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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Konstantstrom-Grenzwerts, mittels dessen ein durch eine Batteriezelle fließender erster Strom begrenzt wird.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Batteriezellen vor zu hohen und zu niedrigen Spannungslagen geschützt werden müssen, da sonst ihre Lebensdauer verkürzt wird und die Batteriezellen unter Umständen irreversibel beschädigt werden können. Aus diesem Grund werden Konstantstrom-Grenzwerte für einen durch eine solche Batteriezelle fließenden ersten Strom bestimmt. Diese Konstantstrom-Grenzwerte sorgen dafür, dass, wenn sie eingehalten werden, ein Spannungswert einer ersten Spannung zwischen geeigneten Spannungsgrenzwerten bleibt. Die erste Spannung liegt bei fließendem erstem Strom zwischen zwei von außerhalb der Batteriezelle kontaktierbaren Terminals der Batteriezelle an. Die Konstantstrom-Grenzwerte werden jeweils mittels einer ersten Funktion bestimmt, die einen mittels eines Berechnungsmodells in Abhängigkeit von mehreren Parametern berechneten ersten Verlauf des durch die Batteriezelle fließenden ersten Stromes angibt. Dabei ist das Berechnungsmodell abhängig von einem vordefinierten Ersatzschaltbild, das für die Batteriezelle verwendet wird. Die mehreren Parameter umfassen die erste Spannung, eine zweite Spannung, die eine Leerlaufspannung der Batteriezelle angibt, eine Zeitvariable und weitere Parameter. Die Zeitvariable gibt einen variablen Prädiktionszeitraum an, welches auch als variabler Prädiktionshorizont bezeichnet wird. Zum Bestimmen eines Konstantstrom-Grenzwertes werden in der ersten Funktion ein entsprechender Spannungsgrenzwert für die erste Spannung und ein vordefinierter Zeitwert für die Zeitvariable eingesetzt. Dabei gibt der auch als „Prädiktionszeit“ bezeichnete vordefinierte Wert der Zeitvariable eine Dauer eines maximalen Prädiktionszeitraums an, für den der bestimmte Konstantstrom-Grenzwert gültig ist und an dessen Ende die erste Spannung den entsprechenden Spannungsgrenzwert erreicht, wenn der erste Strom mittels des bestimmten Konstantstrom-Grenzwerts begrenzt wird. Die weiteren Parameter sind von einer Struktur des vordefinierten Ersatzschaltbilds abhängig. Die Konstantstrom-Grenzwerte geben einen während des maximalen Prädiktionszeitraums in Entladerichtung maximal verfügbaren Konstantstrom und einen während des maximalen Prädiktionszeitraums in Laderichtung maximal verfügbaren Konstantstrom an. Eine solche Bestimmung eines Konstantstrom-Grenzwerts ist auch aus der Druckschrift
DE 10 2012 204 957 A1 bekannt.
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Aus dem Dokument
JP 2010-169609 A ist eine Batterie mit einer ersten Bestimmungseinheit und einer zweiten Bestimmungseinheit bekannt. Die erste Bestimmungseinheit ist dazu ausgebildet ist, mehrere Parameter eines vordefinierten Ersatzschaltbilds, das für die Batterie verwendet wird, zu bestimmen. Dabei werden die mehreren Parameter anhand gemessener Spannungswerte einer Batteriespannung, die zwischen zwei Terminals der Batterie anliegt, und anhand gemessener Stromwerte eines Batteriestroms, der durch die Batterie fließt, bestimmt. Die mehreren Parameter geben Widerstands- und Kapazitätswerte von in dem vordefinierten Ersatzsatzschaltbild vorkommenden Widerständen und Kondensatoren an. Ferner ist die erste Bestimmungseinheit dazu ausgebildet, eine Korrektur eines Parameters der mehreren Parameter anhand einer Abweichung durchzuführen. Dabei gibt die Abweichung eine Differenz zwischen einem aktuell gemessenen Spannungswert der Batteriespannung und einem mittels eines von den Parametern abhängigen Berechnungsmodells berechneten Spannungswert der Batteriespannung an. Die zweite Bestimmungseinheit ist dazu ausgebildet, einen Konstantstrom-Grenzwert für den Batteriestrom in Abhängigkeit von den mehreren Parametern zu bestimmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Bestimmen eines Konstantstrom-Grenzwerts bereitgestellt, mittels dessen ein durch eine Batteriezelle fließender erster Strom begrenzt wird. Der Konstantstrom-Grenzwert wird anhand einer ersten Funktion bestimmt, die einen in Abhängigkeit von mehreren Parametern berechneten ersten Verlauf des ersten Stromes angibt. Die mehreren Parameter umfassen eine zwischen zwei Terminals der Batteriezelle anliegende erste Spannung, eine eine Leerlaufspannung der Batteriezelle angebende zweite Spannung und eine Zeitvariable, die einen variablen Prädiktionszeitraum angibt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden ein erster, zweiter und dritter Schritt durchgeführt. Der erste Schritt umfasst ein Messen eines Stromwerts des ersten Stromes und eines Spannungswerts der ersten Spannung. Der zweite Schritt umfasst ein Bestimmen eines aktuellen Korrekturspannungswerts in Abhängigkeit von dem gemessenen Stromwert des ersten Stromes und des gemessenen Spannungswerts der ersten Spannung. Der dritte Schritt umfasst ein Bestimmen des aktuellen Konstantstrom-Grenzwerts mittels einer vordefinierten Funktion, die sich durch ein Ersetzen der zweiten Spannung mit einer von der zweiten Spannung und dem aktuellen Korrekturspannungswert abhängigen Korrekturspannung in der ersten Funktion ergibt.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die erste Spannung bei fließendem erstem Strom zwischen den zwei Batteriezellterminals der Batteriezelle an.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die zwei Batteriezellterminals bevorzugt von außerhalb der Batteriezelle kontaktierbar.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der erste Verlauf des ersten Stromes mittels eines Berechnungsmodells berechnet.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bevorzugt ein vordefiniertes Ersatzschaltbild für die Batteriezelle verwendet. Bei Verwendung des vordefinierten Ersatzschaltbildes ist das Berechnungsmodell abhängig von dem vordefinierten Ersatzschaltbild.
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Bei einem zuvor beschriebenen Verfahren wird bevorzugt ein vierter Schritt durchgeführt. Der vierte Schritt umfasst ein Bestimmen der in der vordefinierten Funktion vorkommenden Korrekturspannung als lineare Kombination zwischen der zweiten Spannung und dem aktuellen Korrekturspannungswert. Diese lineare Kombination kann bevorzugt als Summe zwischen der zweiten Spannung und dem aktuellen Korrekturspannungswert definiert sein.
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Bei einem zuvor beschriebenen Verfahren wird der Konstantstrom-Grenzwert mittels der vordefinierten Funktion bestimmt. Dabei wird die vordefinierte Funktion in Abhängigkeit von dem aktuellen Korrekturspannungswert bestimmt. Dies geschieht in einfacher Weise durch eine explizite Berücksichtigung des aktuellen Korrekturspannungswerts in der ersten Funktion. Hier zu berücksichtigen ist, dass der aktuelle Korrekturspannungswert in Abhängigkeit von den gemessenen Werten des ersten Stromes und der ersten Spannung, das heißt, in Abhängigkeit von aktuell tatsächlich vorkommenden Werten des ersten Stromes und der ersten Spannung, bestimmt wird. Folglich basiert die Bestimmung des Konstantstrom-Grenzwerts nicht alleine auf dem für den ersten Verlauf des ersten Stromes verwendeten Berechnungsmodell sondern auch auf den aktuell tatsächlich vorkommenden Werten des ersten Stromes und der ersten Spannung. Dadurch wird eine Genauigkeit der Bestimmung des aktuellen Konstantstrom-Grenzwerts erhöht.
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Bei einem zuvor beschriebenen Verfahren wird bevorzugt ein fünfter Schritt durchgeführt. Der fünfte Schritt umfasst ein Bestimmen des Konstantstrom-Grenzwerts als eine Konstantstrom-Grenzwert-Funktion, die mit der vordefinierten Funktion dann übereinstimmt, wenn die erste Spannung einen vordefinierten Spannungswert und die Zeitvariable einen vordefinierten Wert aufweist. Dabei ist der vordefinierte Spannungswert der ersten Spannung gleich mit einem Spannungsgrenzwert. Ferner ist der vordefinierte Wert der Zeitvariable gleich mit einer Prädiktionszeit, die eine Dauer eines maximalen Prädiktionszeitraumes angibt, über den der Konstantstrom-Grenzwert gültig ist.
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Bei einem zuvor beschriebenen Verfahren umfassen die Parameter ferner weitere Parameter. Die weiteren Parameter sind bei Verwendung des vordefinierten Ersatzschaltbildes von einer Struktur desselben abhängig.
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Bei einem zuvor beschriebenen Verfahren, bei dem die Parameter die weiteren Parameter umfassen, wird bevorzugt ein sechster Schritt durchgeführt. Der sechste Schritt umfasst ein Definieren der Konstantstrom-Grenzwert-Funktion gemäß einer im Folgenden angegebenen Relation. In dieser Relation werden mit GIB die Konstantstrom-Grenzwert-Funktion, mit GUB1 der vordefinierte Spannungswert der ersten Spannung, mit UB2 die zweite Spannung und mit KUB22 der aktuelle Korrekturspannungswert bezeichnet. Ferner werden mit i eine natürliche Zahl, mit TP der vordefinierte Wert der Zeitvariable und mit U0i, R0, Ri und τi die weiteren Parameter bezeichnet. Dabei liegt die natürliche Zahl i zwischen 1 und einer natürlichen Zahl n. Diese Relation lautet:
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Bei einem zuvor beschriebenen Verfahren ist eine Genauigkeit der Bestimmung des aktuellen Konstantstrom-Grenzwerts von einer Genauigkeit abhängig, mit der die zweite Spannung einschätzbar ist. Ferner ist die Genauigkeit der Bestimmung des aktuellen Konstantstrom-Grenzwerts von einer Genauigkeit des zum Berechnen des ersten Verlaufes des ersten Stromes verwendeten Berechnungsmodells abhängig. Dabei ist die Genauigkeit des zum Berechnen des ersten Verlaufes des ersten Stromes verwendeten Berechnungsmodells insbesondere von einer Genauigkeit abhängig, mit der die weiteren Parameter einschätzbar sind. Hier zu berücksichtigen ist, dass die zwischen den zwei Elektroden der Batteriezelle anliegende zweite Spannung nur ungenau eingeschätzt werden kann und sich während einer Lebensdauer der Batteriezelle ändert. Ferner zu berücksichtigen ist, dass der aktuelle Korrekturspannungswert genau bestimmt werden kann. Ein Grund dafür ist, dass der aktuelle Korrekturspannungswert von den aktuell tatsächlich vorkommenden Werten der ersten Spannung und des ersten Stromes abhängig ist, die gemessen und dadurch auch genau bestimmt werden. Folglich wird eine Ungenauigkeit, mit der die zweite Spannung einschätzbar ist, und eine Ungenauigkeit des Berechnungsmodells durch den aktuellen Korrekturspannungswert kompensiert.
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Bei einem zuvor beschriebenen Verfahren werden bevorzugt ein siebter, achter, neunter, zehnter, elfter und zwölfter Schritt durchgeführt. Der siebte Schritt umfasst ein Berechnen eines Stromwertes des ersten Stromes anhand des gemessenen Spannungswertes der ersten Spannung und eines Widerstandswertes eines Innenwiderstands der Batteriezelle. Der achte Schritt umfasst ein Bestimmen eines vorläufigen Korrekturspannungswerts anhand des gemessenen Stromwerts und des berechneten Stromwertes des ersten Stromes. Der neunte Schritt umfasst ein Verwenden einer zweiten Funktion, die sich durch Ersetzen der zweiten Spannung mit einer von der zweiten Spannung und des vorläufigen Korrekturspannungswerts abhängigen Korrekturspannung in der ersten Funktion ergibt. Der zehnte Schritt umfasst ein Berechnen eines aktuellen Funktionswertes der zweiten Funktion. Der elfte Schritt umfasst ein Verändern der vorläufigen Korrekturspannung solange, bis der aktuelle Funktionswert der zweiten Funktion mit dem aktuellen Stromwert des ersten Stromes übereinstimmt. Der zwölfte Schritt umfasst ein Gleichsetzen des aktuellen Korrekturspannungswerts mit dem veränderten vorläufigen Korrekturspannungswert.
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Bei einem zuvor beschriebenen Verfahren wird bevorzugt ein dreizehnter Schritt durchgeführt. Der dreizehnte Schritt umfasst ein Bestimmen der in der zweiten Funktion vorkommenden Korrekturspannung als lineare Kombination zwischen der zweiten Spannung und dem vorläufigen Korrekturspannungswert. Diese lineare Kombination kann bevorzugt als Summe zwischen der zweiten Spannung und dem vorläufigen Korrekturspannungswert definiert sein.
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Bei einem zuvor beschriebenen Verfahren, das den elften Schritt umfasst, wird der aktuelle Korrekturspannungswert in einer sehr einfachen Weise durch ein Verändern der vorläufigen Korrekturspannung bestimmt. Durch den so bestimmten aktuellen Korrekturspannungswert können sowohl die Ungenauigkeit, mit der die zweite Spannung einschätzbar ist, als auch die Ungenauigkeit des Berechnungsmodells besonders gut kompensiert werden.
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Ein Vorteil eines zuvor beschriebenen Verfahrens ist, dass der Konstantstrom-Grenzwert sich auch bei einer Bestimmung eines Leistungsgrenzwertes verwenden lässt, mittels dessen eine elektrische Leistung der Batteriezelle begrenzt werden kann.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Begrenzen eines durch eine Batteriezelle fließenden ersten Stromes mittels eines Konstantstrom-Grenzwerts. Dabei umfasst die Vorrichtung eine Spannungsmesseinheit, eine Strommesseinheit und eine Bestimmungseinheit. Ferner ist die Spannungsmesseinheit dazu ausgebildet, einen Spannungswert einer zwischen zwei Terminals einer Batteriezelle anliegenden ersten Spannung zu messen und diesen der Bestimmungseinheit bereitzustellen. Auch ist die Strommesseinheit dazu ausgebildet, einen Stromwert des ersten Stroms zu messen und diesen der Bestimmungseinheit bereitzustellen. Weiterhin ist die Bestimmungseinheit dazu ausgebildet, den Konstantstrom-Grenzwert gemäß einem zuvor beschriebenen Verfahren zu bestimmen.
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Hiermit wird explizit auf die Offenbarung der Druckschrift
DE 10 2012 204 957 A1 als Ausgangpunkt zum Verständnis der vorliegenden Erfindung Bezug genommen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. Für gleiche Komponenten und Parameter werden jeweils gleiche Bezugszeichen verwendet. Jede Komponente und jeder Parameter werden jeweils einmalig eingeführt und bei Wiederholung jeweils als schon bekannt behandelt, unabhängig davon, auf welche Zeichnung sich ein jeweils entsprechender Beschreibungsteil, in dem die entsprechende Komponente oder der entsprechende Parameter wiederholt vorkommt, bezieht. In den Zeichnungen ist:
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1 ein vordefiniertes Ersatzschaltbild einer Batteriezelle, die bei einer gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung durchzuführenden Bestimmung eines Konstantstrom-Grenzwerts, mittels dessen ein durch die Batteriezelle fließender erster Strom begrenzt wird, verwendet wird,
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2 eine stark schematisierte Darstellung eines Reglers und einer Berechnungseinheit, die bei der gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung durchzuführenden Bestimmung des Konstantstrom-Grenzwerts verwendet werden, und
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3 ein in Abhängigkeit von einer Zeit dargestellter Verlauf einer ersten Spannung, die bei fließendem erstem Strom zwischen zwei Terminals der Batteriezelle anliegt, in Vergleich zu einem Spannungsgrenzwert.
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Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt ein vordefiniertes Ersatzschaltbild 10 einer Batteriezelle, in dem ein positiver Batteriezellpol 1 und ein negativer Batteriezellpol 2 der Batteriezelle dargestellt sind, die mit zwei Elektroden der Batteriezelle 10 verbunden sind. In dem Ersatzschaltbild 10 sind ferner ein positiver Terminal 3 und ein negativer Terminal 4 der Batteriezelle dargestellt. Das Ersatzschaltbild 10 umfasst eine zwischen den positiven Batteriezellpol 1 und den positiven Terminal 3 geschaltete erste Reihenschaltung. Der negative Batteriezellpol 2 ist über eine Leitung mit dem negativen Terminal 4 verbunden.
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Die erste Reihenschaltung umfasst einen vordefinierten Widerstand und eine zweite Reihenschaltung, die in Reihe geschaltet sind. Der vordefinierte Widerstand weist einen Widerstandswert R0 auf.
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Die zweite Reihenschaltung umfasst beispielhaft fünf Parallelschaltungen, die eine erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Parallelschaltung aufweisen, die zueinander in Reihe geschaltet sind. Die erste Parallelschaltung umfasst einen ersten Widerstand und einen ersten Kondensator, die parallel geschaltet sind. Der erste Widerstand weist einen Widerstandswert R1 auf. Der erste Kondensator weist einen Kondensatorwert C1 auf. Die zweite Parallelschaltung umfasst einen zweiten Widerstand und einen zweiten Kondensator, die parallel geschaltet sind. Der zweite Widerstand weist einen Widerstandswert R2 auf. Der zweite Kondensator weist einen Kondensatorwert C2 auf. Die dritte Parallelschaltung umfasst einen dritten Widerstand und einen dritten Kondensator, die parallel geschaltet sind. Der dritte Widerstand weist einen Widerstandswert R3 auf. Der dritte Kondensator weist einen Kondensatorwert C3 auf. Die vierte Parallelschaltung umfasst einen vierten Widerstand und einen vierten Kondensator, die parallel geschaltet sind. Der vierte Widerstand weist einen Widerstandswert R4 auf. Der vierte Kondensator weist einen Kondensatorwert C4 auf. Die fünfte Parallelschaltung umfasst einen fünften Widerstand und einen fünften Kondensator, die parallel geschaltet sind. Der fünfte Widerstand weist einen Widerstandswert R5 auf. Der fünfte Kondensator weist einen Kondensatorwert C5 auf. Die zweite Reihenschaltung kann eine beliebige Anzahl von Parallelschaltungen umfassen, die jeweils in gleicher Weise wie jede der fünf zuvor genannten Parallelschaltungen ausgebildet und zueinander in Reihe geschaltet sind.
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In der 1 wird mit IB0 ein erster Strom bezeichnet, der durch den vordefinierten Widerstand und folglich auch über die Batteriezelle und die zwei Batteriezellterminals 3, 4 fließt.
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Ferner wird mit UB1 eine erste Spannung bezeichnet, die bei fließendem erstem Strom zwischen den zwei Batteriezellterminals 3, 4 anliegt. Auch wird mit UB2 eine zweite Spannung bezeichnet, die eine Leerlaufspannung UB2 der Batteriezelle angibt und in dem vordefinierten Ersatzschaltbild 10 zwischen den zwei Batteriezellpolen 1, 2 und folglich auch zwischen den zwei Elektroden anliegt. Weiterhin wird mit U0 eine über dem vordefinierten Widerstand abfallende Spannung bezeichnet. Auch werden mit U1 eine über dem ersten Widerstand abfallende Spannung, mit U2 eine über dem zweiten Widerstand abfallende Spannung, mit U3 eine über dem dritten Widerstand abfallende Spannung, mit U4 eine über dem vierten Widerstand abfallende Spannung und mit U5 eine über dem fünften Widerstand abfallende Spannung bezeichnet.
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Im Folgenden wird in Zusammenhang mit der 1 eine mittels eines Berechnungsmodells durchgeführte Berechnung des ersten Stromes IB0 näher beschrieben. Dabei wird für den ersten Strom IB0 zunächst eine erste Funktion IB1 verwendet, die einen zu berechnenden ersten Verlauf des ersten Stromes IB0 von mehreren Parametern angibt. Das zuvor genannte Berechnungsmodell ist von dem vordefinierten Ersatzschaltbild 10 abhängig.
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In einer im Folgenden eingeführten ersten Relation (1) wird ein Zusammenhang zwischen der ersten Spannung UB1, der zweiten Spannung UB2 und den über die Widerstände der ersten Reihenschaltung abfallenden Spannungen U0, U1, U2, U3, U4, U5 angegeben: UB1 = UB2 + U0 + U1 + U2 + U3 + U4 + U5 (1)
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In einer im Folgenden eingeführten zweiten Relation (2) wird ein Zusammenhang zwischen der über den vordefinierten Widerstand abfallenden Spannung U0, der für den ersten Strom IB0 verwendeten ersten Funktion IB1 und dem Widerstandswert R0 des vordefinierten Widerstandes angegeben: U0 = IB1·R0 (2)
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In einer im Folgenden eingeführten dritten Relation (3) wird ein Zusammenhang zwischen jeder über einen Widerstand der zweiten Reihenschaltung abfallenden Spannung Ui, der für den ersten Strom IB0 verwendeten ersten Funktion IB1, einer Zeitvariable t und weiteren Parametern bezüglich des jeweiligen Wiederstands angegeben:
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In der dritten Relation (3) wird mit i eine natürliche Zahl bezeichnet, die zwischen 1 und 5 liegt und sich auf jeden Widerstand der zweiten Reihenschaltung beziehen kann. Dabei gibt die Zeitvariable t einen variablen Prädiktionszeitraum an, welches auch als ein variabler Prädiktionshorizont bezeichnet wird. Die weiteren Parameter bezüglich jedes Widerstands der zweiten Reihenschaltung umfassen den Widerstandswert Ri des jeweiligen Widerstands und eine weitere Spannung U0i, die zu einem Beginn des variablen Prädiktionszeitraumes t abfällt. Die weiteren Parameter bezüglich jedes Widerstands der zweiten Reihenschaltung umfassen ferner eine Zeitkonstante τi, die als ein Produkt zwischen dem Widerstandswert Ri des jeweiligen Widerstands und dem Kapazitätswert Ci des mit dem jeweiligen Widerstand parallel geschalteten Kondensators berechnet wird.
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In einer im Folgenden eingeführten vierten Relation (4) wird die für den ersten Strom IB0 verwendete erste Funktion IB1 in Abhängigkeit von den mehreren Parametern, die die erste Spannung UB1, die zweite Spannung UB2, die Zeitvariable t und die zuvor definierten weiteren Parametern bezüglich jedes Widerstandes der zweiten Reihenschaltung umfassen, angegeben:
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Parameter, die den Widerstandswert R0 des vordefinierten Widerstands und die zuvor definierten weiteren Parameter bezüglich jedes Widerstands der zweiten Reihenschaltung umfassen, werden einfach als weitere Parameter bezeichnet.
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Aus der vierten Relation (4) ist ersichtlich, wie der erste Verlauf des ersten Stromes IB0 in Abhängigkeit von den mehreren Parametern mittels der ersten Funktion IB1 berechnet werden kann.
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In einer im Folgenden eingeführten fünften Relation (5) wird ein Zusammenhang zwischen einem Widerstandswert RB eines Innenwiderstands der Batteriezelle, dem Widerstandswert R0 des vordefinierten Widerstands und dem Widerstandswert Ri jedes Widerstands der zweiten Reihenschaltung angegeben:
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2 zeigt eine stark schematisierte Darstellung eines Reglers 20 und einer Berechnungseinheit 30, die bei einer gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung durchzuführenden Bestimmung eines Konstantstrom-Grenzwerts GBI verwendet werden. Dabei wird der erste Strom IB0 mittels des Konstantstrom-Grenzwerts GBI begrenzt. Die genannte Bestimmung wird in Zusammenhang mit den 1 und 2 näher erklärt.
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Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung werden ein Spannungswert der ersten Spannung UB1 und ein Stromwert IB01 des ersten Stromes IB0 gemessen. Dabei wird der gemessene Stromwert IB01 des ersten Stromes IB0 dem Regler 20 bereitgestellt. Ferner wird ein Stromwert IB02 des ersten Stromes IB0 anhand des gemessenen Spannungswertes der ersten Spannung UB1 und des Widerstandswerts RB des Innenwiderstands der Batteriezelle berechnet und dem Regler 20 bereitgestellt. Der Regler 20 bestimmt anhand des gemessenen Stromwertes IB01 und des berechneten Stromwertes IB02 des ersten Stromes IB0 einen vorläufigen Korrekturspannungswert KUB21. Ferner stellt der Regler 20 den vorläufigen Korrekturspannungswert KUB21 der Berechnungseinheit 30 bereit. Die Berechnungseinheit 30 verwendet eine zweite Funktion IB2, die sich durch ein Ersetzen der zweiten Spannung UB2 mit einer von der zweiten Spannung UB2 und dem vorläufigen Korrekturspannungswert KUB21 abhängigen Korrekturspannung in der ersten Funktion IB1 ergibt.
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In einer im Folgenden eingeführten sechsten Relation (6) wird ein Zusammenhang zwischen der zweiten Funktion IB2, den mehreren Parametern und dem vorläufigen Korrekturspannungswert KUB21 angegeben:
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Die Berechnungseinheit 30 berechnet ferner einen aktuellen Funktionswert IB21 der zweiten Funktion IB2, der für einen aktuellen Abtastzeitpunkt gültig ist. Dabei wird ein Funktionswert der zweiten Funktion IB2 nach einem jeden Abtastzeitpunkt neu berechnet, das heißt aktualisiert. Einen zeitlichen Abstand zwischen zwei unmittelbar nacheinander folgenden Abtastzeitpunkten wird als Abtastzeit T1 bezeichnet. Ein bei einer Berechnung des aktuellen Funktionswerts IB21 der zweiten Funktion IB2 in der zweiten Funktion IB2 eingesetzter erster Wert T1 der Zeitvariable t stimmt mit der Abtastzeit T1 überein, die beispielsweise 0,1 s betragen kann. Bei der Berechnung des aktuellen Funktionswerts IB21 der zweiten Funktion IB2 werden in der zweiten Funktion IB2 für alle anderen Parameter der mehreren Parameter ihre aktuellen Parameterwerte eingesetzt.
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In einer im Folgenden eingeführten siebten Relation (7) wird ein Zusammenhang zwischen dem aktuellen Funktionswert IB21 der zweiten Funktion IB2, den mehreren Parametern und dem vorläufigen Korrekturspannungswert KUB21 angegeben, wobei die Zeitvariable t den ersten Wert T1 aufweist:
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Die Berechnungseinheit 30 stellt ferner den aktuellen Funktionswert IB21 der zweiten Funktion IB2 dem Regler 20 bereit. Der Regler 20 vergleicht den gemessenen Stromwert IB01 des ersten Stromes IB0 mit dem aktuellen Funktionswert IB21 der zweiten Funktion IB2. Ferner verändert der Regler 20 den vorläufigen Korrekturspannungswert KUB21 gegebenenfalls solange, bis der aktuelle Funktionswert IB21 der zweiten Funktion IB2 gleich mit dem gemessenen Stromwert IB01 des ersten Stroms IB0 ist. Die Berechnungseinheit 30 verwendet denjenigen Wert des Korrekturspannungswerts KUB21, für den der aktuelle Funktionswert IB21 der zweiten Funktion IB2 gleich mit dem gemessenen Stromwert IB01 des ersten Stromes IB0 ist, als einen aktuellen Korrekturspannungswert KUB22.
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Die Berechnungseinheit 30 verwendet ferner eine vordefinierte Funktion IB, die sich durch ein Ersetzen der zweiten Spannung UB2 mit einer von der zweiten Spannung UB2 und des aktuellen Korrekturspannungswerts KUB22 abhängigen Korrekturspannung in der ersten Funktion IB1 ergibt.
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In einer im Folgenden eingeführten achten Relation (8) wird ein Zusammenhang zwischen der vordefinierten Funktion IB, den mehreren Parametern und dem aktuellen Korrekturspannungswert KUB22 angegeben:
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Gemäß der ersten Ausführungsform bestimmt die Berechnungseinheit 30 den Konstantstrom-Grenzwert GIB, mittels dessen der erste Strom IB0 begrenzt wird, als eine Konstantstrom-Grenzwert-Funktion GIB. Dabei stimmt die Konstantstrom-Grenzwert-Funktion GIB mit der vordefinierten Funktion IB dann überein, wenn die erste Spannung UB1 einen vordefinierten Spannungswert GUB1 und die Zeitvariable t einen vordefinierten Wert TP aufweist, der größer als der erste Wert T1 der Zeitvariable t ist. Der vordefinierte Spannungswert GUB1 der ersten Spannung UB1 stimmt dabei mit einem vordefinieren Spannungsgrenzwert GUB1 überein. Ferner stimmt der vordefinierte Wert TP der Zeitvariable mit einer Prädiktionszeit TP überein, der eine Dauer eines maximalen Prädiktionszeitraums angibt, über den der Konstantstrom-Grenzwert GIB gültig ist. Die Prädiktionszeit TP kann ein ganzzahliges Vielfaches der Abtastzeit, aber üblicherweise Werte zwischen 1 s und 180 s betragen.
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In einer im Folgenden eingeführten neunten Relation (9) wird ein Zusammenhang zwischen dem Konstantstrom-Grenzwert GIB, den mehreren Parametern und dem aktuellen Korrekturspannungswert KUB22 angegeben, wobei die erste Spannung UB1 den vordefinierten Spannungswert GUB1 und die Zeitvariable t den vordefinierten Wert TP aufweist:
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Dabei wird der Konstantstrom-Grenzwert GIB nach jedem Abtastzeitpunkt neu berechnet, das heißt aktualisiert. Der zeitliche Abstand zwischen zwei unmittelbar nacheinander folgenden Abtastzeitpunkten stimmt mit der zuvor genannten Abtastzeit T1 überein.
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Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung kann der Spannungsgrenzwert GUB1 sowohl einen minimalen Spannungsgrenzwert in Entladerichtung als auch einen maximalen Spannungsgrenzwert in Laderichtung angeben. Folglich kann auch der berechnete Konstantstrom-Grenzwert GIB sowohl einen Konstantstrom-Grenzwert in Entladerichtung als auch einen Konstantstrom-Grenzwert in Laderichtung angeben. Diese Konstantstrom-Grenzwerte GIB sorgen dafür, dass, wenn sie eingehalten werden, ein Spannungswert der ersten Spannung UB1, zwischen den entsprechenden Spannungsgrenzwerten GUB1 bleibt.
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3 zeigt einen Verlauf der ersten Spannung UB1 in Abhängigkeit von einer in Sekunden gemessenen Zeit t1. Dabei wird in der 3 mit T2 ein vordefinierter Zeitraum bezeichnet, während dessen der erste Strom IB0 durch die Batteriezelle fließt. Während des vordefinierten Zeitraumes T2 wird der erste Strom IB0 mittels des in Abhängigkeit von dem Spannungsgrenzwert GUB1 bestimmten Konstantstrom-Grenzwerts GIB begrenzt. In der 3 ist auch der Spannungsgrenzwert GUB1 dargestellt. Hier gibt der Spannungsgrenzwert GUB1 den minimalen Spannungsgrenzwert an. Aus der 3 ist ersichtlich, dass der Spannungsgrenzwert GUB1 nie durch einen Spannungswert der ersten Spannung UB1 unterschritten wird. In der 1 ist eine Achse, die Spannungswerte angibt, die von der ersten Spannung UB1 annehmbar sind, mit U bezeichnet.
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Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in den 1 bis 3 Bezug genommen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012204957 A1 [0002, 0021]
- JP 2010-169609 A [0003]
