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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Temperatur in einem Thermomanagementsystem eines Batteriesystems. Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm sowie ein Batteriesystem, die zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind.
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In der Entwicklung von hoch effizienten Antriebskonzepten für Fahrzeuge mit niedrigen Emissionswerten wird insbesondere das Konzept der Elektrifizierung des Antriebsstrangs in Form verschiedener Hybridvarianten oder reinen Elektroantrieben verfolgt. In rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (electric vehicle, EV), Hybridfahrzeugen (hybrid electric vehicle, HEV) oder extern aufladbaren Hybridfahrzeugen (plug-in-hybrid electric vehicle, PHIV) sind die elektrischen Energiespeicher Schlüsselkomponenten, um die gewünschten Reichweiten zu erreichen. Als elektrische Energiespeicher dienen üblicherweise Batteriesysteme mit Batteriezellen, die auch als Akkumulatorzellen oder galvanische Zellen bezeichnet werden.
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An derartige Batteriesysteme werden hohe Anforderungen hinsichtlich der Energiedichte, des Lade-/Entladewirkungsgrades, der Funktionszuverlässigkeit und der Lebensdauer gestellt. Ein Faktor, der die Lebensdauer derartiger Batteriesysteme signifikant beeinflusst, ist die Temperatur, bei der das Batteriesystem betrieben wird. So altern zum Beispiel Batteriesysteme auf Basis von Lithium-Ionen-Zellen bei Temperaturen > 40°C signifikant schneller als bei Temperaturen zwischen 5 und 40°C. Daher ist es bekannt, Batteriesysteme mit einem Thermomanagementsystem auszustatten, das durch Erwärmen oder Kühlen die Temperatur des Batteriesystems in einem optimalen Temperaturbereich hält und das Temperaturprofil über mehrere Batteriezellen möglichst konstant hält.
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In
DE 10 2010 031 414 A1 ist eine bedarfsgerechte Batteriekühlung für Elektro- oder Hybridfahrzeuge beschrieben, bei der dynamischer Einfluss und/oder Störgrößen berücksichtigt werden. Dazu wird ein verstellbares Batteriekühlsystem eingesetzt, das von einem Kühlmittel durchströmte Kühlkanäle umfasst. Als Stellglied für die Durchströmung ist ein Temperatur-Sollwert in einem einschleifigen Regelkreis mit kennliniengestützter Sollwertgenerierung vorgesehen. Die kennliniengestützte Sollwertgenerierung berücksichtigt die Umgebungstemperatur oder den jeweiligen Fahrmodus.
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Aus
DE 10 2012 208 980 A1 ist ein System zum Anpassen der Batterietemperatur bekannt. Hierbei wird insbesondere eine Schnellaufladung realisiert, indem die Temperatur der Batterie entsprechend geregelt wird. Damit wird der Batterie im Niedrigtemperaturzustand, wenn die Umgebungstemperatur zum Beispiel unterhalb des Gefrierpunkts liegt, Warmluft und im Hochtemperaturzustand Kaltluft zugeführt.
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DE 10 2011 015 557 A1 beschreibt ein Wärmemanagementsystem zum Ableiten von Wärmeenergie von der Sekundärbatterie während des Betriebes.
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Um die Lebensdauer eines Batteriesystems zu erhöhen, besteht ein anhaltendes Interesse daran, das Thermomanagementsystem von Batteriesystemen zu verbessern.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Regeln einer Temperatur in einem Thermomanagementsystem eines Batteriesystems eines Fahrzeuges vorgeschlagen, wobei die Temperatur wenigstens einer Einheit des Batteriesystems auf einem ersten Temperatursollwert geregelt wird, wenn sich das Batteriesystem in einem Ladebetrieb befindet, und die Temperatur der wenigstens einen Einheit des Batteriesystems auf einen zweiten Temperatursollwert geregelt wird, wenn sich das Batteriesystem in einem Fahrbetrieb befindet, wobei sich der erste Temperatursollwert von dem zweiten Temperatursollwert unterscheidet.
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Der Ladebetrieb bezeichnet dabei einen Betriebszustand, in dem die Batterie geladen wird, das heißt die Batterie des Fahrzeuges ist an eine externe Stromquelle angeschlossen und wird von dieser mit elektrischer Energie zum Laden versorgt. Der Fahrbetrieb bezeichnet einen Betriebszustand, in dem elektrische Energie der Batterie zum Antreiben des Fahrzeuges, insbesondere zum Antreiben eines Elektromotors des Fahrzeuges, genutzt wird. Im Fahrbetrieb wird die Batterie also entladen. Man kann damit auch von einem Entladebetrieb sprechen.
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Bevorzugt ist das Batteriesystem Teil eines elektrischen Antriebs eines Fahrzeuges. Dabei bezeichnet das Batteriesystem ein System, das eine Batterie mit einer oder mehreren Batteriezellen umfasst, die von einem Batteriemanagement überwacht und gesteuert werden. So können im Batteriemanagementsystem unterschiedliche Funktionen implementiert sein, die Zustandsparameter, wie Ströme, Spannungen oder Temperaturen des Batteriesystems überwachen und steuern, um die Zuverlässigkeit, die Lebensdauer und die Sicherheit der Batterie zu gewährleisten.
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Eine Funktion, die im Batteriemanagementsystem implementiert ist, betrifft das Thermomanagement oder die Temperaturregelung im Batteriesystem. Dabei wird insbesondere die Temperatur einzelner Einheiten des Batteriesystems, etwa der Batterie und deren Batteriezellen oder Batteriemodulen, in denen mehrere Batteriezellen zusammengefasst sind, geregelt. Bevorzugt wird die Temperatur der einzelnen Einheiten des Batteriesystems derart geregelt, dass das Temperaturprofil über mehrere Einheiten des Batteriesystems im Wesentlichen konstant ist. Im Wesentlichen konstant beinhaltet hierbei Temperaturabweichungen zwischen einzelnen Einheiten von +/–10°C, bevorzugt +/–5°C.
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In einer Implementierung wird erfasst, ob sich die Batterie im Ladebetrieb oder im Fahrbetrieb befindet. Beispielweise kann eine Verbindung zu einer externen Stromquelle erfasst werden, wobei sich die Batterie im Ladebetrieb befindet. Alternativ kann ein Einschalten der Zündung erfasst werden, wobei sich die Batterie im Fahrbetrieb befindet.
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In einer weiteren Implementierung werden der erste und/oder der zweite Temperatursollwert als vorgegebener Wert bereitgestellt. So kann für den ersten und/oder den zweiten Temperatursollwert jeweils ein vorgegebener Wert im Speicher hinterlegt sein, der einem Batteriemanagementsystem oder einer weiteren Einheit im Fahrzeug, etwa einem übergeordneten Steuergerät, zugeordnet sein kann.
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In einer weiteren Implementierung werden der erste und/oder der zweite Temperatursollwert in Abhängigkeit von wenigstens einem Zustandsparameter angepasst. Beispielsweise können der erste und/oder der zweite Temperatursollwert in Abhängigkeit von einem Alterungszustandsparameter, wie einem Gesundheitszustand (State of Health, SOH), angepasst werden, der etwa vom Batteriemanagementsystem bereitgestellt wird. Beispielsweise können der erste und/oder der zweite Temperatursollwert bei einem niedrigen SOH verringert werden oder bei einem hohen SOH erhöht werden. Der SOH ist dabei niedrig oder hoch, wenn in einem aktuellen Zustand der Batterie die Ziellebensdauer unter- oder überschritten wird. Der Alterungszustand der Batterie kann zum Beispiel anhand einer Kapazität der Batterie und/oder der Batteriezellen ermittelt werden. Zusätzlich oder alternativ können der erste und/oder der zweite Temperatursollwert in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur angepasst werden, die etwa vom Batteriemanagementsystem oder von einer anderen im Fahrzeug vorhandenen Messeinrichtung für die Umgebungstemperatur bereitgestellt wird.
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In einer weiteren Implementierung ist der erste Temperatursollwert, das heißt der Temperatursollwert im Ladebetrieb, kleiner als der zweite Temperatursollwert, das heißt der Temperatursollwert im Fahrbetrieb. In einer weiteren Implementierung ist der erste Temperatursollwert mindestens 5°C, bevorzugt mindestens 10°C und besonders bevorzugt mindestens 15°C niedriger als der zweite Temperatursollwert. Für Lithium-Ionen-Batteriezellen kann der erste Temperatursollwert im Bereich von 10 bis 27°C, bevorzugt im Bereich von 15 bis 25°C liegen. Beispielsweise kann der erste Temperatursollwert 20°C betragen. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Temperatursollwert lediglich eine Vorgabe darstellt und die Temperatur der Einheit des Batteriesystems in einem Bereich von +/–5°C um den Temperatursollwert liegen kann. Der zweite Temperatursollwert kann für Lithium-Ionen-Batteriezellen im Bereich von 28 bis 45°C, bevorzugt im Bereich von 30 bis 40°C liegen. Beispielsweise kann der zweite Temperatursollwert 35°C betragen.
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In einer weiteren Implementierung umfasst ein Regelkreislauf ein Erfassen einer aktuell gemessenen Temperatur der Einheit des Batteriesystems und ein Regeln der Temperatur auf einen ersten oder zweiten Temperatursollwert. Dabei kann die Temperatur der Einheit des Batteriesystems mit Hilfe von Temperatursensoren erfasst werden, die die Temperatur einzelner Einheiten, wie der Batteriezellen oder der Batteriemodule, messen. Im Regelkreislauf stellt dabei die aktuell gemessene Temperatur die Regelgröße dar. Weicht die aktuell gemessene Temperatur je nach Betriebszustand von dem ersten oder dem zweiten Temperatursollwert ab, ergibt sich eine Regeldifferenz, die die Änderung einer Stellgröße zur Folge hat. Als Stellgröße eignet sich zum Beispiel eine Kühlleistung oder eine Wärmeleistung eines Thermoaggregats.
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In einer weiteren Implementierung wird zum Regeln der aktuell gemessenen Temperatur die Kühlleistung oder die Wärmeleistung des Thermoaggregats an eine Differenz zwischen der aktuell gemessenen Temperatur und, je nach Betriebszustand, dem ersten oder dem zweiten Temperatursollwert angepasst.
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Im Batteriesystem ist das Thermoaggregat üblicherweise Teil eines Batteriekühlsystems, das einen Temperierungsfluidkreislauf mit einer Pumpe und einer Batteriekühleinheit, insbesondere einer Kühlplatte, umfasst. Dabei kann das Thermoaggregat zusätzlich mit einem weiteren Temperierungsfluidkreislauf verbunden sein und als Wärmetauscher oder als Wärmeübertrager zwischen den zwei Temperierungsfluidkreisläufen wirken. Beispielsweise kann dem Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen einer Kühlplatte zugeordnet sein, die die thermische Anbindung des Batteriemoduls an das Batteriekühlsystem über einen Wärmeleitpfad vom Zellboden realisiert. Im Temperierungsfluidkreislauf befindet sich damit insbesondere die Batteriekühleinheit, eine Pumpe und ein Wärmeübertrager oder ein Wärmetauscher zum Bereitstellen der Kälteleistung. Zusätzlich kann im Temperierungsfluidkreislauf eine Heizeinrichtung aufgenommen sein, um eine entsprechende Wärmeleistung bereitzustellen. Als Temperierungsfluid eignet sich beispielsweise eine Glykol-Wasser-Mischung.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm zur Durchführung eines der hierin beschriebenen Verfahren vorgeschlagen, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei der Computereinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Einheit zur Implementierung eines Batteriemanagementsystems, insbesondere eines Thermomanagementsystems, in einem Batteriesystem eines Fahrzeugs handeln. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert werden, etwa auf einem permanenten oder wiederbeschreibbaren Speichermedium oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung, oder auf einer entfernbaren CD-Rom, DVD, Blue-Ray Disk oder einem USB-Stick. Zusätzlich oder alternativ kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung, wie einem Server oder einem Cloud-Server, zum Herunterladen bereitgestellt werden, zum Beispiel über ein Datennetzwerk wie das Internet oder eine Kommunikationsverbindung, wie etwa eine Telefonleitung oder eine Drahtlosverbindung.
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Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Batteriesystem zum Regeln einer Temperatur einer Einheit des Batteriesystems vorgeschlagen, das folgende Komponenten umfasst:
- a) mindestens eine Komponente zum Erfassen eines Ladebetriebs oder Fahrbetriebs des Batteriesystems,
- b) mindestens eine Komponente zum Bereitstellen eines ersten Temperatursollwerts für den Ladebetrieb und eines zweiten Temperatursollwertes für den Fahrbetrieb, wobei sich der erste Temperatursollwert von dem zweiten Temperatursollwert unterscheidet, und
- c) mindestens eine Komponente zum Regeln der Temperatur wenigstens einer Einheit des Batteriesystems auf den ersten Temperatursollwert, wenn sich das Batteriesystem in einem Ladebetrieb befindet, und auf den zweiten Temperatursollwert, wenn sich das Batteriesystem in einem Fährbetrieb befindet.
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Das erfindungsgemäße Batteriesystem ist vorzugweise zur Durchführung der vorstehend beschriebenen Verfahren ausgebildet und/oder eingerichtet. Im Batteriesystem können die funktionalen Komponenten in Hardware oder in Software auf einer programmierbaren Computereinrichtung, etwa einem Steuergerät des Batteriemanagementsystems, realisiert sein.
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So kann die Komponente zum Erfassen eines Ladebetriebs oder eines Fahrbetriebs des Batteriesystems beispielsweise als Sensor ausgestaltet sein, der eine Verbindung zu einer Ladestation oder das Einschalten einer Zündung detektiert.
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Die Komponente zum Bereitstellen des ersten und/oder des zweiten Temperatursollwertes kann beispielsweise einen dem Batteriemanagementsystem oder einer anderen Einheit im Fahrzeug zugeordneten Speicher umfassen. Werden der erste und/oder der zweite Temperatursollwert angepasst, kann die Komponente zum Bereitstellen der Temperatursollwerte als funktionale Komponente oder Routine im Rahmen eines Computerprogramms ausgestaltet sein, das auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird.
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Die Komponente zum Regeln der Temperatur wenigstens einer Einheit des Batteriesystems umfasst bevorzugt einen Regelkreislauf, in dem die aktuell gemessene Temperatur der Einheit des Batteriesystems durch Temperatursensoren erfasst wird, und als Regelgröße im Regelkreislauf fungiert. Weiterhin umfasst der Regelkreislauf eine Komponente zum Ermitteln der Regeldifferenz und eine Komponente zum Erzeugen eines Steuersignals, um die Stellgröße, etwa die Kühlleistung oder die Wärmeleistung, des Thermoaggregats einzustellen.
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Die Erfindung betrifft zudem ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem derartigen Batteriesystem. Dabei ist das Batteriesystem vorzugweise mit einem Antriebsstrang des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs verbunden.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung ermöglicht es, das Thermomanagement von Batteriesystemen optimal auf die Anforderungen im Ladebetrieb und im Fahrbetrieb anzupassen. So werden unterschiedliche Temperatursollwerte für die beiden Betriebszustände gewählt, wodurch die Alterung der Batterie reduziert wird und gleichzeitig die Reichweite erhöht wird.
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Insbesondere kann der erste Temperatursollwert im Ladebetrieb niedriger gewählt werden als der zweite Temperatursollwert im Fahrbetrieb. Dies hat zwar zur Folge, dass eine erhöhte Kühlleistung im Ladebetrieb notwendig ist, da mehr elektrische Energie der Batterie für die Kühlung aufgewendet werden muss. Jedoch dauert der Ladebetrieb mit üblicherweise acht Stunden länger als der Fahrbetrieb und hat daher größere Auswirkungen auf den Alterungszustand der Batteriezellen und damit des Batteriesystems. Die negativen Auswirkungen von hohen Zelltemperaturen auf die Alterung der Batteriezellen und damit des Batteriesystems können somit durch den niedrigen ersten Temperatursollwert im Ladebetrieb drastisch minimiert werden. Zusätzlich wird durch den gegenüber den Ladebetrieb höheren Temperatursollwert im Fahrbetrieb die Kühlleistung im Fahrbetrieb reduziert, was gleichzeitig die Reichweite des Fahrzeuges erhöht, da mehr elektrische Energie für den elektrischen Antrieb zur Verfügung steht.
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Der zweigeteilte Temperatursollwert für den Ladebetrieb und den Fahrbetrieb wirkt damit synergistisch in der Weise zusammen, dass nicht nur die temperaturbedingte Alterung der Batteriezellen beziehungsweise des Batteriesystems reduziert wird, sondern auch die Reichweite des Fahrzeugs erhöht wird.
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Zusätzlich kann die Betriebsstrategie mit unterschiedlichen Temperatursollwerten derart angepasst werden, dass auch äußere Einflüsse berücksichtigt werden können. Beispielweise kann ein Fahrverhalten eines Fahrers in einer Weise berücksichtigt werden, dass die Temperatursollwerte je nach Beanspruchung angepasst werden. So können die Temperatursollwerte bei schonender Nutzung hochgesetzt werden, um die Ladekosten zu verringern. Dies entspricht einem Bonus für den Fahrer für schonendes Fahren. Umgekehrt können die Temperatursollwerte bei starker Beanspruchung erniedrigt werden, um die Ziellebensdauer zu erreichen.
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Auch die Umgebungsbedingungen können in die Betriebsstrategie einfließen. So kann der eigentlich für den Zustand eingestellte Temperatursollwert bei einer hohen Umgebungstemperatur reduziert werden, um dadurch eine tiefere Batterietemperatur nach Beendigung des Ladevorgangs zu hinterlassen. Dies wiederum erhöht die Lebensdauer.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nunmehr anhand der beigefügten Zeichnungen eingehender beschrieben.
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Es zeigen:
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1 ein Fahrzeug mit einem Batteriesystem, in dem ein Thermomanagement realisiert ist,
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2 in Form eines Flussdiagramms eine Arbeitsweise des Batteriesystems der 1, und
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3 schematisch einen Regelkreis zum Regeln der Temperatur in dem Batteriesystem der 1.
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In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Komponenten und Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei in Einzelfällen auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten oder Elemente verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einem Batteriesystem 12, in dem ein Thermomanagement realisiert ist.
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Das Fahrzeug 10 kann als reines Elektrofahrzeug allein durch einen Elektromotor angetrieben werden oder neben dem Elektromotor einen Verbrennungsmotor aufweisen und als Hybridfahrzeug oder Plug-in-Hybridfahrzeug ausgestaltet sein. Um die elektrische Energie für den Antrieb bereitzustellen, ist das Fahrzeug 10 mit einem Batteriesystem 12 ausgerüstet. Das Batteriesystem 12 umfasst eine Einheit 14 mit mehreren Batteriezellen. Die Batteriezellen können dabei seriell oder parallel verschaltet zu Batteriemodulen zusammengefasst sein.
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Zum Temperieren der Einheit 14, beispielsweise zum Temperieren von Batteriezellen oder Batteriemodulen, ist die Einheit 14 mit einem Batteriekühlsystem 16 ausgestattet. Das Batteriekühlsystem 16 umfasst wenigstens eine Kühlplatte 18, die mit den zu kühlenden Batteriezellen oder Batteriemodulen thermisch in Verbindung steht. Weiterhin umfasst das Batteriekühlsystem 16 einen Regelkreislauf, in dem ein Temperierungsfluid geführt wird, beispielsweise eine Wasser-Glykol-Mischung. Zusätzliches Teil des Regelkreislaufes ist ein Thermoaggregat 20, das als Wärmeübertrager zur Bereitstellung von Kälteleistung dient. Neben den Komponenten zum Kühlen der Einheit 14 kann das Batteriekühlsystem 16 auch eine Heizeinrichtung (nicht dargestellt) umfassen, die neben dem Kühlbetrieb auch einen Heizbetrieb ermöglicht.
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Zum Steuern und Überwachen der Einheit 14 umfasst das Batteriesystem 12 weiterhin ein Batteriemanagementsystem 22, in dem unterschiedliche Funktionen zur Überwachung und Steuerung von Zustandsparametern der Einheit 14 implementiert sind. Eine Implementierung betrifft das Thermomanagement, das die Temperatur der Einheit 14 und insbesondere der Batteriezellen überwacht und regelt.
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Dazu ist das Batteriemanagementsystem 22 neben weiteren in 1 nicht dargestellten Funktionseinheiten mit einem Thermomanagementsystem 24 ausgestattet. Zur Regelung der Temperatur sind unterschiedliche Kommunikationsverbindungen zwischen dem Batteriemanagementsystem 22 oder dem Thermomanagementsystem 24 und weiteren Komponenten vorgesehen. So verfügt das Batteriemanagementsystem 22 oder das Thermomanagementsystem 24 über eine Schnittstelle 30, um Daten über einen ersten Kommunikationskanal 26 mit einer Schnittstelle 28 der Einheit 14 auszutauschen. Insbesondere werden über den Kommunikationskanal 26 Zustandsparameter, wie Temperaturen, Spannungen oder Ströme, der Batteriezellen an das Batteriemanagementsystem 22 oder das Thermomanagementsystem 24 übermittelt. Zusätzlich umfasst das Batteriemanagementsystem 22 oder das Thermomanagementsystem 24 eine Schnittstelle 36 und das Thermoaggregat 20 eine Schnittstelle 38, zwischen denen über einen zweite Kommunikationskanal 34 Daten ausgetauscht werden können. Der erste und der zweite Kommunikationskanal 26, 34 können als Datenbus, beispielsweise als serieller Datenbus (Serial Peripheral Interface, SPI) oder als Can-Bus (Control Area Network Bus) ausgestaltet sein. Weiterhin kann ein Außentemperatursensor 58 an das Batteriemanagementsystem 22 oder das Thermomanagementsystem 24 angebunden sein, um eine Umgebungstemperatur bereitzustellen.
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Um zu erfassen, ob sich das Batteriesystem 12 in einem Ladebetrieb oder einem Fahrbetrieb befindet, ist das Batteriemanagementsystem 22 oder das Thermomanagementsystem 24 an einen Sensor 40 angebunden, der zum Beispiel das Einschalten einer Zündung erfasst und über einen Kommunikationskanal 42 an das Batteriemanagementsystem 22 oder das Thermomanagementsystem 24 übermittelt. Um zu erfassen, ob das Batteriesystem 12 sich in einem Ladebetrieb befindet, ist das Batteriemanagementsystem 22 oder das Thermomanagementsystem 24 weiterhin an ein Ladeelement 44 angebunden, das eine Verbindung mit einer externen Stromquelle 48 erfasst und über einen Kommunikationskanal 46 an das Batteriemanagementsystem 22 oder das Thermomanagementsystem 24 übermittelt. Befindet sich das Batteriesystem 12 in einem Ladebetrieb, wird über eine elektrische Leitung 50 elektrische Energie von der externen Stromquelle 48 an das Fahrzeug 10 und insbesondere die Einheit 14 übertragen. Die Steuerung des Ladevorgangs erfolgt dabei über das Batteriemanagementsystem 22, das eine elektrische Verbindung 52 zwischen der externen Stromquelle 48 und der Einheit 14 freischaltet. Zusätzlich kann zwischen dem Batteriemanagementsystem 22 und der externen Stromquelle 48 ein Kommunikationskanal 45 zur Übertragung von Daten eingerichtet sein.
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In 2 ist in Form eines Flussdiagramms eine Arbeitsweise des Batteriesystems 12 aus 1 gezeigt.
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In einem ersten Schritt 100 wird das Thermomanagementsystem 24 initialisiert, in dem die Verbindung zu der externen Stromquelle 48 oder ein Einschalten einer Zündung über den Sensor 40 erfasst wird.
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In einem zweiten Schritt 102 werden die erfassten Daten an das Batteriemanagementsystem 22 oder das Thermomanagementsystem 24 übermittelt und festgelegt, in welchem Betriebszustand sich das Batteriesystem 12 befindet. Für den Fall, dass im zweiten Schritt 102 eine Verbindung mit der externen Stromquelle 48 erfasst wurde, befindet sich das Batteriesystem 12 im Ladebetrieb. Für den Fall, dass im zweiten Schritt 102 das Einschalten der Zündung erfasst wurde, befindet sich das Batteriesystem 12 im Fahrbetrieb.
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Abhängig von dem ermittelten Betriebszustand wird in einem dritten Schritt 104 der Temperatursollwert ermittelt. Wurde im zweiten Schritt 102 der Ladebetrieb ermittelt, dann wird in einem vierten Schritt 106 ein erster Temperatursollwert festgelegt. Wurde in dem zweiten Schritt 102 ermittelt, dass sich das Batteriesystem 12 im Fahrbetrieb befindet, dann wird in einem fünften Schritt 108 ein zweiter Temperatursollwert festgelegt. Dabei können der erste und der zweite Temperatursollwert in einem dem Batteriemanagementsystem 22 oder dem Thermomanagementsystem 24 zugeordneten Speicher als vorgegebener Wert hinterlegt sein.
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Alternativ können, wie in 2 angedeutet, der erste und der zweite Temperatursollwert angepasst werden. Dazu können in einem sechsten und einem siebten Schritt 110, 112 Zustandsparameter bereitgestellt werden, die in dem vierten oder fünften Schritten 106, 108 bei der Ermittlung des ersten und/oder zweiten Temperatursollwertes berücksichtigt werden. Insbesondere werden der Alterungszustand der Einheit 14 anhand des SOH-Parameters sowie die Umgebungstemperatur berücksichtigt. Ist der SOH beispielweise niedrig, spricht dies für eine hohe Beanspruchung der Einheit 14. Dies kann zumindest teilweise dadurch ausgeglichen werden, dass der erste und/oder der zweite Temperatursollwert gegenüber den Sollwerten für einen normalen Alterungszustand vermindert werden. Umgekehrt können der erste und/oder der zweite Temperatursollwert erhöht werden, wenn der SOH-Parameter hoch ist und damit für eine schonende Beanspruchung der Einheit 14 spricht. Ist die Umgebungstemperatur niedrig, beispielsweise kleiner 10°C, können der erste und/oder der zweite Temperatursollwert gegenüber den Sollwerten für eine normale Umgebungstemperatur etwa im Bereich von 20 °C vermindert werden.
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Nach Festlegen der ersten und/oder zweiten Temperatursollwerte in den vierten oder fünften Schritten 106, 108 erfolgt anschließend im achten Schritt 114 die Regelung der Temperatur der Batterie, beziehungsweise einer Einheit 14, wie einer oder mehrerer Batteriezellen oder Batteriemodule. Im Ladebetrieb wird die Temperatur der Einheit 14 in einem neunten Schritt 116 auf den ersten Temperatursollwert geregelt. Im Fahrbetrieb wird die Temperatur der Einheit 14 in einem zehnten Schritt 118 auf einen zweiten Temperatursollwert geregelt. Dazu ist ein Regelkreislauf 200 realisiert, der in 3 näher dargestellt ist.
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3 zeigt einen Regelkreis 200 zum Regeln einer Temperatur in einem Batteriesystem 12.
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Dabei stellt je nach Betriebszustand der erste oder der zweite Temperatursollwert einen Sollwert 202 des Regelkreislaufes 200 dar. Zur Regelung einer aktuell gemessenen Temperatur 204 der Einheit 14 wird zunächst eine Differenz 206 zwischen der aktuell gemessenen Temperatur 204 und dem ersten oder zweiten Temperatursollwert gebildet. Dieser ergibt eine Regelabweichung 208, der ein Regler 210 entgegenwirkt. Zu diesem Zweck ändert der Regler 210 eine Stellgröße 212, die in dem Batteriekühlsystem 16 beispielsweise die Kühlleistung sein kann. So kann je nach Regelabweichung 208 die Kühlleistung erhöht oder erniedrigt werden. Kommt es durch Störgrößen 214, wie die Wärmeentwicklung in der Einheit 14, zu Änderungen der aktuell gemessenen Temperatur als Regelgröße 204, die wiederum eine Abweichung von dem ersten oder zweiten Temperatursollwert auslöst, wird der Regelkreis 200 erneut durchlaufen.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereiches eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010031414 A1 [0004]
- DE 102012208980 A1 [0005]
- DE 102011015557 A1 [0006]
