DE102012207674A1

DE102012207674A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen der Ladezustände einer Batterie

Info

Publication number: DE102012207674A1
Application number: DE102012207674A
Authority: DE
Inventors: Hans-Joerg Wolff; Konstantin Decu
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2013-11-14
Also published as: CN104396114A; WO2013167465A1; CN104396114B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Ladezustände (LA2) der Batteriemodule (BM1, BM2, BM3, BM4) einer teilweise entladenen Batterie (300), wobei die Batterie (300) mindestens einen Batteriestrang (310) mit mehreren ungleichmäßig aufgeladenen Batteriemodulen (BM1, BM2, BM3, BM4), die jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassen, aufweist und die Ladezustände (LA2) der einzelnen Batteriemodule (BM1, BM2, BM3, BM4) der Batterie (300) ermittelt werden. Dabei werden die Batteriemodule (BM1, BM2, BM3) des Batteriestranges (310), die jeweils einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als ein erster Ladezustand (LE2, LGE2) ist, der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls (BM4) oder Batteriemodule (BM4) des Batteriestranges (310) ist, während mindestens eines Ladevorganges mittels mindestens einer Ladequelle auf den ersten Ladezustand (LE2, LGE2) aufgeladen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer teilweise entladenen Batterie, wobei die Batterie mindestens einen Batteriestrang mit mehreren ungleichmäßig aufgeladenen Batteriemodulen, die jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassen, aufweist und die Ladezustände der einzelnen Batteriemodule der Batterie ermittelt werden. Auch betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer Batterie.
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Stand der Technik
In früheren Patentanmeldungen der Anmelderin werden Antriebssysteme, die jeweils ein Batteriesystem mit einer stufig einstellbaren Ausgangsspannung aufweisen und heute beispielsweise in Elektro- und Hybridfahrzeugen oder auch in stationären Anwendungen wie bei der Rotorblattverstellung von Windkraftanlagen zum Einsatz kommen, beschrieben. Das Prinzipschaltbild eines solchen Antriebssystems 10 ist in der 1 dargestellt.
Ein Batteriesystem 101 umfasst eine Batterie 100, die an einen Gleichspannungszwischenkreis 90, der einen Kondensator umfasst, angeschlossen ist. An den Gleichspannungszwischenkreis 90 angeschlossen ist ein von dem Batteriesystem 101 umfasster Pulswechselrichter 50, über den an drei Ausgängen jeweils mittels zwei schaltbaren Halbleiterventilen (nicht gekennzeichnet) und zwei Dioden (nicht gekennzeichnet) gegeneinander phasenversetzte Sinusspannungen für den Betrieb eines dreiphasigen Elektromotors (elektrischer Antriebsmotor) 60 bereitgestellt werden. Die Kapazität des Kondensators 40 muss groß genug sein, um die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis 90 für eine Zeitdauer, in der eines der schaltbaren Halbleiterventile durchgeschaltet wird, zu stabilisieren. In einer praktischen Anwendung wie einem Elektrofahrzeug ergibt sich eine hohe Kapazität im Bereich von mF.
Die Batterie 100 umfasst einen Batteriestrang 110 mit mehreren in Reihe geschalteten Batteriemodulen, von denen in der Zeichnung nur zwei Batteriemodule 120, 130 dargestellt sind. Zwischen dem Batteriemodul 120 und einem positiven Pol 121 des Batteriestranges 110, der in diesem Fall ein positives Batterieterminal bildet, ist eine Lade- und Trenneinrichtung 140 geschaltet. Optional kann zusätzlich zwischen dem Batteriemodul 130 und einem negativen Pol 131 des Batteriestranges 110, der in diesem Fall ein negatives Batterieterminal bildet, eine Trenneinrichtung 150 geschaltet werden. Die Trenn- und Ladeeinrichtungen 140, 150 sind jeweils dazu ausgebildet, die mittels einer Koppeleinrichtung (nicht dargestellt) an den Batteriestrang 110 koppelbaren Batteriemodule 120, 130 von den Batterieterminals 121, 131 abzutrennen, um die Batterieterminals 121, 131 spannungsfrei zu schalten.
In der 2 ist ein Antriebssystem 10 mit einem dreiphasigen Elektromotor (elektrischer Antriebsmotor) 60 dargestellt, der an ein Batteriesystem 101 mit einer Batterie 100 mit einer stufig einstellbaren Ausgangsspannung angeschlossen ist. Zwischen dem Elektromotor 60 und der Batterie 100 ist ferner ein entsprechender mehrphasiger Wechselrichter (mehrphasiger Umrichter) angeordnet, der in dem Batteriesystem 100 integriert ist und deswegen hier nicht separat dargestellt wird. Die Batterie 100 umfasst drei parallel geschaltete Batteriestränge 110, die jeweils ähnlich wie der in 1 dargestellte Batteriestrang aufgebaut sind. Die Batteriestränge 110 sind jeweils über ihren positiven Pol 121 und den im Batteriesystem 101 integrierten mehrphasigen Wechselrichter (nicht separat dargestellt) mit dem dreiphasigen Elektromotor 60 elektrisch verbunden. Verallgemeinert ausgedrückt, für einen n-phasigen (n > 2) Elektromotor würde die Batterie 100 entsprechend n parallel geschaltete Batteriestränge 110 umfassen. Jeder Batteriestrang 110 umfasst mehrere in Reihe geschaltete, zwischen seinem negativen Pol 131 und seinem positiven Pol 121 angeordnete Batteriemodule 120, 130, von denen in der Zeichnung pro Batteriestrang 110 nur zwei dargestellt worden sind.
Alle Batteriemodule 120, 130 der Batterie 100 umfassen ferner eine (nicht dargestellte) Koppeleinrichtung, mittels der die Batteriemodule 120, 130 jeweils an den zugeordneten Batteriestrang 110 gekoppelt und von dem zugeordneten Batteriestrang 110 entkoppelt werden können.
Das in der 1 dargestellte Batteriesystem wird als Batteriedirektumrichter (Battery Direct Converter (BDC)) bezeichnet, und das in der 2 dargestellte Batteriesystem wird als Batteriedirektinverter (Batterie Direct Inverter (BDI)) bezeichnet.
In 3 ist eine herkömmliche Batterie 100 dargestellt, die genauso wie die Batterie aus der 1 aufgebaut ist. Gleiche Bezugszeichen wurden für gleiche Komponenten der Batterie 100 verwendet. In der 3 dargestellt sind auch vier der Batteriezellen 111, die von dem Batteriemodul 120 umfasst werden, und auch vier der Batteriezellen 111, die von dem Batteriemodul 130 umfasst werden. Dabei ist jeweils nur eine Batteriezelle pro Batteriemodul 120, 130 mit dem Bezugszeichen 111 versehen. In der 3 sind die Lade- und Trenneinrichtung 140 und die Trenneinrichtung 150 detaillierter dargestellt. Die Lade- und Trenneinrichtung 140 umfasst einen Trennschalter 141, der parallel zu der Reihenschaltung eines Ladeschalters 142 und eines Ladewiderstandes 143 gekoppelt ist. Ferner umfasst die Trenneinrichtung 150 einen Trennschalter 151.
Bei solchen herkömmlichen Batterien 100, wie die in den 1 bis 3 beispielhaft dargestellten, sind alle Batteriemodule 120, 130 beziehungsweise Batteriezellen 111 immer gleichmäßig am Lade- beziehungsweise Entladevorgang beteiligt.
In der 4 ist der Verlauf des in Prozent angegebenen gesamten Ladezustands LG einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie in Abhängigkeit von der in Stunden gemessenen Zeit t während eines Ladevorganges dargestellt. Mit „gesamter Ladezustand“ LG wird hier der Ladezustand der Batterie als Ganzes und nicht der Ladezustand der einzelnen Batteriemodule beziehungsweise der einzelnen Batteriezellen der Batterie bezeichnet. Dabei werden die Batteriemodule beziehungsweise die Batteriezellen der Batterie gleichmäßig an dem Ladevorgang beteiligt. In 4 sind auch der Verlauf der gemessenen Ausgangsspannung U der Batterie in Volt und der Verlauf des gemessenen Ladestroms zum Aufladen der Batterie in Ampere dargestellt. Dabei wird mit LGK die zeitabhängige Ladezustandskennlinie der Batterie, mit UK die zeitabhängige Ausgangsspannungskennlinie der Batterie und mit IK die zeitabhängige Kennlinie des Ladestroms zum Aufladen der Batterie bezeichnet. Nach 2,5 h ist der Ladestrom auf 0 A abgesunken und ein Ladezustand LG der Batterie von nominal 100 % erreicht. Nach 2,5 h wird folglich der Ladevorgang der Batterie abgebrochen, da die Batterie vollständig geladen ist. Die in der 4 dargestellten Verläufe sind aus „A. Jossen, W. Weydanz; Moderne Akkumulatoren richtig eingesetzt“ bekannt.
In herkömmlichen einphasigen oder mehrphasigen Batteriesystemen, wie solche, die beispielhaft in den 1 und 2 dargestellt worden sind, sind alle Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen der entsprechenden Batterien gleichmäßig am Lade- und Entladevorgang beteiligt. Um eine vollständige Ladung einer einphasigen oder mehrphasigen Batterie zu gewährleisten, muss während des Betriebs eine gleichmäßige Entladung sichergestellt werden und bei größeren Abweichungen durch einen entsprechenden Ausgleichsvorgang (Balancing), wie durch ein gezieltes Entladen beispielsweise in Ruhephasen, dieser Zustand über alle Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen herbeigeführt werden.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Standardmethode zur Aufladung einer Batterie besteht aus einer Phase (Konstantstromladebereich), während der die Aufladung der Batteriemodule beziehungsweise der Batteriezellen mittels eines konstanten Stroms erfolgt und von einer weiteren Phase (Konstantspannungsladebereich) gefolgt ist, während der die Aufladung der Batteriemodule beziehungsweise der Batteriezellen bis zu dem maximalen Ladezustand mittels einer konstanten Spannung erfolgt. Bei mehrphasigen Batteriesystemen müssen zur Vermeidung unkontrollierter Ausgleichströme zwischen den parallel geschalteten Batteriesträngen, die jeweils beliebige Batteriemodule mit jeweils mindestens einer Batteriezelle umfassen, voneinander getrennt geladen werden.
Ein aus dem Stand der Technik bekannter Vorgang zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie, bei dem die Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen gleichmäßig am Lade- und Entladevorgang beteiligt sind, wird an dem Beispiel eines herkömmlichen, insbesondere einphasigen Batteriesystems mit einer Batterie 300 mit insbesondere einem Batteriestrang 310, der beispielhaft vier Batteriemodule BM1, BM2, BM3 und BM4 aufweist, anhand der 5 und 6 näher beschrieben. Zur Vereinfachung der Darstellung aus der 5 sind dort die Bezugszeichen für den Batteriestrang 310 und die ihn umfassende Batterie 300 nur für den anfänglichen Zustand der Batterie 300, der in der 5 mit A1 gekennzeichnet ist, angegeben. Ähnlich wird auch bei der Darstellung aus der 6 verfahren.
In der 5 wird ein erster Abschnitt des genannten und aus dem Stand der Technik bekannten Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule BM1, BM2, BM3 und BM4 der Batterie 300 stark schematisiert dargestellt. Der erste Abschnitt des genannten Vorganges umfasst einen Entladevorgang EV1 und einen dem Entladevorgang EV1 folgenden Ausgleichsvorgang (Balancing) BV1
In der 5 wird mit A1 der Zustand der Batterie 300 vor dem Entladevorgang EV1, mit B1 der Zustand der Batterie 300 nach dem Entladevorgang EV1 und vor dem Ausgleichsvorgang BV1, und mit C1 der Zustand der Batterie 300 nach dem Ausgleichsvorgang BV1 bezeichnet. Mit LA1, LB1 und LC1 werden ferner die Ladezustände der einzelnen Batteriemodule in den drei verschiedenen Batteriezuständen A1, B1 und C1 bezeichnet, die rechts neben den einzelnen Batteriemodulen BM1, BM2, BM3 und BM4 jeweils in Prozent angegeben sind. Mit LGA1, LGB1 und LGC1 werden die Ladezustände der Batterie 300 als Ganzes in ihren drei verschiedenen Zuständen A1, B1 und C1 bezeichnet. Die Werte für LGA1, LGB1 und LGC1 sind dabei jeweils in Prozent angegeben, oben über den jeweils einem Batteriezustand A1, B1 oder C1 entsprechenden Batteriemodulen BM1, BM2, BM3 und BM4.
In dem Batteriezustand A1, der dem Zustand der Batterie 300 vor dem Entladezustand EV1 entspricht, sind alle vier Batteriemodule BM1, BM2, BM3, BM4 der Batterie 300 und somit auch die Batterie 300 als Ganzes vollständig geladen. Folglich weisen die vier Batteriemodule BM1, BM2, BM3, BM4 vor dem Entladevorgang EV1 jeweils einen Ladezustand LA1 von 100 % auf. Die Batterie 300 als Ganzes weist dadurch vor dem Entladevorgang EV1 auch einen Gesamtladezustand LGA1 von 100 % auf.
Während des Entladevorganges EV1 werden alle vier Batteriemodule BM1, BM2, BM3, BM4 entladen. Dabei wird das Batteriemodul BM1 in einen Ladezustand LB1 von 69 % und die Batteriemodule BM2, BM4 und BM4 werden jeweils in einen Ladezustand LB1 von 70 % gebracht. Die Batterie als Ganzes weist nach dem Entladevorgang EV1 einen Gesamtladezustand LGB1 von circa 70 % auf.
Während des darauffolgenden Ausgleichsvorganges BV1 werden alle vier Batteriemodule BM1, BM2, BM3, BM4 in denselben Ladezustand LC1 von 69 % gebracht. Die Batterie 300 als Ganzes weist dadurch nach dem Ausgleichsvorgang BV1 ebenfalls einen Gesamtladezustand LGC1 von 69 % auf. Mittels des Ausgleichsvorgangs BV1 werden alle vier Batteriemodule BM1, BM2, BM3, BM4 gleichmäßig entladen.
In der 6 wird ein zweiter und letzter Abschnitt des genannten, aus dem Stand der Technik bekannten und in der 5 teilweise dargestellten Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule BM1, BM2, BM3 und BM4 der Batterie 300 stark schematisiert dargestellt. Der zweite Abschnitt des genannten Vorganges umfasst einen Ladevorgang (nicht gekennzeichnet), der einen dem in der 5 dargestellten Ausgleichsvorgang BV1 folgenden ersten Ladeteilvorgang LV11 und einen zweiten dem ersten Ladeteilvorgang LV11 folgenden zweiten Ladeteilvorgang LV12 aufweist.
Während des ersten Ladeteilvorganges LV11 werden in einem Konstantstromlademodus die vier Batteriemodule BM1, BM2, BM3 und BM4 mittels eines konstanten Stroms geladen. Während des zweiten Ladeteilvorganges LV12 werden die vier Batteriemodule BM1, BM2, BM3 und BM4 in einem Konstantspannungsmodus mittels einer konstanten Spannung geladen.
In der 6 wird mit C1 der Zustand der Batterie 300 nach dem Ausgleichsvorgang BV1 und vor dem Ladeteilvorgang LV11, mit D1 der Zustand der Batterie 300 nach dem ersten Ladeteilvorgang LV11 und vor dem zweiten Ladeteilvorgang LV12 und mit E1 der Zustand der Batterie 300 nach dem zweiten Ladeteilvorgang LV12 bezeichnet. Ähnlich wie bei der Darstellung aus der 5 werden mit LC1, LD1 und LE1 ferner die Ladezustände der einzelnen Batteriemodule in den drei verschiedenen Batteriezuständen C1, D1 und E1 und mit LGC1, LGD1 und LGE1 die Ladezustände der Batterie 300 als Ganzes in ihren drei verschiedenen Zuständen C1, D1 und E1 bezeichnet und in Prozenten angegeben.
Der Batteriezustand C1 ist identisch mit dem in der 5 dargestellten Batteriezustand C1. Alle Batteriemodule weisen jeweils denselben Ladezustand LC1 von 69 % auf.
Während des ersten Ladeteilvorganges LV11 werden alle vier Batteriemodule BM1, BM2, BM3, BM4 mittels eines konstanten Stroms jeweils auf denselben Ladezustand LD1 von 80 % aufgeladen. Die Batterie als Ganzes weist nach dem ersten Ladeteilvorgang LV11 ebenfalls einen Gesamtladezustand LGD1 von circa 80 % auf.
Während des zweiten Ladeteilvorganges LV12 werden alle vier Batteriemodule BM1, BM2, BM3, BM4 mittels einer konstanten Spannung jeweils auf einen Ladezustand LE1 von 100 % aufgeladen, das heißt, jeweils vollständig aufgeladen. Die Batterie als Ganzes weist nach dem ersten Ladeteilvorgang LV11 ebenfalls einen Gesamtladezustand LGE1 von 100 % auf.
Somit werden während des ersten Ladeteilvorganges LV11 und des zweiten Ladeteilvorganges LV12 alle vier Batteriemodule BM1, BM2, BM3, BM4 an einem aus dem ersten Ladeteilvorgang LV11 und dem zweiten Ladeteilvorgang LV12 bestehenden Ladevorgang gleichmäßig beteiligt.
Weiterhin sind aus einer früheren Patentanmeldung der Anmelderin Strategien zur Entladung und Aufladung von Batteriemodulen herkömmlicher Batterien mit dem Ziel der Reduktion der Ladezeit beschrieben.
Ferner ist aus dem Dokument DE 10 2008 021 090 A1 ein Verfahren zum Austausch elektrischer Ladung zwischen den seriell geschalteten Akkumulatoren einer Akkumulatoranordnung bekannt, bei dem die Spannungen der Akkumulatoren jeweils gemessen werden, mindestens ein Akkumulator, insbesondere der Akkumulator mit der kleinsten Akkumulatorspannung oder mehrere der Akkumulatoren mit den kleinsten Akkumulatorspannungen, anhand der gemessenen Akkumulatorspannungen ausgewählt wird/werden, und eine zuvor aus der Akkumulatoranordnung entnommene Energie zumindest teilweise dem mindestens einen ausgewählten Akkumulator zugeführt wird. Da herstellungsbedingt oder bedingt durch unterschiedlichen Verschleiß während des Betriebs, die einzelnen Akkumulatoren der Akkumulatoranordnung unterschiedliche Kapazitäten, das heißt unterschiedliche maximale Ladezustände aufweisen können und deswegen einzelne Akkumulatoren während eines Ladevorganges bereits früher als die anderen aufgeladen sind, wird der Ladevorgang der ausgewählten Akkumulatoren vorzugsweise beendet werden, sobald einer der Akkumulatoren seinen maximalen Ladezustand erreicht hat. Um eine möglichst lange Lebensdauer der Akkumulatoranordnung und eine möglichst große nutzbare Kapazität der Akkumulatoranordnung zu erreichen, werden die Ladezustände der einzelnen Akkumulatoren insbesondere aneinander angeglichen. Nachteilig dabei ist, dass zur Einstellung desselben Ladezustandes aller Akkumulatoren der Akkumulatoranordnung zusätzlich zu dem Ladevorgang ein Ausgleichsvorgang erforderlich ist, was zu einer Verlängerung der Ladezeit der Akkumulatoranordnung führt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer Batterie, insbesondere einer teilweise entladenen Batterie, bereitgestellt, wobei die Batterie mindestens einen Batteriestrang mit mehreren ungleichmäßig aufgeladenen Batteriemodulen, die jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassen, aufweist und die Ladezustände der einzelnen Batteriemodule der Batterie ermittelt werden. Dabei werden die Batteriemodule des Batteriestranges, die jeweils einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als ein erster Ladezustand ist, der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls oder Batteriemodule des Batteriestranges ist und insbesondere 65 % bis kleiner 75 % des Ladezustandes eines vollständig aufgeladenen Batteriemoduls des Batteriestranges beträgt, während mindestens eines Ladevorganges mittels mindestens einer Ladequelle auf den ersten Ladezustand aufgeladen.
Ferner wird eine Vorrichtung zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer Batterie bereitgestellt, wobei die Batterie mindestens einen Batteriestrang mit mehreren Batteriemodulen, die jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassen, aufweist und die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die Ladezustände der einzelnen Batteriemodule der Batterie zu ermitteln. Die Vorrichtung umfasst dabei mindestens eine Ladequelle und ist ferner dazu ausgebildet, die Batteriemodule des Batteriestranges, die jeweils einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als ein erster Ladezustand ist, der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls oder Batteriemodule des Batteriestranges ist, während mindestens eines Ladevorganges mittels der Ladequelle auf den ersten Ladezustand aufzuladen.
Mittels der erfindungsgemäßen Ladestrategie der einzelnen Batteriemodule einer Batterie ist es möglich, bei einer teilentladenen Batterie nach einer möglichst kurzen Ladezeit wieder einen hohen Ladezustand der Batterie zu erreichen. Dabei wird von der Eigenschaft Gebrauch gemacht, dass ein vollständig entladenes Batteriemodul beziehungsweise Batteriezelle schnell wieder auf einen Ladezustand von 65 % bis kleiner 75 % gebracht werden kann, während die andere anschließende Aufladung auf einen Ladezustand von 100 % eine deutlich längere Zeit benötigt. Diese Eigenschaft ist auch anhand der Darstellung aus der 4 leicht erkennbar.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in einem ersten Schritt des Ladevorganges zunächst mindestens ein erstes Batteriemodul, das das mindestens eine am schwächsten aufgeladene Batteriemodul des Batteriestranges ist, auf den Ladezustand mindestens eines zweiten Batteriemoduls, das das mindestens eine am zweitschwächsten aufgeladene Batteriemodul des Batteriestranges ist, mittels einer nicht leistungslimitierten (bzw. nicht stromlimitierten) Ladequelle aufgeladen. Ferner wird der erste Schritt des Ladevorganges so oft wiederholt, bis alle Batteriemodule des Batteriestranges den ersten Ladezustand aufweisen.
Ferner werden bei einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung während des Ladevorganges die Batteriemodule des Batteriestranges, die jeweils einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als der erste Ladezustand ist, zunächst alle gleichzeitig mittels einer stromlimitierten Ladequelle aufgeladen und nach dem Erreichen des ersten Ladezustandes jeweils nicht weiter aufgeladen.
Mit anderen Worten werden erfindungsgemäß alle Batteriemodule eines Batteriestranges zunächst auf den Ladezustand des am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls des Batteriestranges aufgeladen. Mittels einer nicht leistungslimitierten Ladequelle (in dem sogenannten Quick-Charging Mode) wird dabei zuerst nur das schwächste Batteriemodul aufgeladen, sobald es den Ladezustand des zweitschwächsten Batteriemoduls erreicht hat, wird dieses mit aufgeladen und so weiter. Aufgrund der typischen zeitabhängigen Ladezustandskennlinie (Ladungskurve), die in der 4 beispielhaft dargestellt worden ist, führt dies auf dem schnellsten Weg zur maximalen Aufladung eines Batteriestranges. Falls die Ladequelle stromlimitiert ist, werden zuerst alle schwächer geladenen Batteriemodule eines Batteriestranges gleichzeitig aufgeladen und nach dem Erreichen des Ladungsniveaus des am stärksten geladenen Batteriemoduls des Batteriestranges jeweils von einer weiteren Aufladung ausgeschlossen beziehungsweise nicht weiter aufgeladen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, bei der die Batterie mehrere Batteriestränge aufweist, werden die auf den jeweiligen ersten Ladezustand aufgeladenen Batteriestränge jeweils als Ganzes insbesondere zyklisch hintereinander und vorzugsweise in Abhängigkeit von dem entsprechenden ersten Ladezustand eines jeden Batteriestranges auf einen zweiten Ladezustand, der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls oder Batteriemodule der Batterie ist und insbesondere 65 % bis kleiner 75 % des Ladezustandes eines vollständig aufgeladenen Batteriemoduls der Batterie beträgt, aufgeladen.
Mit anderen Worten, sobald alle Batteriemodule eines Batteriestranges auf dem höchsten Ladeniveau des Batteriestranges angekommen sind, werden alle Batteriemodule eines Stranges (String) der Batterie parallel weiter aufgeladen, bis das Ladeniveau des Batteriemoduls mit dem höchsten Ladeniveau im ganzen Batteriesystem erreicht wird. Anschließend wiederholt sich dieser Vorgang für alle Batteriestränge beziehungsweise Phasen.
Insbesondere werden die auf den zweiten Ladezustand aufgeladenen Batteriestränge der Batterie jeweils als Ganzes mittels eines konstanten Stroms getrennt von den anderen Strängen und bevorzugt zyklisch hintereinander auf einen dritten Ladezustand der Batterie, der insbesondere 75 % bis 85 % des Ladezustandes eines vollständig aufgeladenen Batteriemoduls der Batterie beträgt, weiter aufgeladen. Vorzugsweise werden ferner die auf den dritten Ladezustand aufgeladenen Batteriestränge der Batterie jeweils als Ganzes mittels einer konstanten Spannung separat voneinander und bevorzugt zyklisch hintereinander vollständig aufgeladen.
Anders ausgedrückt, sobald alle Batteriestränge der Batterie auf demselben Ladungsniveau angekommen sind, wird der zu ladende Batteriestrang beziehungsweise die zu ladende Phase der Batterie rotiert, bevorzugt zyklisch rotiert, um so eine gleichmäßige Ladung des gesamten Batteriesystems zu erreichen. Die Rotation erfolgt dann sowohl in dem Konstantstromladebereich als auch im Konstantspannungsladebereich. Durch diese vorhin beschriebene sequentielle Ladung der einzelnen Stränge der Batterie ist eine Unterbrechung des Ladevorgangs zu jedem Zeitpunkt möglich mit dem Ergebnis einer gleichmäßig geladenen, sofort einsetzbaren, insbesondere fahrbereiten Batterie.
Da eine Aufladung der Batterie mittels der erfindungsgemäßen Ladestrategie auch bei einer ungleichmäßig entladenen Batterie keine Nachteile mit sich bringt, wird ein aktiver Ladungsausgleichsvorgang der Batteriemodule (aktives Batteriemodul-Balancing) während des Betriebs und/oder des Ruhezustandes überflüssig.
Durch die erfindungsgemäße Ladestrategie wird möglich, dass das Ausgleichen der Ladezustände der Batteriezellen (Batteriezellen-Balancing) nur darauf beschränkt ist, eine gleichmäßige Ladung innerhalb eines Batteriemoduls, das typischerweise 12 Batteriezellen umfasst, sicherzustellen anstatt dies über alle Batteriezellen einer Batterie, die typischerweise eine Batteriezellenanzahl in der Größenordnung von 150 umfasst, zu garantieren.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der entsprechenden erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Möglichkeit eröffnet, die einzelnen Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie unterschiedlich stark an den vorkommenden Lade- und Entladevorgängen zu beteiligen.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit einer Batterie mit mindestens einem Batteriestrang mit mehreren jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassenden Batteriemodulen und einer integrierten erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule der Batterie.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriemanagementsystem, welches dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Erfindungsgemäß ist die Batterie insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie.
Ferner betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem, das eine Batterie mit mindesten einem Batteriestrang mit mehreren jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassenden Batteriemodulen umfasst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Es zeigen:
1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Antriebssystem mit einem Batteriesystem mit einer stufig einstellbaren Ausgangsspannung, wobei das Batteriesystem eine Batterie mit einem Batteriestrang und einen Pulswechselrichter umfasst,
2 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Antriebssystem mit einem Batteriesystem mit einer stufig einstellbaren Ausgangsspannung, wobei das Batteriesystem eine Batterie mit drei Batteriesträngen und einen mehrphasigen Pulswechselrichter umfasst,
3 eine Batterie mit einem Batteriestrang gemäß dem Stand der Technik, wobei im Vergleich zu 1 die von der Batterie umfasste Lade- und Trenneinrichtung und eine weitere von der Batterie umfasste Trenneinrichtung detailliert dargestellt werden,
4 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellte und während eines Ladevorganges vorkommende Verläufe eines Ladestroms für eine Batterie gemäß dem Stand der Technik, sowie Verläufe eines entsprechenden Ladezustandes und einer entsprechenden Ausgangsspannung dieser Batterie,
5 einen ersten, schematisch dargestellten Abschnitt eines aus dem Stand der Technik bekannten Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie,
6 einen zweiten, letzten und schematisch dargestellten Abschnitt des aus dem Stand der Technik bekannten und in der 5 teilweise dargestellten Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie,
7 einen ersten, schematisch dargestellten Abschnitt eines erfindungsgemäßen Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
8 einen zweiten, schematisch dargestellten Abschnitt des erfindungsgemäßen und in der 7 teilweise dargestellten Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie nach der ersten Ausführungsform der Erfindung, und
9 einen dritten, letzten, schematisch dargestellten Abschnitt des erfindungsgemäßen und in den 7 und 8 teilweise dargestellten Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie nach der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
Ein erfindungsgemäßer Vorgang zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung, bei dem die Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen ungleichmäßig am Lade- und Entladevorgang beteiligt sind, wird an dem Beispiel eines dreiphasigen Batteriesystems (BDI) mit einer Batterie 300 mit drei Batteriesträngen 310, die beispielhaft jeweils vier Batteriemodule BM1, BM2, BM3 und BM4 aufweisen, anhand der 7 bis 9 für jede der drei Phasen näher beschrieben. Die Anwendung der Erfindung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Vorganges ist jedoch für Batteriesysteme (BDIs), die eine beliebige Anzahl von Batteriemodulen und Phasen (beginnend mit einer einzigen Phase) umfassen, möglich. Zur Vereinfachung der Darstellung aus der 7 ist ein einziger Batteriestrang 310 und die ihn umfassende Batterie 300 nur für den anfänglichen Zustand der Batterie 300, der in der 7 A2 bezeichnet ist, gekennzeichnet. Ähnlich wird auch bei den Darstellungen aus den 8 und 9 verfahren.
Der Fachmann versteht, dass die in den hier angegebenen Ausführungsformen angegebenen Prozentangaben von Ladezuständen abhängig sind von der Art der jeweiligen Zelle bzw. der zugrunde liegenden Zellchemie. In anderen Ausführungsformen können sich die bevorzugten prozentualen Bereiche von den hier explizit angegeben prozentualen Bereichen unterscheiden, solange damit dasselbe Ergebnis erzielt wird.
In der 7 wird ein erster Abschnitt des genannten erfindungsgemäßen Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule BM1, BM2, BM3 und BM4 der Batterie 300 stark schematisiert dargestellt. Der erste Abschnitt des genannten erfindungsgemäßen Vorganges umfasst einen Entladevorgang EV2 und einen dem Entladevorgang EV2 folgenden ersten Ladeteilvorgang LV21 eines erfindungsgemäßen Ladevorganges (nicht gekennzeichnet).
In der 7 wird mit A2 der Zustand der Batterie 300 vor dem Entladevorgang EV2, mit B2 der Zustand der Batterie 300 nach dem Entladevorgang EV2 und vor dem Ladeteilvorgang LV21 und mit C der Zustand der Batterie 300 nach dem ersten Ladeteilvorgang LV21 bezeichnet. Mit LA2, LB2 und LC2 werden ferner die Ladezustände der einzelnen Batteriemodule in den drei verschiedenen Batteriezuständen A2, B2 und C2 bezeichnet, die jeweils in Prozenten angegeben sind. Mit LGA2, LGB2 und LGC2 werden die Ladezustände der Batterie 300 als Ganzes in ihren drei verschiedenen Zuständen A2, B2 und C2 bezeichnet. Die Werte für LGA2, LGB2 und LGC2 sind dabei auch jeweils in Prozenten angegeben.
Bei den Darstellungen der 7 bis 8 wird angenommen, dass alle drei Batteriestränge in der gleichen Weise entladen und wieder aufgeladen werden. Allein zur Vereinfachung der Darstellung werden die Vorgänge beziehungsweise Teilvorgänge nur für einen einzelnen Batteriestrang 310 dargestellt.
In dem Batteriezustand A2, der dem Zustand der Batterie 300 vor dem Entladezustand EV2 entspricht, sind alle vier Batteriemodule BM1, BM2, BM3, BM4 der Batterie 300 und somit auch die Batterie 300 als Ganzes vollständig aufgeladen. Folglich weisen die vier Batteriemodule BM1, BM2, BM3, BM4 vor dem Entladevorgang EV2 jeweils einen Ladezustand LA2 von 100 % auf. Die Batterie 300 als Ganzes weist dadurch vor dem Entladevorgang EV2 auch einen Gesamtladezustand LGA2 von 100 % auf.
Nach der Entladung der Batterie 300 während eines Entladevorganges EV2 auf ein beliebiges Ladungsniveau der einzelnen vier Batteriemodule BM1 bis BM4 in jeder der drei Phasen beginnt die mittels einer nicht leistungslimitierten Ladequelle durchgeführte Aufladung der Batterie 300 mit der während eines ersten Ladeteilvorganges LV2 durchgeführten Aufladung des schwächsten Batteriemoduls BM1 eines Batteriestranges 310 auf das Ladungsniveau des zweitschwächsten Batteriemoduls BM2 des Batteriestranges 310.
Alternativ dazu kann nach der während eines Entladevorganges EV2 geschehenen Entladung der Batterie 300 auf ein beliebiges Ladungsniveau der einzelnen vier Batteriemodule BM1 bis BM4 in jeder der drei Phasen damit begonnen werden, alle schwächeren Batteriemodule BM1, BM2 und BM3 mittels einer stromlimitierten und/oder leistungsimitierten Ladequelle aufzuladen und nach dem Erreichen des Ladezustandes des stärksten Batteriemoduls BM4 die Batteriemodule BM1, BM2 und BM3 aus einem entsprechenden ersten Ladeteilvorgang jeweils auszuschließen.
Während des Entladevorganges EV2 werden alle vier Batteriemodule BM1, BM2, BM3, BM4 ungleichmäßig entladen. Dabei wird das Batteriemodul BM1 in einen Ladezustand LB2 von 65 %, das Batteriemodul BM2 in einen Ladezustand LB2 von 67 %, das Batteriemodul BM3 in einen Ladezustand LB2 von 69 % und das Batteriemodul BM4 in einen Ladezustand LB2 von 70 % gebracht. Die Batterie 300 als Ganzes weist nach dem Entladevorgang EV2 einen Gesamtladezustand LGB2 zwischen 65 % und 70 % auf.
Während des darauffolgenden ersten Ladeteilvorganges LV21 werden alle vier Batteriemodule ungleichmäßig aufgeladen. Dabei werden das Batteriemodul BM1 in einen Ladezustand LC2 von 67 % gebracht und die Batteriemodule BM2, BM3 und BM4 nicht aufgeladen, so dass das Batteriemodul BM2 in einem Ladezustand LC2 von 67 %, das Batteriemodul BM3 in einem Ladezustand LC2 von 69 % und das Batteriemodul BM4 in einem Ladezustand LC2 von 70 % bleiben. Die Batterie 300 als Ganzes weist nach dem ersten Ladeteilvorgang LV21 einen Gesamtladezustand LGC2 zwischen 67 % und 70 % auf.
In der 8 wird ein zweiter Abschnitt des erfindungsgemäßen und in der 7 teilweise dargestellten Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule BM1, BM2, BM3 und BM4 der Batterie 300 stark schematisiert dargestellt. Der zweite Abschnitt des genannten erfindungsgemäßen Vorganges umfasst einen zweiten Ladeteilvorgang LV22 und einen darauffolgenden dritten Ladeteilvorgang LV23 des erfindungsgemäßen Ladevorganges (nicht gekennzeichnet), wobei der zweite Ladeteilvorgang LV22 anschließend an den in der 7 dargestellten ersten Ladeteilvorgang LV21 folgt.
In der 8 wird mit C2 der Batteriezustand nach dem ersten Ladeteilvorgang LV21 und vor dem zweiten Ladeteilvorgang LV22 bezeichnet und ist identisch mit dem in der 7 dargestellten Batteriezustand C2. Ferner wird mit D2 der Batteriezustand nach dem zweiten Ladeteilvorgang LV22 und vor dem dritten Ladeteilvorgang LV23 und mit E2 der Batteriezustand nach dem dritten Ladeteilvorgang LV23 bezeichnet. Ähnlich wie bei der Darstellung aus der 7 werden ferner die Ladezustände LC2, LD2, LE2 der einzelnen Batteriemodule in den drei verschiedenen Batteriezuständen C2, D2 und E2 und mit LGC2, LGD2 und LGE2 die Ladezustände der Batterie 300 als Ganzes in ihren drei verschiedenen Zuständen C2, D2 und E2 bezeichnet und in Prozenten angegeben.
Während des zweiten Ladeteilvorganges LV22 werden beide auf dem Ladungsniveau des zweitstärksten Batteriemoduls aufgeladenen Batteriemodule BM1 und BM2 auf das Ladungsniveau des drittstärksten Batteriemoduls BM3 aufgeladen. Während des dritten Ladeteilvorganges LV23 werden alle drei auf dem Ladeniveau des drittstärksten Batteriemoduls BM3 aufgeladenen Batteriemodule BM1, BM2 und BM3 auf das Ladungsniveau des viertstärksten und in diesem Fall stärksten Batteriemoduls BM4 aufgeladen. Wenn mehrere Batteriemodule vorhanden sind, werden alle schwächeren Batteriemodule wie vorhin beschrieben iterativ auf das Ladeniveau des stärksten Batteriemoduls des Batteriestranges aufgeladen.
Während des zweiten Ladeteilvorganges LV22 werden alle vier Batteriemodule ungleichmäßig aufgeladen. Dabei werden das Batteriemodul BM1 und das Batteriemodul BM2 jeweils in einen Ladezustand LD2 von 69 % gebracht und die Batteriemodule BM3 und BM4 nicht aufgeladen, so dass das Batteriemodul BM3 in einem Ladezustand LD2 von 69 % und das Batteriemodul BM4 in einem Ladezustand LD2 von 70 % bleiben. Die Batterie 300 als Ganzes weist nach dem zweiten Ladeteilvorgang LV22 einen Gesamtladezustand LGD2 zwischen 69 % und 70 % auf.
Während des dritten Ladeteilvorganges LV23 werden alle vier Batteriemodule ungleichmäßig aufgeladen. Dabei werden das Batteriemodul BM1, das Batteriemodul BM2 und das Batteriemodul BM3 jeweils in einen Ladezustand LE2 von 70 % gebracht und das Batteriemodul BM4 nicht aufgeladen, so dass das Batteriemodul BM4 in einem Ladezustand LE3 von 70 % bleibt. Die Batterie 300 als Ganzes weist nach dem dritten Ladeteilvorgang LV23 einen Gesamtladezustand LGE2 von 70 % auf.
Sobald alle Batteriemodule BM1 bis BM4 eines Batteriestranges auf dem höchsten Ladeniveau des entsprechenden Batteriestranges, das als erster Ladezustand bezeichnet wurde, in der Darstellung aus der 8 mit LE2 beziehungsweise LGE2 gekennzeichnet wurde und 70 % beträgt, angekommen sind, werden alle Batteriemodule eines Stranges parallel weiter geladen, bis das Ladeniveau des Batteriemoduls mit dem höchsten Ladeniveau in der gesamten Batterie 300 erreicht wird.
Anschließend wiederholt sich dieser Vorgang (nicht dargestellt) für alle anderen Phasen. Bereits in diesem Abschnitt kann mit einer Rotation, bevorzugt einer zyklischen Rotation zwischen den Batteriesträngen in Abhängigkeit des Ladezustandes begonnen werden.
In der 9 wird ein dritter und letzter Abschnitt des in den 7 und 8 teilweise dargestellten erfindungsgemäßen Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule BM1, BM2, BM3 und BM4 der Batterie 300 stark schematisiert dargestellt. Der dritte Abschnitt des genannten erfindungsgemäßen Vorganges umfasst einen vierten Ladeteilvorgang LV24 und einen darauffolgenden fünften Ladeteilvorgang L25 des erfindungsgemäßen Ladevorganges (nicht gekennzeichnet), wobei der vierte Ladeteilvorgang LV24 anschließend an den in der 8 dargestellten dritten Ladeteilvorgang LV23 folgt.
In der 9 wird mit E2 der Batteriezustand nach dem dritten Ladeteilvorgang LV23 und vor dem vierten Ladeteilvorgang LV24 bezeichnet. Dabei ist der Batteriezustand E2 identisch mit dem in der 8 dargestellten Batteriezustand E2. Ferner wird mit F2 der Batteriezustand nach dem vierten Ladeteilvorgang LV24 und vor dem fünften Ladeteilvorgang LV25 und mit G2 der Batteriezustand der Batterie 300 nach dem fünften Ladeteilvorgang LV25 bezeichnet. Ähnlich wie bei der Darstellung aus den 7 und 8 werden ferner die Ladezustände LE2, LF2, LG2 der einzelnen Batteriemodule in den drei verschiedenen Batteriezuständen E2, F2 und G2 und mit LGE2, LGF2 und LGG2 die Ladezustände der Batterie 300 als Ganzes in ihren drei verschiedenen Zuständen E2, F2 und G2 bezeichnet und in Prozenten angegeben.
Nachdem alle Batteriestränge 310 beziehungsweise Phasen auf das Ladungsniveau des Batteriemoduls, das das höchste Ladungsniveau der gesamten Batterie 300 aufweist, gebracht wurden, wird die jeweils während eines entsprechenden vierten Ladeteilvorganges LV24 durchgeführte Konstantstromaufladung zwischen allen Batteriesträngen 310 beziehungsweise Phasen rotiert, bevorzugt zyklisch rotiert, um ab diesem Zeitpunkt eine gleichmäßige Aufladung aller Phasen zu erreichen und eine jederzeitige Unterbrechung der Konstantstromaufladung zu ermöglichen. Das höchste Ladungsniveau der gesamten Batterie wurde als zweiter Ladezustand bezeichnet und in den Darstellungen aus den 8 und 9 mit LE2 beziehungsweise LGE2 gekennzeichnet. Der zweite Ladezustand beträgt in den Darstellungen aus den 8 und 9 70 %.
Nach dem Erreichen eines vorbestimmten dritten Ladezustandes LF2 beziehungsweise LGF2, der in der Darstellung aus der 9 80 % beträgt und dem Umschaltpunkt zwischen einem jedem vierten Ladeteilvorgang LV24 und einem entsprechenden fünften Ladeteilvorgang LV25 entspricht, wird die jeweils während eines entsprechenden fünften Ladeteilvorganges LV25 durchgeführte Konstantspannungsaufladung zwischen allen Batteriesträngen 310 beziehungsweise Phasen rotiert, bevorzugt zyklisch rotiert, um weiterhin eine gleichmäßige Aufladung aller Phasen, insbesondere eine gleichmäßig durchgeführte vollständige Aufladung aller Phasen auf dem Ladezustand LG2 von 100 % zu erreichen und eine jederzeitige Unterbrechung der Konstantspannungsaufladung zu ermöglichen.
Die Rotation durch die einzelnen Batteriestränge kann beispielsweise durch die gewünschte maximale Abweichung der Ladezustände der Batteriestränge bei einer Unterbrechung, die insbesondere von einem Stromausfall hervorgerufen werden kann, oder durch die Temperatur der Batteriemodule gesteuert werden.
Alle für die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehungsweise des erfindungsgemäßen Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer Batterie erforderlichen Komponenten sind bereits in herkömmlichen Batteriesystemen enthalten. Das erfindungsgemäße Verfahren greift insbesondere in die üblicherweise mittels von Software realisierte Ansteuerung der Halbleiterventile in den Koppeleinrichtungen und in den Trenn- und Ladevorrichtungen herkömmlicher Batteriesysteme, wie solche, die in den 1 bis 3 dargestellt worden sind, ein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008021090 A1 [0028]

Claims

Verfahren zum Einstellen der Ladezustände (LA2) der Batteriemodule (BM1, BM2, BM3, BM4) einer Batterie (300), wobei die Batterie (300) mindestens einen Batteriestrang (310) mit mehreren ungleichmäßig aufgeladenen Batteriemodulen (BM1, BM2, BM3, BM4), die jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassen, aufweist und die Ladezustände (LA2) der einzelnen Batteriemodule (BM1, BM2, BM3, BM4) der Batterie (300) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (BM1, BM2, BM3) des Batteriestranges (310), die jeweils einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als ein erster Ladezustand (LE2, LGE2) ist, der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls (BM4) oder Batteriemodule (BM4) des Batteriestranges (310) ist, während mindestens eines Ladevorganges mittels mindestens einer Ladequelle auf den ersten Ladezustand (LE2, LGE2) aufgeladen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei während eines ersten Ladeteilvorganges (LV21) des Ladevorganges zunächst mindestens ein erstes Batteriemodul (BM1), das das mindestens eine am schwächsten aufgeladene Batteriemodul (BM1) des Batteriestranges (310) ist, auf den Ladezustand mindestens eines zweiten Batteriemoduls (BM2), das das mindestens eine am zweitschwächsten aufgeladene Batteriemodul (BM2) des Batteriestranges (310) ist, mittels einer nicht leistungslimitierten Ladequelle aufgeladen wird und, dass der erste Ladeteilvorgang (LV21) so oft hintereinander wiederholt wird, bis alle Batteriemodule (BM1, BM2, BM3, BM4) des Batteriestranges (310) den ersten Ladezustand (LE2, LGE2) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei während des Ladevorganges die Batteriemodule (BM1, BM2, BM3) des Batteriestranges (310), die jeweils einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als der erste Ladezustand (LE2, LGE2) ist, zunächst alle gleichzeitig mittels einer stromlimitierten und/oder leistungslimitierten Ladequelle aufgeladen werden und nach dem Erreichen des ersten Ladezustandes (LE2) jeweils nicht weiter aufgeladen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenn die Batterie (300) mehrere Batteriestränge (310) aufweist, die auf den entsprechenden ersten Ladezustand (LE2, LGE2) aufgeladenen Batteriestränge (310) jeweils als Ganzes insbesondere zyklisch hintereinander und vorzugsweise in Abhängigkeit von dem ersten Ladezustand (LE2, LGE2) eines jeden Batteriestranges (310) auf einen zweiten Ladezustand (LE2, LGE2), der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls (BM4) oder Batteriemodule (BM4) der gesamten Batterie (300) ist und insbesondere 65 % bis kleiner 75 % des Ladezustandes eines vollständig aufgeladenen Batteriemoduls der Batterie (300) beträgt, aufgeladen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die auf den zweiten Ladezustand (LE2, LGE2) aufgeladenen Batteriestränge (310) jeweils als Ganzes mittels eines konstanten Stroms separat, bevorzugt zyklisch hintereinander, auf einen dritten Ladezustand (LF2, LGF2), der insbesondere 75 % bis 85 % des Ladezustandes eines vollständig aufgeladenen Batteriemoduls der Batterie (300) beträgt, weiter aufgeladen werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die auf den dritten Ladezustand (LF2, LGF2) aufgeladenen Batteriestränge (310) jeweils als Ganzes mittels einer konstanten Spannung schrittweise, bevorzugt zyklisch hintereinander, vollständig aufgeladen werden.
Vorrichtung zum Einstellen der Ladezustände (LA2) der Batteriemodule (BM1, BM2, BM3, BM4) einer Batterie (300), wobei die Batterie (300) mindestens einen Batteriestrang (310) mit mehreren Batteriemodulen (BM1, BM2, BM3, BM4), die jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassen, aufweist und die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die Ladezustände (LA2) der einzelnen Batteriemodule (BM1, BM2, BM3, BM4) der Batterie (300) zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine Ladequelle umfasst und ferner dazu ausgebildet ist, die Batteriemodule (BM1, BM2, BM3) des Batteriestranges (310), die jeweils einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als ein erster Ladezustand (LE2, LGE2) ist, der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls (BM4) oder Batteriemodule (BM4) des Batteriestranges (310) ist, während mindestens eines Ladevorganges mittels der Ladequelle auf den ersten Ladezustand (LE2, LGE2) aufzuladen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vorrichtung weiter dazu ausgebildet ist, bei Vorliegen einer Batterie (300) mit mehreren Batteriesträngen (310) die auf den entsprechenden ersten Ladezustand (LE2, LGE2) aufgeladenen Batteriestränge (310) jeweils als Ganzes insbesondere zyklisch hintereinander und vorzugsweise in Abhängigkeit von dem jeweiligen ersten Ladezustand (LE2, LGE2) auf einen zweiten Ladezustand (LE2, LGE2), der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls (BM4) oder Batteriemodule (BM4) der Batterie (300) ist, aufzuladen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtung weiter dazu ausgebildet ist, die auf den zweiten Ladezustand (LE2, LGE2) aufgeladenen Batteriestränge (310) jeweils als Ganzes mittels eines konstanten Stromes auf einen gewünschten dritten Ladezustand (LF2, LGF2) separat, bevorzugt zyklisch hintereinander, aufzuladen und insbesondere die auf den dritten Ladezustand (LF2, LGF2) aufgeladenen Batteriestränge (310) jeweils als Ganzes mittels einer konstanten Spannung separat und bevorzugt zyklisch hintereinander vollständig aufzuladen.
Batterie (300) mit mindestens einem Batteriestrang (310) mit mehreren Batteriemodulen (BM1, BM2, BM3, BM4), die jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassen, und einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9.
Fahrzeug mit einer Batterie (300) nach Anspruch 10, wobei die Batterie (300) mit dem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.