DE102017209674A1 - Method and device for operating an electrical energy storage system and electrical energy storage system with the device and corresponding use - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, umfassend mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit, offenbart, welches die nachstehenden Schritte umfasst. Es wird eine Zustandsgröße, insbesondere eine elektrische Spannung, der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Weiterhin wird die Funktionsfähigkeit einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit, insbesondere umfassend eine Spannungserfassungsvorrichtung, überprüft. Weiterhin wird bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit der Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße eine erste weitere Zustandsgröße der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf einem ersten mathematischen Modell und mindestens der ermittelten Zustandsgröße ermittelt. Anschließend wird das elektrische Energiespeichersystem unter Verwendung der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße betrieben.Weiterhin werden eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes elektrisches Energiespeichersystem und eine entsprechende Verwendung beschrieben.A method for operating an electrical energy storage system, comprising at least one electrical energy storage unit, which comprises the following steps is disclosed. A state variable, in particular an electrical voltage, of the at least one electrical energy storage unit is determined. Furthermore, the functionality of a device for determining a state variable of the at least one electrical energy storage unit, in particular comprising a voltage detection device, is checked. Furthermore, in the case of limited or absent functionality of the device for determining a state variable, a first further state variable of the at least one electrical energy storage unit is determined based on a first mathematical model and at least the determined state variable. Subsequently, the electrical energy storage system is operated using the determined in limited or lack of functionality first additional state variable. Furthermore, a corresponding device, a corresponding electrical energy storage system and a corresponding use are described.
Description
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, umfassend mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit, sowie ein elektrisches Energiespeichersystem mit der genannten Vorrichtung und eine Verwendung des elektrischen EnergiespeichersystemsThe present invention describes a method and a device for operating an electrical energy storage system, comprising at least one electrical energy storage unit, as well as an electrical energy storage system with said device and a use of the electrical energy storage system
Stand der TechnikState of the art
Elektronische Steuergeräte werden im Automobilumfeld heutzutage in zunehmender Zahl eingesetzt, beispielsweise bedingt durch die zunehmende Automatisierung beim Fahren. Insbesondere ist für elektrisch angetriebene Fahrzeuge die Entwicklung von Batterien mit einem zugehörigen Batteriemanagementsystem notwendig. Ein Batteriemanagementsystem gewährleistet dabei typischerweise die sichere und zuverlässige Funktion der zugeordneten Batteriezellen und der daraus bestehenden Batteriesysteme, indem es Ströme, Spannungen, Temperaturen, Isolationswiderstände und gegebenenfalls weitere physikalische Größen der Batteriezellen beziehungsweise eines gesamten Batteriesystems überwacht und steuert. Mithilfe der genannten Größen lassen sich Managementfunktionen realisieren, die unter anderem Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Sicherheit des Batteriesystems steigern können und beispielsweise mathematische Modelle zur besseren Steuerung und Regelung des Batteriesystems einsetzen.Electronic control units are used in the automotive environment today in increasing numbers, for example due to the increasing automation in driving. In particular, for electrically powered vehicles, the development of batteries with an associated battery management system is necessary. A battery management system typically ensures the safe and reliable functioning of the associated battery cells and the battery systems made therefrom by monitoring and controlling currents, voltages, temperatures, insulation resistances and possibly further physical variables of the battery cells or an entire battery system. These variables can be used to realize management functions that, among other things, can increase the service life, reliability and safety of the battery system and, for example, use mathematical models to better control and regulate the battery system.
Ein Batteriesystem ist üblicherweise in Module unterteilt, welche die Batteriezellen enthalten und oftmals auch eine räumliche Einheit bilden. Beispielsweise kann ein Batteriesystem aus 8 Modulen bestehen, wobei je Modul
Die Druckschrift
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Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Offenbart wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, umfassend mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.Disclosed is a method for operating an electrical energy storage system, comprising at least one electrical energy storage unit, with the features of the independent claims.
Dabei wird eine Zustandsgröße der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Die Zustandsgröße kann insbesondere eine elektrische Spannung umfassen. Weiterhin wird die Funktionsfähigkeit einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit überprüft. Diese Vorrichtung kann beispielsweise zur Ermittlung einer Ladezustandsgröße eingerichtet sein. Die Vorrichtung umfasst dabei insbesondere eine Spannungserfassungsvorrichtung, beispielsweise einen Spannungssensor und zugehörige Leitungen zu einem Steuergerät. Bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit der Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße wird eine erste weitere Zustandsgröße der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf einem ersten mathematischen Modell der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit und basierend auf mindestens der bereits ermittelten Zustandsgröße der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Eingeschränkte oder fehlende Funktionsfähigkeit kann dabei beispielsweise bedeuten, dass aufgrund eines Abrisses einer Leitung kein Messwert mehr aufgezeichnet werden kann oder auch, dass ein aufgezeichneter Messwert außerhalb vorgegebener Grenzwerte liegt. Dies kann beispielsweise im Rahmen eines Selbsttests festgestellt werden. Als mathematisches Modell kann beispielsweise ein sogenanntes elektrisches Ersatzschaltbildmodell einer elektrischen Energiespeichereinheit dienen. Weiterhin kann das mathematische Modell ein datenbasiertes Kennfeld umfassen und/oder auf Wahrscheinlichkeiten basieren. Anschließend wird das elektrische Energiespeichersystem unter Verwendung der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße betrieben. Somit ist, zumindest in eingeschränkter Weise, ein Weiterbetrieb des elektrischen Energiespeichersystems möglich. In vorteilhafter Weise kann das elektrische Energiespeichersystem dadurch kontrolliert in einen sicheren Zustand überführt werden, beispielsweise mit entsprechender Vorankündigung an einen Nutzer des Systems. Auf eine unmittelbare schnelle Abschaltung des elektrischen Energiespeichersystems mit eventuell nachteiligen Folgen für den Nutzer beziehungsweise für Komponenten des elektrischen Energiespeichersystems kann somit verzichtet werden. Beispielsweise ist im Fahrzeugbereich ein sogenannter „Limp Home“-Modus denkbar, in dem Stromanforderungen an das elektrische Energiespeichersystem eingeschränkt sind.In this case, a state variable of the at least one electrical energy storage unit is determined. The state variable may in particular comprise an electrical voltage. Furthermore, the functionality of a device for determining a state variable of the at least one electrical energy storage unit is checked. This device can be set up, for example, to determine a state of charge state. The device comprises in particular a voltage detection device, for example a voltage sensor and associated lines to a control unit. In the case of limited or absent functionality of the device for determining a state variable, a first further state variable of the at least one electrical energy storage unit is determined based on a first mathematical model of the at least one electrical energy storage unit and based on at least the already determined state variable of the at least one electrical energy storage unit. Restricted or absent functionality may mean, for example, that a measured value can no longer be recorded due to a break in a line, or that a recorded measured value is outside predefined limit values. This can be determined for example in the context of a self-test. As a mathematical model, for example, a so-called electrical equivalent circuit model of an electrical energy storage unit can be used. Furthermore, the mathematical model may include a data-based map and / or based on probabilities. Subsequently, the electrical energy storage system is operated using the determined when limited or lacking functionality first additional state variable. Thus, at least in limited Way, continued operation of the electrical energy storage system possible. In an advantageous manner, the electrical energy storage system can thereby be transferred in a controlled manner to a safe state, for example with appropriate advance notice to a user of the system. On an immediate fast shutdown of the electrical energy storage system with any adverse consequences for the user or for components of the electrical energy storage system can thus be dispensed with. For example, in the vehicle sector, a so-called "limp home" mode is conceivable in which current requirements for the electrical energy storage system are limited.
Die Zustandsgrößen können dabei auf dem Ladezustand basieren, also Ladezustandsgrößen sein beziehungsweise umfassen, wie beispielsweise eine elektrische Spannung einer elektrischen Energiespeichereinheit, und/oder auf einem durch die elektrische Energiespeichereinheit fließenden Strom und/oder einer Temperatur der elektrischen Energiespeichereinheit basieren. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Zustandsgrößen auf einem Druck, der beispielsweise im Inneren der elektrischen Energiespeichereinheit herrscht, oder einer daraus resultierenden äußeren Dehnung eines Gehäuses der elektrischen Energiespeichereinheit basieren.The state variables may be based on the state of charge, ie be or include state of charge quantities, such as, for example, an electrical voltage of an electrical energy storage unit, and / or based on a current flowing through the electrical energy storage unit and / or a temperature of the electrical energy storage unit. Furthermore, it is also possible that the state variables are based on a pressure that prevails, for example, in the interior of the electrical energy storage unit, or a resulting external expansion of a housing of the electrical energy storage unit.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.
Gemäß einer Ausgestaltung wird das elektrische Energiespeichersystem derart betrieben, dass ein erster Grenzwert der Zustandsgröße nicht überschritten wird und/oder ein zweiter Grenzwert der Zustandsgröße nicht unterschritten wird. Bei einer elektrischen Spannung als Zustandsgröße ist beispielsweise der erste Grenzwert zu 4,0 V festsetzbar und der zweite Grenzwert zu 3,0 V festsetzbar. Alternativ kann der erste Grenzwert beispielsweise aus einem ersten Bereich von 3,8 V bis 4,4 V gewählt werden und der zweite Grenzwert aus einem zweiten Bereich von 2,6 V bis 3,2 V gewählt werden. Dies ist abhängig von den jeweiligen Eigenschaften der entsprechenden elektrischen Energiespeichereinheit. Somit wird ein ausreichender Abstand zu die Sicherheit des elektrischen Energiespeichersystems gefährdenden Spannungswerten ermöglicht. Beispielsweise kann bei den oben exemplarisch genannten Grenzwerten eine Gefährdung der Sicherheit bei Überschreiten von 4,2 V eintreten. Somit wurde hier der Sicherheitsabstand zu 0,2 V eingestellt, um auch bei Vorliegen einer eingeschränkten oder fehlenden Funktionsfähigkeit der Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße ausreichend Sicherheitsreserven zu haben.According to one embodiment, the electrical energy storage system is operated such that a first limit value of the state variable is not exceeded and / or a second limit value of the state variable is not undershot. For example, for an electrical voltage as a state variable, the first threshold can be set at 4.0V and the second threshold can be set at 3.0V. Alternatively, the first threshold may be selected, for example, from a first range of 3.8V to 4.4V, and the second threshold may be selected from a second range of 2.6V to 3.2V. This depends on the respective properties of the corresponding electrical energy storage unit. Thus, a sufficient distance to the safety of the electrical energy storage system hazardous voltage values is possible. For example, in the case of the limit values given above by way of example, safety may be endangered if the value exceeds 4.2 V. Thus, the safety distance to 0.2 V has been set here in order to have sufficient safety reserves even in the presence of a limited or missing functionality of the device for determining a state variable.
Gemäß einer Ausgestaltung wird mindestens eine Alterungszustandsgröße der elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt, beispielsweise eine maximal mögliche Kapazität beziehungsweise speicherbare Ladungsmenge oder ein elektrischer Widerstand. Auch eine maximal mögliche speicherbare Energiemenge ist als Alterungszustandsgröße möglich. Da sich diese Größen mit der Zeit und in Abhängigkeit der Nutzung der elektrischen Energiespeichereinheit ändern, lässt sich von ihnen auf das Alter beziehungsweise den Abnutzungsgrad der elektrischen Energiespeichereinheit schließen. Anschließend wird das erste mathematische Modell basierend auf der mindestens einen Alterungszustandsgröße adaptiert. Dies erfolgt bevorzugt bei voller Funktionsfähigkeit der Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße. Somit wird in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass das erste mathematische Modell der elektrischen Energiespeichereinheit das Verhalten der elektrischen Energiespeichereinheit so gut wie möglich abbildet. Dies ermöglicht einen genaueren und somit sichereren Betrieb des elektrischen Energiespeichersystems unter Verwendung der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße.According to one embodiment, at least one aging state variable of the electrical energy storage unit is determined, for example a maximum possible capacity or storable charge quantity or an electrical resistance. Even a maximum possible storable amount of energy is possible as aging state variable. Since these variables change with time and in dependence on the use of the electrical energy storage unit, they can be used to conclude the age or degree of wear of the electrical energy storage unit. Subsequently, the first mathematical model is adapted based on the at least one aging state variable. This is preferably done at full functionality of the device for determining a state variable. Thus, it is advantageously ensured that the first mathematical model of the electrical energy storage unit maps the behavior of the electrical energy storage unit as well as possible. This allows a more accurate and thus safer operation of the electrical energy storage system using the first further state variable determined in the case of limited or lacking functionality.
Gemäß einer Ausgestaltung, bei der das elektrische Energiespeichersystem eine Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten umfasst, wird die bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit der Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße ermittelte erste weitere Zustandsgröße der elektrischen Energiespeichereinheit mit einer zweiten weiteren Zustandsgröße, welche auf einer über die Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten abfallenden elektrischen Spannung basiert, verglichen. Somit wird eine Plausibilitätsprüfung der mittels des ersten mathematischen Modells ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße ermöglicht, was die Zuverlässigkeit des Verfahrens in vorteilhafter Weise erhöht. In Abhängigkeit des Vergleichs der Zustandsgrößen wird das elektrische Energiespeichersystem unter Verwendung der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße betrieben, wobei zusätzlich nach einer ersten vordefinierten Zeitspanne oder alternativ nach Verbrauchen oder Aufnehmen einer ersten vordefinierten elektrischen Energiemenge bei einer vordefinierten maximal möglichen Leistungsabgabe/-aufnahme die Entnahme elektrischer Energie aus der elektrischen Energiespeichereinheit und/oder dem elektrischen Energiespeichersystem unterbunden wird. Beispielsweise kann aus dem Vergleich resultieren, dass die Differenz der Zustandsgrößen innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, was einem Weiterbetrieb des elektrischen Energiespeichersystems nicht entgegensteht. Somit kann das elektrische Energiespeichersystem in vorteilhafter Weise zumindest innerhalb der ersten vordefinierten Zeitspanne oder alternativ im Rahmen der ersten vordefinierten Energiemenge bei vordefinierter maximal möglicher Leistungsabgabe/-aufnahme sicher weiter betrieben werden.According to one embodiment, in which the electrical energy storage system comprises a plurality of electrical energy storage units, the first further state variable of the electrical energy storage unit with a second further state variable, which is determined on one of the plurality of electrical variables, is determined in the case of limited or absent functioning of the device for determining a state variable Energy storage units based on declining electrical voltage, compared. Thus, a plausibility check of the first further state variable determined by means of the first mathematical model is made possible, which advantageously increases the reliability of the method. Depending on the comparison of the state variables, the electrical energy storage system is operated using the first further state variable determined with limited or lacking functionality, wherein additionally after a first predefined time period or alternatively after consuming or receiving a first predefined electrical energy amount at a predefined maximum possible power output Recording the removal of electrical energy from the electrical energy storage unit and / or the electrical energy storage system is prevented. For example, can result from the comparison that the difference of the state variables is within a predefined range, which does not preclude further operation of the electrical energy storage system. Thus, the electrical energy storage system can advantageously at least within the first predefined period of time or alternatively within the first predefined amount of energy at a predefined maximum possible power output / recording safely continue to operate.
Gemäß einer Ausgestaltung, bei der das elektrische Energiespeichersystem mindestens zwei elektrische Energiespeichereinheiten umfasst, wird eine dritte weitere Zustandsgröße mindestens einer weiteren elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf einem zweiten mathematischen Modell ermittelt. Dabei kann das zweite mathematische Modell von seiner Art dem ersten mathematischen Modell entsprechen. Anschließend wird die dritte weitere Zustandsgröße der weiteren elektrischen Energiespeichereinheit mit der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit der Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße der elektrischen Energiespeichereinheit verglichen. Somit wird eine Plausibilitätsprüfung der mittels des ersten mathematischen Modells ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße ermöglicht, was die Zuverlässigkeit des Verfahrens in vorteilhafter Weise erhöht. In Abhängigkeit des Vergleichs der Zustandsgrößen wird das elektrische Energiespeichersystem unter Verwendung der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße betrieben, wobei zusätzlich nach einer zweiten vordefinierten Zeitspanne die Entnahme elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeichersystem unterbunden wird. Letzteres kann beispielsweise durch eine entsprechende Ansteuerung von sich in dem elektrischen Energiespeichersystem befindenden sogenannten Schützen erfolgen. Beispielsweise kann aus dem Vergleich resultieren, dass die Differenz der Zustandsgrößen innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, was einem Weiterbetrieb des elektrischen Energiespeichersystems nicht entgegensteht. Somit kann das elektrische Energiespeichersystem in vorteilhafter Weise zumindest innerhalb der zweiten vordefinierten Zeitspanne sicher weiter betrieben werden, wobei beispielsweise auf Messwerte der weiteren elektrischen Energiespeichereinheit zurückgegriffen wird.According to one embodiment, in which the electrical energy storage system comprises at least two electrical energy storage units, a third additional state variable of at least one further electrical energy storage unit is determined based on a second mathematical model. The second mathematical model of its kind can correspond to the first mathematical model. Subsequently, the third additional state variable of the further electrical energy storage unit is compared with the first further state variable of the electrical energy storage unit determined in the case of limited or missing functionality of the device for determining a state variable. Thus, a plausibility check of the first further state variable determined by means of the first mathematical model is made possible, which advantageously increases the reliability of the method. Depending on the comparison of the state variables, the electrical energy storage system is operated using the first further state variable determined in the case of limited or lacking functionality, with the removal of electrical energy from the electrical energy storage system being additionally suppressed after a second predefined period of time. The latter can be done, for example, by a corresponding control of itself in the electrical energy storage system located so-called shooter. For example, can result from the comparison that the difference of the state variables is within a predefined range, which does not preclude further operation of the electrical energy storage system. Thus, the electrical energy storage system can advantageously continue to be operated at least within the second predefined period of time, with recourse, for example, to measured values of the further electrical energy storage unit.
Gemäß einer Ausgestaltung wird jeweils mindestens eine Alterungszustandsgröße der mindestens zwei elektrischen Energiespeichereinheiten vor der Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Anschließend werden die Alterungszustandsgrößen der mindestens 2 elektrischen Energiespeichereinheiten miteinander verglichen. Innerhalb der Verfahrensschritte können sowohl das erste mathematische Modell als auch das zweite mathematische Modell eingesetzt werden. Somit kann in vorteilhafter Weise insbesondere festgestellt werden, ob die mindestens zwei elektrischen Energiespeichereinheiten ein ähnliches Alterungsverhalten aufweisen. In Abhängigkeit des Vergleichs der Zustandsgrößen und des Vergleichs der Alterungszustandsgrößen wird das elektrische Energiespeichersystem unter Verwendung der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße betrieben. Dabei wird zusätzlich nach einer dritten vordefinierten Zeitspanne und/oder nach Aufbrauchen einer dritten vordefinierten Energiemenge mit gegebenenfalls ebenfalls vordefinierter maximal möglicher Leistungsabgabe/-aufnahme die Entnahme elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeichersystem unterbunden, wobei die Länge der dritten vordefinierten Zeitspanne und/oder der dritten vordefinierten Energiemenge in Abhängigkeit der Zustandsgröße und oder/der Alterungszustandsgrößen definiert ist. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Ansteuerung von sich in dem elektrischen Energiespeichersystem befindenden Abschalteinrichtungen, beispielsweise Schützen, erfolgen. Beispielsweise kann aus dem Vergleich resultieren, dass sowohl die Differenz der Zustandsgrößen innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt als auch die Differenz der Alterungszustandsgrößen innerhalb eines weiteren vordefinierten Bereichs liegt. Somit ist beispielsweise gewährleistet, dass die elektrische Energiespeichereinheit, deren Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße nicht mehr korrekt funktioniert, und eine weitere elektrische Energiespeichereinheit ein ähnliches elektrisches Verhalten aufweisen. Somit kann das elektrische Energiespeichersystem in vorteilhafter Weise zumindest innerhalb der dritten vordefinierten Zeitspanne und oder im Rahmen der dritten vordefinierten Energiemenge sicher weiter betrieben werden.According to one embodiment, in each case at least one aging state variable of the at least two electrical energy storage units is determined prior to checking the functionality of a device for determining a state variable of at least one electrical energy storage unit. Subsequently, the aging state variables of the at least two electrical energy storage units are compared with one another. Within the method steps, both the first mathematical model and the second mathematical model can be used. Thus, it can be determined in an advantageous manner in particular whether the at least two electrical energy storage units have a similar aging behavior. Depending on the comparison of the state variables and the comparison of the aging state variables, the electrical energy storage system is operated using the first further state variable determined in the case of limited or lacking functionality. In this case, the removal of electrical energy from the electrical energy storage system is additionally suppressed after a third predefined period of time and / or after exhaustion of a third predefined amount of energy optionally also predefined maximum possible power output / recording, the length of the third predefined period and / or the third predefined Amount of energy is defined as a function of the state variable and / or the aging state variables. This can be done, for example, by a corresponding activation of defeat devices located in the electrical energy storage system, for example contactors. For example, it can result from the comparison that both the difference of the state variables is within a predefined range and the difference of the aging state variables lies within a further predefined range. Thus, it is ensured, for example, that the electrical energy storage unit, whose device no longer functions correctly for determining a state variable, and a further electrical energy storage unit have a similar electrical behavior. Thus, the electrical energy storage system can be operated safely in an advantageous manner, at least within the third predefined period of time and or within the third predefined amount of energy.
Gemäß einer Ausgestaltung sind das erste mathematische Modell und das zweite mathematische Modell gleich und/oder basieren auf Differenzialgleichungen. Somit ist in vorteilhafter Weise eine einfache Vergleichbarkeit zwischen den Modellen und ihren Parametern sowie Zuständen möglich. Weiterhin können die dynamischen Vorgänge innerhalb einer elektrischen Energiespeichereinheit gut durch Differenzialgleichungen beziehungsweise entsprechend diskretisierte Differenzengleichungen abgebildet werden.According to one embodiment, the first mathematical model and the second mathematical model are the same and / or are based on differential equations. Thus, an easy comparability between the models and their parameters and conditions is possible in an advantageous manner. Furthermore, the dynamic processes within an electrical energy storage unit can be well represented by differential equations or correspondingly discretized difference equations.
Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit kann insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul mit mindestens einer elektrochemischen Batteriezelle und/oder ein Batteriepack mit mindestens einem Batteriemodul verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeichereinheit eine lithiumbasierte Batteriezelle oder ein lithiumbasiertes Batteriemodul oder ein lithiumbasiertes Batteriepack sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder ein Lithium-Ionen-Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein. Weiterhin kann die Batteriezelle vom Typ Lithium-Polymer-Akkumulator, Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Blei-Säure-Akkumulator, Lithium-Luft-Akkumulator oder Lithium-Schwefel-Akkumulator beziehungsweise ganz allgemein ein Akkumulator beliebiger elektrochemischer Zusammensetzung sein. Auch ein Kondensator ist als elektrische Energiespeichereinheit möglich.An electrical energy storage unit may in particular be understood as meaning an electrochemical battery cell and / or a battery module having at least one electrochemical battery cell and / or a battery pack having at least one battery module. For example, the electric energy storage unit may be a lithium-based battery cell or a lithium-based battery module or a lithium-based battery pack. In particular, the electrical energy storage unit may be a lithium-ion battery cell or a lithium-ion battery module or a lithium-ion battery pack. Furthermore, the battery cell of the type lithium polymer accumulator, nickel metal hydride accumulator, lead acid accumulator, lithium Air accumulator or lithium-sulfur accumulator or quite generally an accumulator of any electrochemical composition. A capacitor is possible as an electrical energy storage unit.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung eine Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, welche mindestens ein Mittel umfasst, das eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens nach einer der offenbarten Ausgestaltungen durchzuführen. Die vorgenannten Vorteile gelten entsprechend. Das mindestens eine Mittel kann beispielsweise ein Batteriemanagementsteuergerät und eine entsprechende Leistungselektronik, beispielsweise einen Wechselrichter, sowie Stromsensoren und/oder Spannungssensoren und/oder Temperatursensor umfassen. Auch eine elektronische Steuereinheit, insbesondere in der Ausprägung als elektronisches Batteriemanagementgerät, kann solch ein Mittel sein. Unter einer elektronischen Steuereinheit kann insbesondere ein elektronisches Steuergerät, welches beispielsweise einen Mikrocontroller und/oder einen applikationsspezifischen Hardwarebaustein, zum Beispiel einen ASIC, umfasst, verstanden werden, aber ebenso kann darunter ein Personal Computer oder eine speicherprogrammierbare Steuerung fallen.Furthermore, the subject matter of the disclosure is an apparatus for operating an electrical energy storage system which comprises at least one means which is set up to carry out the steps of the method according to one of the disclosed embodiments. The aforementioned advantages apply accordingly. The at least one means may include, for example, a battery management control unit and corresponding power electronics, for example an inverter, as well as current sensors and / or voltage sensors and / or temperature sensors. An electronic control unit, in particular in the form of an electronic battery management device, can also be such a means. An electronic control unit may, in particular, be understood to mean an electronic control unit, which includes, for example, a microcontroller and / or an application-specific hardware component, for example an ASIC, but likewise may include a personal computer or a programmable logic controller.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein elektrisches Energiespeichersystem, welches eine Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten und eine oben beschriebenen Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems umfasst. Die genannten Vorteile gelten entsprechend.Furthermore, the subject matter of the disclosure is an electrical energy storage system which comprises a plurality of electrical energy storage units and a device described above for operating an electrical energy storage system. The advantages mentioned apply accordingly.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung die Verwendung des elektrischen Energiespeichersystems in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen einschließlich Hybridfahrzeugen, in stationären elektrischen Energiespeicheranlagen, in elektrisch betriebenen Handwerkzeugen, in portablen Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung sowie in Haushaltsgeräten. Die genannten Vorteile gelten entsprechend.Furthermore, the subject matter of the disclosure is the use of the electrical energy storage system in electrically driven vehicles including hybrid vehicles, in stationary electrical energy storage systems, in electrically operated hand tools, in portable devices for telecommunications or data processing and in household appliances. The advantages mentioned apply accordingly.
Figurenlistelist of figures
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the figures and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:
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1 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform; -
2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform; -
3 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform; -
4 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform; -
5 eine Darstellung eines zeitlichen Verlaufes einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren berechneten Ladezustandsgröße; und -
6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems.
-
1 a flowchart of the method according to the invention according to a first embodiment; -
2 a flowchart of the inventive method according to a second embodiment; -
3 a flowchart of the inventive method according to a third embodiment; -
4 a flowchart of the inventive method according to a fourth embodiment; -
5 a representation of a time course of a calculated state of the invention state of charge state of charge; and -
6 a schematic representation of an apparatus for operating an electrical energy storage system.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche VerfahrensschritteIdentical reference signs denote the same device components or the same method steps in all figures
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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