DE102016014617A1 - Method for operating a battery - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Batterie (14) mit mehreren Zellen (16, 18, 20), von denen wenigstens eine Zelle (16, 18, 20) eine unbekannte Zellspannung aufweist, wobei zumindest ein Ersatzwert für die unbekannte Zellspannung anhand eines Batteriemodells ermittelt wird und dass mittels der Batterie (14) unter Berücksichtigung des Ersatzwerts Leistung bereitgestellt wird, sofern der Ersatzwert innerhalb eines Toleranzbereichs (22) liegt.The invention relates to a method for operating a battery (14) having a plurality of cells (16, 18, 20), of which at least one cell (16, 18, 20) has an unknown cell voltage, wherein at least one substitute value for the unknown cell voltage is determined by means of a Battery model is determined and that by means of the battery (14) taking into account the substitute value power is provided if the substitute value is within a tolerance range (22).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Batterie.The invention relates to a method for operating a battery.

Aus der DE 10 2010 062 187 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer sich beispielsweise aufgrund einer Alterung verändernden Leerlaufspannung einer Batterie bekannt, bei welchem die Leerlaufspannung bei einem Laden der Batterie ermittelt wird. Anhand einer Messung von Einzelspannungen von Zellen der Batterie wird eine Zustandsschätzung hinsichtlich eines Ladezustands und eines Alterungszustands durchgeführt.From the DE 10 2010 062 187 A1 For example, there is known a method for determining an open-circuit voltage of a battery which changes, for example due to aging, in which the open-circuit voltage is determined when the battery is charged. On the basis of a measurement of individual voltages of cells of the battery, a state estimation regarding a state of charge and an aging state is carried out.

Können Einzelspannungen bestimmter Zellen einer Batterie beispielsweise aufgrund eines Störfalls und/oder aufgrund eines Verschleißes nicht ermittelt werden, wird üblicherweise ein Betrieb der Batterie eingestellt. Im Fall eines mittels der Batterie betriebenen Fahrzeugs muss dieses entsprechend vorübergehend stillgelegt werden.If individual voltages of certain cells of a battery can not be determined, for example due to an accident and / or due to wear, operation of the battery is usually discontinued. In the case of a powered by the battery vehicle this must be temporarily shut down accordingly.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich eines zuverlässigen Betriebs bereitzustellen. Sie wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The invention is in particular the object of providing a method with advantageous properties in terms of reliable operation. It is achieved by a method according to the invention according to claim 1. Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Batterie, insbesondere zu einer zumindest teilweisen Energieversorgung eines insbesondere zumindest teilweise elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, insbesondere in zumindest einem Störfall, insbesondere in zumindest einem Störfallbetriebszustand, mit mehreren Zellen, von denen wenigstens eine Zelle eine unbekannte Zellspannung aufweist.The invention relates to a method for operating a battery, in particular to an at least partial power supply of a particular at least partially driven by electric motor vehicle, especially a motor vehicle, especially in at least one accident, especially in at least one accident mode, with multiple cells, of which at least one Cell has an unknown cell voltage.

Es wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Ersatzwert für die unbekannte Zellspannung anhand eines Batteriemodells ermittelt wird und dass mittels der Batterie unter Berücksichtigung des Ersatzwerts Leistung insbesondere für einen Antrieb des Fahrzeugs bereitgestellt wird, sofern der Ersatzwert innerhalb eines Toleranzbereichs liegt.It is proposed that at least one substitute value for the unknown cell voltage is determined on the basis of a battery model, and that power is provided, in particular for a drive of the vehicle, taking into account the substitute value, if the substitute value is within a tolerance range.

Vorteilhaft weist die Batterie zumindest einen Batteriepack auf, welcher die Zellen umfasst. Besonders vorteilhaft sind wenigstens einige oder alle Zellen in Serie geschaltet. Vorzugsweise wird in einem Normalbetriebszustand für jede Zelle eine Zellspannung ermittelt, insbesondere mittels und/oder von zumindest einer Zellüberwachungsschaltung. Vorzugsweise ist die Zellüberwachungsschaltung über entsprechende Leitungen mit Zellpolen der Zellen verbunden. Insbesondere ist die Zellüberwachungsschaltung zur Überwachung und/oder Messung der Zellspannungen und/oder zumindest einer Zelltemperatur vorgesehen. Besonders bevorzugt wird in dem Normalbetriebszustand eine Betriebsspannung der Batterie anhand der Zellspannungen ermittelt, insbesondere als Summe der Zellspannungen. Es ist denkbar, dass das Verfahren den Normalbetriebsmodus umfasst. Insbesondere kann das Verfahren zu einem Betrieb der Batterie in dem Störfallbetriebszustand und vorteilhaft zusätzlich in dem Normalbetriebszustand vorgesehen sein. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Darunter, dass ein Verfahren zu einem Zweck „vorgesehen” ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Verfahren zumindest einen Verfahrensschritt beinhaltet, der speziell auf den Zweck abzielt und/oder dass das Verfahren gezielt auf den Zweck gerichtet ist und/oder dass das Verfahren einer Erfüllung des Zwecks dient und auf diese Erfüllung hin zumindest teilweise optimiert ist. Darunter, dass ein Verfahrensschritt zu einem Zweck „vorgesehen” ist, soll insbesondere verstanden werden, dass der Verfahrensschritt speziell auf den Zweck abzielt und/oder dass der Verfahrensschritt gezielt auf den Zweck gerichtet ist und/oder dass der Verfahrensschritt einer Erfüllung des Zwecks dient und auf diese Erfüllung hin zumindest teilweise optimiert ist.Advantageously, the battery has at least one battery pack, which comprises the cells. Particularly advantageously, at least some or all cells are connected in series. Preferably, in a normal operating state, a cell voltage is determined for each cell, in particular by means of and / or by at least one cell monitoring circuit. Preferably, the cell monitoring circuit is connected via corresponding lines to cell poles of the cells. In particular, the cell monitoring circuit is provided for monitoring and / or measuring the cell voltages and / or at least one cell temperature. Particularly preferably, in the normal operating state, an operating voltage of the battery is determined on the basis of the cell voltages, in particular as the sum of the cell voltages. It is conceivable that the method comprises the normal operating mode. In particular, the method may be provided for operation of the battery in the accident mode operating state and, advantageously, additionally in the normal operating state. By "provided" is intended to be understood in particular specially programmed, designed and / or equipped. The fact that an object is intended for a specific function should in particular mean that the object fulfills and / or executes this specific function in at least one application and / or operating state. By "providing" a method for a purpose, it should be understood, in particular, that the method includes at least one method step specifically aimed at the purpose and / or that the method is specifically directed to the purpose and / or that the method serves a fulfillment of the purpose and is at least partially optimized for this fulfillment. By "providing" a method step for a purpose, it should be understood, in particular, that the method step specifically aims at the purpose and / or that the method step is directed specifically to the purpose and / or that the method step serves to fulfill the purpose, and is at least partially optimized towards this fulfillment.

Insbesondere ist die unbekannte Zellspannung aufgrund des Störfalls unbekannt. Beispielsweise kann der Störfall eine Unterbrechung zwischen der Zellüberwachungsschaltung und der Zelle mit der unbekannten Zellspannung umfassen, insbesondere eine Unterbrechung aufgrund auftretender Vibrationen, aufgrund eines Schocks, aufgrund eines Schlags, aufgrund einer Materialausdehnung, aufgrund von Temperaturunterschieden, aufgrund mechanischer Belastungen oder aufgrund anderen auftretender insbesondere äußerer oder altersbedingter Ursachen. Ferner ist denkbar, dass ein Kontakt zu mehreren Zellen unterbrochen ist und/oder mehrere Zellen unbekannte Zellspannungen aufweisen, beispielsweise auch aufgrund eines Ausfalls und/oder einer Beschädigung einzelner integrierter Schaltungen der Zellüberwachungsschaltung, die in dem Normalbetriebszustand insbesondere eine bestimmte Anzahl von Zellen überwachen.In particular, the unknown cell voltage is unknown due to the accident. For example, the accident may include an interruption between the cell monitoring circuit and the cell with the unknown cell voltage, in particular an interruption due to vibration, due to shock, due to shock, due to material expansion, due to temperature differences, due to mechanical stress or due to other occurring in particular external or age-related causes. Furthermore, it is conceivable that a contact with several cells is interrupted and / or several cells have unknown cell voltages, for example also due to a failure and / or damage of individual integrated circuits of the cell monitoring circuit, which in particular monitor a certain number of cells in the normal operating state.

Vorteilhaft wird der Ersatzwert bei dem Betrieb der Batterie analog zu einem verfügbaren Zellspannungswert verarbeitet und/oder behandelt. Vorzugsweise umfasst der Toleranzbereich einen sicheren Betriebsbereich. Besonders bevorzugt umfasst der Toleranzbereich einen oberen kritischen Betriebsbereich und/oder einen unteren kritischen Betriebsbereich. Insbesondere erstreckt sich der Toleranzbereich über einen Spannungsbereich zwischen einer oberen Sicherheitsgrenze und einer unteren Sicherheitsgrenze. Insbesondere wird eine Bereitstellung von Leistung unterbrochen, wenn der Ersatzwert außerhalb des Toleranzbereichs, insbesondere oberhalb oder unterhalb der oberen oder der unteren Sicherheitsgrenze liegt.Advantageously, the replacement value in the operation of the battery is processed and / or treated analogously to an available cell voltage value. Preferably, the tolerance range includes a safe operating range. The tolerance range particularly preferably comprises an upper critical operating range and / or a lower critical range Operating range. In particular, the tolerance range extends over a voltage range between an upper safety limit and a lower safety limit. In particular, provision of power is interrupted if the substitute value is outside the tolerance range, in particular above or below the upper or lower safety limit.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich eines Betriebs einer Batterie erzielt werden. Insbesondere kann eine Robustheit einer Batterie im Fall von Ausfällen einer Zellspannungsmessung erzielt werden. Ferner kann eine Häufigkeit von Pannen und/oder eine Gefahr eines Liegenbleibens eines Fahrzeugs reduziert werden. Außerdem kann eine Möglichkeit bereitgestellt werden, ein Fahrzeug mit einer teilweise defekten Energieversorgung zu einer Werkstatt zu bringen. Insbesondere kann das Verfahren kostengünstig auf bestehende Batterien angewandt werden. Vorteilhaft kann eine Nachrüstung bestehender Energieversorgungsgeometrien und/oder Batterien ermöglicht werden. Außerdem können vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich einer schonenden Behandlung verfügbarer Ressourcen erzielt werden.Advantageous properties with regard to operation of a battery can be achieved by the method according to the invention. In particular, a robustness of a battery can be achieved in the event of failure of a cell voltage measurement. Furthermore, a frequency of breakdowns and / or a risk of a vehicle being stuck can be reduced. In addition, a possibility may be provided to bring a vehicle with a partially defective power supply to a workshop. In particular, the method can be applied inexpensively to existing batteries. It is advantageously possible to retrofit existing energy supply geometries and / or batteries. In addition, advantageous properties can be achieved with regard to a gentle treatment of available resources.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Verfahrensschritt der Ersatzwert als Differenz aus einer bekannten Packspannung der Batterie und einer Summe verfügbarer bekannter Zellspannungen der Batterie bestimmt wird, insbesondere im Fall einer einzelnen unbekannten Zellspannung. Insbesondere umfasst das Batteriemodell in diesem Fall eine Betrachtung einer Spannung der Batterie anhand einzelner Zellspannungen. Hierdurch kann eine schnelle Ermittlung eines Ersatzwerts ermöglicht werden.In an advantageous embodiment of the invention, it is proposed that in at least one method step the substitute value be determined as the difference between a known battery pack voltage and a sum of available known cell voltages of the battery, in particular in the case of a single unknown cell voltage. In particular, the battery model in this case includes a consideration of a voltage of the battery based on individual cell voltages. As a result, a quick determination of a replacement value can be made possible.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Ersatzwert anhand eines letzten verfügbaren Ladungszustands der Zelle und anhand eines aktuellen Packstroms ermittelt wird, insbesondere im Fall einer Mehrzahl unbekannter Zellspannungen einer Mehrzahl von Zellen. Insbesondere werden Ersatzwerte für eine Mehrzahl unbekannter Zellspannungen einer Mehrzahl von Zellen ermittelt. Vorzugsweise ermittelt die Zellüberwachungsschaltung in dem Normalbetriebszustand und/oder in dem Störfallbetriebszustand den Ladungszustand der Zelle und insbesondere den Ladungszustand mehrerer, insbesondere aller Zellen. Vorteilhaft umfasst das Batteriemodell in diesem Fall weitere Parameter der Batterie und/oder wenigstens einiger oder aller Zellen, beispielsweise zumindest eine Kapazität und/oder zumindest eine Impedanz und/oder zumindest einen elektrischen Widerstand und/oder zumindest eine Temperatur oder dergleichen. Hierdurch kann für unterschiedliche Ausfälle ein übergangsweiser Betrieb der Batterie ermöglicht werden.In a further embodiment of the invention, it is proposed that the substitute value is determined on the basis of a last available charge state of the cell and on the basis of a current pack current, in particular in the case of a plurality of unknown cell voltages of a plurality of cells. In particular, replacement values for a plurality of unknown cell voltages of a plurality of cells are determined. In the normal operating state and / or in the accident operating state, the cell monitoring circuit preferably determines the state of charge of the cell and, in particular, the state of charge of several, in particular of all cells. Advantageously, the battery model in this case comprises further parameters of the battery and / or at least some or all cells, for example at least one capacitor and / or at least one impedance and / or at least one electrical resistance and / or at least one temperature or the like. As a result, a transitional operation of the battery can be made possible for different failures.

Vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich eines stabilen Betriebs können mit einem Fahrzeug erzielt werden, welches eine Steuereinheit aufweist, die zu einer Durchführung des Verfahrens zum Betrieb einer Batterie vorgesehen ist. Insbesondere weist das Fahrzeug die Batterie auf. Vorteilhaft weist das Fahrzeug, insbesondere die Steuereinheit, die Zellüberwachungsschaltung auf.Advantageous stable operation characteristics can be achieved with a vehicle having a control unit provided for performing the method of operating a battery. In particular, the vehicle has the battery. Advantageously, the vehicle, in particular the control unit, the cell monitoring circuit.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages will become apparent from the following description of the figures. In the figures, an embodiment of the invention is shown. The figures, the description of the figures and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein Fahrzeug mit einer Steuereinheit, die zur Durchführung eines Verfahrens zum Betrieb einer Batterie des Fahrzeugs vorgesehen ist, 1 a vehicle having a control unit, which is provided for carrying out a method for operating a battery of the vehicle,

2 ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betrieb der Batterie und 2 a schematic flow diagram of the method for operating the battery and

3 eine schematische Darstellung eines Toleranzbereichs für einen mittels des Verfahrens bestimmten Ersatzwert einer Zellspannung. 3 a schematic representation of a tolerance range for a determined by the method substitute value of a cell voltage.

Die 1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einer Batterie 14 und mit einem Elektromotor 26, der in einem Normalbetriebszustand von der Batterie 14 mit Energie versorgt wird. Die Batterie 14 umfasst mehrere Zellen 16, 18, 20, von denen aus Gründen einer Übersichtlichkeit lediglich drei mit Bezugszeichen versehen sind. Mehrere Zellen 16, 18, 20 der Batterie 14 sind jeweils in Reihe geschaltet und bilden einen Pack der Batterie 14. Ferner ist im vorliegenden Fall jeweils ein Pack der Batterie 14 über jeweils einen Versorgungsstrang mit dem Elektromotor 26 verbunden. Es ist selbstverständlich auch denkbar, dass die Batterie 14 genau einen Pack umfasst. Das Fahrzeug 10 weist eine Steuereinheit 12 auf, die eine nicht näher gezeigte Zellüberwachungsschaltung umfasst, welche mit den Zellen 16, 18, 20 der Batterie 14 verbunden ist. Die Zellüberwachungsschaltung ist dazu vorgesehen, Parameter wie eine Zellspannung, eine Packspannung, einen Packstrom, einen Ladezustand von Zellen 16, 18, 20, eine Kapazität von Zellen 16, 18, 20 und/oder eine Temperatur zu ermitteln und/oder abzufragen.The 1 shows a vehicle 10 with a battery 14 and with an electric motor 26 which is in a normal operating condition from the battery 14 is energized. The battery 14 includes several cells 16 . 18 . 20 of which, for reasons of clarity, only three are provided with reference numerals. Multiple cells 16 . 18 . 20 the battery 14 are each connected in series and form a pack of the battery 14 , Furthermore, in each case one pack of the battery is in the present case 14 in each case via a supply line with the electric motor 26 connected. It is of course also conceivable that the battery 14 includes exactly one pack. The vehicle 10 has a control unit 12 which comprises a cell monitoring circuit, not shown in detail, connected to the cells 16 . 18 . 20 the battery 14 connected is. The cell monitoring circuit is designed to provide parameters such as a cell voltage, a pack voltage, a pack current, a state of charge of cells 16 . 18 . 20 , a capacity of cells 16 . 18 . 20 and / or to determine and / or query a temperature.

Die Steuereinheit 12 ist dazu vorgesehen, ein Verfahren zum Betrieb der Batterie 14 durchzuführen, wobei wenigstens eine der Zellen 16, 18, 20 zumindest eine unbekannte Zellspannung aufweist. Dies kann beispielsweise in einem Störfall wie oben beschrieben der Fall sein. Das Verfahren wird dann in einem Störfallbetriebszustand ausgeführt. Insbesondere können in dem Störfall eine einzelne Zellspannung oder Zellspannungen mehrerer Zellen unbekannt sein, beispielsweise aufgrund einer Alterung der Batterie. Gemäß dem Verfahren wird ein Ersatzwert für die unbekannte Zellspannung anhand eines Batteriemodells ermittelt und mittels der Batterie 14 unter Berücksichtigung des Ersatzwerts Leistung bereitgestellt, sofern der Ersatzwert innerhalb eines Toleranzbereichs 22 liegt (vgl. 3). Mithilfe der bereitgestellten Leistung kann in dem Störfall der Elektromotor zunächst weiter betrieben werden, um beispielsweise eine Werkstatt anfahren zu können.The control unit 12 is intended to provide a method of operating the battery 14 perform, wherein at least one of the cells 16 . 18 . 20 has at least one unknown cell voltage. This may be the case, for example, in an accident as described above. The method is then executed in a fault mode. In particular, in the event of a fault, a single cell voltage or cell voltages of several cells may be unknown, for example due to aging of the battery. According to the method, a substitute value for the unknown cell voltage is determined on the basis of a battery model and by means of the battery 14 provided the replacement value is provided, provided that the replacement value is within a tolerance 22 lies (cf. 3 ). With the aid of the provided power, the electric motor can initially continue to be operated in the event of a fault, in order, for example, to be able to approach a workshop.

Die 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens. In einem ersten Verfahrensschritt 28 wird ermittelt, ob eine Zellspannung oder mehrere Zellspannungen aktuell nicht ermittelbar sind. Sind alle Zellspannungen ermittelbar, wird die Überprüfung erfolgreich beendet. Das Verfahren kann bedarfsweise einen erneuten Start der Überprüfung beinhalten, beispielsweise auch eine Überprüfung in regelmäßigen Zeitabständen. Sind eine oder mehrere Zellspannungen unbekannt und/oder nicht ermittelbar, insbesondere von der Zellüberwachungsschaltung, wird in einem zweiten Verfahrensschritt 30 zunächst ein letzter verfügbarer Wert für die nun unbekannte Zellspannung überprüft. Liegt dieser Wert außerhalb des Toleranzbereichs 22, wird ein Betrieb der Batterie 14 in einem dritten Verfahrensschritt 32 beendet. Das Fahrzeug 10 wird beispielsweise aus Sicherheitsgründen stillgelegt. Liegt dieser Wert innerhalb des Toleranzbereichs 22, wird in einem vierten Verfahrensschritt 34 überprüft, wie viele Zellspannungen unbekannt sind.The 2 shows a schematic flow diagram of the method. In a first process step 28 it is determined whether a cell voltage or several cell voltages can not currently be determined. If all cell voltages can be determined, the check is successfully completed. The method may, if necessary, include a restart of the check, for example a check at regular intervals. If one or more cell voltages are unknown and / or not determinable, in particular by the cell monitoring circuit, in a second method step 30 First, a last available value for the now unknown cell voltage checked. If this value is outside the tolerance range 22 , becomes an operation of the battery 14 in a third process step 32 completed. The vehicle 10 is shut down for security reasons, for example. If this value is within the tolerance range 22 , becomes in a fourth process step 34 checks how many cell voltages are unknown.

Ist eine einzelne Zellspannung, insbesondere der Batterie 14 oder auch des Packs, unbekannt, wird in einem fünften Verfahrensschritt 24 der Ersatzwert USubstitute als Differenz aus einer bekannten Packspannung UPack der Batterie 14 und einer Summe verfügbarer bekannter Zellspannungen UCell,i der Batterie 14 bestimmt. Insbesondere können mehrere unbekannte Zellspannungen für unterschiedliche Packs auf diese Weise auch gleichzeitig ermittelt werden. Beispielsweise sei die Anzahl der Zellen 16, 18, 20 der Batterie 14 beziehungsweise des entsprechenden Packs der Batterie 14n und die Zelle mit der unbekannten Zellspannung gekennzeichnet durch den Index m. In diesem Fall kann der Ersatzwert ermittelt werden als

Figure DE102016014617A1_0002
Is a single cell voltage, especially the battery 14 or also the pack, unknown, becomes in a fifth process step 24 the substitute value U Substitute as the difference from a known pack voltage U Pack of the battery 14 and a sum of available known cell voltages U Cell, i of the battery 14 certainly. In particular, several unknown cell voltages for different packs can also be determined simultaneously in this way. For example, let's say the number of cells 16 . 18 . 20 the battery 14 or the corresponding pack of the battery 14n and the cell with the unknown cell voltage is indicated by the index m. In this case, the substitute value can be determined as
Figure DE102016014617A1_0002

USubstitute kann dabei einen gewissen Fehler ΔUError aufweisen. Um diesen zu berücksichtigen wird der Ersatzwert in einem sechsten Verfahrensschritt 52 ausgegeben. In einem siebten Verfahrensschritt 54 wird überprüft, ob sich USubstitute innerhalb des Toleranzbereichs 22 befindet und ob gegebenenfalls eine erneute Ersatzwertberechnung nötig ist, beispielsweise während eines fortgesetzten Betriebs der Batterie 14 beziehungsweise des Fahrzeugs 10. Wie in der 3 gezeigt, umfasst der Toleranzbereich 22 einen sicheren Betriebsbereich 36, einen oberen kritischen Betriebsbereich 38, einen unteren kritischen Betriebsbereich 40, eine obere Sicherheitsgrenze 42, eine untere Sicherheitsgrenze 44, sowie Bereiche 46, 48 außerhalb des Toleranzbereichs 22. Im vorliegenden Fall wird ein Betrieb der Batterie 14 lediglich fortgesetzt, falls USubstitute + ΔUError < Ucritical,upper und USubstitute – ΔUError Ucritical,lower, wobei Ucrttical,upper und Ucritical,lower die untere Sicherheitsgrenze 44 und die obere Sicherheitsgrenze 42 bezeichnen. Selbstverständlich ist denkbar, weitere Methoden zur Berechnung eines Fehlers einfließen zu lassen.U substitutes can have a certain error ΔU error . To take this into account, the substitute value in a sixth step 52 output. In a seventh process step 54 It is checked whether U substitutes are within the tolerance range 22 and whether, if necessary, a new replacement value calculation is necessary, for example, during continued operation of the battery 14 or the vehicle 10 , Like in the 3 shown includes the tolerance range 22 a safe operating area 36 , an upper critical operating range 38 , a lower critical operating range 40 , an upper safety limit 42 , a lower safety limit 44 , as well as areas 46 . 48 out of tolerance 22 , In the present case, an operation of the battery 14 only continued if U substitutes + ΔU error <U critical, upper and U Substitute - ΔU Error U critical, lower , where U crttical, upper and U critical, lower the lower safety limit 44 and the upper safety limit 42 describe. Of course, it is conceivable to incorporate further methods for calculating an error.

Ferner ist das Verfahren dazu vorgesehen, Ersatzwerte für eine Mehrzahl unbekannter Zellspannungen einer Mehrzahl von Zellen 16, 18, 20 zu ermitteln. Insbesondere in diesem Fall wird in einem achten Verfahrensschritt 50 der Ersatzwert, insbesondere die Ersatzwerte, anhand eines letzten verfügbaren Ladungszustands der Zelle 16, 18, 20, insbesondere der Zellen 16, 18, 20, und anhand eines aktuellen Packstroms IPack, ermittelt. Es ist aber auch denkbar, Ersatzwerte stets wie für den achten Verfahrensschritt 50 beschrieben zu ermitteln. Eine Ermittlung gemäß dem fünften Verfahrensschritt 24 bietet jedoch den Vorteil einer schnellen Ermittlung im Fall einer einzelnen unbekannten Zellspannung.Furthermore, the method is provided, replacement values for a plurality of unknown cell voltages of a plurality of cells 16 . 18 . 20 to investigate. In particular, in this case, in an eighth process step 50 the substitute value, in particular the substitute values, based on a last available charge state of the cell 16 . 18 . 20 , especially the cells 16 . 18 . 20 , and based on a current pack current I Pack determined. However, it is also conceivable substitute values always as for the eighth process step 50 described to determine. A determination according to the fifth method step 24 however, offers the advantage of rapid detection in the case of a single unknown cell voltage.

In dem achten Verfahrensschritt 50 werden nicht verfügbare Zellspannungen anhand des Batteriemodells ermittelt, welches in diesem Fall Informationen bezüglich einer Kapazität von Zellen 16, 18, 20, eines Packstroms IPack, eines Ladungszustands von Zellen, eines Innenwiderstands, einer physikalischen und/oder elektrischen Position und/oder einer Anordnung von Zellen und/oder einer Temperatur beinhaltet. Das Batteriemodell basiert in diesem Fall insbesondere darauf, dass ausgehend von einer zuletzt gespeicherten Zellspannung anhand eines Stroms, welcher durch die Zelle fließt, der Ersatzwert ermittelt wird. Die genannten zusätzlichen Parameter können herangezogen werden, um eine Qualität des Modells zu verbessern.In the eighth process step 50 Unavailable cell voltages are determined from the battery model, which in this case is information regarding a capacity of cells 16 . 18 . 20 , a pack current I pack , a state of charge of cells, an internal resistance, a physical and / or electrical position and / or an arrangement of cells and / or a temperature. The battery model in this case is based in particular on the fact that, starting from a last stored cell voltage, the substitute value is determined on the basis of a current which flows through the cell. The mentioned additional parameters can be used to improve a quality of the model.

Ausgehend von der zuletzt gespeicherten Zellspannung wird der Zelle mit der unbekannten Zellspannung ein Ladungszustand SOC zugeordnet. Es ist denkbar, dass der SOC unmittelbar als separater Wert zur Verfügung steht und/oder von der Zellüberwachungsschaltung ermittelt wird. Anhand des SOC ist ermittelbar, welche Ladungsmenge sich aktuell in der Zelle befindet. Starting from the last stored cell voltage, the cell with the unknown cell voltage is assigned a charge state SOC. It is conceivable that the SOC is directly available as a separate value and / or determined by the cell monitoring circuit. Based on the SOC, it is possible to determine which amount of charge is currently in the cell.

Liegt nun für einen Berechnungszyklus tcycle des achten Verfahrensschritts 50 von beispielsweise 10 ms ein Strom von IPack von beispielsweise 20 A an, so müssen von dieser Ladungsmenge 200 mAs abgezogen werden, wobei sämtliche angegebenen Werte selbstverständlich lediglich exemplarisch zu verstehen sind. Ein in einem n-ten Berechnungszyklus zu ermittelnder SOC(n) kann somit bestimmt werden als SOC(n) = SOC(n –1) – tcylce·IPack, wobei SOC(n – 1) den letzten ermittelten SOC kennzeichnet. Anhand einiger oder aller oben genannten weiteren Zelldaten, beispielsweise anhand einer Impedanz, kann der Ersatzwert aus dem neuen SOC(n) ermittelt werden.Now lies for a calculation cycle t cycle of the eighth process step 50 for example, 10 ms, a current of I pack, for example, 20 A, so must be deducted from this amount of charge 200 mAs, all of which are to be understood by way of example only. An SOC (n) to be determined in an n-th calculation cycle can thus be determined as SOC (n) = SOC (n-1) -t cylce * I pack , where SOC (n-1) identifies the last detected SOC. Based on some or all of the above-mentioned further cell data, for example based on an impedance, the substitute value can be determined from the new SOC (n).

Analog zu dem Fall des fünften Verfahrensschritts 24 wird anschließend der sechste und siebte Verfahrensschritt 52 und 54 durchgeführt. Dies kann insbesondere für mehrere Zellen mit unbekannten Zellspannungen parallel erfolgen. Insbesondere im Fall eines präzisen Batteriemodells kann dabei der Toleranzbereich 22 klein gewählt werden. Ferner ist denkbar, den Toleranzbereich 22 zeitlich veränderlich zu wählen. Beispielsweise kann der Toleranzbereich 22 während des Störfallbetriebszustands laufend und/oder abgestuft vergrößert werden, um beispielsweise sich aufaddierenden Berechnungsfehlern Rechnung zu tragen.Analogous to the case of the fifth method step 24 then becomes the sixth and seventh process step 52 and 54 carried out. This can be done in parallel in particular for several cells with unknown cell voltages. In particular, in the case of a precise battery model can be the tolerance range 22 be chosen small. It is also conceivable, the tolerance range 22 to choose temporally changeable. For example, the tolerance range 22 be increased continuously and / or graduated during the Störbetriebbetriebszustands to take into account, for example, aufaddierenden calculation errors.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Fahrzeugvehicle
1212
Steuereinheitcontrol unit
1414
Batteriebattery
1616
Zellecell
1818
Zellecell
2020
Zellecell
2222
Toleranzbereichtolerance
2424
Verfahrensschrittstep
2626
Elektromotorelectric motor
2828
Verfahrensschrittstep
3030
Verfahrensschrittstep
3232
Verfahrensschrittstep
3434
Verfahrensschrittstep
3636
Betriebsbereichoperating range
3838
Betriebsbereichoperating range
4040
Betriebsbereichoperating range
4242
Sicherheitsgrenzesafety limit
4444
Sicherheitsgrenzesafety limit
4646
BereichArea
4848
BereichArea
5050
Verfahrensschrittstep
5252
Verfahrensschrittstep
5454
Verfahrensschrittstep

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010062187 A1 [0002] DE 102010062187 A1 [0002]

Claims (5)

Verfahren zum Betrieb einer Batterie (14) mit mehreren Zellen (16, 18, 20), von denen wenigstens eine Zelle (16, 18, 20) eine unbekannte Zellspannung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ersatzwert für die unbekannte Zellspannung anhand eines Batteriemodells ermittelt wird und dass mittels der Batterie (14) unter Berücksichtigung des Ersatzwerts Leistung bereitgestellt wird, sofern der Ersatzwert innerhalb eines Toleranzbereichs (22) liegt.Method for operating a battery ( 14 ) with several cells ( 16 . 18 . 20 ), of which at least one cell ( 16 . 18 . 20 ) has an unknown cell voltage, characterized in that at least one substitute value for the unknown cell voltage is determined on the basis of a battery model and that by means of the battery ( 14 ) is provided, taking into account the substitute value, provided that the substitute value is within a tolerance ( 22 ) lies. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Verfahrensschritt (24) der Ersatzwert als Differenz aus einer bekannten Packspannung der Batterie (14) und einer Summe verfügbarer bekannter Zellspannungen der Batterie (14) bestimmt wird.Method according to claim 1, characterized in that in at least one method step ( 24 ) the substitute value as the difference from a known battery pack voltage ( 14 ) and a sum of available known cell voltages of the battery ( 14 ) is determined. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ersatzwert anhand eines letzten verfügbaren Ladungszustands der Zeile (16, 18, 20) und anhand eines aktuellen Packstroms ermittelt wird.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the substitute value is determined on the basis of a last available charge state of the line ( 16 . 18 . 20 ) and based on a current pack current. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ersatzwerte für eine Mehrzahl unbekannter Zellspannungen einer Mehrzahl von Zellen (16, 18, 20) ermittelt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that substitute values for a plurality of unknown cell voltages of a plurality of cells ( 16 . 18 . 20 ) be determined. Fahrzeug (10) mit zumindest einer Steuereinheit (12), welche zu einer Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist.Vehicle ( 10 ) with at least one control unit ( 12 ), which is provided for carrying out a method according to one of the preceding claims.
DE102016014617.6A 2016-12-08 2016-12-08 Method for operating a battery Withdrawn DE102016014617A1 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010062187A1 (en) 2010-11-30 2012-05-31 Sb Limotive Company Ltd. Method for determining the open circuit voltage of a battery, battery with a module for determining the open circuit voltage and a motor vehicle with a corresponding battery

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010062187A1 (en) 2010-11-30 2012-05-31 Sb Limotive Company Ltd. Method for determining the open circuit voltage of a battery, battery with a module for determining the open circuit voltage and a motor vehicle with a corresponding battery

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