 Ω and 100 Ω in each case. However, the ohmic resistance of the discharge resistors can also assume any other value. The connection of the discharge resistors to the storage cells can preferably be carried out by means of electrical switches, which can be embodied as mechanical switches or, for example, as transistors. There are therefore preferably a large number of options for connecting the discharge resistors to the storage cells. In particular, it can be provided that the ohmic resistance of a a discharge resistor connected in parallel with a given memory cell or a discharge arrangement connected in parallel with the given memory cell can be varied. For example, it can be provided that a multiplicity of discharge resistors can be connected in parallel to a given storage cell independently of one another. A discharge current flowing away from the storage cell when this storage cell is discharged and a quantity of heat and/or power loss given off to the heat dissipation element when this storage cell is discharged can thus be controlled and/or monitored. Typically, a maximum value of the discharge current for a given memory cell is at most 1 A, preferably at most 500 mA, more preferably at most 200 mA.
Bei einer speziellen Ausführungsform wird vor dem wenigstens teilweisen Entladen der zu symmetrierenden Zellen eine Anfangstemperatur des Wärmeabgabeelements erfasst. Damit ist es möglich zu bestimmen, um wieviel Grad die Temperatur des Wärmeabgabeelements erhöht werden kann, bis die Maximaltemperatur erreicht ist. Gewöhnlich wird das Erfassen der Anfangstemperatur mittels mindestens eines Temperatursensors vorgenommen, der in, an oder auf dem Wärmeabgabeelement angeordnet ist. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine Vielzahl von Temperatursensoren, die in, an oder auf dem Wärmeabgabeelement regelmäßig verteilt angeordnet sind. Auf diese Weise kann zu einem gegebenen Zeitpunkt eine räumliche Temperaturverteilung des Wärmeabgabeelements erfasst werden. Der mindestens eine Temperatursensor kann z.B. als temperaturabhängiger elektrischer Widerstand ausgebildet sein.In a specific embodiment, an initial temperature of the heat dissipation element is detected before the at least partial discharge of the cells to be balanced. This makes it possible to determine by how many degrees the temperature of the heat-emitting element can be increased until the maximum temperature is reached. The initial temperature is usually detected by means of at least one temperature sensor which is arranged in, on or on the heat-emitting element. This is preferably a large number of temperature sensors which are arranged in a regularly distributed manner in, on or on the heat dissipating element. In this way, a spatial temperature distribution of the heat-emitting element can be recorded at a given point in time. The at least one temperature sensor can be designed, for example, as a temperature-dependent electrical resistor.
Die Auswahl der zu symmetrierenden Zellen und/oder die Verschaltung der zu symmetrierenden Zellen mit den Entladewiderständen vor dem Entladen solange erneut bestimmt, bis ein abhängig von der jeweils bestimmten Auswahl und/oder der jeweils bestimmten Verschaltung berechneter zeitlicher Verlauf der Temperatur des Wärmeabgabeelements die Maximaltemperatur innerhalb einer Symmetrierzeitdauer nicht überschreitet. Das Entladen wird dann anschließend mit der zuletzt bestimmten Auswahl und/oder Verschaltung vorgenommen.The selection of the cells to be balanced and/or the interconnection of the cells to be balanced with the discharge resistors before discharging is determined again until a time profile of the temperature of the heat dissipation element calculated as a function of the specific selection and/or the specific interconnection exceeds the maximum temperature within of a balancing period. Discharging is then carried out with the selection and/or interconnection determined last.
Die Auswahl und die Verschaltung, die vor dem Entladen bestimmt werden und aufgrund derer die Berechnung des zeitlichen Verlaufs der Temperatur des Wärmeabgabeelements vorgenommen wird, sollen auch virtuelle Auswahl und virtuelle Verschaltung heißen. Durch diese Wortwahl soll zum Ausdruck kommen, dass mit der zunächst nur virtuellen Auswahl und/oder virtuellen Verschaltung noch keine physikalische Veränderung der Verschaltung, z. B. durch Umlegen der elektrischen Schalter, einhergeht. Das eigentliche Entladen wird dann mit derjenigen tatsächlichen, d. h. physikalischen Auswahl und/oder Verschaltung vorgenommen, die der zuletzt bestimmten virtuellen Auswahl und/oder der zuletzt bestimmten virtuellen Verschaltung entspricht und für die der berechnete zeitliche Verlauf der Temperatur des Wärmeabgabeelements vorhersagt, dass die Temperatur des Wärmeabgabeelements die Maximaltemperatur innerhalb der Symmetrierzeitdauer nicht überschreitet. Vorzugsweise werden die virtuelle Auswahl und/oder die virtuelle Verschaltung mit dem erneuten Bestimmen jeweils verändert. An die Stelle des Berechnens des zeitlichen Verlaufs der Temperatur des Wärmeabgabeelements kann auch ein Auslesen des entsprechenden zeitlichen Verlaufs aus einer Datenbank treten. Sofern der zeitliche Verlauf berechnet wird, kann er anschließend in dieser Datenbank gespeichert werden.The selection and the connection, which are determined prior to discharging and on the basis of which the calculation of the time profile of the temperature of the heat dissipation element is carried out, should also be called virtual selection and virtual connection. This choice of words is intended to express the fact that with the initially only virtual selection and/or virtual interconnection, no physical change in the interconnection, e.g. B. by flipping the electrical switch, is accompanied. The actual unloading is then with that actual, i. H. physical selection and/or interconnection made, which corresponds to the last determined virtual selection and/or the last determined virtual interconnection and for which the calculated course of the temperature of the heat dissipating element over time predicts that the temperature of the heat dissipating element will not exceed the maximum temperature within the balancing period. The virtual selection and/or the virtual interconnection are preferably changed in each case with the renewed determination. Instead of calculating the time profile of the temperature of the heat-emitting element, the corresponding time profile can also be read out from a database. If the time profile is calculated, it can then be stored in this database.
Mit dieser speziellen Ausführungsform ist es möglich, den Anstieg der Temperatur des Wärmeabgabeelements zu kontrollieren und zu begrenzen. Einer Überhitzung des Wärmeabgabeelements und dadurch hervorgerufenen Schäden kann auf diese Weise also wirksam vorgebeugt werden.With this particular embodiment, it is possible to control and limit the rise in temperature of the heat-emitting element. Overheating of the heat dissipation element and damage caused thereby can be effectively prevented in this way.
Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform wird die Symmetrierzeitdauer abhängig von den Ladezuständen wenigstens der zu symmetrierenden Zellen und/oder abhängig von der Verschaltung der zu symmetrierenden Zellen mit den Entladewiderständen und/oder abhängig von einem Soll-Ladezustand berechnet. Beispielsweise handelt es sich bei der Symmetrierzeitdauer um diejenige Zeitdauer, die verstreicht, bis alle zu symmetrierenden Zellen infolge des wenigstens teilweisen Entladens den Soll-Ladezustand eingenommen haben. In diesem Fall ist die Symmetrierzeitdauer also gleich der maximalen Entladezeitdauer der zu symmetrierenden Zellen. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Symmetrierzeitdauer vorgegeben ist, z.B. als eine von einer Hardware und/oder einer Software vorgegebene Zeitdauer. Zweckmäßigerweise kann die Symmetrierzeitdauer auch gleich dem kleineren dieser beiden Werte, nämlich der maximalen Entladezeitdauer und der von der Software oder Hardware vorgegebenen Zeitdauer, gesetzt werden. Indem der berechnete zeitliche Verlauf der Temperatur des Wärmeabgabeelements nur für die Symmetrierzeitdauer berechnet wird, kann die Berechnung verkürzt und/oder ein physikalischer Speicher zum Speichern des zeitlichen Verlaufs begrenzt werden.In a further specific embodiment, the balancing period is calculated as a function of the state of charge of at least the cells to be balanced and/or as a function of the connection of the cells to be balanced to the discharge resistors and/or as a function of a target state of charge. For example, the balancing period is that period of time that elapses until all the cells to be balanced have assumed the target state of charge as a result of the at least partial discharging. In this case, the balancing period is therefore equal to the maximum discharge period of the cells to be balanced. Alternatively, provision can be made for the balancing time period to be specified, e.g. as a time period specified by hardware and/or software. Expediently, the balancing time can also be set equal to the smaller of these two values, namely the maximum discharge time and the time specified by the software or hardware. By calculating the calculated course over time of the temperature of the heat dissipating element only for the balancing period, the calculation can be shortened and/or a physical memory for storing the course over time can be limited.
Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform wird abhängig von dem berechneten zeitlichen Verlauf der Temperatur des Wärmeabgabeelement eine Heizzeitdauer bestimmt, die typischerweise durch einen Beginn des Entladens und durch einen Heizzeitpunkt gegeben ist, zu dem der berechnete zeitliche Verlauf die Maximaltemperatur oder eine größte Temperatur des berechneten zeitlichen Verlaufs der Temperatur des Wärmeabgabeelements erreicht oder überschreitet, wobei abhängig von der bestimmten Heizzeitdauer
- - die virtuelle Auswahl der zu symmetrierenden Zellen und/oder die virtuelle Verschaltung der zu symmetrierenden Zellen mit den Entladewiderständen vor dem Entladen erneut bestimmt werden/wird oder
- - die zu symmetrierenden Zellen entladen werden.
- - the virtual selection of the cells to be balanced and/or the virtual interconnection of the cells to be balanced with the discharge resistors are/is determined again before discharging or
- - the cells to be balanced are discharged.
Die erste Alternative, nämlich das erneute Bestimmen der virtuellen Auswahl und/oder der virtuellen Verschaltung, wird vorzugsweise dann gewählt, wenn die bestimmte Heizzeitdauer kleiner ist als die Symmetrierzeitdauer. In diesem ersten Fall ist nämlich mit einer schädlichen Überhitzung des Wärmeabgabeelements bereits vor Verstreichen der maximalen Symmetrierzeitdauer zu rechnen. Die zweite Alternative, nämlich das Entladen der zu symmetrierenden Zellen, vorzugsweise für die Symmetrierzeitdauer, wird vorzugsweise dann gewählt, wenn die bestimmte Heizzeitdauer größer ist als die Symmetrierzeitdauer. In diesem zweiten Fall ist nämlich mit einer schädlichen Überhitzung des Wärmeabgabeelements innerhalb der Symmetrierzeitdauer nicht zu rechnen. Bei dieser Ausführungsform wird einem schädlichen Überhitzen des Wärmeabgabeelements also effektiv vorgebeugt.The first alternative, namely the renewed determination of the virtual selection and/or the virtual interconnection, is preferably selected when the determined heating time is shorter than the balancing time. In this first case, harmful overheating of the heat dissipation element is to be expected even before the maximum balancing time has elapsed. The second alternative, namely discharging the cells to be balanced, preferably for the balancing period, is preferably selected when the specific heating period is longer than the balancing period. In this second case, harmful overheating of the heat dissipation element is not to be expected within the balancing period. In this embodiment, harmful overheating of the heat dissipation element is thus effectively prevented.
Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform ist
- - das Berechnen des zeitlichen Verlaufs der Temperatur des Wärmeabgabeelements und/oder
- - das erneute Bestimmen und Verändern der virtuellen Auswahl und/oder der virtuellen Verschaltung abhängig von
- - elektrischen Eigenschaften wenigstens der jeweiligen virtuellen Auswahl der zu symmetrierenden Zellen und/oder
- - elektrischen und/oder geometrischen und/oder thermischen Eigenschaften der Entladewiderstände und/oder
- - thermischen und/oder geometrischen Eigenschaften des Wärmeabgabeelements.
- - Calculating the time profile of the temperature of the heat-emitting element and/or
- - Determining and changing the virtual selection and/or the virtual interconnection again depending on
- - Electrical properties of at least the respective virtual selection of the cells to be balanced and/or
- - Electrical and/or geometric and/or thermal properties of the discharge resistors and/or
- - Thermal and/or geometric properties of the heat-emitting element.
Dabei können die elektrischen Eigenschaften der jeweiligen virtuellen Auswahl der zu symmetrierenden Zellen eine an diesen Zellen jeweils anliegende elektrische Spannung und/oder einen Ladezustand und/oder eine Ladekapazität und/oder einen Soll-Ladezustand und/oder eine beim Entladen über die Entladewiderstände abgegebene berechnete Verlustleistung umfassen. Die elektrischen Eigenschaften der Entladewiderstände wiederum können jeweils einen ohmschen Widerstand und/oder eine Temperaturabhängigkeit des ohmschen Widerstands und/oder einen beim Entladen über die Entladewiderstände fließenden Entladestrom umfassen. Die geometrischen Eigenschaften der Entladewiderstände und/oder des Wärmeabgabeelements können eine geometrische Form und/oder eine Anordnung der Entladewiderstände relativ zum Wärmeabgabeelement umfassen. Die thermischen Eigenschaften der Entladewiderstände und/oder des Wärmeabgabeelements schließlich können eine Wärmeleitfähigkeit und/oder eine Wärmekapazität und/oder eine Temperatur und/oder eine räumliche Temperaturverteilung umfassen.The electrical properties of the respective virtual selection of the cells to be balanced can be an electrical voltage present at these cells and/or a state of charge and/or a charge capacity and/or a target state of charge and/or a calculated power loss emitted during discharging via the discharge resistors include. The electrical properties of the discharge resistors can in turn each include an ohmic resistance and/or a temperature dependency of the ohmic resistance and/or a discharge current flowing through the discharge resistors during discharge. The geometric properties of the discharge resistors and/or the heat dissipation element can include a geometric shape and/or an arrangement of the discharge resistors relative to the heat dissipation element. Finally, the thermal properties of the discharge resistors and/or the heat dissipation element can include a thermal conductivity and/or a heat capacity and/or a temperature and/or a spatial temperature distribution.
Durch das Berücksichtigen dieser Parameter beim Berechnen des zeitlichen Verlaufs der Temperatur des Wärmeabgabeelements kann dieser zeitliche Verlauf mit großer Genauigkeit vorhergesagt werden. Ein mögliches Überhitzen des Wärmeabgabeelements mit den damit verbundenen Schädigungen kann auf diese Weise erkannt werden. Durch das Berücksichtigen dieser Parameter beim erneuten Bestimmen und Verändern der virtuellen Auswahl und/oder der virtuellen Verschaltung können eine optimale Auswahl und/oder eine optimale Verschaltung möglichst effizient aufgefunden werden. Rechen- und Speicherkapazitäten können damit wirksam reduziert werden.By taking these parameters into account when calculating the time profile of the temperature of the heat-emitting element, this time profile can be predicted with great accuracy. A possible overheating of the heat dissipation element with the associated damage can be detected in this way. By taking these parameters into account when determining and changing the virtual selection and/or the virtual interconnection again, an optimal selection and/or an optimal interconnection can be found as efficiently as possible. Computing and storage capacities can thus be effectively reduced.
Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform werden die Auswahl und/oder die Verschaltung bzw. die virtuelle Auswahl und/oder die virtuelle Verschaltung vor dem Entladen jeweils derart erneut bestimmt und verändert, dass eine über die Entladewiderstände an das Wärmeabgabeelement abgegebene berechnete Verlustleistung infolge der Veränderung verringert wird. Beispielsweise kann die Verlustleistung verringert werden, indem die Anzahl der zu symmetrierenden Zellen verringert wird. Ebenso ist es denkbar, dass die Verschaltung derart geändert wird, dass die ohmschen Widerstände der Entladewiderstände vergrößert werden. Auch können solche Speicherzellen als zu symmetrierende Zellen ausgewählt werden, an denen eine geringere Spannung anliegt. Vorzugsweise wird die berechnete Verlustleistung jeweils um einen vorgegebenen Wert verringert, z.B. jeweils um 1 W. Durch das Verringern der Verlustleistung wird eine beim Entladen über die Entladewiderstände an das Wärmeabgabeelement abgegebene Wärmemenge reduziert und so dem Überhitzen des Wärmeabgabeelements vorgebeugt.In a further special embodiment, the selection and/or the interconnection or the virtual selection and/or the virtual interconnection are respectively determined and changed again before discharging in such a way that a calculated power loss delivered to the heat dissipation element via the discharge resistors is reduced as a result of the change . For example, the power loss can be reduced by reducing the number of cells to be balanced. It is also conceivable that the wiring is changed in such a way that the ohmic resistances of the discharge resistors are increased. Such storage cells can also be selected as cells to be balanced, at which a lower voltage is present. The calculated power loss is preferably reduced in each case by a predetermined value, e.g. by 1 W. Reducing the power loss reduces the amount of heat given off to the heat dissipation element via the discharge resistors during discharging and thus prevents the heat dissipation element from overheating.
Bei einer weiteren speziellen Ausführungsform werden in einem ersten Schritt alle Speicherzellen der Speichervorrichtung als die zu symmetrierenden Zellen ausgewählt. Vorzugsweise wird dabei einzig die Speicherzelle mit dem geringsten Ladezustand nicht als zu symmetrierende Zelle ausgewählt, da ihr Ladezustand gewöhnlich bereits den Soll-Ladezustand definiert und nicht mehr verändert werden muss. Bei dieser Ausführungsform wird ein möglichst schnelles Symmetrieren der Speicherzellen sichergestellt.In a further special embodiment, in a first step all memory cells of the memory device are selected as the cells to be balanced. Preferably, only the memory cell with the lowest state of charge is not selected as the cell to be balanced, since their state of charge usually already defines the target state of charge and no longer needs to be changed. This embodiment ensures that the memory cells are balanced as quickly as possible.
Vorgeschlagen wird außerdem ein Speichersystem zum Durchführen des zuvor beschriebenen Verfahrens, umfassend eine Speichervorrichtung zum Speichern elektrischer und/oder chemischer Energie, insbesondere zum Speichern von Energie für einen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Wärmeabgabeelement, eine Messvorrichtung und eine Steuer- und Recheneinheit.A storage system for carrying out the method described above is also proposed, comprising a storage device for storing electrical and/or chemical energy, in particular for storing energy for driving a motor vehicle, and a heat dissipation element, a measuring device and a control and computing unit.
Dabei weist die Speichervorrichtung eine Mehrzahl von Speicherzellen auf, die vorzugsweise in Reihe geschaltet oder schaltbar sind. Das Wärmeabgabeelement umfasst eine Mehrzahl von elektrischen Widerständen, die mit den Speicherzellen und/oder untereinander elektrisch verschaltbar sind und über die die Speicherzellen wenigstens teilweise elektrisch entladbar sind, sowie mindestens einen Wärmesensor zum Erfassen einer Temperatur des Wärmeabgabeelements. Die Entladewiderstände sind in, an oder auf dem Wärmeabgabeelement angeordnet. Die Messvorrichtung ist zum Erfassen von Ladezuständen der Speicherzellen und/oder zum Erfassen von an den Speicherzellen anliegenden elektrischen Spannungen eingerichtet. Die Steuer- und Recheneinheit schließlich ist mit dem Wärmeabgabeelement und der Messvorrichtung elektrisch und/oder über Funk verbindbar und programmtechnisch eingerichtet, aus den Speicherzellen vor dem Entladen zu symmetrierende Speicherzellen derart auszuwählen und/oder mit den Widerständen derart zu verschalten, dass die Temperatur des Wärmeabgabeelements eine Maximaltemperatur nicht überschreitet, insbesondere infolge des wenigstens teilweisen Entladens der zu symmetrierenden Zellen.In this case, the memory device has a plurality of memory cells which are preferably connected or can be connected in series. The heat dissipation element comprises a plurality of electrical resistors that can be electrically connected to the storage cells and/or to one another and via which the storage cells can be at least partially electrically discharged, and at least one heat sensor for detecting a temperature of the heat dissipation element. The discharge resistors are arranged in, on or on the heat dissipation element. The measuring device is set up to detect states of charge of the storage cells and/or to detect electrical voltages present at the storage cells. Finally, the control and computing unit can be connected electrically and/or wirelessly to the heat dissipation element and the measuring device and is programmed to select storage cells to be balanced from the storage cells before discharging and/or to connect them to the resistors in such a way that the temperature of the heat dissipation element does not exceed a maximum temperature, in particular as a result of the at least partial discharge of the cells to be balanced.
Die Steuer- und Recheneinheit ist ausgebildet, die Auswahl der zu symmetrierenden Zellen und/oder die Verschaltung der zu symmetrierenden Zellen mit den Entladewiderständen (106a, 106b, 106c, 106n, 107a, 107b, 107c, 107n) vor dem Entladen solange erneut zu bestimmen, bis ein abhängig von der jeweils bestimmten Auswahl und/oder ein abhängig von der jeweils bestimmten Verschaltung berechneter zeitlicher Verlauf (506a, 506b, 506c, 506d, 506e, 506f) der Temperatur des Wärmeabgabeelements (103) die Maximaltemperatur (505) innerhalb einer Symmetrierzeitdauer (504) nicht überschreitet, und das Entladen anschließend mit der zuletzt bestimmten Auswahl und/oder Verschaltung vorzunehmen.The control and computing unit is designed to determine the selection of the cells to be balanced and/or the connection of the cells to be balanced to the discharge resistors (106a, 106b, 106c, 106n, 107a, 107b, 107c, 107n) again for as long as before the discharge , until a time profile (506a, 506b, 506c, 506d, 506e, 506f) of the temperature of the heat dissipation element (103) calculated as a function of the specific selection and/or depending on the specific interconnection, reaches the maximum temperature (505) within a balancing period (504) does not exceed, and then carry out the discharging with the last determined selection and/or interconnection.
Ausführungsbeispiele des beanspruchten Verfahrens und des beanspruchten Speichersystems sind in den Zeichnungen dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
-
1 ein Speichersystem, umfassend eine Speichervorrichtung mit einer Vielzahl von Speicherzellen, eine Messvorrichtung, ein Wärmeabgabeelement mit einer Vielzahl von Entladewiderständen sowie eine Steuer- und Recheneinheit, -
2 schematisch einige der Speicherzellen aus1 mit jeweils unterschiedlichen Ladezuständen, -
3 das Speichersystem aus1 mit einer ersten virtuellen Verschaltung der Entladewiderstände und der Speicherzellen, -
4 das Speichersystem aus1 mit einer weiteren virtuellen Verschaltung der Entladewiderstände und der Speicherzellen, -
5 ein Temperatur-Zeit-Diagramm mit einer Vielzahl von berechneten zeitlichen Verläufen einer Temperatur des Wärmeabgabeelements aus1 und -
6 schematisch Schritte eines Verfahren zur Symmetrierung von Speicherzellen, in einem Ablaufdiagramm dargestellt.
-
1 a storage system, comprising a storage device with a large number of storage cells, a measuring device, a heat dissipation element with a large number of discharge resistors and a control and computing unit, -
2 schematically shows some of the memory cells1 each with a different charging status, -
3 the storage system off1 with a first virtual interconnection of the discharge resistors and the memory cells, -
4 the storage system off1 with a further virtual interconnection of the discharge resistors and the storage cells, -
5 a temperature-time diagram with a large number of calculated time curves of a temperature of the heat-emitting element1 and -
6 Schematic steps of a method for balancing memory cells, shown in a flowchart.
Die Messvorrichtung 104 umfasst eine Vielzahl von Spannungsmessgeräten 111a bis 111n. Die Spannungsmessgeräte 111a bis 111n sind eingerichtet, zwischen den Polen der Speicherzellen 102a bis 102n anliegende elektrische Spannungen zu erfassen. Beispielsweise ist mit dem Spannungsmessgerät 111a die zwischen den Polen der Speicherzelle 102a anliegende elektrische Spannung messbar. Mit dem Spannungsmessgerät 111b kann die an der Speicherzelle 102b anliegende elektrische Spannung bestimmt werden etc.The measuring
Auf dem Wärmeabgabeelement 103, das als metallenes Printed Circuit Board (PCB) ausgebildet ist, ist eine Vielzahl von Entladewiderständen 106a bis 106n und 107a bis 107n angeordnet. Ferner befinden sich auf dem Wärmeabgabeelement 103 Temperatursensoren 110a bis 110n, die räumlich gleichmäßig über das Wärmeabgabeelement 103 verteilt sind und bei denen es sich jeweils um temperaturabhängige elektrische Widerstände handelt. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Entladewiderstände 106a bis 106n und 107a bis 107n jeweils identisch ausgebildet, wobei ein ohmscher Widerstand der Entladewiderstände 106a bis 106n und 107a bis 107n jeweils 60 Ω beträgt.A multiplicity of
Über elektrische Schalter 108a bis 108n und 109a bis 109n sind die Entladewiderstände 106a bis 106n und 107a bis 107n unabhängig voneinander mit den Speicherzellen 102a bis 102n elektrisch verschaltbar. Insbesondere kann jeder der Entladewiderstände 106a bis 106n und 107a bis 107n unabhängig von den anderen Entladewiderständen zu wenigstens einer der Speicherzellen 102a bis 102n parallel geschaltet werden, so dass die Speicherzellen 102a bis 102n unabhängig voneinander jeweils wenigstens über eine Untermenge der Entladewiderstände 106a bis 106n und 107a bis 107n entladbar sind. Z. B. ist die Speicherzelle 102a über die Entladewiderstände 106a und/oder 107a entladbar, die Speicherzelle 102b ist über die Entladewiderstände 106b und/oder 107b entladbar etc. Beim Entladen der Speicherzellen 102a bis 102n fließen jeweils Entladeströme über die Entladewiderstände 106a bis 106n und/oder über die Entladewiderstände 107a bis 107n von den Speicherzellen ab und werden wenigstens teilweise irreversibel in Wärmeenergie umgewandelt, die an das Wärmeabgabeelement 103 abgegeben wird und dieses erwärmt. Dadurch, dass die Speicherzellen 102a bis 102n jeweils wahlweise über nur einen oder über zwei der Entladewiderstände entladbar sind, kann eine von den Speicherzellen 102a bis 102n an das Wärmeabgabeelement 103 abgegebene Wärmemenge und/oder Verlustleistung jeweils kontrolliert und begrenzt werden. Bei Ausführungsformen, die von der vorliegend dargestellten leicht abweichen, kann die von einer gegebenen Speicherzelle abgegebenen Wärmemenge und/oder Verlustleistung wesentlich feinstufiger einstellbar und/oder kontrollierbar sein, z. B. durch die Verwendung von Schiebewiderständen, deren Wert kontinuierlich veränderbar ist.The
Die Steuer- und Recheneinheit 105, die vorliegend als programmierbarer Mikrocontroller ausgebildet ist, ist über eine Verbindung 112 mit der Messvorrichtung 104 und über eine Verbindung 113 mit dem Wärmeabgabeelement 103 verbunden bzw. verbindbar. Hier sind die Verbindungen 112 und 113 jeweils als elektrische Verbindungen ausgebildet. Bei einer leicht abgewandelten Ausführungsform kann es sich bei den Verbindungen 112 und 113 z. B. um Funkverbindungen handeln. Über die Verbindungen 112 und 113 können die Spannungsmessgeräte 111a bis 111n und die Temperatursensoren 110a bis 110n ausgelesen und/oder angesteuert werden. Ebenso ist die Steuer- und Recheneinheit 105 eingerichtet, die elektrischen Schalter 108a bis 108n und 109a bis 109n über die Verbindung 113 unabhängig voneinander anzusteuern. Die Steuer- und Recheneinheit 105 kann also die elektrischen Schalter 108a bis 108n und 109a bis 109n unabhängig voneinander jeweils wahlweise in die geöffnete oder in die geschlossene Schalterstellung bringen.The control and
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Speichervorrichtung 102 und das Wärmeabgabeelement 103 als separate Komponenten ausgeführt und räumlich voneinander getrennt. Ein kleinster räumlicher Abstand 120 zwischen der Speichervorrichtung 102 und dem Wärmeabgabeelement 103 beträgt dabei 30 cm. Damit wird eine Übertragung von Wärme von dem Wärmeabgabeelement 103 auf die Speichervorrichtung 102 in einfacher Weise unterbunden bzw. reduziert.In the present exemplary embodiment, the
Im Folgenden soll ein mittels des Speichersystems 101 aus
In einem ersten Schritt des Verfahrens werden mittels der Spannungsmessgeräte 111a bis 111n Ladungszustände 214a bis 214n der Speicherzellen 102a bis 102n ermittelt, die schematisch in
Aufgabe des Symmetrierungsverfahrens ist es also, diejenigen der Speicherzellen 102a bis 102n der Speichervorrichtung 102, deren Ladezustand größer ist als der Soll-Ladezustand 215, über die Entladewiderstände 106a bis 106n und/oder 107a bis 107n oder über wenigstens eine Teilmenge der Entladewiderstände 106a bis 106n und/oder 107a bis 107n wenigstens teilweise zu entladen, bis ihr Ladezustand jeweils möglichst gut mit dem Soll-Ladezustand 215 übereinstimmt. Dabei soll das Entladen der Speicherzellen 102a bis 102n derart vorgenommen werden, dass eine Temperatur des Wärmeabgabeelements 103 eine Maximaltemperatur 505 (siehe
Im nächsten Schritt wird zunächst die Temperatur des Wärmeabgabeelements 103 mit Hilfe der Temperatursensoren 110a bis 110n bestimmt. Auf diese Weise wird eine räumliche Temperaturverteilung des Wärmeabgabeelements 103 ermittelt. Sodann werden durch die Steuer- und Recheneinheit 105 aus den Speicherzellen 102a bis 102n in einer ersten virtuellen Auswahl zu symmetrierende Zellen ausgewählt, deren Ladezustände als erste an den Soll-Ladezustand 215 angeglichen werden sollen. Im vorliegenden Beispiel werden mit Ausnahme der Speicherzelle 102c, deren Ladezustand 214c den Soll-Ladezustand 215 definiert, mit der ersten virtuellen Auswahl zunächst alle übrigen Speicherzellen 102a, 102b sowie 102d bis 102n als zu symmetrierende Zellen ausgewählt. Der Begriff „virtuell“ soll in diesem Zusammenhang andeuten, dass „virtuell“ ausgewählten Zellen zunächst nicht tatsächlich symmetriert werden. Vielmehr werden für die erste virtuelle Auswahl der zu symmetrierenden Zellen zunächst nur Berechnungen und/oder Simulationen durchgeführt.In the next step, the temperature of the
Im Weiteren wird mit Hilfe der Steuer- und Recheneinheit 105 für die erste virtuelle Auswahl der zu symmetrierenden Speicherzellen ein Entladevorgang simuliert. Dazu wird zunächst eine erste virtuelle Verschaltung 301 der Entladewiderstände 106a bis 106n und 107a bis 107n mit den Speicherzellen 102a bis 102n ausgewählt (siehe
Bei der ersten virtuellen Verschaltung 301 befinden sich mit Ausnahme der elektrischen Schalter 108c und 109c sämtliche elektrische Schalter in der geschlossenen Schalterstellung. Die erste virtuelle Verschaltung 301 ist also derart gewählt, dass die Gesamtwiderstände, über welche die zu symmetrierenden Zellen jeweils entladen werden sollen, jeweils den kleinstmöglichen Wert annehmen. So beträgt in
Für die in
Zusätzlich berechnet die Steuer- und Recheneinheit 105 für die erste virtuelle Auswahl der zu symmetrierenden Zellen jeweils erste virtuelle Entladezeitdauern, welche ein Entladen bis auf den Soll-Ladezustand jeweils benötigen würde. Die ersten virtuellen Entladezeitdauern sind abhängig von dem Ladezustand der jeweiligen Speicherzelle vor dem Entladen, vom Soll-Ladezustand 215 sowie von der ersten virtuellen Verschaltung.In addition, for the first virtual selection of the cells to be balanced, the control and
Danach vergleicht die Steuer- und Recheneinheit 105 die solcherart berechneten ersten virtuellen Entladezeitdauern mit einer von der Steuer- und Recheneinheit 105 vorgegebenen Hardwarezeitdauer. Im vorliegenden Beispiel sollen die berechneten ersten virtuellen Entladezeitdauern der zu symmetrierenden Zellen gemäß der ersten virtuellen Auswahl jeweils mehrere Stunden betragen. Damit sind sie jeweils um vieles größer als die Hardwarezeitdauer, die hier 2000 Sekunden betragen soll. Anschließend wählt die Steuer- und Recheneinheit 105 die Hardwarezeitdauer von 2000 Sekunden als Symmetrier- zeitdauer 504 (siehe
Ausgehend von der in
Beispielsweise berechnet die Steuer- und Recheneinheit 105 den ersten zeitlichen Verlauf 506a der Temperatur des Wärmeabgabeelements 103 durch Lösen der Wärmeleitungsgleichung für das Wärmeabgabeelement 103 unter Zuhilfenahme von Finite-Elemente-Methoden. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass eine Abnahme der von der ersten virtuellen Auswahl der zu symmetrierenden Zellen im Verlauf des Entladeprozesses abfließenden Entladeströme und eine damit verbundene Abnahme der ersten virtuellen Verlustleistung berücksichtigt werden. Eine weitere Eingangsgröße für die Berechnung stellt die Anfangstemperatur des Wärmeabgabeelements 103 bzw. die räumliche Anfangstemperaturverteilung des Wärmeabgabeelements 103 dar. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Steuer- und Recheneinheit 105 die Berechnung nicht selbst durchführt, sondern den ersten zeitlichen Verlauf 506a z.B. aus einer Datenbank ausliest. In einer solchen Datenbank können verschiedene zeitliche Temperaturverläufe in Abhängigkeit von unterschiedlichen Werten der Eingangsparameter abgelegt sein. Diese Eingangsparameter umfassen beispielsweise die an das Wärmeabgabeelement 103 abgegebene virtuelle Verlustleistung, die Anfangstemperatur des Wärmeabgabeelements 103, die jeweilige virtuelle Auswahl der zu symmetrierenden Zellen und/oder die jeweils gewählte virtuelle Verschaltung.For example, the control and
Nachdem die Steuer- und Recheneinheit 105 den ersten zeitlichen Verlauf 506a berechnet hat, bestimmt die Steuer- und Recheneinheit 105 einen ersten Heizzeitpunkt 507a, bei dem der erste zeitliche Verlauf 506a die Maximaltemperatur 505 erreicht. Vorliegend liegt der erste Heizzeitpunkt 507a in etwa bei 350 s. In einem nächsten Verfahrensschritt vergleicht die Steuer- und Recheneinheit 105 eine durch den ersten Heizzeitpunkt 507a gegebene erste Heizzeitdauer 508a mit der Symmetrierzeitdauer 504. vorliegend ist die erste Heizzeitdauer 508a von 350 s kleiner als die Symmetrierzeitdauer 504 von 2000 s. Würde die Entladung der zu symmetrierenden Zellen also mit der ersten virtuellen Verschaltung 301 gemäß
Stattdessen bestimmt die Steuer- und Recheneinheit 105 eine zweite virtuelle Auswahl der zu symmetrierenden Zellen und/oder eine zweite virtuelle Verschaltung 401 (siehe
Dies kann z.B. dadurch geschehen, dass eine Anzahl der zu symmetrierenden Zellen verringert wird. Beispielsweise ist die Speicherzelle 201b gemäß der ersten virtuellen Verschaltung 301 in
Im hier ausgeführten Beispiel wird beim Übergang von der ersten zur zweiten virtuellen Auswahl der zu symmetrierenden Zellen bzw. von der ersten virtuellen Verschaltung 301 zur zweiten virtuellen Verschaltung 401 die eingangs bestimmte Anfangstemperaturverteilung des Wärmeabgabeelements 103 berücksichtigt. So werden beispielsweise bei der zweiten virtuellen Auswahl 401 solche Speicherzellen nicht mehr ausgewählt, deren Entladung einen Bereich des Wärmeabgabeelements 103 mit besonders hoher Temperatur noch weiter erhitzen würde. Gewöhnlich erhitzt sich das Wärmeabgabeelement 103 beim teilweisen Entladen der Speicherzellen in einem zentralen Bereich des Wärmeabgabeelements 103 besonders schnell. Bei der Veränderung der virtuellen Auswahl der zu symmetrierenden Zellen werden daher typischerweise zunächst diejenigen Speicherzellen nicht mehr als zu symmetrierende Zellen ausgewählt, denen zum Entladen Entladewiderstände im zentralen Bereich des Wärmeabgabeelements zugeordnet sind. Bei der Veränderung der virtuellen Auswahl und/oder der virtuellen Verschaltung wird also auch die Anordnung der Entladewiderstände 106a bis 106n und 107a bis 107n auf dem Wärmeabgabeelement 103 berücksichtigt.In the example implemented here, the initially determined initial temperature distribution of the
Nachdem die Steuer- und Recheneinheit 105 die virtuelle Auswahl und/oder die virtuelle Verschaltung verändert hat, wird für die zweite virtuelle Auswahl und/oder die zweite virtuelle Verschaltung 401 eine zweite virtuelle Verlustleistung berechnet, die beim Entladen an das Wärmeabgabeelement 103 abgegeben würde. Sodann wird für die zweite virtuelle Auswahl und/oder für die zweite virtuelle Verschaltung 401 ein zweiter zeitlicher Verlauf 506b (siehe
Stattdessen bestimmt die Steuer- und Auswerteeinheit 105 eine dritte virtuelle Auswahl der zu symmetrierenden Zellen und/oder eine dritte virtuelle Verschaltung der Entladewiderstände 106a bis 106n und 107a bis 107n mit den Speicherzellen 102a bis 102n, wobei eine dritte virtuelle Verlustleistung kleiner ist als die zweite virtuelle Verlustleistung. Wie bereits zuvor wird ein dritter zeitlicher Verlauf 506c der Temperatur des Wärmeabgabeelements 103 berechnet. Die entsprechende dritte Heizzeitdauer 508c ist wiederum größer als die zweite Heizzeitdauer 508b.Instead, the control and
Dieses Verfahren wird solange fortgeführt, bis die berechnete Heizzeitdauer größer ist als die Symmetrierzeitdauer 504. In
Mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Verfahrens wird verhindert, dass die Temperatur des Wärmeabgabeelements 103 die Maximaltemperatur 505 innerhalb der Symmetrierzeitdauer 504 überscheitet. Schäden des Wärmeabgabeelements 103 infolge von Überhitzung werden damit erfolgreich vermieden. Nach Ablauf der Symmetrierzeitdauer 504 kann das soeben beschriebene Verfahren von Neuem durchgeführt werden, bis die Ladezustände 214a bis 214n aller Speicherzellen 102a bis 102n an den Soll-Ladezustand 215 angeglichen sind.The method described above prevents the temperature of the
In
Im Verfahrensschritt 605 werden eine neue virtuelle Auswahl und/oder eine neue virtuelle Verschaltung bestimmt, wobei eine für die neue virtuelle Auswahl und/oder für die neue virtuelle Verschaltung berechnete virtuelle Verlustleistung verringert wird, z. B. um 1 W. Im nächsten Verfahrensschritt 606 wird für die neue virtuelle Auswahl und/oder für die neue virtuelle Verschaltung ein neuer zeitlicher Verlauf der Temperatur des Wärmeabgabeelements 103 berechnet. Zudem werden ein neuer Heizzeitpunkt und eine neue Heizzeitdauer bestimmt. Anschließend wird erneut zum Verfahrensschritt 604 übergegangen. Die Verfahrensschritte 604, 605 und 606 werden solange wiederholt, bis die aktuell berechnete Heizzeitdauer größer ist als die Symmetrierzeitdauer 504.In
Ist dies der Fall, so wird zum Verfahrensschritt 607 übergegangen. Im Verfahrensschritt 607 wird eine tatsächliche Auswahl von zu symmetrierenden Zellen getroffen bzw. es wird eine tatsächliche Verschaltung der Speicherzellen 102a bis 102n mit den Entladewiderständen 106a bis 106n und 107a bis 107n durch entsprechendes Ansteuern der elektrischen Schalter 108a bis 108n und 109a bis 109n realisiert. Die tatsächliche Auswahl bzw. die tatsächliche Verschaltung entsprechen dabei der zuletzt bestimmten virtuellen Auswahl bzw. der zuletzt bestimmten virtuellen Verschaltung. Die entsprechende Auswahl der zu symmetrierenden Zellen wird daraufhin für die Symmetrierzeitdauer 504 wenigstens teilweise Entladen. Das Verfahren kann wiederholt werden, bis die Ladezustände 214a bis 214n aller Speicherzellen 102a bis 102n an den Soll-Ladezustand 215 angeglichen sind.If this is the case, then there is a transition to
Claims (9)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2996694B1 (en) * | 2012-10-04 | 2015-09-18 | Commissariat Energie Atomique | CIRCUIT FOR MANAGING THE CHARGE OF A BATTERY |
TWI493770B (en) | 2014-04-21 | 2015-07-21 | Energy Control Ltd | Secondary aggregate battery with an over-charging and over-discharging device |
GB2526064B (en) * | 2014-05-01 | 2020-11-18 | Energy Control Ltd | Secondary battery with an overcharge protection device |
GB2536657A (en) * | 2015-03-24 | 2016-09-28 | Jaguar Land Rover Ltd | Auxiliary battery charging apparatus and method |
TWI584515B (en) * | 2015-06-16 | 2017-05-21 | 電能有限公司 | Secondary collection battery with a over-charging and over-discharging device |
CN108344946B (en) * | 2017-01-22 | 2023-12-15 | 中国科学院空间应用工程与技术中心 | Battery heating value testing method and battery heating value testing device |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1513249A1 (en) | 2003-09-08 | 2005-03-09 | Abb Research Ltd. | Method for neutral-point balancing of a three-level inverter |
US20070090788A1 (en) | 2005-10-21 | 2007-04-26 | Hansford Brey D | System and method for recharging a battery exposed to a harsh environment |
DE602004005085T2 (en) | 2003-01-24 | 2007-11-22 | Pavilion Technologies, Inc., Austin | Modeling of In-situ Oil Reservoirs by Derivation Restrictions |
DE102007063434A1 (en) | 2007-06-29 | 2009-01-02 | Enasys Gmbh | Inverter system and control method |
DE102009041005A1 (en) | 2009-09-10 | 2011-03-24 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Device for balancing an energy store |
US20110089897A1 (en) | 2010-06-25 | 2011-04-21 | Wei Zhang | Battery pack with balancing management |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102009000055A1 (en) * | 2009-01-07 | 2010-07-08 | Robert Bosch Gmbh | Battery cell balancing |
-
2011
- 2011-10-13 DE DE102011084473.2A patent/DE102011084473B4/en active Active
-
2012
- 2012-10-11 WO PCT/EP2012/070128 patent/WO2013053802A1/en active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE602004005085T2 (en) | 2003-01-24 | 2007-11-22 | Pavilion Technologies, Inc., Austin | Modeling of In-situ Oil Reservoirs by Derivation Restrictions |
EP1513249A1 (en) | 2003-09-08 | 2005-03-09 | Abb Research Ltd. | Method for neutral-point balancing of a three-level inverter |
US20070090788A1 (en) | 2005-10-21 | 2007-04-26 | Hansford Brey D | System and method for recharging a battery exposed to a harsh environment |
DE102007063434A1 (en) | 2007-06-29 | 2009-01-02 | Enasys Gmbh | Inverter system and control method |
DE102009041005A1 (en) | 2009-09-10 | 2011-03-24 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Device for balancing an energy store |
US20110089897A1 (en) | 2010-06-25 | 2011-04-21 | Wei Zhang | Battery pack with balancing management |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Title: ISL 9208;Subject: Multi-Cell Li-ion Battery Pack OCP/Analog Front End;Author: Intersil CorporationDate: 2. November 2007Data Sheet: FN 6446.1 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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