DE102015225441A1 - Energy storage cell compensation system for a high-voltage accumulator arranged in a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energiespeicherzellenausgleichssystem für einen in einem Fahrzeug (10) angeordneten Hochvoltspeicher (26). Der Hochvoltspeicher (26) weist eine Vielzahl von Energiespeichermodulen (32, 32') auf, die jeweils eine Anzahl von Energiespeicherzellen (40, 40') aufweisen. Das Fahrzeug (10) weist eine elektrische Maschine (16) auf, um angetriebene Räder (12) des Fahrzeugs (10) anzutreiben. Hierfür stellt der Hochvoltspeicher (26) die benötigte elektrische Energie bereit. Das Energiespeicherzellenausgleichssystem weist auf: ein Energieaustauschsystem (42), um einen Austausch von elektrischer Energie zwischen einzelnen Energiespeichermodulen (32, 32') zu ermöglichen; ein Verbindungsherstellungssystem (53), um für zumindest ein Energiespeichermodul (32, 32') zumindest eine in diesem enthaltene Energiespeicherzelle (40, 40') mit dem Energieaustauschsystem (42) zu verbinden; und eine Steuereinheit (52), mit der für zumindest zwei Energiespeicherzellen (40, 40') jeweils eine den Ist-Ladezustand repräsentierende Ladezustandsgröße ermittelt wird. In Abhängigkeit dieser Ladezustandsgröße wird festgestellt, ob es sich bei der jeweiligen Energiespeicherzelle (40, 40') um eine aufnehmende Energiespeicherzelle (40') handelt, die elektrische Energie aufnehmen kann, oder um eine abgebende Energiespeicherzelle (40) handelt, die elektrische Energie abgeben kann. Die Steuereinheit (52) ist ferner dazu ausgebildet, festzustellen, ob ein definierter Speicherbetriebszustand vorliegt, bei dem zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle (40) in einem ersten Energiespeichermodul (32) und zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle (40') in einem zweiten Energiespeichermodul (32') angeordnet ist, und bei Vorliegen dieses definierten Speicherbetriebszustands das Verbindungsherstellungssystem (53) derart anzusteuern, dass ein Energieaustausch zwischen der abgebenden Energiespeicherzelle (40) und der aufnehmenden Energiespeicherzelle (40') erfolgen kann.The present invention relates to an energy storage cell compensation system for a high-voltage accumulator (26) arranged in a vehicle (10). The high-voltage memory (26) has a plurality of energy storage modules (32, 32 '), each having a number of energy storage cells (40, 40'). The vehicle (10) has an electric machine (16) for driving driven wheels (12) of the vehicle (10). For this purpose, the high-voltage storage (26) provides the required electrical energy. The energy storage cell balancing system includes: an energy exchange system (42) to facilitate an exchange of electrical energy between individual energy storage modules (32, 32 '); a connection production system (53) for at least one energy storage module (32, 32 ') to connect at least one energy storage cell (40, 40') contained therein to the energy exchange system (42); and a control unit (52) with which, for at least two energy storage cells (40, 40 '), in each case a charge state variable representing the actual state of charge is determined. As a function of this state of charge state, it is determined whether the respective energy storage cell (40, 40 ') is a receiving energy storage cell (40') that can absorb electrical energy or is a dispensing energy storage cell (40) that emits electrical energy can. The control unit (52) is further configured to determine whether a defined memory operating state is present in which at least one emitting energy storage cell (40) in a first energy storage module (32) and at least one receiving energy storage cell (40 ') in a second energy storage module (32'. ) is arranged, and in the presence of this defined storage operating state, the connection production system (53) to control such that an energy exchange between the donating energy storage cell (40) and the receiving energy storage cell (40 ') can take place.
Description
Die Erfindung betrifft ein Energiespeicherzellenausgleichssystem für einen in einem Fahrzeug angeordneten Hochvoltspeicher. Ebenso betrifft die Erfindung einen entsprechend ausgebildeten Hochvoltspeicher, ein entsprechend ausgebildetes Energiespeichermodul, sowie ein zugehöriges Verfahren zum Durchführen eines entsprechenden Energiespeicherzellenausgleichs. The invention relates to an energy storage cell compensation system for a vehicle disposed in a high-voltage storage. Likewise, the invention relates to a correspondingly designed high-voltage storage, a correspondingly designed energy storage module, and an associated method for performing a corresponding energy storage cell compensation.
Der Hochvoltspeicher, bei dem das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichsystem zum Einsatz kommt, weist eine Vielzahl von baulich eigenständig ausgeführten Energiespeichermodulen auf, die wiederum jeweils eine Anzahl von Energiespeicherzellen aufweisen. Der Hochvoltspeicher ist dazu ausgebildet, einer in einem Fahrzeug angeordneten elektrischen Maschine, die dazu ausgebildet ist, angetriebene Räder des Fahrzeugs anzutreiben, die hierfür benötigte elektrische Energie bereitzustellen. The high-voltage storage device, in which the energy storage cell compensation system according to the invention is used, has a multiplicity of structurally autonomously designed energy storage modules, which in turn each have a number of energy storage cells. The high-voltage storage is configured to drive a vehicle-mounted electrical machine configured to drive powered wheels of the vehicle to provide the electrical energy needed therefor.
Ein Hochvoltspeicher, der auch als Traktionsbatterie bezeichnet wird, kann ein Spannungsniveau von mehr als 250 Volt aufweisen, wobei es durchaus auch Anwendungsfälle gibt, bei denen das Spannungsniveau deutlich höher ist. Dieses Spannungsniveau wird dadurch erreicht, dass zum einen die in den Energiespeichermodulen enthaltenen Energiespeicherzellen untereinander in Reihe geschaltet sind, und zum anderen die Energiespeichermodule selbst untereinander ebenfalls in Reihe geschaltet sind. Die Energiespei cherzellen können wiederaufladbar ausgeführt sein, insbesondere als Lithium-Ionen-Speicherzellen. A high-voltage battery, which is also referred to as a traction battery, may have a voltage level of more than 250 volts, although there are certainly applications in which the voltage level is significantly higher. This voltage level is achieved in that, on the one hand, the energy storage cells contained in the energy storage modules are connected in series with one another, and, on the other hand, the energy storage modules themselves are also connected in series with one another. The energy storage cells can be rechargeable, in particular as lithium-ion storage cells.
Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Hybridfahrzeug oder um ein Elektro fahrzeug handeln. Bei einem Hybridfahrzeug wird neben der elektrischen Maschine ein weiteres Aggregat für den Antrieb eingesetzt, in der Regel ein Verbrennungsmotor. Wohingegen ein Elektrofahrzeug ausschließlich durch eine elektrische Maschine angetrieben wird. The vehicle may be a hybrid vehicle or an electric vehicle. In a hybrid vehicle in addition to the electric machine another unit is used for the drive, usually an internal combustion engine. Whereas an electric vehicle is driven exclusively by an electric machine.
Die zum Einsatz kommende elektrische Maschine ist in der Regel als Innenläufermaschine ausgelegt, bei der ein drehbar gelagerter Rotor von einem ortsfesten Stator umschlossen ist. Der Stator weist eine Anzahl von Wicklungen auf, die dazu ausgebildet sind, ein auf den Rotor wirkendes Wechselmagnetfeld zu erzeugen, aufgrund dessen der Rotor eine Drehbewegung ausführt. In der Regel weist eine derartige elektrische Maschine drei Phasen auf. Zur Erzeugung des Wechselmagnetfelds, sind diese drei Phasen über eine von einer Ansteuereinheit ansteuerbare Leistungselektronik, genauer gesagt über einen Wechselrichter bzw. Umrichter mit dem Hochvoltspeicher verbindbar. Die elektrische Maschine kann als Synchronmaschine, insbesondere als Hybrid-Synchronmaschine aufgebaut sein. The electrical machine used is usually designed as an internal rotor machine, in which a rotatably mounted rotor is enclosed by a stationary stator. The stator has a number of windings which are designed to generate an alternating magnetic field acting on the rotor, as a result of which the rotor carries out a rotary movement. As a rule, such an electric machine has three phases. To generate the alternating magnetic field, these three phases can be connected to the high-voltage accumulator via a power electronics which can be controlled by a drive unit, more precisely via an inverter or converter. The electric machine can be constructed as a synchronous machine, in particular as a hybrid synchronous machine.
Wie bereits erwähnt, ist ein Hochvoltspeicher aus einer Vielzahl von in Serie geschalteter Energiespeicherzellen aufgebaut, die üblicherweise leichte Streuungen in ihren Zellparametern aufweisen. Ursache für Streuungen bzw. Abweichungen in den individuellen Zellparametern können sowohl extrinsische als auch intrinsische Faktoren sein. Dabei sind intrinsische Faktoren solche, die aus Fertigungstoleranzen im Herstellungsprozess herrühren. Extrinsische Faktoren sind dagegen beispielsweise, von den Zellparametern unabhängige, ungleichmäßige thermische und zyklische Belastungen. Diese Faktoren führen ggf. zu Abweichungen der Energiespeicherzellen untereinander und beeinflussen somit maßgeblich die Asymmetrie eines Hochvoltspeichers während seiner gesamten Lebensdauer. As already mentioned, a high-voltage memory is made up of a plurality of series-connected energy storage cells, which usually have slight variations in their cell parameters. Cause of variations in the individual cell parameters may be extrinsic as well as intrinsic factors. Here, intrinsic factors are those resulting from manufacturing tolerances in the manufacturing process. By contrast, extrinsic factors are, for example, uneven thermal and cyclic loads independent of the cell parameters. If necessary, these factors lead to deviations between the energy storage cells and thus significantly influence the asymmetry of a high-voltage storage device during its entire service life.
Beispielsweise bewirken unterschiedliche Innenwiderstände und/oder Kon taktierungswiderstände und/oder Zellkapazitäten der einzelnen Energiespeicherzellen, dass über die Lebensdauer eines Hochvoltspeichers hinweg in diesem eine Ladungsasymmetrie entsteht. Durch diese Asymmetrie erreichen die einzelnen Energiespeicherzellen unterschiedlich schnell ihre im Betrieb geltenden Spannungsgrenzwerte. Prinzip bedingt kann einem Hochvoltspeicher nur bis zu einem unteren Entladepegel elektrische Energie entnommen werden. Dabei ist es so, dass aus Sicherheitsgründen dann eine weitere Entladung aller in einem Hochvoltspeicher enthaltener Energiespeicherzellen unterbunden werden muss (Vermeidung einer Tiefentladung), sobald eine der Energiespeicherzellen ihre minimal zulässige Zellspannung (Entladeschlussspannung) erreicht. Dies führt bei dem Hochvoltspeicher zu einer ungenutzten Restladung. In entsprechender Weise kann einem Hochvoltspeicher lediglich bis zu einem oberen Ladepegel elektrische Energie zugeführt werden. Folglich wird bei einem Ladevorgang das weitere Laden aller Energiespeicherzellen unterbunden (Vermeidung einer Überladung), sobald eine der Energiespeicherzellen ihre maximal zulässige Zellspannung (Ladeschlussspannung) erreicht. In beiden Fällen führt die abnehmende umsetzbare elektrische Energie im Hochvoltspeicher letztlich zu Einbußen in der im elektrischen Fahrbetrieb erzielbaren Reichweite. Aufgrund der Tatsache, dass bei den Energiespeicherzellen mit deren zunehmenden Alter die Unterschiede in der Speicherkapazität der einzelnen Energiespeicherzellen größer werden, steigt somit mit zunehmenden Alter des Hochvoltspeichers auch dessen ungenutzte Restladungsmenge. For example, cause different internal resistances and / or Kon taktierungswiderstände and / or cell capacity of the individual energy storage cells that over the life of a high-voltage storage device in this creates a charge asymmetry. As a result of this asymmetry, the individual energy storage cells reach their voltage limits, which are valid during operation, at different speeds. Due to the principle, a high-voltage accumulator can be removed only up to a lower discharge level electrical energy. In this case, for safety reasons, a further discharge of all energy storage cells contained in a high-voltage storage must be prevented (avoidance of a deep discharge) as soon as one of the energy storage cells reaches its minimum permissible cell voltage (discharge end voltage). This leads to an unused residual charge in the high-voltage storage. In a corresponding manner, a high-voltage accumulator can be supplied with electrical energy only up to an upper charge level. Consequently, during a charging process, the further charging of all energy storage cells is prevented (avoidance of overcharging) as soon as one of the energy storage cells reaches its maximum permissible cell voltage (charge end voltage). In both cases, the decreasing convertible electrical energy in the high-voltage accumulator ultimately leads to losses in the achievable range in electric driving range. Due to the fact that in the energy storage cells with their increasing age, the differences in the storage capacity of the individual energy storage cells are larger, thus increases with increasing age of the high-voltage storage and its unused amount of residual charge.
Um den vorstehend genannten, beim Betrieb eines Hochvoltspeichers zu erwartenden Beeinträchtigungen entgegenzuwirken und den Energieumsatz sowie die Lebensdauer eines Hochvoltspeichers zu maximieren, werden Maßnahmen ergriffen, um die in einem Hochvoltspeicher enthaltenen Energiespeicherzellen hinsichtlich der in ihnen gespeicherten elektrischen Energie zu symmetrieren. D.h. es werden Maßnahmen ergriffen, mit denen die Unterschiede in den Kapazitäten der einzelnen Energiespeicherzellen aus geglichen werden sollen, und mit denen die in einem Hochvoltspeicher ins gesamt gespeicherte elektrische Energie besser auf die einzelnen Energie speicherzellen entsprechend ihren jeweiligen baulichen und den sich im Be trieb einstellenden Gegebenheiten aufgeteilt werden soll. To counteract the above-mentioned, expected in the operation of a high-voltage memory impairments and the energy consumption and the life of a high-voltage storage To maximize, measures are taken to balance the energy storage cells contained in a high-voltage storage with respect to the electrical energy stored in them. That is, measures are taken to compensate for the differences in the capacities of the individual energy storage cells, and with which stored in a high-voltage storage total stored electrical energy better on the individual energy storage cells according to their respective structural and the Be adjusting operation Circumstances should be divided.
Bisher kamen zu diesem Zweck zum einen dissipative Systeme und zum anderen nicht-dissipative Systeme zum Einsatz. Bei dissipativen Systemen wird die in einem Hochvoltspeicher enthaltene überflüssige Energie in Wärme umgewandelt, d.h. von den am vollsten geladenen Energiespeicherzellen wird die überschüssige Ladung beispielswiese an entsprechend dimensionierten Widerständen in Wärme umgewandelt. Hierdurch wird für alle Energiespeicherzellen die jeweilige Zellenspannung an die niedrigste im Hochvoltspeicher vorhandene Zellenspannung angeglichen. Mittels der dissipativen Symmetrierung wird somit verhindert, dass die „schwächsten“ Energiespeicherzellen vorzeitig ihre jeweilige Ladeschlussspannung erreichen. Dadurch kann zwar die Kapazität dieser Energiespeicherzellen vollständig ausgenutzt werden, jedoch geht die zusätzliche Kapazität der übrigen Energiespeicherzellen verloren. Mit Hilfe eines nicht-dissipativen Systems kann erreicht werden, dass die in einem Hochvoltspeicher insgesamt gespeicherte elektrische Energie optimal auf die einzelnen, im Hochvoltspeicher enthaltenen Energiespeicherzellen verteilt ist. D.h. die überschüssige elektrische Energie wird hier nicht in Wärme umgewandelt, sondern zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen neu aufgeteilt. So far, dissipative systems and non-dissipative systems have been used for this purpose. In dissipative systems, the excess energy contained in a high-voltage battery is converted to heat, i. For example, of the most fully charged energy storage cells, the excess charge is converted to heat at appropriately sized resistors. As a result, the respective cell voltage is adjusted to the lowest cell voltage present in the high-voltage accumulator for all energy storage cells. By means of the dissipative balancing, it is thus prevented that the "weakest" energy storage cells prematurely reach their respective charge end voltage. Although this allows the capacity of these energy storage cells to be fully utilized, the additional capacity of the remaining energy storage cells is lost. By means of a non-dissipative system it can be achieved that the total electrical energy stored in a high-voltage accumulator is distributed optimally to the individual energy storage cells contained in the high-voltage accumulator. That The excess electrical energy is not converted into heat here, but redistributed between the individual energy storage cells.
Auch wenn nicht-dissipative Energiespeicherzellenausgleichsysteme gegenüber dissipativen Energiespeicherzellenausgleichsystemen einen entscheidenden Vorteil haben, nämlich dass beim Symmetrieren die im Hochvoltspeicher vorhandene überschüssige elektrische Energie nicht in Wärme umgewandelt wird und diese somit für den Fahrbetrieb eines Fahrzeugs nach wie vor zur Verfügung steht, und es sich somit anbietet, in einem Fahrzeug eher nicht-dissipative Systeme als dissipative Systemen einzusetzen, sind nicht-dissipative Systeme noch nicht optimal. Even if non-dissipative energy storage cell compensation systems have a decisive advantage over dissipative energy storage cell compensation systems, namely that during balancing the existing in the high-voltage accumulator excess electrical energy is not converted into heat and this is therefore still available for the driving of a vehicle, and thus it offers to use non-dissipative systems in a vehicle rather than dissipative systems, non-dissipative systems are not yet optimal.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein nicht-dissipatives Energiespeicherzellenausgleichsystem bereitzustellen, das in der Realisierung kostengünstig ist und im Fahrbetrieb zuverlässig und effizient arbeitet, das hinsichtlich der Reichweite, die bei einem unter Nutzung des Hochvoltspeichers stattfindenden Fahrbetrieb erzielbar ist, verbessert ist, und das zugleich hinsichtlich des konkret durchzuführenden Ausgleichs an elektrischer Energie unaufwändig ist, und hierbei eine maximale Flexibilität dahingehend zulässt, zwischen welchen Einheiten innerhalb eines Hochvoltspeichers besagter Ausgleich stattfinden kann. It is therefore an object of the present invention to provide a non-dissipative energy storage cell equalization system that is inexpensive to implement, and reliable and efficient in driving operation that is improved in range that is achievable in driving using the high-voltage memory. and which at the same time is uncomplicated with regard to the compensation of electrical energy to be implemented concretely, and in so doing allows maximum flexibility as to which said units within a high-voltage storage can take place.
Diese Aufgabe wird durch ein Energiespeicherzellenausgleichssystem der eingangs genannten Art gelöst, das folgende Komponenten aufweist: ein Energieaustauschsystem, das dazu ausgebildet ist, einen Austausch von elektrischer Energie zwischen einzelnen Energiespeichermodulen zu ermöglichen, ein Verbindungsherstellungssystem, das dazu ausgebildet ist, für zumindest ein Energiespeichermodul zumindest eine in diesem enthaltene Energiespeicherzelle mit dem Energieaustauschsystem zu verbinden, und eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, für zumindest zwei Energiespeicherzellen eine den Ist-Ladezustand der jeweiligen Energiespeicherzelle repräsentierende Ladezustandsgröße zu ermitteln, und in Abhängigkeit dieser Ladezustandsgröße festzustellen, ob es sich bei der jeweiligen Energiespeicherzelle um eine aufnehmende Energiespeicherzelle handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands elektrische Energie aufnehmen kann, oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands gespeicherte elektrische Energie abgeben kann, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, festzustellen, ob ein definierter Speicherbetriebszustand vorliegt, bei dem zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle in einem ersten Energiespeichermodul und zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle in einem zweiten Energiespeichermodul angeordnet ist, wobei es sich bei dem ersten und dem zweiten Energiespei chermodul um unterschiedliche Energiespeichermodule handelt, und bei Vor liegen dieses definierten Speicherbetriebszustands das Verbindungsherstel lungssystem derart anzusteuern, dass ein Energieaustausch zwischen der zumindest einen abgebenden und der zumindest einen aufnehmenden Energiespeicherzelle erfolgen kann. This object is achieved by an energy storage cell compensation system of the type mentioned at the outset, which has the following components: an energy exchange system which is designed to facilitate an exchange of electrical energy between individual energy storage modules allow a connection manufacturing system, which is designed to connect at least one energy storage cell contained in this energy storage cell with the energy exchange system, and a control unit, which is adapted for at least two energy storage cells to the actual state of charge of the respective energy storage cell representing state of charge determine, and determine depending on this state of charge size, whether it is the respective energy storage cell is a receiving energy storage cell that can absorb electrical energy due to their actual state of charge, or is a donating energy storage cell that emit stored electrical energy due to their actual state of charge can, wherein the control unit is further adapted to determine whether a defined memory operating state exists, in which at least one emitting energy storage cell in a first energy storage module and at least one receiving energy storage cell is arranged in a second energy storage module, wherein the first and the second energy storage module are different energy storage modules, and in front of this defined storage operating state, the connection production system is such that an energy exchange between the at least one dispensing system and the at least one receiving energy storage cell can take place.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Durchführen eines Energiespeicherzellenausgleichs für einen in einem Fahrzeug angeordneten Hochvoltspeicher gelöst, wobei der Hochvoltspeicher eine Vielzahl von baulich eigenständig ausgeführten Energiespeichermodulen aufweist, die jeweils eine Anzahl von Energiespeicherzellen aufweisen, wobei das Fahrzeug eine elektrische Maschine aufweist, die dazu ausgebildet ist, angetriebene Räder des Fahrzeugs anzutreiben, wobei der Hochvoltspeicher dazu ausgebildet ist, der elektrischen Maschine die hierfür benötigte elektrische Energie bereitzustellen, wobei der Hochvoltspeicher ferner aufweist, ein Energieaustauschsystem, das dazu ausgebildet ist, einen Austausch von elektrischer Energie zwischen einzelnen Energiespeichermodulen zu ermöglichen, ein Verbindungsherstellungssystem, das dazu ausgebildet ist, für zumindest ein Energiespeichermodul zumindest eine in diesem enthaltene Energiespeicherzelle mit dem Energieaustauschsystem zu verbinden, und eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, folgende Schritte auszuführen:
- – Ermitteln einer den Ist-Ladezustand der jeweiligen Energiespeicherzelle repräsentierenden Ladezustandsgröße für zumindest zwei Energiespeicherzellen,
- – Feststellen in Abhängigkeit der Ladezustandsgröße, ob es sich bei der jeweiligen Energiespeicherzelle um eine aufnehmende Energiespeicherzelle handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands elektrische Energie aufnehmen kann, oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands gespeicherte elektrische Energie abgeben kann,
- – Feststellen, ob ein definierter Speicherbetriebszustand vorliegt, bei dem zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle in einem ersten Energiespeichermodul und zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle in einem zweiten Energiespeichermodul an geordnet ist, wobei es sich bei dem ersten und dem zweiten Energiespeichermodul um unterschiedliche Energiespeichermodule handelt, und
- – Ansteuern des Verbindungsherstellungssystems bei Vorliegen des definierten Speicherbetriebszustands derart, dass ein Energieaustausch zwischen der zumindest einen abgebenden und der zumindest einen aufnehmenden Energiespeicherzelle erfolgen kann.
- Determining a charge state variable representing the actual charge state of the respective energy storage cell for at least two energy storage cells,
- Detecting as a function of the state of charge state whether the respective energy storage cell is a receiving energy storage cell which can absorb electrical energy on account of its actual state of charge, or is a dispensing energy storage cell which can emit stored electrical energy due to its actual state of charge,
- - Determining whether a defined memory operating state is present, in which at least one emitting energy storage cell in a first energy storage module and at least one receiving energy storage cell in a second energy storage module is arranged, wherein it is the first and the second energy storage module to different energy storage modules, and
- - Driving the connection manufacturing system in the presence of the defined memory operating state such that an energy exchange between the at least one emitting and the at least one receiving energy storage cell can take place.
Das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichsystem bzw. das erfindungsgemäße Verfahren arbeiten modulübergreifend, d.h. der Ladungsausgleich bzw. der Energietransfer wird Energiespeichermodul übergreifend zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen durchgeführt bzw. vorgenommen. Dieses modulgreifende Konzept, bei dem ein Energieausgleich bzw. ein Energieaustausch zwischen zumindest einer einzelnen abgebenden Energiespeicherzelle, die in einem ersten und somit abgebenden Energiespeichermodul enthalten ist, und zumindest einer aufnehmenden Energiespeicherzelle, die in einem zweiten und somit aufnehmenden Energiespeichermodul enthalten ist, bietet zahlreiche Vorteile. So ermöglicht dieses Konzept eine sehr große Flexibilität, und zwar dahingehend, zwischen welchen Einheiten eines Hochvoltspeichers ein Energieausgleich bzw. ein Energieaustausch durchgeführt wird. Und zwar in zweierlei Hinsicht. Zum einen kann ein Energieausgleich bzw. Energieaustausch zwischen einzelnen Energiespeicherzellen vorgenommen werden, die in verschiedenen Energiespeichermodulen angeordnet sind. Zum anderen ist sowohl die Anzahl der abgebenden als auch die Anzahl der aufnehmenden Energiespeicherzellen jeweils beliebig, d.h. es kann ein Ausgleich bzw. Austausch zwischen einzelnen Energiespeicherzellen stattfinden oder zwischen einer einzelnen Energiespeicherzelle und einem Verbund von Energiespeicherzellen, wobei im Falle des Verbunds es auch denkbar ist, dass die zu dem Verbund gehörenden Energiespeicherzellen in unterschiedlichen Energiespeichermodulen enthalten sein können. The energy storage cell compensation system according to the invention or the method according to the invention operate across modules, i. the charge balance or the energy transfer energy storage module is performed or made across the individual energy storage cells. This modular concept, in which an energy balance or an energy exchange between at least one individual donating energy storage cell, which is contained in a first and thus donating energy storage module, and at least one receiving energy storage cell, which is included in a second and thus receiving energy storage module, offers numerous advantages , Thus, this concept allows a very great flexibility, namely, between which units of a high-voltage storage, an energy balance or an energy exchange is performed. And in two ways. On the one hand, an energy balance or energy exchange between individual energy storage cells can be made, which are arranged in different energy storage modules. On the other hand, both the number of emitting and the number of receiving energy storage cells are arbitrary, i. It can be a balance or exchange between individual energy storage cells take place or between a single energy storage cell and a network of energy storage cells, wherein in the case of the composite, it is also conceivable that belonging to the composite energy storage cells may be included in different energy storage modules.
Ein weiterer Vorteil gegenüber Systemen, bei denen ein Energieausgleich bzw. Energieaustausch zunächst innerhalb ein und desselben Energiespeichermoduls, d.h. zunächst für die in einem Energiespeichermodul enthaltenen Energiespeicherzellen selbst, und dann erst in einem nachgelagerten Schritt zwischen den einzelnen Energiespeichermodulen vorgenommen wird, ist, dass mit dem erfindungsgemäßen modulübergreifenden Konzept eine sehr viel größere Effizienz erzielt werden kann. Dies rührt daher, dass direkt zwischen den in unterschiedlichen Energiespeichermodulen enthaltenen Energiespeicherzellen ein Energieausgleich bzw. Energieaustausch durchgeführt werden kann, somit sind die auszutauschenden bzw. zu transferierenden Energie- bzw. Ladungsmengen sehr viel kleiner, als dies der Fall wäre, wenn der Ausgleich bzw. Austausch zwischen den Energiespeichermodulen durchzuführen wäre. Die geringer ausfallende Menge an auszutauschender Energie- bzw. Ladungsmenge führt auch dazu, dass bei der Durchführung des Energieaustauschs bzw. Energieausgleichs weniger Verluste entstehen. Somit steht im Vergleich zu den bekannten Systemen im Fahrbetrieb des Fahrzeugs eine größere Energiemenge zur Verfügung, weswegen eine größere Reichweite erzielbar ist. Another advantage over systems where energy balancing or energy exchange is first within one and the same energy storage module, i. initially for the energy storage cell itself contained in an energy storage module, and then made only in a subsequent step between the individual energy storage modules, is that with the inventive cross-module concept, a much greater efficiency can be achieved. This is due to the fact that an energy balance or energy exchange can be performed directly between the energy storage cells contained in different energy storage modules, thus the energy or charge quantities to be exchanged or transferred are much smaller than would be the case if the compensation or Exchange between the energy storage modules would be performed. The lower amount of energy or charge to be exchanged also leads to fewer losses when carrying out the energy exchange or energy compensation. Thus, in comparison with the known systems when driving the vehicle, a larger amount of energy is available, which is why a greater range can be achieved.
Ferner bewirkt das modulübergreifende Konzept, dass wesentlich weniger Zeit für das Durchführen des Energieausgleichs bzw. Energieaustauschs benötigt wird. Zum einen ist es nicht erforderlich, zunächst, d.h. zeitlich vorgelagert und somit in einem ersten Schritt für die in einem Energiespeichermodul enthaltenen Energiespeicherzellen einen Ausgleich bzw. Austausch durchführen zu müssen, und dann in einem zweiten Schritt für die Energiespeichermodule als solche einen Ausgleich bzw. Austausch durchzuführen. Auch ergibt sich dadurch ein zeitlicher Vorteil, dass zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen sehr viel kleinere Energie- bzw. Ladungsmengen aus zutauschen bzw. zu transferieren sind, als zwischen den Energiespeicher modulen. Der Aufwand für die Durchführung eines Energieausgleichs bzw. eines Energieaustausches fällt somit sehr viel geringer aus, was auch zu einer größeren Zuverlässigkeit während des Fahrbetriebs führt. Furthermore, the cross-module concept means that much less time is required to carry out the energy balance or energy exchange. First, it is not necessary to first, i. upstream and thus in a first step for the energy storage cells contained in an energy storage cell to carry out a compensation or replacement, and then perform a compensation or exchange in a second step for the energy storage modules as such. This also results in a time advantage that between the individual energy storage cells much smaller amounts of energy or charge are exchanged or to be transferred, as between the energy storage modules. The cost of performing an energy balance or an energy exchange is thus much lower, which also leads to greater reliability during driving.
Hinzu kommt, dass aufgrund der sehr viel geringeren Menge an auszutauschender elektrischer Energie bzw. elektrischer Ladung, die einzelnen Komponenten, insbesondere diejenigen, über die unmittelbar die zu verteilende elektrische Energie oder elektrische Ladung transferiert wird, weniger mächtig, d. h. für eine geringere Leistung ausgelegt werden müssen. Somit können kostengünstigere Komponenten verwendet werden. In addition, because of the much smaller amount to be exchanged electrical energy or electrical charge, the individual components, in particular those on the directly to be distributed electrical energy or electric charge is transferred, less powerful, that must be designed for lower power. Thus, lower cost components can be used.
Mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicherzellenausgleichsystem kann der Energieinhalt eines Hochvoltspeichers über dessen Lebensdauer immer optimal genutzt werden. Ferner wird für diejenigen Energiespeicherzellen, die im Vergleich zu den anderen in einem Hochvoltspeicher verbauten Energiespeicherzellen eine geringere Speicherkapazität aufweisen, eine überproportionale Alterung verhindert. Dadurch steigt die Gesamtlebensdauer des Hochvoltspeichers und es verringern sich die Aufwendungen für ansonsten ggf. durchzuführende Gewährleistungs- und Kulanzmaßnahmen. With the energy storage cell compensation system according to the invention, the energy content of a high-voltage storage device can always be optimally utilized over its service life. Furthermore, a disproportionate aging is prevented for those energy storage cells which have a lower storage capacity compared to the other energy storage cells installed in a high-voltage storage cell. As a result, the total life of the high-voltage storage increases and the expenses for otherwise possibly to be performed warranty and goodwill measures are reduced.
Die obengenannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst. The above object is therefore completely solved.
Bevor auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Energiespeicherzellenausgleichsystems eingegangen wird, soll hier zunächst der grundsätzliche Aufbau eines baulich eigenständig ausgebildeten Energiespeichermoduls beschrieben werden. Solch ein Energiespeichermodul soll eine Anzahl von Energiespeicherzellen enthalten, die zu mindestens einer Reihe gestapelt, hintereinander angeordnet sind, und mittels zweier Endplatten und geeigneter Zugelemente, vorzugsweise Zuganker miteinander verspannt sind. Ferner soll das Energiespeichermodul folgende weitere Komponenten enthalten: Isolationskomponenten zur Isolierung der Energiespeicherzellen gegenüber den vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff bestehenden Endplat ten bzw. Zugelemente. Wärmeleitkomponenten, um einen guten Abtransport der im Betrieb an den Energiespeicherzellen entstehenden Wärme hin zu einer Kühlvorrichtung zu ermöglichen. Kontaktierungskomponenten, mit de nen die einzelnen Energiespeicherzellen untereinander zur Realisierung einer Serienschaltung kontaktiert sind. Elektronikkomponenten zur Durchführung von Regelungs- und Überwachungsfunktionen. Before discussing further advantageous embodiments of the energy storage cell compensation system, the fundamental structure of a structurally self-constructed energy storage module will first be described here. Such an energy storage module should contain a number of energy storage cells, which are stacked to at least one row, arranged one behind the other, and are clamped together by means of two end plates and suitable tension elements, preferably tie rods. Furthermore, the energy storage module should contain the following additional components: Isolation components for the insulation of the energy storage cells with respect to the preferably made of a metallic material Endplat th or tension elements. Wärmeleitkomponenten to allow a good removal of heat generated during operation of the energy storage cells heat to a cooling device. Contacting components with which the individual energy storage cells are contacted with each other for the realization of a series connection. Electronic components for carrying out control and monitoring functions.
Vorteilhafterweise wird für alle im Hochvoltspeicher enthaltenen Energiespeicherzellen eine Ladezustandsgröße ermittelt, und somit für jede Energiespeicherzelle festgestellt, ob es sich um eine abgebende oder um eine aufnehmende Energiespeicherzelle handelt. Somit kann für den Hochvoltspeicher ein vollständiger Ladungs- bzw. Energieausgleich vorgenommen werden und eine maximale Reichweitensteigerung erzielt werden. Advantageously, a state of charge state is determined for all energy storage cells contained in the high-voltage storage, and thus determined for each energy storage cell, whether it is a donating or a receiving energy storage cell. Thus, a complete charge or energy balance can be made for the high-voltage storage and a maximum range increase can be achieved.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Energieaustauschsystem als ein Bussystem ausgebildet. Die Verwendung eines Bussystems hat den Vorteil, dass ein System zum Austausch oder Ausgleich oder zur Übertragung von Energie oder Ladung zur Verfügung steht, bei dem dies zwischen mehreren Komponenten, in diesem Fall Energiespeichermodulen und somit Energiespeicherzellen möglich ist, die an eine gemeinsame Übertragungsinfrastruktur angeschlossen sind, wobei die einzelnen Komponenten an dem Austausch oder Ausgleich oder der Übertragung zwischen anderen Komponenten nicht beteiligt sind, d.h. die Energiespeichermodule sind nicht Teil des Übertragungswegs, über den zwischen zumindest zwei anderen Energiespeichermodulen Energie bzw. Ladung ausgetauscht wird. Dadurch wird eine größtmögliche Flexibilität bzw. Kompatibilität sichergestellt, die dazu führt, dass das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichsystem für unterschiedlich konfigurierte Hochvoltspeicher eingesetzt werden, d.h. für Hochvoltspeicher, die eine unterschiedliche Anzahl von Energiespeichermodulen enthalten können. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bussystem um ein nach dem Standard „EnergyBus“ ausgeführtes Bussystem. Dies hat den Vorteil, dass eine standardisierte Komponente zum Einsatz kommen kann, was einerseits zu einer hohen Zuverlässigkeit im Fahrbetrieb führt und andererseits niedrige Kosten in der Realisierung des Energiespeicherzellen ausgleichsystems bewirkt. Zudem ist mit solch einem Bussystem gleichzeitig eine Energie- bzw. Ladungsübertragung einerseits und sofern benötigt auch eine Kommunikationsübertragung andererseits zwischen einzelnen an das Bussystem angeschlossenen Komponenten, sprich Energiespeichermodulen bzw. Energiespeicherzellen möglich. Vorteilhafterweise verfügt ein derart ausgeführtes Bussystem von Haus aus über Spezifikationen für die Spannung (bis 48 V) und Strom (bis 40 A), die mit den Gegebenheiten kompatibel sind, die für Energiespeichermodule gelten, die in einem Kraftfahrzeughochvoltspeicher verbaut sind, bzw. die für das in einem Kraftfahrzeug enthaltene Niedervoltbordnetz gelten. Vorzugsweise soll das Bussystem ausgelegt sein für eine Spannung, die in einem unteren Bereich des vorstehend genannten Spannungsbereichs liegt, beispielsweise für eine Spannung in der Größenordnung von 12 V und für einen Strom, der im Bereich einiger weniger Ampere liegt, beispielsweise in der Größenordnung von 10 A oder auch bei etwas höheren Werten. Die zuvor für den Strom genannten Zahlenwerte sollen keine einschränkende Wirkung für den bei einem stattfindenden Energieausgleich innerhalb eines Energiespeichermoduls fließenden Strom haben; dieser soll vorzugsweise bei ungefähr 1 A liegen. In a preferred embodiment of the invention, the energy exchange system is designed as a bus system. The use of a bus system has the advantage that a system for exchanging or balancing or for the transmission of energy or charge is available, in which this is possible between several components, in this case energy storage modules and thus energy storage cells which are connected to a common transmission infrastructure in which the individual components are not involved in the exchange or balancing or transfer between other components, ie the energy storage modules are not part of the transmission path over which energy or charge is exchanged between at least two other energy storage modules. As a result, the greatest possible flexibility or compatibility is ensured, which leads to the energy storage cell compensation system according to the invention being used for differently configured high-voltage memories, i. for high-voltage storage, which may contain a different number of energy storage modules. The bus system is preferably a bus system designed according to the "EnergyBus" standard. This has the advantage that a standardized component can be used, which on the one hand leads to high reliability during driving and on the other hand causes low costs in the realization of the energy storage cell compensation system. In addition, with such a bus system at the same time an energy or charge transfer on the one hand and, if required, a communication transfer on the other hand between individual components connected to the bus system, ie energy storage modules or energy storage cells possible. Advantageously, a bus system implemented in this way has specifications for the voltage (up to 48 V) and current (up to 40 A) that are compatible with the conditions that apply to energy storage modules that are installed in a motor vehicle high-voltage storage, or for the low-voltage vehicle electrical system contained in a motor vehicle apply. Preferably, the bus system should be designed for a voltage which is in a lower range of the aforementioned voltage range, for example for a voltage of the order of 12 V and for a current in the range of a few amperes, for example of the order of 10 A or even at slightly higher values. The numerical values previously given for the current are not intended to have a limiting effect on the current flowing in an energy storage module taking place during energy equalization; this should preferably be about 1 A
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die einzelnen Energiespeichermodule zumindest zur Realisierung einer Serienschaltung untereinander über Leitungskomponenten verbunden, wobei die Leitungskomponenten gegenüber dem Energieaustauschsystem baulich eigenständig ausgeführt sind. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass zwei baulich eigenständige Einheiten zum Einsatz kommen, wodurch es möglich ist, jede dieser beiden Einheiten optimal an ihre jeweilige Anwendung anzupassen. Demzufolge können die Leitungskomponenten optimal auf die zu erfüllende Hochvoltanwendung ausgelegt sein, während das Bussystem, wie vorstehend beschrieben, auf eine Niedervoltanwendung ausgelegt sein kann. Zu dem bietet diese Maßnahme den Vorteil, dass beide Anwendungen, nämlich der Energie- bzw. Ladungsaustausch zwischen einzelnen Energiespeicherzellen einerseits, und die Versorgung der elektrischen Maschine mit elektrischer Energie andererseits, unabhängig voneinander ablaufen können. In a further preferred embodiment of the invention, the individual energy storage modules are connected to one another via line components, at least for the realization of a series connection, wherein the line components are structurally independent of the energy exchange system. This measure has the advantage That two structurally independent units are used, which makes it possible to optimally adapt each of these two units to their respective application. Consequently, the line components can be optimally designed for the high-voltage application to be satisfied, while the bus system, as described above, can be designed for a low-voltage application. In addition, this measure offers the advantage that both applications, namely the energy or charge exchange between individual energy storage cells on the one hand, and the supply of the electrical machine with electrical energy, on the other hand, can proceed independently of each other.
In einer weiteren vorteilehaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Verbindungsherstellungssystem eine Vielzahl von Verbindungsmodulen auf, wobei jedem Energiespeichermodul jeweils ein Verbindungsmodul zugeordnet ist. D.h. das Verbindungsherstellungssystem weist so viele Verbindungsmodule auf, wie der Hochvoltspeicher Energiespeichermodule enthält. In jedem Energiespeichermodul ist ein Verbindungsmodul enthalten. Hierbei handelt es sich um eine Maßnahme, die konsequenterweise den Ansatz fördert bzw. unterstützt, der durch die Verwendung eines Bussystems für das Energieaustauschsystem begründet ist, nämlich einen möglichst flexiblen Aufbau des Energiespeicherzellenausgleichsystems zu realisieren, das für eine große Anzahl von Hochvoltspeicher eingesetzt werden kann. In a further advantageous embodiment of the invention, the connection production system has a plurality of connection modules, wherein each energy storage module is assigned in each case a connection module. That the connection establishment system has as many connection modules as the high-voltage storage contains energy storage modules. Each energy storage module contains a connection module. This is a measure that consequently promotes or supports the approach that is based on the use of a bus system for the energy exchange system, namely to realize the most flexible possible structure of the energy storage cell equalization system that can be used for a large number of high-voltage storage.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme weisen die Verbindungsmodule jeweils ein Wandlerelement und eine Schaltelementanordnung auf. Das Wandlerelement ermöglicht eine Spannungsanpassung, die beispielsweise dann erforderlich ist, wenn ein Energie- oder Ladungsausgleich zwischen einer einzelnen Energiespeicherzelle und einem Verbund von Energiespeicherzellen vorgenommen werden soll. Unter Umständen kann es sich bei solch einem Verbund um sämtliche in einem Energiespeichermodul enthaltenen Energiespeicherzellen handeln. Die Schaltelementanordnung ermöglicht die gezielte Auswahl einer einzelnen Energiespeicherzelle. Somit ist die Flexibilität sichergestellt, die erforderlich ist, um zwischen beliebigen Energiespeicherzellen bzw. Energiespeichermodulen innerhalb eines Hochvoltspeichers einen Ausgleich vornehmen zu können. Vorzugsweise sind sämtliche in dem Hochvoltspeicher enthaltenen Verbindungsmodule funktionell identisch aufgebaut, d.h. in jedem Energiespei chermodul ist ein Wandlerelement und eine Schaltelementanordnung enthal ten. In an advantageous embodiment of the aforementioned measure, the connection modules each have a transducer element and a switching element arrangement. The transducer element allows a voltage adjustment, which is required, for example, when an energy or charge balance between a single energy storage cell and a network of energy storage cells to be made. Under certain circumstances, such a composite may be all energy storage cells contained in an energy storage module. The switching element arrangement enables the targeted selection of a single energy storage cell. Thus, the flexibility is ensured, which is necessary in order to be able to balance between any energy storage cells or energy storage modules within a high-voltage storage. Preferably, all connection modules contained in the high-voltage memory are functionally identical, i. In each energy storage module, a transducer element and a switching element arrangement is contained.
Konsequenterweise ist das Wandlerelement als Mehrwicklungstransformator ausgeführt, der eine Primärwicklung und eine Anzahl von Sekundärwicklungen aufweist, wobei die Primärwicklung wirktechnisch dem Energieaustauschsystem und die Sekundärwicklungen wirktechnisch den Energiespeicherzellen zugeordnet sind. Vorzugsweise weist der Mehrwicklungstransformator eine Anzahl von Sekundärwicklungen auf, die der Anzahl der in dem Energiespeichermodul enthaltenen Anzahl von Energiespeicherzellen entspricht. In entsprechend konsequenter Weise weist die Schaltelementanordnung eine Anzahl von sekundärseitigen Schaltelementen auf, wobei jedes der sekundärseitigen Schaltelemente jeweils einem Sekundärverbund, bestehend aus einer Energiespeicherzelle und einer Sekundärwicklung, derart zugeordnet ist, dass bei geschlossenem sekundärseitigem Schaltelement die Sekundärwicklung und die Energiespeicherzelle einen sekundärseitigen Energieflusspfad bilden. Solch ein sekundärseitiger Energieflusspfad ist zellenbezogen, d.h. einer einzelnen Energiespeicherzelle zugeordnet. Mit einem derart ausgebildeten Wandlerelement ist es möglich, jede der in einem Energiespeichermodul enthaltenen Energiespeicherzellen wirktechnisch mit dem Energieaustauschsystem zu verbinden. Somit kann für jede einzelne der in einem Energiespeichermodul enthaltenen Energiespeicherzellen eine Ladungs- bzw. ein Energieausgleich durchgeführt werden. Anstelle eines Mehrwicklungstransformators kann auch ein bidirektionaler DC/DC-Wandler verwendet werden, insbesondere ein sogenannter Buck-boost-converter. Consequently, the converter element is designed as a multi-winding transformer having a primary winding and a number of secondary windings, the primary winding being structurally associated with the energy exchange system and the secondary windings structurally associated with the energy storage cells. Preferably, the multi-winding transformer has a number of secondary windings which corresponds to the number of the number of energy storage cells contained in the energy storage module. In a correspondingly consistent manner, the switching element arrangement has a number of secondary-side switching elements, wherein each of the secondary-side switching elements is assigned to a secondary network comprising an energy storage cell and a secondary winding such that the secondary winding and the energy storage cell form a secondary-side energy flow path when the secondary-side switching element is closed. Such a secondary-side energy flow path is cell-related, i. associated with a single energy storage cell. With a transducer element designed in this way, it is possible to connect each of the energy storage cells contained in an energy storage module with the energy exchange system. Thus, for each of the energy storage cells contained in an energy storage module, a charge or an energy balance can be performed. Instead of a multi-winding transformer, a bidirectional DC / DC converter can also be used, in particular a so-called buck-boost converter.
Vorteilhafterweise weisen die Verbindungsmodule ferner jeweils einen Kondensator auf, der zu der jeweiligen Primärwicklung parallel geschaltet ist. Diese Maßnahme ermöglicht den Austausch von Energie bzw. Ladung von einer Energiespeicherzelle zu einer anderen Energiespeicherzelle, da der Kondensator ein Zwischenspeichern der elektrischen Energie bzw. Ladung ermöglicht, die der abgebenden Energiespeicherzelle entnommen wurde. Advantageously, the connection modules further each have a capacitor which is connected in parallel with the respective primary winding. This measure allows the exchange of energy or charge from one energy storage cell to another energy storage cell, since the capacitor allows buffering of the electrical energy or charge that was taken from the donating energy storage cell.
Diese Maßnahme trägt ebenfalls dazu bei, die Flexibilität zu ermöglichen, die dahingehend gefordert ist, dass ein Austausch an elektrischer Energie bzw. Ladung zwischen einzelnen Energiespeicherzellen untereinander und zwi schen Energiespeicherzellen und einem aus mehreren Energiespeicherzel len bestehenden Verbund möglich sein soll. This measure also contributes to enable the flexibility that is required to the extent that an exchange of electrical energy or charge between individual energy storage cells with each other and between rule energy storage cells and a plurality of Energiespeicherzel len existing composite should be possible.
Vorteilhafterweise weisen die Verbindungsmodule ferner jeweils ein primärseitiges Schaltelement auf, das der jeweiligen Primärwicklung derart zugeordnet ist, dass bei geschlossenem primärseitigem Schaltelement ein aus der Primärwicklung und dem Kondensator bestehender primärseitiger Energieflusspfad gebildet ist. Durch diesen primärseitigen, modulbezogenen Energieflusspfad kann ein Energiespeichermodul elektrische Energie bzw. Ladung an das Energieaustauschsystem abgeben oder von diesem aufnehmen, wodurch ein Austausch bzw. ein Ausgleich zwischen den Energiespeichermodulen und somit zwischen den in diesen Modulen enthaltenen Energiespeicherzellen möglich ist. Advantageously, the connection modules further each have a primary-side switching element, which is associated with the respective primary winding such that when the primary-side switching element is closed, a primary-side energy flow path consisting of the primary winding and the capacitor is formed. Through this primary-side, module-related energy flow path, an energy storage module can deliver or receive electrical energy or charge to the energy exchange system, whereby an exchange or a balance between the energy storage modules and thus between the energy storage cells contained in these modules is possible.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem Fahrzeug ein weiterer Energiespeicher vorhanden, der mit dem Energieaustauschsystem verbunden ist, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, das Verbindungsherstellungssystem derart anzusteuern, dass zumindest eine der aufnehmenden Energiespeicherzellen und/oder zumindest eine der abgebenden Energiespeicherzellen mit dem weiteren Energiespeicher verbunden ist, um einen Energieausaustausch zwischen der jeweiligen Energiespeicherzelle und dem weiteren Energiespeicher zu ermöglichen. Diese Maßnahme ermöglicht es, dass eine in einem Hochvoltspeicher enthaltene Energiespeicherzelle geladen oder entladen werden kann, ohne dass gleichzeitig innerhalb des Hochvoltspeichers eine Ladungsumverteilung durchgeführt werden muss. Es kann somit auch ohne eine Ladungsumverteilung zwischen einzelnen Energiespeicherzellen eine Ladungs- bzw. Energieausgleich erzielt werden. Vorzugsweise ist der weitere Energiespeicher als Niedervoltspeicher ausgeführt, dessen Spannungsniveau im Bereich der Bordnetz spannung liegt. Vorzugsweise kann der weitere Energiespeicher mittels sogenannter Superkondensatoren aufgebaut sein. In a further advantageous embodiment of the invention, a further energy store is present in the vehicle, which is connected to the energy exchange system, wherein the control unit is further adapted to control the connection manufacturing system such that at least one of the receiving energy storage cells and / or at least one of the donating energy storage cells is connected to the further energy storage to allow an energy exchange between the respective energy storage cell and the further energy storage. This measure makes it possible for an energy storage cell contained in a high-voltage storage unit to be charged or discharged without having to carry out charge redistribution within the high-voltage storage unit at the same time. It can thus be achieved without a charge redistribution between individual energy storage cells, a charge or energy balance. Preferably, the further energy storage is designed as a low-voltage storage, the voltage level is in the area of the electrical system voltage. Preferably, the further energy storage can be constructed by means of so-called supercapacitors.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, festzustellen, ob ein Ladebetriebszustand vorliegt, bei dem dem Hochvoltspeicher elektrische Energie zugeführt wird, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, während eines vorliegenden Ladebetriebszustands das Verbindungsherstellungssystem zumindest zeitweise derart anzusteuern, um zumindest einer der aufnehmenden Energiespeicherzellen eine individualisierte Menge an elektrischer Energie zuzuführen. Diese Maßnahme trägt ebenfalls zu der für das Energiespeicherzellenausgleichsystem geforderten Flexibilität bei. Bei dem Ladebetriebszustand kann es sich um einen fahrzeugintern ablaufenden Ladevorgang handeln, wie er beispielsweise bei der Rekuperation vorkommt. Es kann sich aber auch um einen Ladevorgang handeln, bei dem dem Hochvoltspeicher von einer externen Energiequelle, beispielsweise dem öffentlichen Energieversorgungsnetz, elektrische Energie zugeführt wird. Vorzugsweise soll dabei so vorgegangen werden, dass während eines Ladevorgangs dem Hochvoltspeicher als Ganzem elektrische Energie zugeführt wird und bereits während des Ladevorgangs ein Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen vorgenommen wird. In a further embodiment of the invention, the control unit is further configured to determine whether a charging mode is present, in which electrical energy is supplied to the high-voltage storage, wherein the control unit is further adapted to at least temporarily control the connection production system during a present loading operating state, at least supplying an individualized amount of electrical energy to one of the receiving energy storage cells. This measure also contributes to the flexibility required for the energy storage cell balancing system. The charging operating state can be a charging process taking place in-vehicle, as occurs, for example, during recuperation. However, it may also be a charging process, in which the high-voltage storage is supplied by an external energy source, such as the public power grid, electrical energy. Preferably, the procedure should be such that electrical energy is supplied to the high-voltage accumulator as a whole during a charging process and charge equalization is already carried out between the individual energy storage cells during the charging process.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, festzustellen, ob ein Entnahmebetriebszustand vorliegt, bei dem dem Hochvoltspeicher elektrische Energie entnommen wird, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, während eines vorliegenden Entnahmebetriebszustands das Verbindungsherstellungssystem zumindest zweitweise derart anzusteuern, um zumindest einer der abgebenden Energiespeicherzellen eine individualisierte Menge an elektrischer Energie zu entnehmen. Auch diese Maßnahme trägt zu der für das Energiespeicherzellenausgleichsystem geforderten Flexibilität bei. Ein Entnahmebetriebszustand kann beispielsweise dann vorliegen, wenn die elektrische Maschine, mit der die angetriebenen Räder angetrieben werden, durch dem Hochvolt speicher entnommene elektrische Energie gespeist wird. Bei entsprechender Auslegung des Energieaustauschsystems kann ein Entnahmebetriebszu stand auch dann vorliegen, wenn durch den Hochvoltspeicher beispielsweise das Bordnetz oder eine in dem Fahrzeug verbaute Klimaanlage mit elektrischer Energie versorgt wird. Vorzugsweise soll so vorgegangen werden, dass beispielsweise während des Speisens der elektrischen Maschine dem Hochvoltspeicher als Ganzem elektrische Energie entnommen wird und bereits während des Entladevorgangs ein Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen erfolgt. Diese Maßnahme erfolgt vorzugsweise dann, wenn das Fahrzeug bewegt wird. In a further advantageous embodiment of the invention, the control unit is further configured to determine whether there is a removal operating state in which electrical energy is taken from the high-voltage accumulator, wherein the control unit is further configured to control the connection production system at least in a secondary manner during a present removal operating state at least one of the donating energy storage cells to take an individualized amount of electrical energy. This measure also contributes to the flexibility required for the energy storage cell compensation system. A removal operating state may be present, for example, when the electrical machine with which the driven wheels are driven by the high-voltage memory-derived electrical energy is fed. With appropriate design of the energy exchange system Abnahmebetriebszu was also present when, for example, the electrical system or a built-in air conditioning system is supplied with electrical energy by the high-voltage storage. Preferably, the procedure should be such that, for example, during the feeding of the electric machine, the high-voltage accumulator as a whole is taken off electrical energy and a charge equalization takes place between the individual energy storage cells during the discharging process. This measure preferably takes place when the vehicle is being moved.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, in Abhängigkeit zumindest einer für zumindest eine Energiespeicherzelle ermittelten, den Betriebszustand der jeweiligen Energiespeicherzelle repräsentierenden Betriebszustandsgröße eine Auswertung durchzuführen und in Abhängigkeit eines dabei erhaltenen Auswerteergebnisses den Energieaustausch zwischen der zumindest einen abgebenden und der zumindest einen aufnehmenden Energiespeicherzelle zuzulassen. Durch diese Maßnahme wird ein Kriterium geschaffen, in dessen Abhängigkeit die Durchführung des Energieaustauschs gesteuert werden kann. Somit ist sichergestellt, dass ein Energieaustausch durchgeführt wird, sobald hierfür die Notwendigkeit besteht, d.h. für den Hochvoltspeicher eine ungleiche Ladungsverteilung vorliegt, dieser aber auch beendet wird, sobald in dem Hochvoltspeicher eine ausgeglichene Ladungsverteilung gegeben ist. Ebenso ist sichergestellt, dass der Energieaustausch gar nicht erst begonnen wird, wenn für zumindest eine Energiespeicherzelle ein ungünstiger Betriebszustand vorliegt. Somit ist eine optimale Steigerung der im Fahrbetrieb erzielbaren Reichweite möglich. Das Zulassen eines Energieaustauschs soll das Starten, das Beenden, sowie das Weiterführen eines bereits vorliegenden Energieaustauschs umfassen. Dies soll in entsprechender Weise auch für nachfolgende Ausführungen gelten, die ebenfalls das Zulassen des Ener gieaustauschs betreffen. In a further advantageous embodiment of the invention, the control unit is further configured to perform an evaluation as a function of at least one energy storage cell, the operating state of the respective energy storage cell representing operating state variable and depending on an evaluation result thereby obtained, the energy exchange between the at least one dispensing and the to allow at least one receiving energy storage cell. By this measure, a criterion is created, depending on the implementation of the energy exchange can be controlled. Thus, it is ensured that an energy exchange is carried out as soon as there is a need, i. E. for the high-voltage storage an uneven charge distribution is present, but this is also terminated as soon as in the high-voltage storage a balanced charge distribution is given. It is also ensured that the energy exchange does not even begin when there is an unfavorable operating state for at least one energy storage cell. Thus, an optimal increase in achievable driving range is possible. Allowing an energy exchange should include starting, terminating, and continuing an already existing energy exchange. This should apply in a corresponding manner for subsequent versions, which also relate to the admission of the energy exchange gi.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme handelt es sich bei der Betriebszustandsgröße um die ermittelte Ladezustandsgröße, wobei die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit der für die zumindest zwei Energiespeicherzellen ermittelten Ladezustandsgrößen einen aktuell vorliegenden Ladezustandsgrößenmaximalwert und einen aktuell vorliegenden Ladezustandsgrößenminimalwert zu ermitteln, und den Energieaustausch zuzulassen, wenn eine zwischen dem Ladezustandsgrößenminimalwert und dem Ladezustandsgrößenmaximalwert gegebene Differenz gleich oder größer einem vorgegebenen Differenzschwellenwert ist. Durch die Verwendung der Ladezustandsgröße als Betriebszustandsgröße kann ein sehr aussagekräftiges Kriterium geschaffen werden, mit dem die Durchführung eines Energieaustauschs gesteuert werden kann, wodurch ein besonders zuverlässig arbeitendes Energiespeicherzellenausgleichsystem geschaffen wird. Das Ermitteln eines Ladezustandsgrößenmaximalwerts und eines Ladezustandsgrößenminimalwerts und das Auswerten einer zwischen diesen beiden Werten gegebenen Differenz, ist ein besonders sicheres Kriterium, um feststellen zu können, ob für einen Hochvoltspeicher eine ungleiche Ladungsverteilung vorliegt und somit ein Ladungs- bzw. ein Energieausgleich vorzunehmen ist. Denn sobald im Betrieb eines Hochvoltspeichers für mindestens zwei Energiespeicherzellen die Abweichung zwischen den beiden Ladezustandsgrößen größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, ist das ein Zeichen für eine unsymmetrische Ladungsverteilung, weshalb ein Ladungs- bzw. Energieausgleich durchzuführen ist. In a preferred embodiment of the aforementioned measure, the operating state variable is the ascertained state of charge quantity, wherein the control unit is further configured to determine a currently present state of charge maximum value and a currently present state of charge value minimum value as a function of the charge state variables determined for the at least two energy storage cells, and allow the energy exchange when a difference given between the state of charge minimum value and the state of charge maximum value is equal to or greater than a predetermined difference threshold. By using the state of charge magnitude as the operating state quantity, a very meaningful criterion can be created with which the performance of an energy exchange can be controlled, thus creating a particularly reliable energy storage cell compensation system. The determination of a maximum charge state variable value and a minimum state of charge magnitude value and the evaluation of a difference between these two values is a particularly reliable criterion for determining whether there is an uneven charge distribution for a high-voltage storage device and thus charge or energy equalization. For as soon as during operation of a high-voltage memory for at least two energy storage cells, the deviation between the two state of charge variables is greater than a predetermined threshold, this is a sign of an asymmetrical charge distribution, which is why a charge or energy balance is performed.
Handelt es sich bei der Betriebszustandsgröße um die ermittelte Ladezustandsgröße, ist die Steuereinheit vorteilhafterweise ferner dazu ausgebildet, für zumindest eine Energiespeicherzelle zu ermitteln, ob ermittelte Ladezustandsgrößenwerte innerhalb eines von einem unteren Ladezustandsgrenzwert und einem oberen Ladezustandsgrenzwert definierten Ladezustandsbe triebsfenster liegen, und den Energieaustausch zuzulassen, solange die Ladezustandsgrößenwerte innerhalb des Ladezustandsbetriebsfensters liegen. Vorteilhafterweise ist für jede der Energiespeicherzellen solch ein auf einer Energiespeicherzellenladezustandsgröße basierendes Ladezustandsbetriebsfenster vorgesehen und wird somit für jede der Energiespeicherzellen eine derartige Überwachung durchgeführt. Vorzugsweise handelt es sich sowohl bei dem unteren Ladezustandsgrenzwert als auch bei dem oberen Ladezustandsgrenzwert jeweils um einen definierten Prozentsatz des aktuellen oder des nominellen Energiespeicherzellenladezustandsgrößenwerts. Somit ist eine untere Grenze definiert, die festlegt, dass ein Ausgleich vorgenommen werden kann, solange diese Grenze nicht unterschritten wird. Entsprechend ist eine obere Grenze definiert. Somit ist eine den Entladevorgang betreffende untere Grenze und eine den Ladevorgang betreffende obere Grenze definiert, wodurch sichergestellt ist, das bei einem durchzuführenden Ladungs- bzw. Energieausgleich sowohl eine Tiefentladung als auch eine Überladung einzelner Energiespeicherzellen und somit eine dauerhafte Beeinträchtigung deren Speicherkapazität vermieden wird. Folglich wird durch diese Maßnahme eine besonders hohe Zuverlässigkeit des Energiespeicherzellenausgleichsystems während des Fahrbetriebs sichergestellt und das Erreichen einer größtmöglichen Reichweite im Fahrbetrieb des Fahrzeugs ermöglicht. If the operating state variable is the determined state of charge magnitude, the control unit is advantageously further configured to determine for at least one energy storage cell whether determined state of charge magnitude values lie within a state of charge window defined by a lower state of charge limit and an upper state of charge limit, and to allow the energy exchange, as long as the state of charge magnitude values are within the state of charge operating window. Advantageously, such a charge state operating window based on an energy storage cell charge state variable is provided for each of the energy storage cells and thus such monitoring is performed for each of the energy storage cells. Preferably, both the lower state of charge limit and the upper state of charge limit are each a defined percentage of the current or nominal energy storage cell state of charge magnitude value. Thus, a lower limit is defined, which specifies that a compensation can be made as long as this limit is not exceeded. Accordingly, an upper limit is defined. Thus, a lower limit for the discharge process and an upper limit for the charging process are defined, which ensures that in the case of charging or energy equalization both over-discharge and over-charging of individual energy storage cells and thus lasting impairment of their storage capacity is avoided. Consequently, this measure ensures a particularly high level of reliability of the energy storage cell compensation system during driving operation and makes it possible to achieve the greatest possible range when driving the vehicle.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, für zumindest eine Energiespeicherzelle eine die Energiespeicherzellentemperatur repräsentierende Temperaturgröße auszuwerten, und in Abhängigkeit eines dabei erzielten Auswerteergebnisses den Energieaustausch zuzulassen. Auch diese Maßnahme trägt dazu bei, dass das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichssystem, insbesondere im Fahrbetrieb, besonders zuverlässig arbeitet, schließlich kann vermieden werden, dass es bei einem Ladungs- bzw. Energieausgleich zu einer Überhitzung und somit zu einem Ausfall oder zu einer Abschaltung des Hochvoltspeichers kommt. Gleichermaßen wird eine dauerhafte Beein trächtigung einzelner Energiespeicherzellen verhindert und somit eine größtmögliche Reichweite im Fahrbetrieb ermöglicht. In a further advantageous embodiment of the invention, the control unit is further configured to evaluate for at least one energy storage cell representing the energy storage cell temperature temperature variable, and to allow the energy exchange depending on an evaluation result obtained thereby. This measure also contributes to the fact that the energy storage cell compensation system according to the invention, particularly when driving, operates particularly reliably. Finally, it can be avoided that overheating and thus failure or disconnection of the high-voltage accumulator occurs in the event of charge or energy compensation. Likewise, a lasting effect on individual energy storage cells is prevented, thus allowing the greatest possible range during driving.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten für die zumindest zwei Energiespeicherzellen wiederholt die jeweiligen Ladezustandsgrößen zu ermitteln und festzustellen, ob es sich um eine abgebende oder aufnehmende Energiespeicherzelle handelt, wobei die Feststellung, dass es sich um eine abgebende oder um eine aufnehmende Energiespeicherzelle handelt, für die jeweilige Energiespeicherzelle beibehalten bleibt, solange für die jeweils zugehörige Ladezustandsgröße eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist. Dadurch dass das Ermitteln der Ladezustandsgrößen und das Feststellen, ob es sich um abgebende oder aufnehmende Energiespeicherzellen handelt, zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten und somit wiederholt durchgeführt wird, ist eine kontinuierliche Überwachung einzelner Energiespeicherzellen und somit des Hochvoltspeichers gegeben und somit jederzeit während des Betriebs des Hochvoltspeichers das Durchführen eines Ladungs- bzw. Energieaustauschs zwischen einzelnen Energiespeicherzellen möglich. Die Maßnahme, dass die für eine Energiespeicherzelle gemachte Feststellung, ob es sich um eine abgebende oder um eine aufnehmende Energiespeicherzelle handelt, beibehalten bleibt, solange die vorgegebene Bedingung erfüllt ist, stellt sicher, dass die Zuordnung einer Energiespeicherzelle zu einer der beiden Kategorien aufnehmende bzw. abgebende Energiespeicherzelle für einen längeren Zeitraum beibehalten bleibt, und nicht sofort mit Einsetzen des Ladungs- oder Energieaustauschs eine neue Zuordnung vorgenommen und somit sehr viele Wechsel in der Zuordnung derjenigen Energiespeicherzellen stattfinden, zwischen denen der Ladungs- bzw. Energieausgleich vorgenommen wird. Somit ist ein kontinuierlich bzw. gleichmäßig ablaufender Ausgleich möglich. Es kann zwar vorteilhafterweise zu jedem Zeitpunkt ein Ermitteln und Auswerten der Ladezustandsgrößen erfolgen, es muss aber nicht zwangsläufig zu jedem Zeitpunkt eine Änderung in der Energiespeicherzellenzuordnung erfolgen. In a further advantageous embodiment of the invention, the control unit is further configured to repeatedly determine the respective state of charge quantities at successive times for the at least two energy storage cells and to determine whether it is a donating or receiving energy storage cell, wherein the statement that it is a donor or a receiving energy storage cell is maintained for the respective energy storage cell, as long as for the respective associated state of charge state, a predetermined condition is met. Characterized in that the determination of the state of charge variables and determining whether it is donating or receiving energy storage cells is carried out at successive times and thus repeatedly, a continuous monitoring of individual energy storage cells and thus the high-voltage memory is given and thus at any time during operation of the high-voltage memory performing a charge or energy exchange between individual energy storage cells possible. The measure that the determination made for an energy storage cell, whether it is a donor cell or a receiving energy storage cell, is maintained as long as the predetermined condition is met, ensures that the assignment of a Energy storage cell to one of the two categories receiving or donating energy storage cell is maintained for a longer period, and not immediately with the onset of charge or energy exchange made a new assignment and thus take place many changes in the assignment of those energy storage cells, between which the charge or Energy balance is made. Thus, a continuous or even-running compensation is possible. Although it can be done at any time advantageously determining and evaluating the state of charge variables, but it must not necessarily be done at any time a change in the energy storage cell allocation.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuerein heit ferner dazu ausgebildet, beim Feststellen, ob es sich um eine aufneh mende oder abgebende Energiespeicherzelle handelt, ferner eine für den Hochvoltspeicher vorgegebene Hochvoltspeicherbetriebsstrategie zu berücksichtigen. Vorzugsweise handelt es sich bei der Hochvoltspeicherbetriebsstrategie um eine der folgenden Strategien: um eine Entladestrategie, die darauf ausgerichtet ist, bei einem für den Hochvoltspeicher durchgeführten Entladevorgang, für die einzelnen Energiespeicherzellen jeweils eine maximal mögliche Entladung zu erzielen; oder um eine Ladestrategie, die darauf ausgerichtet ist, bei einem für den Hochvoltspeicher durchgeführten Ladevorgang, für die einzelnen Energiespeicherzellen jeweils eine maximal mögliche Ladung der einzelnen Energiespeicherzellen zu erzielen. Durch diese Maßnahme wird eine optimale Nutzung der individuellen Speicherkapazität der einzelnen Energiespeicherzellen erzielt. Insgesamt ist die Hochvoltspeicherbetriebsstrategie bzw. sind beide Strategien darauf ausgerichtet, eine Leistungsoptimierung zu erzielen, so dass die mit dem Fahrzeug im Fahrbetrieb zurücklegbare Gesamtfahrstrecke maximiert ist. Vorzugsweise kann die Hochvoltspeicherbetriebsstrategie im Fahrbetrieb des Fahrzeugs aus einer Vielzahl unterschiedlicher Strategien ausgewählt werden, wodurch eine Anpassung des vorzunehmenden Ladungs- bzw. Energieausgleichs an im Fahrbetrieb auftretende Gegebenheiten möglich ist, wodurch wiederum eine Optimierung der Speicherkapazität des Hochvoltspeichers und somit der Reichweite möglich ist. Vorzugsweise sollen die Energiespeicherzellen bei beiden Strategien den jeweiligen Ladezustand, d.h. die maximal mögliche Entladung oder die maximal mögliche Aufladung im Wesentlichen zeitgleich erreichen. In a further advantageous embodiment of the invention, the Steuerein unit is further designed to take into account when determining whether it is a aufneh mende or donating energy storage cell, also a predetermined for the high-voltage storage Hochvoltspeicherbetriebsstrategie. Preferably, the high-voltage storage operation strategy is one of the following strategies: a discharge strategy aimed at achieving a maximum possible discharge for the individual energy storage cells in the case of a discharge process carried out for the high-voltage storage device; or a charging strategy which is designed to achieve a maximum possible charge of the individual energy storage cells for the individual energy storage cells in the case of a charging process carried out for the high-voltage storage. By this measure, an optimal use of the individual storage capacity of the individual energy storage cells is achieved. Overall, the high-voltage storage operating strategy or both strategies are geared towards achieving a performance optimization, so that the total travel distance covered by the vehicle while driving is maximized. Preferably, the high-voltage storage operating strategy can be selected during driving of the vehicle from a variety of different strategies, whereby an adjustment of the charge or energy balance to be performed on driving conditions is possible, which in turn is an optimization of the storage capacity of the high-voltage memory and thus the range is possible. Preferably, the energy storage cells in both strategies should the respective state of charge, i. reach the maximum possible discharge or the maximum possible charge substantially simultaneously.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei der Ladezustandsgröße um zumindest eine der folgenden Größen: Energiespeicherzellenspannung, Energiespeicherzellenladung oder Energiespeicherzellenladezustand. Alle drei Größen sind dafür geeignet, den Ist-Ladezustand einer Energiespeicherzelle zuver lässig zu repräsentieren und sind demzufolge ein geeignetes Maß für den Ist- Ladezustand einer Energiespeicherzelle. Die Energiespeicherzellenladung eignet sich besonders gut als Ladezustandsgröße, da sie ein direktes Maß für die in einer Energiespeicherzelle gespeicherte elektrische Ladung und demzufolge auch der Energie ist. Mit ihr kann der Ist-Ladezustand einer Energiespeicherzelle besonders zuverlässig erfasst und somit ein Ladungs- bzw. Energieausgleich zwischen einzelnen Energiespeicherzellen besonders präzise durchgeführt werden. Dadurch, dass der Energiespeicherzellenladezustand über die Energiespeicherzellenkapazität mit der Energiespeicherzellenladung zusammenhängt und im Fall der Energiespeicherzellenleerlaufspannung ein funktioneller Zusammenhang zwischen der Energiespeicherzellenleerlaufspannung und dem Energiespeicherzellenladezustand besteht, sind auch diese beiden Größen gut dafür geeignet, den Ist-Ladezustand einer Energiespeicherzelle wiederzugeben. Es hat sich herausgestellt, dass es ausreichend ist, bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicherzellenausgleichsystem eine der vorgenannten Größen zu verwenden, d.h. den Ladungs- bzw. Energieausgleich zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen basierend auf bzw. in Abhängigkeit von einer dieser drei Größen durchzuführen. Vorteilhafterweise ist aber auch denkbar, zumindest zwei dieser drei Größen kombiniert zu verwenden. Ebenfalls ist es denkbar, dass bei dem erfindungsgemäßen Energiespeicherzellenausgleichsystem im Fahrbetrieb und somit während für den Hochvoltspeicher ein Ladungs- bzw. Energieausgleich durchzuführen ist, als Ladezustandsgröße eine der drei vorgenannten Größen ausgewählt wird. Somit ist es möglich, immer die für die jeweilige Betriebssituation des Hochvoltspeichers am besten geeignete Ladezustandsgröße zu verwenden und folglich das beste Ergebnis bei dem durchzuführenden Ladungs- bzw. Energieausgleich zu erzielen. Advantageously, the state of charge state is at least one of the following variables: energy storage cell voltage, energy storage cell charge or energy storage cell charge state. All three sizes are suitable for reliably representing the actual state of charge of an energy storage cell and are therefore a suitable measure of the actual state of charge of an energy storage cell. The energy storage cell charge is particularly well suited as a state of charge state, since it is a direct measure of the stored in an energy storage cell electrical charge and consequently the energy. With it, the actual state of charge of an energy storage cell can be detected particularly reliable and thus a charge or energy balance between individual energy storage cells can be carried out particularly precisely. Due to the fact that the energy storage cell charge state is related to the energy storage cell charge via the energy storage cell capacitance and in the case of the energy storage cell idle voltage there is a functional relationship between the energy storage cell idle voltage and the energy storage cell charge state, these two variables are well suited for reproducing the actual state of charge of an energy storage cell. It has been found that it is sufficient to use one of the aforementioned sizes in the energy storage cell compensation system according to the invention, i. to carry out the charge or energy balance between the individual energy storage cells based on or in dependence on one of these three variables. Advantageously, however, it is also conceivable to use at least two of these three sizes combined. It is likewise conceivable that, in the energy storage cell compensation system according to the invention, a charge or energy compensation is to be carried out while driving and for the high-voltage storage, one of the three aforementioned variables is selected as the charge state variable. Thus, it is possible to always use the most suitable state of charge state for the respective operating situation of the high-voltage accumulator and consequently to achieve the best result in the charge or energy compensation to be carried out.
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenspannung handelt, d.h. als Ladezustandsgröße die Energiespeicherzellenspannung verwendet wird, ist die Steuereinheit vorteilhafterweise dazu ausgebildet, in Abhängigkeit eines für die jeweiligen Energiespeicher zellenspannungswerte durchgeführten Vergleichs festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle han delt. Was die Durchführung des Vergleichs angeht, so sind hier mehrere Vorgehensweisen denkbar. Zum einen können basierend auf den ermittelten Energiespeicherzellenspannungswerten die beiden Extremwerte ermittelt werden, d.h. der maximale und der minimale Spannungswert. Die Energiespeicherzelle, die den maximalen Spannungswert aufweist, ist dann die abgebende Energiespeicherzelle. Die Energiespeicherzelle, die den minimalen Spannungswert aufweist, ist dann die aufnehmende Energiespeicherzelle. Zum anderen können die ermittelten Energiespeicherzellenspannungswerte der Größe nach und demzufolge auch die Energiespeicherzellen selbst sortiert werden. Entsprechend einem geeignet gewählten Zuordnungskriterium bzw. Unterscheidungskriterium, beispielsweise kann hierfür der Mittelwert oder der Median verwendet werden, die beide eine Kategorisierung in abgebende und aufnehmende Energiespeicherzelle ermöglichen, werden dann Zuordnungen von aufnehmenden und abgebenden Energiespeicherzellen gebildet, wobei jeweils innerhalb einer Zuordnung ein Ausgleich vorgenommen wird. Bei den Zuordnungen kann es sich um eine Zuordnung zwischen einer einzelnen abgebenden Energiespeicherzelle und einer einzelnen aufnehmenden Energiespeicherzelle handeln (c2c-Ansatz). Es kann sich auch um eine Zuordnung zwischen einer einzelnen abgebenden Energiespeicherzelle und einem Verbund von aufnehmenden Energiespeicherzellen (c2s-Ansatz) oder um eine Zuordnung zwischen einem Verbund von abgebenden Energiespeicherzellen und einer einzelnen aufnehmenden Energiespeicherzelle (s2c-Ansatz) handeln, wobei in beiden Fällen der Verbund aus zwei oder maximal n – m Energiespeicherzellen bestehen kann, wobei n die Anzahl der in dem Hochvoltspeicher enthaltenen Energiespeicherzellen darstellt und m die Anzahl von Energiespeicherzellen darstellt, die insgesamt in dem Energiespeichermodul enthalten sind, das die einzelne abgebende Energiespeicherzelle (c2s-Ansatz) oder die einzelne aufnehmende Energiespeicherzelle (s2c-Ansatz) enthält. Es ist auch denkbar, dass gleichzeitig mehrere der vorstehenden genannten Zuordnungen bestehen können, auch in beliebiger Kombination. Handelt es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energie speicherzellenspannung, so wird der Energiespeicherzellenausgleich anhand einer für die Energiespeicherzellen vorgenommenen Spannungssteuerung durchgeführt. In the event that the charge state variable is the energy storage cell voltage, ie the energy storage cell voltage is used as the charge state variable, the control unit is advantageously designed to determine, depending on a comparison made for the respective energy storage cell voltage values, whether it is a receiving or a donating energy storage cell han delt. As far as the implementation of the comparison is concerned, several approaches are conceivable here. On the one hand, based on the determined energy storage cell voltage values, the two extreme values can be determined, ie the maximum and the minimum voltage value. The energy storage cell, which has the maximum voltage value, is then the dispensing energy storage cell. The energy storage cell having the minimum voltage value is then the receiving energy storage cell. On the other hand, the determined Energy storage cell voltage values by size and therefore also the energy storage cells themselves are sorted. In accordance with a suitably chosen assignment criterion or distinguishing criterion, for example, the mean value or the median can be used for this, which both allow categorization into emitting and receiving energy storage cell, then allocations of receiving and donating energy storage cells are formed, wherein a compensation is made in each case within an allocation , The assignments can be an association between a single donor energy storage cell and a single consuming energy storage cell (c2c approach). It may also be an association between a single donating energy storage cell and a composite of receiving energy storage cells (c2s approach) or an association between a composite of donating energy storage cells and a single receiving energy storage cell (s2c approach), in both cases May consist of two or at most n-m energy storage cells, where n represents the number of energy storage cells contained in the high-voltage storage and m represents the number of energy storage cells that are included in the total energy storage module, the single emitting energy storage cell (c2s approach) or contains the single receiving energy storage cell (s2c approach). It is also conceivable that at the same time several of the aforementioned assignments can exist, even in any combination. If the charge state variable is the energy storage cell voltage, then the energy storage cell compensation is performed on the basis of a voltage control made for the energy storage cells.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, eine den Innenwiderstand der jeweiligen Energiespeicherzelle repräsentierende Widerstandsgröße zu berücksichtigen. Durch diese Maßnahme können insbesondere systematische Fehler beim Durchführen des Energiespeicherzellenausgleichs vermieden werden. Unter Berücksichtigung des Innenwiderstands einer Energiespeicherzelle ist es möglich, für jede der Energiespeicherzellen deren Leerlaufspannung (Open Circuit Voltage) zu ermitteln. Bei Kenntnis des Energiespeicherzelleninnenwiderstandes ist es möglich, die unter Belastung im Inneren der Energiespeicherzelle abfallenden Spannungen zu berücksichtigen bzw. herauszurechnen. Es gilt dann die Annahme, dass Energiespeicherzellen, die an ihren Klemmen dieselbe Zellenspannung aufweisen, somit auch denselben Ladezustand aufweisen. In a preferred embodiment of the aforementioned measure, the control unit is also designed to take into account a resistance variable representing the internal resistance of the respective energy storage cell. By this measure, in particular systematic errors in performing the energy storage cell compensation can be avoided. Taking into account the internal resistance of an energy storage cell, it is possible to determine the open circuit voltage for each of the energy storage cells. With knowledge of the energy storage cell internal resistance, it is possible to take into account or to calculate the voltages dropping under load in the interior of the energy storage cell. The assumption then applies that energy storage cells which have the same cell voltage at their terminals thus also have the same state of charge.
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung oder um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, d.h. als Ladezustandsgröße die Energiespeicherzellenladung oder der Energiespeicherzellenladezustand verwendet wird, ist die Steuereinheit vorteilhafterweise dazu ausgebildet, für die zumindest zwei Energiespeicherzellen jeweils eine Differenzgröße zwischen der Ladezustandsgröße und einem für die jeweilige Energiespeicherzelle gegebenen Betriebsgrenzwert zu ermitteln, und in Abhängigkeit der Differenzgrößen festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt. Vorzugsweise wird zur Bildung der Differenzgröße von der Ladezustandsgröße der Betriebsgrenzwert abgezogen. In einer bevorzugten Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist der Betriebsgrenzwert in Ab hängigkeit einer für den Hochvoltspeicher vorgegebenen Hochvoltspeicher betriebsstrategie ermittelt. In the case that the state of charge magnitude is the energy storage cell charge or the energy storage cell state of charge, i. As the charge state variable, the energy storage cell charge or the energy storage cell charging state is used, the control unit is advantageously designed to determine for each of the at least two energy storage cells a difference between the state of charge state and given for each energy storage cell operating limit, and determine depending on the difference sizes, if it is a receiving or dispensing energy storage cell. Preferably, the operational limit is subtracted from the state of charge magnitude to form the difference quantity. In a preferred embodiment of the aforementioned measure, the operating limit value is determined as a function of a high-voltage storage operating strategy specified for the high-voltage storage device.
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespei cherzellenladung handelt, handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um einen für die Energiespeicherzelle gegebenen Ladungsgrenzwert. Im Fall der Entladestrategie handelt es sich um den zulässigen Ladungsminimalwert, der diejenige Ladung repräsentiert, auf die eine Energiespeicherzelle bestenfalls entladen werden darf, bzw. die in einer Energiespeicherzelle am Ende eines Entladevorgangs minimal enthalten sein muss. Demzufolge ist die Entladestrategie darauf ausgerichtet bzw. verfolgt das Ziel, die Energiespeicherzellen gegen die jeweils erlaubte minimale Ladungsmenge zu symmetrieren, insofern kann die Entladestrategie auch als Betriebsstrategie zur Erzielung einer Vollentladung aufgefasst werden. Im Fall der Ladestrategie handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um den zulässigen Ladungsmaximalwert, der diejenige Ladung repräsentiert, auf die eine Energiespeicherzelle bestenfalls geladen werden darf, bzw. die in einer Energiespeicherzelle am Ende eines Ladevorgangs maximal enthalten sein darf. Demzufolge ist die Ladestrategie darauf ausgerichtet bzw. verfolgt das Ziel, die Energiespeicherzellen gegen die jeweils erlaubte maximale Ladungsmenge zu symmetrieren, insofern kann die Ladestrategie auch als Betriebsstrategie zur Erzielung einer Vollladung aufgefasst werden. In the event that the charge state quantity is the energy storage cell charge, the operating limit value is a charge limit value given for the energy storage cell. In the case of the discharge strategy, this is the permissible charge minimum value, which represents the charge to which an energy storage cell may at best be discharged, or which must be minimally contained in an energy storage cell at the end of a discharge process. Accordingly, the discharge strategy is aimed at balancing the energy storage cells against the minimum allowable amount of charge allowed, so that the discharge strategy may be understood as an operating strategy for achieving full discharge. In the case of the charging strategy, the operating limit value is the permissible maximum charge value, which represents the charge to which an energy storage cell may at best be charged, or which may be contained at most in an energy storage cell at the end of a charging process. As a result, the charging strategy is geared towards balancing the energy storage cells with the respective maximum allowable charge quantity, so that the charging strategy can also be understood as an operating strategy for achieving a full charge.
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um einen für die Energiespeicherzelle gegebenen Ladezustandsgrenzwert. Im Fall der Entladestrategie handelt es sich um den zulässigen Ladezustandsminimalwert, der denjenigen Ladezustand repräsentiert, den eine Energiespeicherzelle am Ende eines Entladevorgangs noch aufweisen sollte. Hier ist die Entladestrategie darauf ausgerichtet bzw. verfolgt das Ziel, die Energiespeicherzellen hinsichtlich des jeweils erlaubten minimalen Ladezustands zu symmetrieren. Auch hier handelt es sich um eine Betriebsstrategie zur Erzielung einer Vollentladung. Im Fall der Ladestrategie handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um den zulässigen Ladezustandsmaximalwert, der denjenigen Ladezustand repräsentiert, den eine Energiespeicherzelle am Ende eines Ladevorgangs maximal aufweisen darf. Hier ist die Ladestrategie darauf ausgerichtet bzw. verfolgt das Ziel, die Energiespeicherzellen hinsichtlich des jeweils erlaubten maximalen Ladezustands zu symmetrieren. Es handelt sich somit um eine Betriebsstrategie zur Erzielung einer Vollladung. In the event that the state of charge state is the energy storage cell state of charge, the operating limit value is a state of charge limit state given for the energy storage cell. In the case of the discharge strategy, this is the permissible state of charge minimum value, which represents the state of charge that an energy storage cell should still have at the end of a discharge process. Here, the discharge strategy is geared to or pursues the goal of the energy storage cells in terms of each allowed to balance minimum state of charge. Again, it is an operating strategy to achieve a full discharge. In the case of the charging strategy, the operating limit value is the permissible state of charge maximum value, which represents the state of charge that an energy storage cell is allowed to have at the end of a charging process. Here, the charging strategy is geared to or pursues the goal of symmetrizing the energy storage cells with regard to the respectively permitted maximum state of charge. It is therefore an operating strategy for achieving a full charge.
Vorzugsweise sollen alle in dem Hochvoltspeicher enthaltenen Energiespeicherzellen den Zustand der Vollladung oder Vollentladung erreichen, insbesondere gleichzeitig. Vorteilhafterweise sind für die einzelnen Energiespeicherzellen sowohl ein minimaler als auch ein maximaler Betriebsgrenzwert bekannt. In Abhängigkeit der gewählten Betriebsstrategie wird dann festgelegt bzw. bestimmt, ob als Betriebsgrenzwert entweder der minimale Betriebsgrenzwert oder der maximale Betriebsgrenzwert verwendet wird. Was den Energiespeicherzellenladezustand angeht, so kann entweder der aktuell im Fahrbetrieb ermittelte Istwert oder der bei der Herstellung der Energiespeicherzelle ermittelte Nominalwert verwendet werden, wobei die entsprechend zugehörigen Betriebsgrenzwerte zu verwenden sind, wobei die aktuellen Betriebsgrenzwerte und die nominalen Betriebsgrenzwerte ineinander umgerechnet werden können. Preferably, all energy storage cells contained in the high-voltage storage should reach the state of full charge or full discharge, in particular at the same time. Advantageously, both a minimum and a maximum operating limit are known for the individual energy storage cells. Depending on the selected operating strategy, it is then determined or determined whether the operating limit value used is either the minimum operating limit value or the maximum operating limit value. Regarding the energy storage cell charge state, either the current value determined during driving or the nominal value determined during the production of the energy storage cell can be used, whereby the corresponding associated operating limit values are to be used, wherein the current operating limit values and the nominal operating limit values can be converted into one another.
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, ist die Steuereinheit vorteilhafterweise ferner dazu ausgebildet, einen Mittelwert für die Differenzgrößen zu ermitteln, und für die zumindest zwei Energiespeicherzellen in Abhängigkeit der jeweiligen Differenzgröße und des Mittelwerts jeweils eine Abweichungsgröße zu ermitteln, und in Abhängigkeit der Abweichungsgrößen festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt. Die Differenzgröße repräsentiert eine Nutzhubladungsmenge. Im Fall der Ladestrategie handelt es sich um die Nutzhubladungsmenge zur Vollladung, d.h. um diejenige Ladungsmenge, die der Energiespeicherzelle ausgehend von der aktuellen Ladungsmenge bis zum Erreichen des Ladungsmaximal werts zugeführt werden kann. Im Fall der Entladestrategie handelt es sich um die Nutzhubladungsmenge zur Vollentladung, d.h. um diejenige Ladungs menge, die der Energiespeicherzelle ausgehend von der aktuellen Ladungsmenge bis zum Erreichen des Ladungsminimalwerts entnommen werden kann. Die Abweichungsgröße repräsentiert die Nutzhubladungsmengenabweichung. Vorzugsweise wird die Abweichungsgröße gebildet, indem vom Mittelwert die jeweilige Differenzgröße abgezogen wird. In the event that the charge state variable is the energy storage cell charge, the control unit is advantageously also designed to determine an average value for the difference values and to determine a deviation variable for the at least two energy storage cells as a function of the respective difference quantity and the mean value , and to determine, depending on the deviation quantities, whether it is a receiving or a donating energy storage cell. The difference size represents a Nutzhubladungsmenge. In the case of the charging strategy, it is the payload amount for full charge, i. By that amount of charge that can be supplied to the energy storage cell, starting from the current amount of charge until reaching the maximum charge value. In the case of the unloading strategy, it is the payload amount for full discharge, i. by that amount of charge that can be removed from the energy storage cell, starting from the current amount of charge until it reaches the charge minimum value. The deviation amount represents the payload amount deviation. Preferably, the deviation quantity is formed by deducting the respective difference quantity from the mean value.
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, ist die Steuereinheit vorteilhafterweise ferner dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der Abweichungsgröße und einer Hochvoltspeicherbetriebsstrategie festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt. Entsprechend ist für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, die Steuereinheit konsequenterweise dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der der Abweichungsgröße und einer Hochvoltspeicherbetriebsstrategie oder alternativ in Abhängigkeit der Differenzgröße und einer Hochvoltspeicherbetriebsstrategie festzustellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt. Somit ist es beispielsweise denkbar, anhand der Abweichungsgröße bzw. der Differenzgröße eine generelle Eingruppierung in aufnehmende und abgebende Energiespeicherzellen vorzunehmen. Anhand der Hochvoltspeicherbetriebsstrategie erfolgt dann noch eine Auswahl und/oder Zuordnung der Energiespeicherzellen, zwischen denen dann konkret der Ladungs- bzw. Energieausgleich durchzuführen ist. In the event that the state of charge state is the energy storage cell charge, the control unit is advantageously also designed to determine, depending on the deviation quantity and a high-voltage storage operation strategy, whether it is a receiving or a donating energy storage cell. Accordingly, in the event that the state of charge magnitude is the energy storage cell state of charge, the control unit is consequently configured to determine whether it is a receiving or a variable depending on the deviation quantity and a high-voltage storage operation strategy or alternatively depending on the difference size and a high-voltage storage operation strategy is a donating energy storage cell. Thus, it is conceivable, for example, to make a general classification into receiving and donating energy storage cells on the basis of the deviation variable or the difference variable. On the basis of the high-voltage storage operating strategy, a selection and / or assignment of the energy storage cells then takes place, between which then the charge or energy balance is to be carried out.
Handelt es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung, so sind folgende Vorgehensweisen denkbar: Beim c2c-Ansatz wird für den Fall, dass als Hochvoltspeicherbetriebsstrategie die Entladestrategie gewählt ist, als abgebende Energiespeicherzelle beispielsweise diejenige Energiespeicherzelle gewählt, für die, im Vergleich zu den übrigen im Hoch voltspeicher enthaltenen Energiespeicherzellen, die Abweichungsgröße den Maximalwert aufweist. Als aufnehmende Energiespeicherzelle wird beispielsweise diejenige Energiespeicherzelle gewählt, für die die Abwei chungsgröße entsprechend den Minimalwert aufweist. Für den Fall dass die Ladestrategie gewählt ist, wird als aufnehmende Energiespeicherzelle diejenige Energiespeicherzelle gewählt, für die die Abweichungsgröße entsprechend den Maximalwert aufweist, und als abgebende Energiespeicherzelle wird diejenige Energiespeicherzelle gewählt, deren Abweichungsgröße entsprechend den Minimalwert aufweist. Zur Ermittlung derjenigen Energiespeicherzelle, die den Minimalwert bzw. den Maximalwert aufweist, werden vorteilhafterweise die für die einzelnen Energiespeicherzellen jeweils ermittelten Abweichungsgrößen untereinander verglichen, und dabei die kleinste negative Abweichungsgröße (Minimalwert) bzw. die größte positive Abweichungsgröße (Maximalwert) ermittelt und demzufolge gleichzeitig auch die zugehörigen Energiespeicherzellen detektiert. Vorzugsweise können für sämtliche Energiespeicherzellen die Abweichungsgrößen der Größe nach sortiert werden. Dies würde es ermöglichen, mehrere Paarungen von aufnehmender und abgebender Energiespeicherzelle zu bilden, und somit die Durchführung mehrerer auf dem c2c-Ansatz basierender Ausgleiche ermöglichen. If the state of charge state is the energy storage cell charge, the following approaches are conceivable: In the c2c approach, the discharge strategy selected as the high-voltage storage operation strategy is, for example, the energy storage cell for which, in comparison to the others in the High voltspeicher contained energy storage cells, the deviation size has the maximum value. As the receiving energy storage cell, for example, that energy storage cell is selected for which the deviation has a deviation corresponding to the minimum value. In the event that the charging strategy is selected, the one energy storage cell is selected as the receiving energy storage cell, for which the deviation amount corresponding to the maximum value, and as a donating energy storage cell that energy storage cell is selected, the deviation size corresponding to the minimum value. In order to determine which energy storage cell has the minimum value or the maximum value, the deviation quantities respectively determined for the individual energy storage cells are advantageously compared with each other, thereby determining the smallest negative deviation quantity (minimum value) or the largest positive deviation variable (maximum value) and, consequently, simultaneously detects the associated energy storage cells. Preferably, the deviation quantities can be sorted by size for all energy storage cells. This would make it possible to form multiple pairs of receiving and donating energy storage cells, thus enabling the implementation of multiple c2c based balancing.
Es können aber auch Kombinationen bzw. Zuordnungen von einer einzelnen Energiespeicherzelle zu einem aus mehreren Energiespeicherzellen bestehenden Verbund (Stack) gebildet werden, wie es beim c2s-Ansatz oder beim s2c-Ansatz der Fall ist. Im Fall der Ladestrategie wird beim c2s-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle als abgebende Energiespeicherzelle gewählt, für die die Abweichungsgröße den Minimalwert aufweist, und als aufnehmende Energiespeicherzellen werden mehrere Energiespeicherzellen gewählt, wobei vorzugsweise eine davon diejenige sein kann, für die die Abweichungsgröße den Maximalwert aufweist und zudem andere Energiespeicherzellen, für die der jeweilige Wert der Abweichungsgröße im Bereich des Maximalwerts liegt. Im Fall der Entladestrategie wird beim c2s-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle als abgebende Energiespeicherzelle gewählt, für die die Abweichungsgröße den Maximalwert aufweist, und als aufnehmende Energiespeicherzellen werden mehrere Energiespeicherzellen gewählt, wo bei vorzugsweise eine davon diejenige sein kann, für die die Abweichungsgröße den Minimalwert aufweist und zudem andere Energiespeicherzellen, für die der jeweilige Wert der Abweichungsgröße im Bereich des Minimalwerts liegt. However, it is also possible for combinations or allocations to be formed from a single energy storage cell to a stack consisting of several energy storage cells, as is the case with the c2s approach or the s2c approach. In the case of the charging strategy, in the c2s approach, that energy storage cell is selected as a donor energy storage cell for which the deviation quantity has the minimum value, and a plurality of energy storage cells are selected as receiving energy storage cells, one of which may preferably be the one for which the deviation variable has the maximum value and moreover other energy storage cells for which the respective value of the deviation quantity is in the range of the maximum value. In the case of the discharge strategy, in the c2s approach, that energy storage cell is selected as a donor energy storage cell for which the deviation variable has the maximum value, and a plurality of energy storage cells are selected as receiving energy storage cells, where preferably one of them can be the one for which the deviation variable has the minimum value and In addition, other energy storage cells for which the respective value of the deviation quantity is in the range of the minimum value.
Im Fall der Ladestrategie wird beim s2c-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle als aufnehmende Energiespeicherzelle gewählt, für die die Abweichungsgröße den Maximalwert aufweist, und als abgebende Energiespeicherzellen werden mehrere Energiespeicherzellen gewählt, wobei vorzugsweise eine davon diejenige sein kann, für die die Abweichungsgröße den Minimalwert aufweist und zudem andere Energiespeicherzellen, für die der jeweilige Wert der Abweichungsgröße im Bereich des Minimalwerts liegt. Im Fall der Entladestrategie wird beim s2c-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle als aufnehmende Energiespeicherzelle gewählt, für die die Abweichungsgröße den Minimalwert aufweist, und als abgebende Energiespeicherzellen werden mehrere Energiespeicherzellen gewählt, wobei vorzugsweise eine davon diejenige sein kann, für die die Abweichungsgröße den Maximalwert aufweist und zudem andere Energiespeicherzellen, für die der jeweilige Wert der Abweichungsgröße im Bereich des Maximalwerts liegt. In the case of the charging strategy, in the s2c approach, that energy storage cell is selected as the receiving energy storage cell for which the deviation variable has the maximum value, and a plurality of energy storage cells are selected as donating energy storage cells, one of which may preferably be the one for which the deviation variable has the minimum value and moreover other energy storage cells for which the respective value of the deviation quantity is in the range of the minimum value. In the case of the discharge strategy, in the s2c approach, that energy storage cell is selected as the receiving energy storage cell for which the deviation quantity has the minimum value, and a plurality of energy storage cells are selected as donor energy storage cells, one of which may be the one for which the deviation variable has the maximum value and, moreover other energy storage cells for which the respective value of the deviation quantity is in the range of the maximum value.
Handelt es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand so wird beim c2c-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle als abgebende Energiespeicherzelle gewählt, für die die Differenzgröße den Maximalwert aufweist, und als aufnehmende Energiespeicherzelle wird diejenige Energiespeicherzelle gewählt, für die die Differenzgröße den Minimalwert aufweist, wobei dies sowohl für die Ladestrategie als auch für die Entladestrategie gilt. If the state of charge state is the energy storage cell state of charge, the energy storage cell for which the difference variable has the maximum value is selected in the c2c approach, and the energy storage cell for which the difference variable has the minimum value is selected as the receiving energy storage cell for the charging strategy as well as for the unloading strategy.
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, ist die Steuereinheit ferner dazu ausgebildet, vor Bildung der Differenzgröße eine Korrektur des Ladezustandsgrößenwerts in Abhängigkeit einer den Alterungszustand der Energiespeicherzelle repräsen tierenden Alterungszustandsgröße durchzuführen. Durch Berücksichtigung der Alterungszustandsgröße (State of Health Größe; SOH-Größe) kann die aktuelle Speicherkapazität einer Energiespeicherzelle sehr viel genauer ermittelt werden, weshalb ein sehr viel präziserer Ladungs- bzw. Energieausgleich durchgeführt werden kann. Vorteilhafterweise kann generell vorgesehen sein, die Alterungszustandsgröße zu berücksichtigen, und zwar unabhängig davon, welche Größe als Ladezustandsgröße verwendet wird, oder unabhängig davon, welche Hochvoltspeicherbetriebsstrategie angewandt wird. So kann beispielsweise die Alterungszustandsgröße generell bei der Ermittlung des Energiespeicherzellenladezustands berücksichtigt werden. In the event that the charge state variable is the energy storage cell charge, the control unit is also designed to carry out a correction of the charge state variable value as a function of a state of aging of the energy storage cell representing the aging state variable before the differential size is formed. By taking into account the state of health (SOH size), the current storage capacity of an energy storage cell can be determined much more accurately, which is why a much more precise charge or energy balance can be carried out. Advantageously, it may generally be provided to take into account the aging state quantity, regardless of which size is used as the state of charge magnitude, or regardless of which high-voltage storage operation strategy is used. For example, the aging state variable can generally be taken into account when determining the energy storage cell state of charge.
Für den Fall dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, ist die Steuereinheit vorteilhafterweise ferner dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der für die zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle und/oder der für die zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle jeweils ermittelten Abweichungsgröße Vorgabesignale für die zugehörigen primärseitigen Schaltelemente und die zugehörigen sekundärseitigen Schaltelemente zu ermitteln. Entsprechend ist für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, die Steuereinheit vorteilhafterweise ferner dazu ausgebildet, in Abhängigkeit der für die zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle und/oder der für die zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle jeweils ermittelten Abweichungsgröße oder alternativ Differenzgröße Vorgabesignale für die zugehörigen primärseitigen Schaltelemente und die zugehörigen sekundärseitigen Schaltelemente zu ermitteln. In the event that the charge state variable is the energy storage cell charge, the control unit is advantageously further configured to provide default signals for the associated primary-side switching elements as a function of the deviation variable respectively determined for the at least one dispensing energy storage cell and / or the at least one receiving energy storage cell and to determine the associated secondary-side switching elements. Correspondingly, in the event that the state of charge state is the energy storage cell state of charge, the control unit is advantageously further configured to provide default signals depending on the deviation variable or alternatively the difference variable respectively determined for the at least one emitting energy storage cell and / or for the at least one receiving energy storage cell to determine the associated primary-side switching elements and the associated secondary-side switching elements.
Vorteilhafterweise werden sowohl beim c2s-Ansatz als auch beim s2c-Ansatz für das Durchführen eines Ladungs- bzw. Energieausgleichs für beide Zellenkategorien, d.h. sowohl für die abgebenden Energiespeicherzellen als auch für die aufnehmenden Energiespeicherzellen, die Abweichungsgrößen bzw. die Differenzgrößen benötigt, da bei beiden Ansätzen eine Aufteilung bzw. Zusammenführung der auszugleichenden elektrischen Energie bzw. Ladung erfolgt und somit die Kenntnis der jeweiligen Abweichungsgröße bzw. Differenzgröße erforderlich ist, um für die entsprechende Energiespeicherzelle eine individuelle Ansteuerung der jeweiligen primärseitigen Schaltelemente und sekundärseitigen Schaltelemente vornehmen zu können. Advantageously, both the c2s approach and the s2c approach for performing charge balance for both cell categories, i. Both for the donating energy storage cells and for the receiving energy storage cells, the deviation quantities or the difference sizes required, since in both approaches a division or merger of the electrical energy to be equalized or charge takes place and thus the knowledge of the respective deviation size or difference size is required in order to make an individual control of the respective primary-side switching elements and secondary-side switching elements for the corresponding energy storage cell.
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, können die Vorgabesignale direkt aus den Abweichungsgrößen ermittelt werden, da die Abweichungsgrößen Ladungsmengen entsprechen. Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, bietet es sich vorteilhafterwiese an, quasi in einem Zwischenschritt eine Umrechnung der Abweichungsgrößen bzw. Differenzgrößen in Ladungsmengen vorzunehmen, so dass in beiden Fällen ein und derselbe Grundalgorithmus verwendet werden kann. In the event that the state of charge state is the energy storage cell charge, the specification signals can be determined directly from the deviation quantities since the deviation quantities correspond to charge quantities. In the event that the state of charge state is the energy storage cell state of charge, it is advantageously advisable to carry out a conversion of the deviation quantities or difference values into charge quantities, so to speak, so that in both cases one and the same basic algorithm can be used.
Im Falle des c2c-Ansatzes ist es aufgrund der paarweisen Zuordnung zwischen abgebender und aufnehmender Energiespeicherzelle ausreichend, die Abweichungsgröße bzw. Differenzgröße entweder der abgebenden Energiespeicherzelle oder der aufnehmenden Energiespeicherzelle zu berücksichtigten, da dieser Ansatz eine Übereinstimmung dieser Größen für beide Zellenkategorien voraussetzt. In the case of the c2c approach, due to the pairing between the donor and the receiving energy storage cell, it is sufficient to take into account the variance of either the donating energy storage cell or the receiving energy storage cell, since this approach requires matching these sizes for both cell categories.
Bei den beiden vorstehend beschriebenen Betriebszuständen, zum einen handelt es sich um den Ladebetriebszustand, bei dem zumindest einer aufnehmenden Energiespeicherzelle eine individualisierte Menge an elektrischer Energie zugeführt wird, und zum anderen handelt es sich um den Entnahmebetriebszustand, bei dem zumindest einer abgebenden Energiespeicherzelle eine individualisierte Menge an elektrischer Energie entnommen wird, können diese Mengen ebenfalls durch besagte Differenzgröße oder Abweichungsgröße repräsentiert sein, weshalb das Ermitteln der Vorgabesignale für die primärseitigen Schaltelemente und die sekundärseitigen Sachaltele mente wie vorstehend beschrieben erfolgen kann. The two operating states described above, on the one hand, are the charging operating state in which at least one receiving energy storage cell is supplied with an individualized amount of electrical energy and, on the other hand, the removal operating state in which at least one donating energy storage cell is an individualized quantity taken from electrical energy, these quantities can also be represented by said difference size or deviation amount, which is why the determination of the default signals for the primary-side switching elements and the secondary-side Sachaltele elements can be carried out as described above.
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenspannung handelt, können aufgrund des funktionalen Zusammenhangs, der zwischen der Energiespeicherzellenleerlaufspannung und dem Energiespeicherzellenladezustand besteht, die Vorgabesignale in entsprechender Weise ermittelt werden. In the event that the charge state variable is the energy storage cell voltage, the default signals can be determined in a corresponding manner due to the functional relationship that exists between the energy storage cell idle voltage and the energy storage cell charge state.
Vorzugsweise kann in beiden Fällen, d.h. sowohl im Fall der Energiespeicherzellenladung als auch im Fall des Energiespeicherzellenladezustands, eine Umrechnung der Abweichungsgröße bzw. der Differenzgrößen in eine Stromgröße, die den für die Realisierung des Energieaustausch erforderlichen Strom repräsentiert, vorgenommen werden. Preferably, in both cases, i. in the case of the energy storage cell charge as well as in the case of the energy storage cell charging state, a conversion of the deviation quantity or the difference values into a current value which represents the current required for the realization of the energy exchange can be carried out.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichsystem im Vergleich zu bekannten Systemen eine sehr viel größere Flexibilität zulässt, was die Konzeption bzw. den Aufbau eines Hochvoltspeichers angeht. So können innerhalb ein und desselben Hochvoltspeichers Energiespeichermodule mit unterschiedlichen Energiespeichermodulkapazitäten angeordnet bzw. verbaut sein. Dies ermöglicht beispielsweise in der Konzeptionsphase eine wesentlich bessere Anpassung des Hochvoltspeichers an den in einem Fahrzeug für den Hochvoltspeicher zur Verfügung stehenden Bauraum. So können beispielsweise geometrisch unterschiedlich ausgestaltete Energiespeichermodule in einem Hochvoltspeicher angeordnet sein, d.h. der Hochvoltspeicher kann beispielsweise kleinere Energiespeichermodule mit einem kleineren Modulbauraumvolumen und größere Energiespeichermodule mit einem größeren Modulbauraumvolumen enthalten, wobei die kleineren Energiespeichermodule gegenüber den größeren Energiespeichermodulen eine geringere Speicherkapazität aufweisen sollen. Somit können bereits von vornherein Energiespeichermodule mit unterschiedlichen Speicherkapazitätsspezifikationen verbaut werden. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichsystem auch dahingehend eine sehr viel größere Flexibilität, dass beispielsweise Energiespeichermodule in einem Hochvoltspeicher verbaut sein können, die zwar identische äußere Abmessungen aufweisen, allerdings, wenn auch im Idealfall lediglich geringe, jedoch nachweislich unterschiedliche Energiespeichermodulkapazitäten aufweisen, weil beispielsweise erste Energiespeichermodule mit Energiespeicherzellen eines ersten Speicherzellenherstellers und zweite Energiespeichermodule mit Energiespeicherzellen eines zweiten Speicherzellenherstellers in ein und demselben Hochvoltspeicher enthalten sind. Dies ermöglicht sowohl bei der Herstellung des Hochvoltspeichers als auch bei einem nachträglichen Austausch eines Energiespeichermoduls, der beispielsweise erforderlich ist, weil im Fahrbetreib an einem Energiespeichermodul ein Defekt aufgetreten ist, den Einsatz baugleicher jedoch bzgl. der Energiespeichermodulkapazität unterschiedlicher spezifizierter Energiespeichermodule. A further advantage is that the energy storage cell compensation system according to the invention allows a much greater flexibility in comparison with known systems, with regard to the design and construction of a high-voltage memory. Thus, energy storage modules with different energy storage module capacities can be arranged or installed within one and the same high-voltage memory. This allows, for example, in the conception phase a much better adaptation of the high-voltage accumulator to the space available in a vehicle for the high-voltage accumulator. For example, geometrically differently configured energy storage modules can be arranged in a high-voltage storage, i. For example, the high-voltage storage may include smaller energy storage modules with a smaller module space volume and larger energy storage modules with a larger module space volume, the smaller energy storage modules should have a lower storage capacity compared to the larger energy storage modules. Thus, energy storage modules with different storage capacity specifications can already be installed from the outset. Furthermore, the energy storage cell compensation system according to the invention also allows a much greater flexibility that, for example, energy storage modules can be installed in a high-voltage storage, which indeed have identical external dimensions, albeit ideally have only small, but demonstrably different energy storage module capacities, for example because first energy storage modules Energy storage cells of a first memory cell manufacturer and second energy storage modules are included with energy storage cells of a second memory cell manufacturer in one and the same high-voltage storage. This allows both in the production of the high-voltage memory as well as in a subsequent replacement of an energy storage module, which is required, for example, because a defect has occurred in the driving on an energy storage module, the use of identical but with respect to the energy storage module capacity different specified energy storage modules.
Der vorzunehmende Ladungs- bzw. Energieausgleich kann entweder gesteuert oder geregelt durchgeführt werden, wobei ein geregelt durchgeführter Ausgleich tendenziell bessere Ergebnisse erbringt, allerdings zeitlich aufwändiger ist. Es kann von Fall zu Fall situativ entschieden werden, ob gesteuert oder geregelt werden soll. Entsprechend den vorstehenden Ausführungen ist in beiden Fällen eine Differenzgröße oder eine Abweichungsgröße die Grundlage für den durchzuführenden Ausgleich. Wird der Ausgleich lediglich gesteuert durchgeführt, so werden für die betroffenen Energiespeicherzellen in Abhängigkeit der zugehörigen Differenzgrößen bzw. Abweichungsgrößen Symmetrierdauern als Vorgabesignale ermittelt, mit denen dann die zugehörigen primärseitigen Schaltelemente und sekundärseitigen Schaltelemente angesteuert werden, um einen Ladungsausgleich bzw. Energieausgleich vorzunehmen. Nach Ablauf der Symmetrierdauern werden erneut abgebende und aufnehmende Energiespeicherzellen festgestellt und sofern erforderlich ein neuerlicher Ausgleich durchgeführt. The charge or energy balance to be carried out can be performed either controlled or regulated, with a regulated compensation tends to yield better results, but is more time consuming. It may be decided case by case on a case-by-case basis whether to control or regulate. According to the above explanations, in both cases, a difference quantity or a deviation quantity is the basis for the compensation to be performed. If the compensation is carried out only under control, symmetry durations are determined as default signals for the affected energy storage cells as a function of the associated difference values or deviation variables, which are then used to drive the associated primary-side switching elements and secondary-side switching elements Charge compensation or energy balance to make. Once the balancing periods have elapsed, releasing and receiving energy storage cells are detected again and, if necessary, a renewed compensation is carried out.
Wird dagegen der Ausgleich geregelt durchgeführt, so werden für die abge benden und aufnehmenden Energiespeicherzellen in Abhängigkeit der Diffe renzgrößen oder der Abweichungsgrößen bei gleichzeitiger Berücksichtigung der Hochvoltspeicherbetriebsstrategie Vorgabesignale für die zugehörigen primärseitigen Schaltelemente und sekundärseitigen Schaltelemente ermittelt. Der den einzelnen Energiespeicherzellen entnommene bzw. zugeführte Strom wird dabei erfasst. In Abhängigkeit der erfassten Stromwerte wird dann in Form einer Rückkoppelung eine Anpassung der Vorgabesignale durchgeführt. Ergänzend oder alternativ können hierbei auch die Ansteuerdauern der primärseitigen und sekundärseitigen Schaltelemente erfasst und berücksichtigt werden. Vorteilhafterweise kann hierbei eine Prognose berücksichtigt werden, die eine Aussage über den voraussichtlich zu erwartenden mittleren Austaus- bzw. Symmetrierstrom und/oder die Restzeit, die voraussichtlich bis zum Abschluss des Ladungs- bzw. Energieausgleichs benötigt wird, enthält. Mittels solch einer Prognose lässt sich der Fahrbetrieb des Fahrzeugs zuverlässiger durchführen, da beispielsweise eine verlässliche Aussage über die für einen Fahrbetrieb im Hochvoltspeicher zur Verfügung stehende Ladung möglich ist. Bei einem geregelt durchgeführten Ladungs- bzw. Energieausgleich werden während des Ausgleichs für die Energiespeicherzellen vorzugsweise die aktuelle Energiespeicherzellenkapazität und/oder die aktuelle Energiespeicherzellenmaximalkapazität ermittelt und ausgewertet. If, on the other hand, the compensation is carried out in a regulated manner, output signals for the associated primary-side switching elements and secondary-side switching elements are determined for the resulting and receiving energy storage cells as a function of the differential quantities or the deviation quantities while taking into account the high-voltage storage operating strategy. The current taken or supplied to the individual energy storage cells is detected. Depending on the detected current values, an adaptation of the default signals is then carried out in the form of a feedback. Additionally or alternatively, the activation periods of the primary-side and secondary-side switching elements can also be detected and taken into account. Advantageously, in this case, a prognosis can be taken into account which contains a statement about the expected average exchange or symmetrizing current and / or the remaining time, which is expected to be required until completion of the charging or energy compensation. By means of such a prognosis, the driving operation of the vehicle can be carried out more reliably, since, for example, a reliable statement about the charge available for driving in the high-voltage accumulator is possible. In the case of a regulated charge or energy compensation, the current energy storage cell capacity and / or the current energy storage cell maximum capacity are preferably determined and evaluated during the compensation for the energy storage cells.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, den Ladungs- bzw. Energieausgleich zumindest zeitweise prädiktiv durchzuführen, d.h. beispielsweise bei einer Annäherung an die geforderte Energiespeicherzellenladung und/oder die Energiespeicherzellenspannung und/oder den Energiespeicherzellenladezustand, bei dem dann ein symmetrierter Hochvoltspeicher vorliegt, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, da ein Ausgleich nicht bis direkt an das Ende, d.h. bis unmittelbar an den jeweils geforderten Wert hin durchgeführt werden kann. Beispielsweise können die Vorgabesignale für die primärseitigen und/oder die sekundärseitigen Schaltelemente modifiziert werden, um vorzugsweise ein entsprechend eingerichtetes Annähern an den jeweils geforderten Wert zu erreichen, ohne dass dabei ein Überschwingen auftritt. Mit einer derart ausgebildeten Steuereinheit kann eine prädiktive Symmetrierung durchgeführt werden. Preferably, the control unit is designed to perform the charge or energy compensation at least temporarily predictively, i. For example, when approaching the required energy storage cell charge and / or the energy storage cell voltage and / or the energy storage cell charging state, then there is a balanced high-voltage storage to take appropriate action, since a compensation not right up to the end, i. can be carried out directly to the respective required value. For example, the default signals for the primary-side and / or the secondary-side switching elements can be modified in order to preferably achieve a suitably established approach to the respectively required value without an overshoot occurring in the process. With a control unit designed in this way, a predictive balancing can be carried out.
Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, dass das Feststellen, ob es sich um eine aufnehmende oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt, zumindest teilumfänglich unter Verwendung eines sogenannten selbstlernenden Algorithmus abläuft. D.h. dem Vorgang des Feststellens liegt zu einem gewissen Umfang ein sogenanntes maschinelles Lernen zugrunde. Somit handelt es sich um ein zumindest teilumfänglich automatisiertes Diagnoseverfahren. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass sich das Energiespeicherzellenausgleichsystem an die besonderen Gegebenheiten desjenigen Hochvoltspeichers anpassen kann, für den mit diesem System der Ladungs- bzw. Energieausgleich durchgeführt werden soll. Nachdem der Adaptions- bzw. Lernprozess erfolgreich abgeschlossen ist, kann besagter Ausgleich somit schneller und zuverlässiger bewerkstelligt werden. Mit Hilfe dieser Maßnahme ist es möglich, den Ladungs- bzw. Energieausgleich gemäß den für die im Hochvoltspeicher verbauten Energiespeicherzellen vorliegenden und somit ermittelten statistischen Gegebenheiten optimal durchgeführt werden. Um den Lern- bzw. Adaptionsprozess robuster zu gestalten, wird vorzugsweise vorgesehen, eine genügend große Anzahl von Betriebszuständen des Fahrzeugs zu berücksichtigen, in denen zumindest die Zündung eingeschaltet ist, was beispielsweise im Fahrbetrieb des Fahrzeuges der Fall ist. Advantageously, the control unit is designed so that the determination of whether it is a receiving or a donating energy storage cell, at least partially expires using a so-called self-learning algorithm. That the process of detection is based to some extent on so-called machine learning. Thus, it is an at least partially automated diagnostic method. As a result, there is the possibility that the energy storage cell compensation system can adapt to the particular conditions of that high-voltage storage device for which the charge or energy compensation is to be carried out with this system. After the adaptation or learning process has been successfully completed, said compensation can thus be accomplished faster and more reliably. With the aid of this measure, it is possible to optimally carry out the charge or energy compensation in accordance with the statistical conditions present and thus determined for the energy storage cells installed in the high-voltage storage. In order to make the learning or adaptation process more robust, it is preferably provided to take into account a sufficiently large number of operating states of the vehicle in which at least the ignition is switched on, which is the case, for example, during driving of the vehicle.
Sollten gravierende Unstimmigkeiten zwischen den vorstehenden Ausführungen und der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele vorliegen, so sollen die vorstehenden Ausführungen vorgehen. Should there be serious discrepancies between the above statements and the following description of the exemplary embodiments, the above statements should proceed.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:
In
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in
In
Die Energiespeichermodule
Das Fahrzeug
Die Ansteuereinheit
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Durchführen eines Energiespeicherzellenausgleichs werden in der Steuereinheit
- – Für zumindest zwei Energiespeicherzellen, Ermitteln einer den Ist-Ladezustand der jeweiligen Energiespeicherzelle repräsentierenden Ladezustandsgröße.
- – Feststellen in Abhängigkeit der Ladezustandsgröße, ob es sich bei der jeweiligen Energiespeicherzelle um eine aufnehmende Ener giespeicherzelle handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands elektrische Energie aufnehmen kann, oder um eine abgebende Energiespeicherzelle handelt, die aufgrund ihres Ist-Ladezustands gespeicherte elektrische Energie abgeben kann.
- – Feststellen, ob ein definierter Speicherbetriebszustand vorliegt, bei dem zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle in einem ersten Energiespeichermodul und zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle in einem zweiten Energiespeichermodul angeordnet ist, wobei es sich bei dem ersten und dem zweiten Energiespeichermodul um unterschiedliche Energiespeichermodule handelt.
- – Ansteuern eines noch zu beschreibenden Verbindungsherstellungssystems bei Vorliegen des definierten Speicherbetriebszustands derart, dass ein Energieaustausch zwischen der zumindest einen abgebenden und der zumindest einen aufnehmenden Energiespeicherzelle erfolgen kann.
- For at least two energy storage cells, determining a state of charge state representing the actual state of charge of the respective energy storage cell.
- - Determining depending on the state of charge state, whether it is the respective energy storage cell to a receiving energy giespeicherzelle that can absorb electrical energy due to their actual state of charge, or is a donating energy storage cell that can deliver stored electrical energy due to their actual state of charge ,
- - Determining whether a defined memory operating state is present, in which at least one emitting energy storage cell in a first energy storage module and at least one receiving energy storage cell is arranged in a second energy storage module, wherein the first and the second energy storage module are different energy storage modules.
- - Driving a yet to be described connection manufacturing system in the presence of the defined memory operating state such that an energy exchange between the at least one emitting and the at least one receiving energy storage cell can take place.
Dem Schritt des Ansteuerns des Verbindungsherstellungssystems kann ein Verfahrensschritt vorgeschaltet sein, in dem überprüft wird, ob für die Energiespeicherzellen Betriebszustände vorliegen, die das Durchführen eines Energieaustausches zulassen. The step of activating the connection production system may be preceded by a method step in which it is checked whether there are operating states for the energy storage cells which permit the execution of an energy exchange.
Zwischen der Steuereinheit
Wie bereits erwähnt, weist das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichsystem ein Verbindungsherstellungssystem
Die Tatsache, dass in
In
Das Energiespeichermodul
Das Verbindungsmodul
Mit der in
Wie
An dieser Stelle sei erwähnt, dass der Steuereinheit
Ferner sei erwähnt, dass es durchaus denkbar ist, für die Energiespeichermodule das zugehörige Verbindungsmodul und die zugehörige Zellüberwachungseinheit als eine bauliche Einheit auszuführen. It should also be mentioned that it is quite conceivable to carry out the associated connection module and the associated cell monitoring unit as a structural unit for the energy storage modules.
Bevor auf
- – Austausch zwischen einer einzelnen abgebenden Energiespeicherzelle und einer einzelnen aufnehmenden Energiespeicherzelle. Es findet somit ein Energieausgleich zwischen zwei definierten bzw. individualisierten Energiespeicherzellen statt. Dieser Ansatz wird als c2c-Ansatz bezeichnet, entsprechend dem englischen Ausdruck „cell-2-cell“.
- – Austausch zwischen einer einzelnen abgebenden Energiespeicherzelle und einem aus einer Vielzahl aufnehmender Energiespeicherzellen bestehenden Verbund (stack), wobei die abgebende Energiespeicherzelle mit keiner der aufnehmenden Energiespeicherzellen identisch sein soll. Es findet somit ein Energieausgleich zwischen einer einzelnen definierten Energiespeicherzelle einerseits und einer definierten Vielzahl von Energiespeicherzellen anderseits statt. Dieser Ansatz wird als c2s-Ansatz bezeichnet, entsprechend dem englischen Ausdruck „cell-2-stack“. Mit diesem Ansatz bzw. mit dieser Topologie kann für den Fall, dass eine Energiespeicherzelle bei einem Ladevorgang des Hochvoltspeichers vorzeitig ihre Ladeschlussspannung erreichen sollte und dadurch der gesamte Ladevorgang beendet werden würde, rechtzeitig elektrische Energie bzw. elektrische Ladung von dieser Energiespeicherzelle auf andere Energiespeicherzellen übertragen bzw. verteilt werden, so dass der gesamte Ladevorgang des Hoch voltspeichers fortgesetzt werden kann. Diese Vorgehensweise wird als „top balancing“ bezeichnet.
- – Austausch zwischen einem aus einer Vielzahl abgebender Energie speicherzellen bestehenden Verbund (stack) und einer einzelnen auf nehmenden Energiespeicherzelle, wobei die aufnehmende Energiespeicherzelle mit keiner der abgebenden Energiespeicherzellen identisch sein soll. Es findet somit ein Energieausgleich zwischen einer definierten Vielzahl von Energiespeicherzellen einerseits und einer einzelnen definierten Energiespeicherzelle andererseits statt. Dieser Ansatz wird als s2c-Ansatz bezeichnet, entsprechend dem englischen Ausdruck „stack-2-cell“. Mit diesem Ansatz bzw. mit dieser Topologie kann für den Fall, dass eine Energiespeicherzelle bei einem Entladevorgang des Hochvoltspeichers vorzeitig ihre Entladeschlussspannung erreichen sollte und dadurch der gesamte Entladevorgang beendet werden würde, rechtzeitig elektrische Energie bzw. elektrische Ladung von den anderen Energiespeicherzellen auf diese Energiespeicherzelle übertragen bzw. verteilt werden, so dass der gesamte Entladevorgang des Hochvoltspeichers fortgesetzt werden kann. Diese Vorgehensweise wird als „bottom balancing“ bezeichnet.
- - Exchange between a single donating energy storage cell and a single receiving energy storage cell. There is thus an energy balance between two defined or individualized energy storage cells instead. This approach is referred to as the c2c approach, corresponding to the English term "cell-2-cell".
- - Exchange between a single donating energy storage cell and one of a plurality of receiving energy storage cells existing composite (stack), wherein the donating energy storage cell with none of the receiving energy storage cells should be identical. Thus, there is an energy balance between a single defined energy storage cell on the one hand and a defined plurality of energy storage cells on the other hand. This approach is called the c2s approach, the equivalent of the English expression "cell-2-stack". With this approach or with this topology, in the event that an energy storage cell should prematurely reach its charge end voltage during a charging process of the high-voltage storage and thus the entire charging process would be terminated, timely electrical energy or electrical charge from this energy storage cell to other energy storage cells be transferred or distributed, so that the entire charging of the highvoltage memory can be continued. This approach is called "top balancing".
- - Exchange between one of a plurality of donating energy storage cells existing composite (stack) and a single on receiving energy storage cell, the receiving energy storage cell should be identical to none of the donating energy storage cells. There is thus an energy balance between a defined plurality of energy storage cells on the one hand and a single defined energy storage cell on the other hand. This approach is called the s2c approach, the equivalent of the English phrase "stack-2-cell". With this approach or with this topology, in the event that an energy storage cell should prematurely reach its discharge end voltage during a discharge process of the high-voltage storage and thus the entire discharge process would be terminated, timely electrical energy or electrical charge transferred from the other energy storage cells to this energy storage cell or be distributed so that the entire discharge of the high-voltage memory can be continued. This procedure is called "bottom balancing".
An dieser Stelle sei bemerkt, dass im Sinne der Erfindung, die abgebende Energiespeicherzelle in einem ersten, abgebenden Energiespeichermodul, und die aufnehmende Energiespeicherzelle in einem zweiten, aufnehmenden angeordnet ist, wobei das erste Energiespeichermodul von dem zweiten Energiespeichermodul verschieden ist. At this point it should be noted that, in the sense of the invention, the dispensing energy storage cell is arranged in a first dispensing energy storage module, and the receiving energy storage cell is arranged in a second, receiving, wherein the first energy storage module is different from the second energy storage module.
Wie bereits ausgeführt, weist das Energiespeichermodul
Wie der Darstellung in
Die Schaltelementanordnung
Neben den bereits erwähnten Komponenten Wandlerelement
Wie der Darstellung in
In
Was die Ausbildung der Steuereinheit
So ist die Steuereinheit
An dieser Stelle sei ausgeführt, dass wenn die Rede davon ist, dass das Verbindungsherstellungssystem
Ferner ist die Steuereinheit
In entsprechender Weise ist die Steuereinheit
Weiter ist die Steuereinheit
Bei der Betriebszustandsgröße kann es sich um die ermittelte Ladezustandsgröße handeln. In diesem Zusammenhang ist die Steuereinheit
Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit
Zudem kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit
Auch kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit
- – Eine Entladestrategie, die darauf ausgerichtet ist, bei einem für
den Hochvoltspeicher 26 durchgeführten Entladevorgang, für die einzelnen Energiespeicherzellen40 jeweils eine maximal mögliche Entladung zu erzielen; oder - – eine Ladestrategie, die darauf ausgerichtet ist, bei einem für
den Hochvoltspeicher 26 durchgeführten Ladevorgang, für die einzelnen Energiespeicherzellen40 jeweils eine maximal mögliche Ladung der einzelnen Energiespeicherzellen zu erzielen.
- - An unloading strategy aimed at one for high-
voltage storage 26 performed unloading process, for the individualenergy storage cells 40 each to achieve a maximum possible discharge; or - - A charging strategy, which is aimed at one for the high-
voltage storage 26 carried out charging, for the individualenergy storage cells 40 each to achieve a maximum possible charge of the individual energy storage cells.
Was die Ladezustandsgröße angeht, so kann es sich hierbei um zumindest eine der Größen Energiespeicherzellenspannung, Energiespeicherzellenladung, oder Energiespeicherzellenladezustand handeln. Je nachdem, welche dieser Größen als Ladezustandsgröße verwendet wird, ergeben sich unter schiedliche Ausbildungen für die Steuereinheit
Wie vorstehend ausgeführt, sind die Steuereinheit
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenspannung handelt, ist die Steuereinheit
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße dagegen um die Energiespeicherzellenladung oder um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, ist die Steuereinheit
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um einen für die Energiespeicherzelle
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, handelt es sich bei dem Betriebsgrenzwert um einen für die Energiespeicherzelle
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, ist die Steuereinheit
Weiter ist in diesem Fall die Steuereinheit
Beim c2c-Ansatz wird für den Fall, dass als Hochvoltspeicherbetriebsstrategie die Entladestrategie gewählt ist, als abgebende Energiespeicherzelle
Zur Ermittlung derjenigen Energiespeicherzelle
Es können aber auch Kombinationen bzw. Zuordnungen von einer einzelnen Energiespeicherzelle
Im Fall der Ladestrategie wird beim s2c-Ansatz diejenige Energiespeicherzelle
Darüber hinaus kann für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung handelt, die Steuereinheit
Ferner ist in diesem Fall die Steuereinheit
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, ist die Steuereinheit
Unabhängig davon, ob es sich bei der Ladungszustandsgröße um die Energiespeicherzellenladung oder um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, ist es denkbar, die generelle Eingruppierung in aufnehmende und abgebende Energiespeicherzelle
Für den Fall, dass es sich bei der Ladezustandsgröße um den Energiespeicherzellenladezustand handelt, ist die Steuereinheit
Vorteilhafterweise werden sowohl beim c2s-Ansatz als auch beim s2c-Ansatz für beide Zellenkategorien, d.h. für die abgebenden und für die aufnehmenden Energiespeicherzellen
Mit Blick auf den Ablauf des Energiespeicherzellenausgleichs wird nachfolgend ausgeführt, wie vorgegangen wird, nachdem zumindest eine abgebende Energiespeicherzelle, die in einem ersten und somit abgebenden Energiespeichermodul enthalten ist, und zumindest eine aufnehmende Energiespeicherzelle, die in einem von dem ersten Energiespeichermodul verschiedenen zweiten und somit aufnehmenden Energiespeichermodul enthalten ist, bestimmt sind, um sowohl für das erste Energiespeichermodul als auch für das zweite Energiespeichermodul die in diesen jeweils enthaltenen primärseitigen Schaltelemente und die sekundärseitigen Schaltelemente dergestalt anzusteuern, dass ein vorzunehmender Austausch an elektrischer Energie bzw. elektrischer Ladung möglich ist. Vorzugsweise soll es sich bei der abgebenden Energiespeicherzelle um diejenige Energiespeicherzelle handeln, die am stärksten aufgeladen ist, d.h. die größte Menge an elektrischer Energie oder elektrischer Ladung aufweist, wobei auch andere Auswahlkriterien denkbar sind. With regard to the course of the energy storage cell compensation, the following procedure is followed, after at least one emitting energy storage cell contained in a first and thus donating energy storage module, and at least one receiving energy storage cell, in a second and thus receiving different from the first energy storage module Energy storage module is included, intended to control both for the first energy storage module and for the second energy storage module in each of these contained primary-side switching elements and the secondary-side switching elements such that a to be carried out replacement of electrical energy or electrical charge is possible. Preferably, the dispensing energy storage cell should be that energy storage cell that is most heavily charged, i. has the largest amount of electrical energy or electrical charge, although other selection criteria are conceivable.
Unter Bezugnahme auf
Wenn nachfolgend vom Ansteuern eines Schaltelements die Rede ist, so ist darunter das Ansteuern des Schaltelements mittels eines rechteckförmigen Signals zu verstehen. Demzufolge nimmt ein derart angesteuertes Schaltelement zeitlich gesehen eine alternierende Abfolge von Offenzuständen und Geschlossenzuständen ein, wobei das Schaltelement in einem Offenzustand leitet und in einem Geschlossenzustand sperrt. Vorzugsweise erfolgt das Ansteuern mittels eines pulsweitenmodulierten Signals, so dass sich durch das Ansteuern des Schaltelementes zusätzlich der Wert einer physikalischen Größe, beispielsweise einer Spannung einstellen lässt. Vorstehende Ausfüh rungen sollen sowohl für ein primärseitiges als auch für ein sekundärseitiges Schaltelement gelten. If the following is the driving of a switching element, so it is to understand the driving of the switching element by means of a rectangular signal. As a result, such a controlled switching element occupies an alternating sequence of open states and closed states with respect to time, the switching element conducting in an open state and blocking in a closed state. The activation preferably takes place by means of a pulse-width-modulated signal, so that the value of a physical variable, for example a voltage, can additionally be set by the activation of the switching element. The above statements should apply to both a primary-side and a secondary-side switching element.
Gemäß dem c2c-Ansatz läuft ein Energie- oder Ladungsaustausch zwischen einer einzelnen abgebenden und einer einzelnen aufnehmenden Energiespeicherzelle wie folgt ab: Durch Ansteuern desjenigen sekundärseitigen Schaltelements
Das Zuführen der elektrischen Energie bzw. Ladung, die der abgebenden Energiespeicherzelle
Mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicherzellenausgleichsystem können Austausche auch gemäß einem anderen Ansatz, als dem vorstehend beschriebenen c2c-Ansatz durchgeführt werden. With the energy storage cell compensation system according to the invention, exchanges can also be carried out according to a different approach than the c2c approach described above.
So kann beispielsweise gemäß des c2s-Ansatzes ein Austausch zwischen einer einzelnen abgebenden Energiespeicherzelle und einer Vielzahl aufnehmender Energiespeicherzellen durchgeführt werden. Die abgebende Energiespeicherzelle soll in einem ersten Energiespeichermodul enthalten sein. Was die aufnehmenden Energiespeicherzellen angeht, so können diese entweder in einem einzigen zweiten Energiespeichermodul enthalten sein, oder aber auf eine Vielzahl unterschiedlicher zweiter Energiespeichermodule aufgeteilt sein. Auf jeden Fall soll keines der zweiten Energiespeichermodule mit dem ersten Energiespeichermodul identisch sein. Thus, for example, according to the c2s approach, an exchange between a single donating energy storage cell and a plurality of receiving energy storage cells can be performed. The donating energy storage cell should be included in a first energy storage module. As far as the receiving energy storage cells are concerned, they can either be contained in a single second energy storage module, or they can be divided into a plurality of different second energy storage modules. In any case, none of the second energy storage modules should be identical to the first energy storage module.
Für das erste Energiespeichermodul
Ferner kann gemäß des s2c-Ansatzes ein Austausch zwischen einer Vielzahl abgebender Energiespeicherzellen und einer einzelnen aufnehmenden Energiespeicherzelle durchgeführt werden. Die aufnehmende Energiespeicherzelle soll in einem zweiten Energiespeichermodul enthalten sein. Was die abgebenden Energiespeicherzellen angeht, so können diese entweder in einem einzigen ersten Energiespeichermodul enthalten sein, oder aber auf eine Vielzahl unterschiedlicher erster Energiespeichermodule aufgeteilt sein. Auf jeden Fall soll keines der ersten Energiespeichermodule
Für das zweite Energiespeichermodul
Es ist auch denkbar, einen insgesamt für einen Hochvoltspeicher
An dieser Stelle sollen noch einige allgemeine Ausführungen zu einzelnen Komponenten gemacht werden. Durch den Mehrwicklungstransformator
Mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicherzellenausgleich wird ein Ausgleich der in den einzelnen Energiespeicherzellen gespeicherten Ladungen erreicht, wodurch nach Möglichkeit alle in einem Hochvoltspeicher enthaltenen Energiespeicherzellen möglichst gleichzeitig ihre Betriebsgrenzen erreichen. With the energy storage cell compensation according to the invention, a compensation of the charges stored in the individual energy storage cells is achieved, whereby, if possible, all energy storage cells contained in a high-voltage storage cell reach their operating limits as simultaneously as possible.
Wie den vorstehenden Ausführungen zu entnehmen ist, handelt es sich um einen Hochvoltspeicher, der einzelne Energiespeicherzellen enthält, in denen diejenige elektrische Energie gespeichert ist, die für den Betrieb einer elektrischen Maschine benötigt wird, mit der die angetriebenen Räder eines Fahrzeugs angetrieben werden sollen. Insofern sind die vorstehenden Ausführungen größtenteils auf den Ausgleich von elektrischer Energie zwischen einzelnen Energiespeicherzellen gerichtet. Dies soll keine einschränkende Wirkung haben. Da bei einer Energiespeicherzelle bekanntermaßen die in ihr gespeicherte elektrische Energie über die an den Klemmen der Energiespeicherzelle anliegende Spannung mit der in der Energiespeicherzelle gespeicherten Ladung zusammenhängt, und somit eine Umrechnung zwischen diesen beiden Größen möglich ist, kann mit dem erfindungsgemäßen Ausgleichsystem auch ein Ladungsausgleich zwischen einzelnen Energiespeicherzellen durchgeführt werden. Insofern sollen die hinsichtlich eines Energieaustauschs gemachten Ausführungen auch für einen Ladungsaustausch gelten bzw. anwendbar sein, und auch in der anderen Richtung, da allenfalls eine entsprechende Umrechnung vorzusehen ist. As can be seen from the above, it is a high-voltage storage, which contains individual energy storage cells, in which the electrical energy is stored, which is required for the operation of an electrical machine with which the driven wheels of a vehicle to be driven. In this respect, the above statements are largely directed to the balance of electrical energy between individual energy storage cells. This is not intended to be limiting. Since, in the case of an energy storage cell, the electrical energy stored in it is known to be related to the charge stored in the energy storage cell via the voltage present at the terminals of the energy storage cell, and thus a conversion between these two variables is possible, a charge equalization between individual components can also be achieved with the inventive compensation system Energy storage cells are performed. In that respect should the statements made with regard to an energy exchange also apply or can be used for a charge exchange, and also in the other direction, since at most a corresponding conversion is to be provided for.
Um mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicherzellenausgleichsystem einen Ladungs- bzw. Energieausgleich durchführen zu können, kann es erforderlich sein, dass die Zündung des Fahrzeugs eingeschaltet ist. D.h. es ist eine Ausgestaltung des Energiespeicherzellenausgleichssystems denkbar, bei der es erforderlich ist, dass die Zündung eingeschaltet ist. Ebenso ist eine Ausgestaltung denkbar, bei der dies nicht erforderlich ist. Es ist allerdings nicht zwingend erforderlich, dass das Fahrzeug fährt und somit dem Hochvoltspeicher elektrische Energie entnommen wird. In order to carry out a charge or energy compensation with the energy storage cell compensation system according to the invention, it may be necessary for the ignition of the vehicle to be switched on. That An embodiment of the energy storage cell compensation system is conceivable in which it is necessary for the ignition to be switched on. Likewise, a configuration is conceivable in which this is not required. However, it is not absolutely necessary that the vehicle drives and thus the high-voltage battery electrical power is removed.
Der dem Energiespeicherzellenausgleichsystem zugrundeliegende Steueral gorithmus zur Durchführung des Ladungs- bzw. Energieausgleichs ist vertikal gegliedert, in einen übergeordneten Steueralgorithmus und einen untergeordneten Steueralgorithmus. Zum Aufgabenumfang des übergeordneten Steueralgorithmus gehört die Auswahl der zu symmetrierenden Energiespeicherzellen, d.h. das Feststellen der abgebenden und der aufnehmenden Energiespeicherzellen. Ebenso gehört zu diesem Umfang das Überwachen des Einhaltens eines entsprechend festgelegten Betriebsfensters für den durchzuführenden Ladungs- bzw. Energieausgleichs. Zum Aufgabenumfang des untergeordneten Steueralgorithmus gehört das Durchführen des eigentlichen Ladungs- bzw. Energieausgleichs, das Ermitteln der Vorgabesignale für die primärseitigen und sekundärseitigen Schaltelemente und das Erfassen und Auswerten von Stromwerten für eine ggf. im Rahmen einer Regelung vorzunehmende Rückkoppelung. Insgesamt ist der Steueralgorithmus so konzipiert, dass er für unterschiedliche Topologien (c2c- oder c2s- oder s2c-Ansatz) unter Verwendung unterschiedlicher bzw. geeigneter Ladezustandsgrößen (Energiespeicherzellenspannung, Energiespeicherzellenladung, Energiespeicherzellenladezustand) und somit zugehöriger Steuerungsbzw. Regelungsverfahren das Durchführen eines Ladungs- bzw. Energieausgleichs ermöglicht. The energy storage cell balancing system on which the underlying control algorithm for carrying out the charge or energy compensation is structured vertically, into a higher-level control algorithm and a lower-level control algorithm. The scope of the higher-level control algorithm includes the selection of the energy storage cells to be balanced, i. detecting the donor and the receiving energy storage cells. Also included in this scope is the monitoring of compliance with a properly specified operating window for the charge or energy balance to be performed. The task scope of the subordinate control algorithm includes carrying out the actual charge or energy compensation, determining the default signals for the primary-side and secondary-side switching elements, and detecting and evaluating current values for a feedback possibly to be performed within the scope of a control. Overall, the control algorithm is designed so that it for different topologies (c2c or c2s or s2c approach) using different or appropriate state of charge variables (energy storage cell voltage, energy storage cell charge, energy storage cell state of charge) and thus associated Steuerbzw. Control method allows performing a charge or energy balance.
An dieser Stelle sollen in einer etwas verallgemeinerten Form nochmals grundlegende Aspekte des Steueralgorithmus dargelegt werden: wichtig für die Durchführung eines Ladungs- bzw. Energieausgleichs ist, dass für die Energiespeicherzellen der jeweils aktuelle Ist-Ladezustand und auch die jeweils aktuelle maximale Energiespeicherzellenkapazität möglichst präzise ermittelt werden, um so ein zuverlässiges Maß für die Restkapazität der jeweiligen Energiespeicherzelle bestimmen zu können. Der Ladungsausgleich bzw. der Energieausgleich kann basierend auf der Energiespeicherzellenspannung und/oder des Energiespeicherzellenladezustand und/oder der Energiespeicherzellenladung durchgeführt werden. Grob gegliedert kann der Ablauf des Steueralgorithmus in folgende Schritte unterteilt werden:
- – Ermitteln, ob ein Ladungs- bzw. Energieausgleich durchgeführt wer den kann, d.h. ob die in dem Hochvoltspeicher enthaltenen Energie speicherzellen symmetriert werden können; dies erfolgt beispielsweise durch Auswerten von Temperaturwerten und/oder Überwachen eines Betriebsfensters.
- – Feststellen und somit Festlegen der abgebenden und aufnehmenden Energiespeicherzellen, also derjenigen Energiespeicherzellen, die symmetriert werden sollen.
- – Ermitteln der Ladungs- bzw. Energiemenge, die zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen auszutauschen ist. Optional kann auch der hierfür vorzusehenden Symmetrierstrom ermittelt werden. Hierbei wird die vorliegende Hochvoltspeicherbetriebsstrategie berücksichtigt. Ferner kann der vorzunehmende Ladungs- bzw. Energieausgleich geregelt oder gesteuert durchgeführt werden. Ggf. kann prädiktiv symmetriert werden.
- - Determine whether a charge or energy balance can be performed who can, ie whether the energy storage cells contained in the high-voltage storage can be balanced; This is done, for example, by evaluating temperature values and / or monitoring an operating window.
- - Determining and thus determining the donating and receiving energy storage cells, ie those energy storage cells to be balanced.
- - Determining the amount of charge or energy to be exchanged between the individual energy storage cells. Optionally, the symmetrizing current to be provided for this purpose can also be determined. Here, the present high-voltage storage operating strategy is taken into account. Furthermore, the charge or energy balance to be carried out can be regulated or controlled. Possibly. can be symmetrically predicted.
Ferner sei an dieser Stelle noch ausgeführt, dass das erfindungsgemäße Energiespeicherzellenausgleichssystem derart ausgelegt ist, dass mit diesem für eine beliebige Vielzahl von Energiespeicherzellen ein Energieausgleich vorgenommen werden kann. Beginnend mit zwei Energiespeicherzellen (Minimalwert), die sich in einem Hochvoltspeicher befinden und die gezielt zur Durchführung eines Ausgleichs herausgegriffen wurden, bis hin zu einem Ausgleich, der für alle Energiespeicherzellen (Maximalwert) durchgeführt wird, die in einem Hochvoltspeicher enthalten sind. It should also be stated at this point that the energy storage cell compensation system according to the invention is designed in such a way that an energy compensation can be carried out with it for any desired number of energy storage cells. Starting with two energy storage cells (minimum value), which are located in a high-voltage storage and which were specifically picked out to carry out a compensation, to a balance that is carried out for all energy storage cells (maximum value) contained in a high-voltage storage.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- Fahrzeug vehicle
- 12 12
- angetriebene Räder powered wheels
- 14 14
- nicht-angetriebene Räder non-powered wheels
- 16 16
- elektrische Maschine electric machine
- 18 18
- Getriebe transmission
- 20 20
- Differenzial differential
- 22 22
- Ansteuereinheit control unit
- 23 23
- externe Wechselspannungsquelle external AC source
- 24 24
- Wechselrichter inverter
- 25 25
- Umrichter inverter
- 26 26
- Hochvoltspeicher High-voltage battery
- 27 27
- externe Gleichspannungsquelle external DC voltage source
- 28 28
- Verbrennungsmotor internal combustion engine
- 30 30
- Kupplung clutch
- 32 32
- Energiespeichermodul Energy storage module
- 34 34
- Leitungskomponente management component
- 36 36
- Klemme clamp
- 38 38
- S-Box S-Box
- 40 40
- Energiespeicherzelle Energy storage cell
- 42 42
- Energieaustauschsystem Energy exchange system
- 44 44
- weiterer Energiespeicher further energy storage
- 46 46
- Klemme clamp
- 48 48
- Niedervoltbordnetz Low-voltage onboard network
- 50 50
- Energiequelle energy
- 52 52
- Steuereinheit control unit
- 53 53
- Verbindungsherstellungssystem Connection-formation system
- 54 54
- Verbindungsmodul connecting module
- 56 56
- Verbindungsleitung connecting line
- 58 58
- Wandlerelement, Mehrwicklungstransformator Transducer element, multi-winding transformer
- 60 60
- Schaltelementanordnung Switching element arrangement
- 62 62
- Schnittstelle interface
- 64 64
- Schalteinheit switching unit
- 6666
- weitere Verbindungsleitungfurther connection line
- 6868
- Zellüberwachungseinheit Cell monitoring unit
- 7070
- Speicherzellenklemmen Memory cell terminals
- 72 72
- Primärwicklung primary
- 74 74
- Sekundärwicklung secondary winding
- 76 76
- Sekundärverbund secondary composite
- 78 78
- sekundärseitiges Schaltelement secondary-side switching element
- 80 80
- sekundärseitiger Energieflusspfad secondary-side energy flow path
- 82 82
- Kondensator capacitor
- 84 84
- primärseitiges Schaltelement primary-side switching element
- 86 86
- Parallelschaltung parallel connection
- 88 88
- primärseitiger Energieflusspfad primary-side energy flow path
- 90 90
- Eisenkern iron core
Claims (30)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015225441.0A DE102015225441A1 (en) | 2015-12-16 | 2015-12-16 | Energy storage cell compensation system for a high-voltage accumulator arranged in a vehicle |
Publications (1)
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DE102015225441A1 true DE102015225441A1 (en) | 2017-08-17 |
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ID=59410169
Family Applications (1)
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DE102015225441.0A Pending DE102015225441A1 (en) | 2015-12-16 | 2015-12-16 | Energy storage cell compensation system for a high-voltage accumulator arranged in a vehicle |
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