DE102012214090A1 - Method for balancing differences in charge of battery modules, involves adding or removing required amount of charge of battery module in output state of charge of battery modules to reach predetermined target state of charge - Google Patents
Method for balancing differences in charge of battery modules, involves adding or removing required amount of charge of battery module in output state of charge of battery modules to reach predetermined target state of charge Download PDFInfo
- Publication number
- DE102012214090A1 DE102012214090A1 DE201210214090 DE102012214090A DE102012214090A1 DE 102012214090 A1 DE102012214090 A1 DE 102012214090A1 DE 201210214090 DE201210214090 DE 201210214090 DE 102012214090 A DE102012214090 A DE 102012214090A DE 102012214090 A1 DE102012214090 A1 DE 102012214090A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- charge
- battery
- battery modules
- battery module
- state
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
- H02J7/0016—Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausgleichen von Ladungsunterschieden zwischen wenigstens zwei Batteriemodulen, umfassend den Schritt des Ermittelns von Ausgangsladezuständen der Batteriemodule.The present invention relates to a method for compensating for charge differences between at least two battery modules, comprising the step of determining output charging states of the battery modules.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ausgleichung von Ladungsunterschieden zwischen wenigstens zwei Batteriemodulen, mit einer Bestimmungseinrichtung zur Bestimmung von Ausgangsladezuständen wenigsten eines der Batteriemodule, und mit einer Ausgleichseinrichtung zum Transferieren von elektrischen Ladungsmengen von und/oder zu wenigstens einem der Batteriemodule.Furthermore, the invention relates to a device for equalizing charge differences between at least two battery modules, with a determination device for determining Ausgangsladezuständen least one of the battery modules, and with a compensation device for transferring electric charge amounts of and / or to at least one of the battery modules.
Stand der TechnikState of the art
Batterien oder Batteriesysteme mit wenigstens einer Batterie sind weit verbreitet und werden zur Speicherung von elektrischer Energie, zum Beispiel von einer oder für eine Windkraftanlage, oder zum Antrieb eines wenigstens teilweise oder vollständig elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs verwendet. Batteries or battery systems with at least one battery are widely used and are used for the storage of electrical energy, for example from or for a wind turbine, or for driving a motor vehicle driven at least partially or completely electrically.
Es ist allgemein bekannt, dass Ladungsunterschiede zwischen Batteriemodulen einer Batterie nicht größer als ein vorgegebener maximal zulässiger Ladungsunterschied sein dürfen. Sollten die Ladungsunterschiede zwischen den Batteriemodulen beispielsweise aufgrund fertigungstechnischer Toleranzen oder thermischer Einflüsse zu groß sein, kann dies die Leistungsfähigkeit der Batterie erheblich beeinflussen, da das Batteriemodul mit dem geringsten Ladezustand und das Batteriemodul mit dem höchsten Ladezustand limitierend für die zur Verfügung stehende Batteriekapazität wirken. Sobald das Batteriemodul mit dem geringsten Ladezustand entladen ist, können andere Batteriemodule der Batterie nämlich nicht weiter entladen werden. Ist das Batteriemodul mit dem ursprünglich höchsten Ladezustand infolge eines Aufladevorgangs vollständig geladen, können die anderen Batteriemodule der Batterie nicht weiter aufgeladen werden. It is well known that charge differences between battery modules of a battery must not be greater than a predetermined maximum allowable charge difference. If the charge differences between the battery modules, for example, due to manufacturing tolerances or thermal influences to be too large, this can significantly affect the performance of the battery, since the battery module with the lowest state of charge and the battery module with the highest state of charge are limiting for the available battery capacity. As soon as the battery module with the lowest charge state is discharged, other battery modules of the battery can not be discharged further. If the battery module with the highest initial charging state as a result of a charging process is fully charged, the other battery modules of the battery can no longer be charged.
Um die Leistungsfähigkeit des Batteriemoduls oder der mehrere Batteriemodule aufweisenden Batterie vollständig nutzen zu können, ist es üblich, die Ladungsunterschiede zwischen den Batteriemodulen der Batterie zu minimieren. Dabei werden Batteriemodule mit relativ geringeren Ladungszuständen aufgeladen und/oder Batteriemodule mit relativ höheren Ladungszuständen entladen, bis alle einen zumindest ähnlichen Ladezustand aufweisen. In order to fully utilize the performance of the battery module or battery having multiple battery modules, it is common to minimize the charge differences between the battery modules of the battery. In this case, battery modules are charged with relatively lower charge states and / or discharge battery modules with relatively higher charge states, until all have an at least similar state of charge.
Damit die Ladezustände der Batteriemodule möglichst schnell ausgeglichen werden können, wird als ausgeglichener Ladezustand der mittlere Ladezustand der Batteriemodule im Ausgangsladezustand gewählt, da dieser im Mittel für alle Batteriemodule am schnellsten zu erreichen ist. Beispielsweise werden die Batteriemodule einfach elektrisch miteinander verbunden, so dass sich die Ladungsunterschiede ausgleichen können. So that the charge states of the battery modules can be compensated as quickly as possible, the average state of charge of the battery modules is selected in the initial state of charge as a balanced state of charge, since this is the fastest way to achieve the mean for all battery modules. For example, the battery modules are simply electrically connected to each other, so that the charge differences can compensate.
Dabei kann es jedoch vorkommen, dass getrennt voneinander ausgeglichene Gruppen von Batteriemodulen unterschiedliche ausgeglichene Ladungszustände aufweisen. Die Ladezustände unterschiedlicher Gruppen von Batteriemodulen müssen, bevor sie zu einer Batterie-Subunit oder einer Batterie zusammengefasst werden können, jedoch erneut ausgeglichen werden, da der Ladungsunterschied zwischen unterschiedlichen, mit den bekannten Verfahren ausgeglichenen Gruppen größer als der maximal zulässige Ladungsunterschied sein kann. Dieser zusätzliche Ausgleichsvorgang erfordert Zeit und belegt Betriebsmittel.However, it may happen that separately balanced groups of battery modules have different balanced charge states. However, the charge states of different groups of battery modules must be balanced again before they can be combined into a battery subunit or a battery, since the charge difference between different groups balanced with the known methods can be greater than the maximum permissible charge difference. This additional compensation process takes time and occupies resources.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Ausgleichen von Ladungsunterschieden zwischen wenigstens zwei wieder aufladbaren Batteriemodulen bereitgestellt, bei dem dem Ausgangsladezustand eines der Batteriemodule eine zum Erreichen eines vorgegebenen Sollladezustands benötigte Ladungsmenge zugeordnet und die zugeordnete Ladungsmenge dem Batteriemodul hinzugefügt oder entnommen wird.According to the invention, a method is provided for equalizing charge differences between at least two rechargeable battery modules, in which the output charge state of one of the battery modules is assigned a charge quantity required to achieve a predetermined nominal charge state and the assigned charge amount is added or removed from the battery module.
Die benötigte Ausgleichsladungsmenge kann so vorgegeben sein, dass der Ausgleichsvorgang bis zum Erreichen des vorgegebenen Sollladezustands länger dauert, als bei einem Auf- oder Entladen des Batteriemoduls auf den mittleren Ladezustand. Im Vergleich zum schnellen Verfahren des Standes der Technik dauert der Ausgleichsvorgang zwar womöglich länger. Ein nachträglich durchzuführendes weiteres Ausgleichsverfahren ist jedoch nicht mehr nötig, wodurch vorhandene Fertigungskapazitäten besser ausgenutzt werden können. Da das erfindungsgemäße Ausgleichsverfahren insbesondere im Rahmen der Fertigung von Batteriemodulen beziehungsweise von mehrere Batteriemodule aufweisenden Batterien eingesetzt wird, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zur bekannten Vorgehensweise bei begrenzten Fertigungsmitteln Ladungszustände von einer größeren Anzahl von Batteriemodulen ausgeglichen werden, als mit den bekannten Verfahren. Hierdurch können Fertigungskapazitäten gesteigert und Fertigungskosten verringert werden.The required amount of compensation charge may be predetermined so that the compensation process takes longer to reach the predetermined nominal state of charge, as in a charging or discharging the battery module to the average state of charge. Compared to the fast method of the prior art, the compensation process may take longer. However, a subsequent additional compensation process is no longer necessary, whereby existing production capacities can be better utilized. Since the compensation method according to the invention is used in particular in the production of battery modules or batteries having several battery modules, the method according to the invention can compensate for charge states of a larger number of battery modules compared to the known procedure with limited production means than with the known methods. This can increase manufacturing capacity and reduce manufacturing costs.
Ferner wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Ausgleichen von Ladungsunterschieden mindestens zweier Batteriemodule bereitgestellt, die eine Zuordnungseinrichtung zur Ermittlung von zum Ausgleichen benötigten Ladungsmengen anhand von Ladungsdifferenzen zwischen dem Ausgangsladezustand zumindest eines der Batteriemodule und einem vorgegebenen Sollladezustand aufweist.Furthermore, according to the invention, a device for compensating charge differences of at least two battery modules is provided, which has an allocation device for determining charge quantities required for compensation on the basis of charge differences between the charge carriers Output charging state of at least one of the battery modules and a predetermined nominal charging state.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können anhand der Ladungsdifferenzen die wirklich zur Herstellung des Sollladezustands bei allen Batteriemodulen hinzuzufügenden oder zu entnehmenden Ladungsmengen bestimmt werden, so dass auch mit der Vorrichtung Fertigungskapazitäten erhöht und Fertigungskosten gesenkt werden.With the device according to the invention, the charge differences which are actually to be added or to be added to the battery charging modules for the production of the nominal charging state can be determined so that production capacities are increased and production costs are reduced even with the device.
Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und die mit ihnen verbundenen Vorteile wird im Folgenden eingegangen. The solution according to the invention can be further improved by various configurations which are advantageous in each case and can be combined with one another as desired. These embodiments and the advantages associated with them will be discussed below.
So können die benötigten Ladungsmengen mit zumindest einem Zuordnungsschritt in Abhängigkeit von für den Ausgangsladezustand repräsentativen Eigenschaften der Batteriezelle oder des Batteriemoduls bestimmt werden. Der jeweilige Ausgangsladezustand der Batteriezelle oder des Batteriemoduls kann also einfach über den Ausgangsladezustand der benötigten Ladungsmenge zugeordnet werden. Thus, the required charge quantities can be determined with at least one allocation step as a function of properties of the battery cell or of the battery module that are representative of the output charge state. The respective output charging state of the battery cell or of the battery module can thus be easily associated with the required charge quantity via the initial charging state.
Eine den Ausgangsladezustand repräsentierende Eigenschaft ist zum Beispiel die Ruhe- beziehungsweise Leerlaufspannung, also die Spannung zwischen Anschlusskontakten der jeweiligen Batteriezelle beziehungsweise des jeweiligen Batteriemoduls, ohne eine daran hängende elektrische Last. Insbesondere die Verwendung der Leerlaufspannung ermöglicht eine einfache und genaue Bestimmung der benötigten Landungsmengen, da die Leerlaufspannung beispielsweise nach dem Anschluss der Batteriezelle oder des Batteriemoduls an die Ausgleichsvorrichtung gemessen werden kann. Kurz oder direkt nach der Messung kann mit dem Ausgleichen der Ladungsunterschiede begonnen werden. Änderungen des Ausgangsladezustands nach dessen Bestimmung bis zum Hinzufügen oder Entnehmen von Ladungsmengen durch dazwischen verstrichene Zeit sind dann in der Regel vernachlässigbar und die Batteriezelle oder das Batteriemodul ist nicht mehrfach zu kontaktieren, was die Handhabung der Zellen oder Module bei deren Fertigung vereinfacht.A property representing the initial charge state is, for example, the rest or open circuit voltage, that is to say the voltage between terminal contacts of the respective battery cell or of the respective battery module, without an electrical load suspended thereon. In particular, the use of the open circuit voltage allows a simple and accurate determination of the required landing quantities, since the open circuit voltage can be measured, for example, after connecting the battery cell or the battery module to the balancing device. Shortly or directly after the measurement, the compensation of the charge differences can be started. Changes in the initial state of charge after its determination until the addition or removal of charge quantities by time elapsed therebetween are then usually negligible and the battery cell or the battery module is not repeatedly contacted, which simplifies the handling of the cells or modules in their manufacture.
Zur Bestimmung des Ladungsunterschieds beziehungsweise des Ausgangsladezustands kann nicht nur die Leerlaufspannung gemessen werden, sondern es können auch andere für den Ausgangsladezustand repräsentative physikalische oder chemische Eigenschaften der Batteriezelle oder des Batteriemoduls verwendet werden. Um auch den Messschritt zur Ermittlung der Leerlaufspannung zumindest für einige der Batteriezellen beziehungsweise der Batteriemodule einzusparen, kann der Ausgangsladezustand zumindest einer der Batteriezellen oder eines der Batteriemodule auch aus deren oder dessen Fertigungsdaten ermittelt werden, ohne dass die betreffende Batteriezelle oder das betreffende Batteriemodul zur Bestimmung des Ladungsunterschieds kontaktiert werden muss. Diese Fertigungsdaten können durch eine Fertigungsdatenbank bereitgestellt werden. Die Fertigungsdatenbank kann vorab ermittelte Leerlaufspannungen oder für den Ausgangsladezustand repräsentative Eigenschaften bereitstellen. Die Fertigungsdaten umfassen beispielsweise die Leerlaufspannung der Batteriezellen oder der Batteriemodule bei deren Fertigung, die Kapazität der Batteriezellen oder des Batteriemoduls und/oder den Innenwiderstand der Zellen beziehungsweise der Module. Es kann also ausreichen, kurz vor Beginn des Ausgleichsvorgangs die Fertigungsdaten der betreffenden Batteriezelle oder des betreffenden Batteriemoduls abzufragen.Not only the open-circuit voltage can be measured to determine the charge difference or the output charge state, but also other physical or chemical properties of the battery cell or the battery module that are representative of the initial charge state can be used. In order to save the measuring step for determining the no-load voltage, at least for some of the battery cells or the battery modules, the output charging state of at least one of the battery cells or one of the battery modules can also be determined from their or their manufacturing data, without the relevant battery cell or the relevant battery module for determining the Charge difference must be contacted. This manufacturing data can be provided through a manufacturing database. The manufacturing database may provide pre-determined open circuit voltages or characteristics representative of the output state of charge. The manufacturing data include, for example, the open circuit voltage of the battery cells or the battery modules in their manufacture, the capacity of the battery cells or the battery module and / or the internal resistance of the cells or the modules. It may therefore be sufficient to query the manufacturing data of the relevant battery cell or of the relevant battery module shortly before the beginning of the compensation process.
Durch die Bestimmung der zum Erreichen des Sollladungszustands benötigten Ladungsmenge für die jeweilige Batteriezelle oder das jeweilige Batteriemodul ist die benötigte Ausgleichslademenge jederzeit an den Ausgangsladezustand angepasst und die Sollladungsmenge wird effektiv in jeder der Batteriezellen und jedem der Batteriemodule erreicht. Der Sollladezustand ist unabhängig vom Ausgangsladezustand, so dass Ladungsunterschiede zwischen unterschiedlichen Gruppen von Batteriezellen oder Batteriemodulen nach einem Ausgleichen der Ausgangsladungszustände unterhalb des maximal zulässigen Ladungsunterschieds liegen. Batteriezellen oder Batteriemodule unterschiedlicher Gruppen können also problemlos in einem Batteriemodul oder in einer Batterie-Subunit beziehungsweise in einer Batterie verbaut werden. Ein weiterer Ausgleichsschritt ist nicht erforderlich, selbst wenn Ladungsunterschiede innerhalb einer der Gruppen separat von anderen Gruppen ausgeglichen werden.By determining the amount of charge required to reach the target charge state for each battery cell or battery module, the required balance charge amount is always adjusted to the output charge state, and the target charge amount is effectively achieved in each of the battery cells and each of the battery modules. The nominal state of charge is independent of the initial state of charge, so that differences in charge between different groups of battery cells or battery modules after equalization of the initial charge states are below the maximum permissible charge difference. Battery cells or battery modules of different groups can thus be easily installed in a battery module or in a battery Subunit or in a battery. A further equalization step is not required even if charge differences within one of the groups are balanced separately from other groups.
Alternativ zur Bestimmung der zum Erreichen der Sollladungsmenge hinzuzufügenden oder zu entnehmenden Ladungsmenge könnte auch der Ladungszustand während des Ausgleichsvorgangs überwacht werden. Beispielsweise könnte die Leerlaufspannung der Batteriezellen oder der Batteriemodule überwacht werden. Zum Messen der Leerlaufspannung wären die Batteriezellen oder die Batteriemodule jedoch elektrisch von der Ausgleichsvorrichtung zu trennen oder zumindest der Ausgleichsvorgang zu unterbrechen. Eine Messung der Leerlaufspannung wäre also aufwendiger als die Verwendung der benötigten Ladungsmengen.As an alternative to determining the amount of charge to be added or taken to reach the target charge amount, the charge state during the compensation process could also be monitored. For example, the open circuit voltage of the battery cells or the battery modules could be monitored. For measuring the open circuit voltage, however, the battery cells or the battery modules would be to be electrically disconnected from the balancing device or at least to interrupt the balancing process. A measurement of the open circuit voltage would therefore be more complicated than the use of the required charge quantities.
Um die Ausgleichsladungsmenge möglichst einfach bestimmen zu können, können die benötigten Ladungsmengen aus einer Ausgangsladezustände oder Ladungsdifferenzen mit benötigten Ladungsmengen verknüpfenden Zuordnungsmatrix entnommen werden. Die Zuordnungseinrichtung kann zur Bestimmung der benötigten Ausgleichsladungsmenge und insbesondere zu deren Zuordnung ausgebildet und die Zuordnungsmatrix kann zumindest im Betrieb in der Zuordnungseinrichtung gespeichert sein. Die Zuordnung der benötigten Ladungsmengen über die Matrix erfordert nur einen geringen Rechenaufwand, so dass die Zuordnungseinrichtung preiswert hergestellt werden kann. Alternativ kann ein Bediener der Ausgleichsvorrichtung die zum Beispiel als Tabelle dargestellte Zuordnungsmatrix zur Bestimmung der benötigten Ladungsmengen verwenden.In order to be able to determine the equalization charge quantity as simply as possible, the required charge quantities can be determined from an initial charge state or charge differences with the assignment matrix associated with required charge quantities be removed. The allocation device can be designed to determine the required compensation charge quantity and in particular to allocate it, and the assignment matrix can be stored in the allocation device at least during operation. The assignment of the required charge quantities via the matrix requires only a small amount of computation, so that the allocation device can be manufactured inexpensively. Alternatively, an operator of the balancing device may use the assignment matrix shown for example as a table to determine the required charge quantities.
Um Fertigungs- beziehungsweise Testkapazität einzusparen, können jeder der Batteriezellen oder jedem der Batteriemodule ausschließlich die ihrer beziehungsweise seiner Ladungsdifferenz zugeordnete Ladungsmenge, also die Ladungsmenge, die zum Erreichen des Sollladezustands benötigt ist, hinzugefügt oder entnommen werden. Das Ausgleichsverfahren kann nach dem Transfer der benötigten Ladungsmengen beendet werden, um Zeit zu sparen.In order to save manufacturing or test capacity, each of the battery cells or each of the battery modules can be added or removed exclusively the amount of charge associated with its or its charge difference, that is, the amount of charge needed to reach the desired charge state. The balancing process can be terminated after the transfer of the required charge quantities in order to save time.
Die Ladungsunterschiede werden bevorzugt nach dem Einbau der Batteriezellen in das Batteriemodul oder nach der Montage der Batteriemodule in sogenannte Batterie-Subunits für eine Batterie oder in eine Batterie ausgeglichen. Hierdurch sind die Batteriezellen oder die Batteriemodule ausreichend vorpositioniert, wodurch separat ausgebildete Halterungen für die Batteriezellen oder die Batteriemodule unnötig sind. Vorzugsweise wird der Ausgangsladezustand der Batteriezellen beziehungsweise der Batteriemodule vor der elektrischen Verbindung der Batteriezellen oder der Batteriemodule miteinander auf den Sollladezustand gebracht, damit sich die Batteriezellen oder die Batteriemodule nicht durch unterschiedliche Ausgangsladezustände untereinander beeinflussen oder Ladungsunterschiede bei der Kontaktierung beispielsweise durch Lichtbogenbildung beeinträchtigen.The charge differences are preferably compensated after installation of the battery cells in the battery module or after mounting the battery modules in so-called battery subunits for a battery or in a battery. As a result, the battery cells or the battery modules are prepositioned sufficiently, which separately trained holders for the battery cells or the battery modules are unnecessary. The output charging state of the battery cells or of the battery modules is preferably brought to the desired charging state with one another so that the battery cells or the battery modules do not influence one another by different initial charging states or impair charging differences during the contacting, for example by arcing.
Insbesondere kann der Ladungsunterschied im Rahmen eines Tests zumindest eines der die Batteriezellen umfassenden Batteriemodule oder einer der die Batteriemodule umfassenden Batterie-Subunits oder Batterie, bei dem zum Beispiel auch der Innenwiderstand oder mechanische Eigenschaften des Batteriemoduls oder der Batterie-Subunit beziehungsweise der Batterie geprüft werden, ausgeglichen werden. Spätestens vor der Inbetriebnahme der Batterie sollten Ladungsunterschiede zwischen den Batteriezellen oder den Batteriemodulen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeglichen werden. In particular, the charge difference may be tested during a test of at least one of the battery modules comprising battery cells or one of the battery modules comprehensive battery subunits or battery, in which, for example, the internal resistance or mechanical properties of the battery module or the battery Subunit or the battery are checked be compensated. At the latest before commissioning of the battery, charge differences between the battery cells or the battery modules should be compensated with the method according to the invention and / or with the device according to the invention.
Die Bestimmungseinrichtung kann ausgebildet sein, den Ausgangsladezustand einer oder mehrerer Batteriezellen beziehungsweise eines oder mehrerer der Batteriemodule zu bestimmen. Zum Beispiel weist die Bestimmungseinrichtung eine Messeinheit zur Messung der Leerlaufspannung wenigstens einer Batteriezelle oder eines Batteriemoduls auf oder ist Daten übertragend mit der Messeinheit verbindbar. Alternativ kann die Bestimmungseinrichtung mit einer Fertigungsdaten der Batteriezellen oder der Batteriemodule beinhaltenden Speichereinrichtung Daten übertragend verbindbar sein.The determining device can be designed to determine the output charging state of one or more battery cells or one or more of the battery modules. For example, the determination device has a measuring unit for measuring the no-load voltage of at least one battery cell or a battery module, or can be connected to the measuring unit in a data-transmitting manner. Alternatively, the determination device can be connected in a data transferring manner with a memory device containing manufacturing data of the battery cells or of the battery module.
Um die benötigten Ladungsmengen bestimmen und gezielt transferieren zu können, kann die Zuordnungseinrichtung eingangsseitig Daten übertragend mit der Bestimmungseinrichtung und ausgangsseitig Steuersignal übertragend mit der Ausgleichseinrichtung verbunden sein. Im Betrieb können der Zuordnungseinrichtung eingangsseitig Ausgangsladezustände oder Ladungsdifferenzen von der Bestimmungseinrichtung zugeführt sein. Alternativ können die Ladungsdifferenzen in der Zuordnungseinrichtung aus den Ausgangsladezuständen bestimmt werden. Die Zuordnungseinrichtung kann zum Beispiel über zumindest eine Datenleitung mit der Bestimmungseinrichtung Daten übertragend verbunden sein. Die Ausgangsladezustände oder Ladungsdifferenzen können als ein beliebiges Datensignal übersandt werden. In order to be able to determine the required charge quantities and to be able to transfer them in a targeted manner, the allocation device can be connected on the input side to transfer data with the determination device and on the output side transmit control signal to the compensation device. During operation, the allocation device can be supplied with input charging states or charge differences from the determination device on the input side. Alternatively, the charge differences in the allocation means may be determined from the output charge states. For example, the allocation device can be connected to the determination device via data transmission via at least one data line. The output charge states or charge differences may be transmitted as any data signal.
Damit die benötigten Ladungsmengen bereitgestellt werden können, kann die Ausgleichsvorrichtung eine Ladungsquelle aufweisen oder an eine Ladungsquelle, beispielsweise an eine externe Stromquelle, anschließbar ausgestaltet sein. Die Ladungsquelle und die Ausgleichseinrichtung können ausgestaltet sein, um hohe Ströme, von beispielsweise mehreren 10 A, zu transferieren, um den Ausgleichsvorgang zu verkürzen. Sollen Ladungsmengen aus den Batteriezellen oder den Batteriemodulen entnommen werden, kann die Ausgleichseinrichtung zusätzlich oder alternativ eine Ladungssenke, zum Beispiel in Form eines geregelten gesteuerten oder Masseschlusses, aufweisen.In order that the required charge quantities can be provided, the compensation device can have a charge source or can be designed to be connected to a charge source, for example to an external current source. The charge source and the equalizer may be configured to transfer high currents, for example, several 10 amps, to shorten the equalization process. If charge quantities are to be taken from the battery cells or the battery modules, the compensation device may additionally or alternatively have a charge sink, for example in the form of a controlled controlled or ground fault.
Um den Ausgleichsvorgang so steuern zu können, dass er nach Erreichen des vorgegebenen Sollladungszustands beendet wird, kann die Ausgleichseinrichtung im Betrieb in Abhängigkeit vom Steuersignal der Zuordnungseinrichtung elektrische Energie von und/oder zu wenigstens einer der Batteriezellen oder einem der Batteriemodule transferieren. In order to be able to control the compensation process in such a way that it is terminated after the predefined set charge state has been reached, the compensation device can transfer electrical energy from and / or to at least one of the battery cells or one of the battery modules during operation as a function of the control signal of the allocation device.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Ausgleichseinrichtung zumindest eine Ausgleichsbaugruppe mit einem ersten und einem zweiten Transistor sowie zwei Anschlusskontakten für eine der Batteriezellen oder eines der Batteriemodule auf, wobei die Transistoren mit den Anschlusskontakten elektrisch leitfähig verbunden sind und der erste Transistor als Ladungssenke zum Entnehmen von Ladung aus der Batteriezelle beziehungsweise dem Batteriemodul und der zweite Transistor zum Hinzufügen von Ladung zur Batteriezelle oder zum Batteriemodul mit den Anschlusskontakten verschaltet ist. Diese Schaltung ist einfach und kostengünstig aufzubauen.In a preferred embodiment, the compensation device has at least one compensation module with a first and a second transistor and two connection contacts for one of the battery cells or one of the battery modules, wherein the transistors are electrically conductively connected to the connection contacts and the first transistor as a charge sink for removing charge from the battery cell or the Battery module and the second transistor for adding charge to the battery cell or the battery module is connected to the terminals. This circuit is simple and inexpensive to build.
Die Transistoren können als sogenannte Metall-Oxid-Halbleiter-Transistoren aufgebaut sein. Wird die Batteriezelle oder das Batteriemodul falsch gepolt mit der Ausgleichseinrichtung verbunden, können die Transistoren beschädigt werden. Zum Schutz der Transistoren können diese mit einer Schutzdiode versehen sein, deren Leitungsrichtung von einem Source-Kontakt des Transistors zu dessen Drain-Kontakt weist und die diese Kontakte miteinander verschaltet. Die Transistoren können beide selbstsperrende n-Kanal Metall-Oxid-Halbleiter-Transistoren sein, die Ladung nur von oder zu der Batteriezelle oder dem Batteriemodul transferieren, wenn an einem Gate-Kontakt der Transistoren ein Steuersignal anliegt. Die Gate-Kontakte können beispielsweise Steuersignal übertragend mit der Zuordnungseinrichtung verbunden sein.The transistors can be constructed as so-called metal-oxide-semiconductor transistors. If the battery cell or the battery module is incorrectly connected to the balancing device, the transistors may be damaged. To protect the transistors, they may be provided with a protective diode whose line direction points from a source contact of the transistor to its drain contact and interconnects these contacts. The transistors may both be self-blocking n-channel metal-oxide-semiconductor transistors that transfer charge only to or from the battery cell or the battery module when a control signal is applied to a gate contact of the transistors. The gate contacts may, for example, be connected to the allocation device in a transferring manner as a control signal.
Um die bereits hinzugefügte oder entnommene Ladungsmenge messen zu können, kann die Ausgleichseinrichtung mit einem Strommesser versehen sein, der vorzugsweise Daten übertragend mit der Zuordnungseinrichtung verbunden ist und im Betrieb die bereits transferierten Ladungsmengen misst und entsprechende Daten an die Zuordnungseinrichtung leitet.In order to be able to measure the amount of charge already added or removed, the compensating device can be provided with an ammeter, which is preferably connected to the mapping device in a data-transmitting manner and during operation measures the quantities of charge already transferred and passes corresponding data to the mapping device.
Insbesondere kann der Source-Kontakt des ersten Transistors mit einem der Anschlusskontakte und insbesondere mit dem zum Anschließen des negativen Pols der Batteriezelle oder des Batteriemoduls ausgebildeten Anschlusskontakt elektrisch leitfähig verbunden sein. Der Drain-Kontakt des ersten Transistors sowie ein Source-Kontakt des zweiten Transistors können mit dem anderen Anschlusskontakt, also dem zum Anschluss des positiven Pols der Batteriezelle oder des Batteriemoduls ausgestalteten Anschlusskontakt, elektrisch leitfähig verbunden sein. Hierzu können die beiden Kontakte zunächst mit einem Knotenpunkt verbunden sein, von dem eine Anschlussleitung zum Anschlusskontakt führt. Im Verlauf der Anschlussleitung kann der Strommesser angeordnet sein und den durch die Anschlussleitung zwischen dem Knotenpunkt und dem Anschlusskontakt fließenden Strom messen. Der Strommesser ist bevorzugt so ausgebildet, dass der nicht nur den Betrag des fließenden Stroms, sondern auch dessen Flussrichtung im Betrieb erkennt und als Daten an die Zuordnungseinrichtung übermittelt. Ein Drain-Kontakt des zweiten Transistors kann mit der Ladungsquelle, beispielsweise einer Stromquelle, elektrisch leitfähig verbunden sein.In particular, the source contact of the first transistor may be electrically conductively connected to one of the connection contacts and in particular to the connection contact formed for connecting the negative pole of the battery cell or of the battery module. The drain contact of the first transistor and a source contact of the second transistor can be electrically conductively connected to the other terminal contact, that is to say the terminal contact designed to connect the positive pole of the battery cell or of the battery module. For this purpose, the two contacts may first be connected to a node, from which a connecting line leads to the terminal contact. In the course of the connecting line, the ammeter can be arranged and measure the current flowing through the connecting line between the node and the connecting contact. The ammeter is preferably designed so that it recognizes not only the amount of the flowing current, but also its flow direction during operation and transmitted as data to the allocation device. A drain contact of the second transistor may be electrically conductively connected to the charge source, for example a current source.
Die Batteriezellen oder die Batteriezellen der Batteriemodule, deren Ladungszustand ausgeglichen werden soll, sind bevorzugt wieder aufladbare Lithium-Ionen-Batteriezellen. The battery cells or the battery cells of the battery modules whose charge state is to be compensated are preferably rechargeable lithium-ion battery cells.
Zeichnungendrawings
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde. In the following, the invention will be explained by way of example with reference to embodiments with reference to the drawings. The different features of the embodiments can be combined independently of each other, as has already been explained in the individual advantageous embodiments.
Es zeigen:Show it:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Zunächst sind Aufbau und Funktion einer stark vereinfacht dargestellten Vorrichtung zum Ausgleichen von Ladungsunterschieden mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der
Die Vorrichtung
Zur Bestimmung des Ausgangsladezustandes kann die Bestimmungseinrichtung
Um die benötigte Ladungsmenge Q zu bestimmen, kann die Vorrichtung
Des Weiteren ist die Vorrichtung
Soll die Vorrichtung
Auch kann die Vorrichtung
Im Ausführungsbeispiel der
Die Ausgleichseinrichtung
Sollen zusätzlich zum Batteriemodul
In einem ersten Verfahrensschritt
Im folgenden Verfahrensschritt
Anhand der ermittelten Ausgangsladezustände wird im nun folgenden Verfahrensschritt
Im Verfahrensschritt
Im jetzt folgenden Verfahrensschritt
Das Netzteil
Der Stromsensor
Das Netzteil
Gate-Kontakte
Jeweils eine Diode
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201210214090 DE102012214090A1 (en) | 2012-08-08 | 2012-08-08 | Method for balancing differences in charge of battery modules, involves adding or removing required amount of charge of battery module in output state of charge of battery modules to reach predetermined target state of charge |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201210214090 DE102012214090A1 (en) | 2012-08-08 | 2012-08-08 | Method for balancing differences in charge of battery modules, involves adding or removing required amount of charge of battery module in output state of charge of battery modules to reach predetermined target state of charge |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102012214090A1 true DE102012214090A1 (en) | 2014-02-13 |
Family
ID=49999160
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201210214090 Withdrawn DE102012214090A1 (en) | 2012-08-08 | 2012-08-08 | Method for balancing differences in charge of battery modules, involves adding or removing required amount of charge of battery module in output state of charge of battery modules to reach predetermined target state of charge |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102012214090A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021057833A1 (en) * | 2019-09-25 | 2021-04-01 | 比亚迪股份有限公司 | Variable step size equalization processing method, and device, medium, battery package, and vehicle |
-
2012
- 2012-08-08 DE DE201210214090 patent/DE102012214090A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021057833A1 (en) * | 2019-09-25 | 2021-04-01 | 比亚迪股份有限公司 | Variable step size equalization processing method, and device, medium, battery package, and vehicle |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102014102667B4 (en) | METHOD AND SYSTEM FOR ESTIMATING THE VOLTAGE OF A BATTERY ELEMENT | |
EP1920518A1 (en) | Device and method for balancing charge between the individual cells of a double-layer capacitor | |
DE112016002218T5 (en) | Control device, electrical storage device and electrical storage system | |
WO2010118910A1 (en) | Determination of the internal resistance of a battery cell of a traction battery while using inductive cell balancing | |
DE102009002466A1 (en) | Extended battery diagnosis for traction batteries | |
WO2010118909A1 (en) | Determination of the internal resistance of a battery cell of a traction battery while using resistive cell balancing | |
EP2482422A1 (en) | Device and method for monitoring and making symmetrical a multi-cell energy storage stack | |
EP2858849B1 (en) | Method for determining the internal ohmic resistance of a battery module, battery management system and motor vehicle | |
WO2013120637A1 (en) | Method for monitoring a battery | |
DE102014107670A1 (en) | Charge transfer method and circuit with energy buffering | |
DE102013013471A1 (en) | Method for determining the supply impedance in multicell battery packs for line fault detection | |
DE102013214817A1 (en) | Method for diagnosing a condition of a battery | |
DE102012214808A1 (en) | Method for compensating charge differences between battery cells to e.g. drive electrical driven motor car, involves assigning output charge state of cells to charge amount, and adding or removing assigned charge amount of battery cells | |
AT510117A1 (en) | BATTERY MODULE | |
DE102018129426B3 (en) | Process for active charge balancing in energy stores | |
DE102012003100A1 (en) | Electrical energy storage i.e. traction battery, for hybrid motor vehicle, has measuring cell connected in series to individual cells, where increase of characteristics of voltage at charging condition of cell is larger than cells | |
DE102016121630B4 (en) | METHOD AND DEVICE FOR STATE MONITORING OF A STARTER BATTERY OF A MOTOR VEHICLE | |
WO2019079836A1 (en) | Apparatus | |
DE102015219828A1 (en) | Means of transport, apparatus and method for determining a voltage of a cell of a string of a plurality of series-connected cells of an electrochemical energy store | |
DE102012214090A1 (en) | Method for balancing differences in charge of battery modules, involves adding or removing required amount of charge of battery module in output state of charge of battery modules to reach predetermined target state of charge | |
DE102009054547B4 (en) | Determining the internal resistance of a battery cell of a traction battery | |
DE102016222320A1 (en) | Battery unit, battery system and method for operating a battery unit and / or a battery system | |
DE102016219452A1 (en) | Battery unit and method for operating a battery unit | |
WO2015128190A1 (en) | Method for monitoring the thermal stress of balancing resistors | |
DE102019215790A1 (en) | Control device circuit for a motor vehicle and motor vehicle and operating method for the control device circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: GULDE HENGELHAUPT ZIEBIG & SCHNEIDER, DE Representative=s name: GULDE & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWALTSKANZL, DE |
|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |