DE102017215647A1

DE102017215647A1 - Regeleinrichtung für ein energiespeichermodul

Info

Publication number: DE102017215647A1
Application number: DE102017215647.3A
Authority: DE
Inventors: Jan Philipp Schmidt
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-09-06
Filing date: 2017-09-06
Publication date: 2019-03-07

Abstract

Eine Regeleinrichtung (300, 300') für ein Energiespeichermodul (100), das zumindest zwei parallel geschaltete Energiespeicherzellen (EZ1, EZ) aufweist, umfasst eine Spannungserfassungseinheit (301) zur Erfassung einer Energiespeicherzellenspannung (EZS) von zumindest einer der Energiespeicherzellen, eine Strombeaufschlagungseinheit (302), eine Steuereinheit (303), die dazu eingerichtet ist, die Strombeaufschlagungseinheit anzusteuern, um das Energiespeichermodul mit Strom zu beaufschlagen, und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer (Δt1) nach Beendigung der Beaufschlagung des Energiespeichermoduls mit Strom eine zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung während eines vorgegebenen Zeitraums (Δt2) zu bestimmen, eine Ermittlungseinheit (304), die dazu eingerichtet ist, einen kleinsten Widerstandswert (R) von jeweiligen Widerstandwerten (R1, R2) der zumindest zwei Energiespeicherzellen unter Verwendung der bestimmten zeitlichen Änderung der Energiespeicherzellenspannung zu ermitteln, eine Berechnungseinheit, die dazu eingerichtet ist, unter Verwendung eines vorgegebenen maximalen Energiespeicherzellenstroms (I), des ermittelten kleinsten Widerstandswerts und eines Gesamtwiderstands (R) der zumindest zwei Energiespeicherzellen einen zulässigen Energiespeichermodulstrom (I) zu berechnen, und eine Regeleinheit (306), die dazu eingerichtet ist, den Energiespeichermodulstrom während des Betriebs des Energiespeichermoduls derart zu regeln, dass er kleiner als der berechnete zulässige Energiespeichermodulstrom ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für ein Energiespeichermodul, das zumindest zwei parallel geschaltete Energiespeicherzellen aufweist. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Anordnung, die ein Kraftfahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, ein Energiespeichermodul und eine Regeleinrichtung für das Energiespeichermodul umfasst.
Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge sind mit einem Energiespeichermodul wie etwa einem Hochvoltspeicher ausgerüstet, welches die für den Antrieb eines elektrischen Antriebsmotors erforderliche elektrische Energie speichert und für den elektrischen Antriebsmotor bereitstellt. Der Hochvoltspeicher umfasst eine Vielzahl von Energiespeicherzellen, die beispielsweise als Lithium-Ionen-Zellen bzw. Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen ausgebildet sind, und die beispielsweise parallel oder in Reihe geschaltet sein können.
Um eine Skalierbarkeit des Energiespeichermoduls bezüglich Leistung und Energie bei einer festgelegten Energiespeicherzellengröße zu erreichen, werden die Energiespeicherzellen bevorzugt parallel geschaltet. Dabei darf zur Vermeidung einer Beschädigung einer der Energiespeicherzellen ein durch eine jeweilige der Energiespeicherzellen fließender Strom einen vorgegebenen maximalen Energiespeicherzellenstrom nicht überschreiten.
Üblicherweise wird bei einer derartigen Parallelschaltung der Energiespeicherzellen lediglich der durch das Energiespeichermodul fließende Gesamtstrom, das heißt, die Summe der durch die einzelnen Energiespeicherzellen fließenden Ströme ermittelt. Daher muss, um bei einer Veränderung des Innenwiderstands einer Energiespeicherzelle eine andere, parallelgeschaltete Energiespeicherzelle nicht außerhalb des zulässigen Bereichs zu betreiben, der maximale Energiespeicherzellenstrom für die einzelne Energiespeicherzelle geringer gewählt werden.
Somit liegt der maximal zulässige, durch das Energiespeichermodul fließende Gesamtstrom bzw. Energiespeichermodulstrom für eine Parallelschaltung von Energiespeicherzellen niedriger als der maximale Energiespeicherzellenstrom, der für eine einzelne Energiespeicherzelle möglich wäre. Da die dem Energiespeichermodul entnehmbare Leistung durch das Produkt aus der Energiespeichermodulspannung und dem Energiespeichermodulstrom bestimmt wird, kann dem Energiespeichermodul weniger Leistung bzw. Energie entnommen werden, als eigentlich möglich wäre. Zudem muss bei der Festlegung des maximal zulässigen Gesamtstroms auch eine zeitliche Änderung der elektrischen Parameter der Energiespeicherzellen berücksichtigt werden. Diese zeitlichen Änderungen können beispielsweise eine zeitliche Veränderung der Innenwiderstände der einzelnen Energiespeicherzellen über die Lebensdauer und Temperaturinhomogenitäten im Energiespeichermodul umfassen. Da die zeitliche Änderung des Innenwiderstands einer Energiespeicherzelle für jeden Einzelfall variieren kann, muss die Festlegung des maximal zulässigen Energiespeichermodulstroms unter der Annahme einer größtmöglichen Veränderung des Innenwiderstands erfolgen. Dies schränkt den Betriebsbereich bzw. die dem Energiespeichermodul entnehmbare Leistung weiter ein.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Regeleinrichtung für ein Energiespeichermodul, das zumindest zwei parallel geschaltete Energiespeicherzellen aufweist, bereitzustellen, durch welches eine dem Energiespeichermodul entnehmbare elektrische Leistung erhöht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Regeleinrichtung für ein Energiespeichermodul, das zumindest zwei parallel geschaltete Energiespeicherzellen aufweist, eine Spannungserfassungseinheit zur Erfassung einer Energiespeicherzellenspannung von zumindest einer der Energiespeicherzellen, eine Strombeaufschlagungseinheit, die dazu eingerichtet ist, mit dem Energiespeichermodul verbunden zu werden, und das Energiespeichermodul mit Strom zu beaufschlagen, eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die Strombeaufschlagungseinheit derart anzusteuern, dass das Energiespeichermodul mit Strom beaufschlagt wird, und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer nach Beendigung der Beaufschlagung des Energiespeichermoduls mit Strom auf der Grundlage der von der Spannungserfassungseinrichtung erfassten Energiespeicherzellenspannung eine zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung während eines vorgegebenen Zeitraums zu bestimmen, eine Ermittlungseinheit, die dazu eingerichtet ist, einen kleinsten Widerstandswert von jeweiligen Widerstandwerten der zumindest zwei Energiespeicherzellen unter Verwendung der bestimmten zeitlichen Änderung der Energiespeicherzellenspannung zu ermitteln, eine Berechnungseinheit, die dazu eingerichtet ist, unter Verwendung eines vorgegebenen maximalen Energiespeicherzellenstroms, des ermittelten kleinsten Widerstandswerts und eines Gesamtwiderstands der zumindest zwei parallel geschalteten Energiespeicherzellen einen zulässigen Energiespeichermodulstrom zu berechnen, und eine Regeleinheit, die dazu eingerichtet ist, den Energiespeichermodulstrom während des Betriebs des Energiespeichermoduls derart zu regeln, dass er kleiner als der berechnete zulässige Energiespeichermodulstrom ist.
Durch die erfindungsgemäße Regeleinrichtung kann anstelle eines für die gesamte Lebensdauer des Energiespeichermoduls festgelegten zulässigen Energiespeichermodulstroms der zulässige Energiespeichermodulstrom an den aktuellen Alterungszustand bzw. die aktuelle Spreizung der Innenwiderstände der zumindest zwei Energiespeicherzellen angepasst werden. Dadurch kann insbesondere der zulässige Energiespeichermodulstrom zu Beginn der Lebensdauer des Energiespeichermoduls auf einen hohen Wert eingestellt werden und adaptiv während der Lebensdauer nachgeführt werden, wenn eine Spreizung der Innenwiderstände festgestellt wird. Auf diese Weise kann die dem Energiespeichermodul entnehmbare elektrische Leistung im Vergleich zu einem Energiespeichermodul, welches mittels einer Regeleinrichtung geregelt wird, bei der der zulässige Energiespeichermodulstrom über die gesamte Lebensdauer konstant gehalten wird, erhöht werden.
Da unter Verwendung der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung der tatsächliche kleinste Widerstandswert von den Widerstandswerten der einzelnen Energiespeicherzellen des Energiespeichermoduls ermittelt wird, und der zulässige Energiespeichermodulstrom in Abhängigkeit von dem kleinsten Widerstandswert bestimmt wird, kann zudem die Betriebssicherheit des Energiespeichermoduls erhöht werden. Im Unterschied zu der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung kann nämlich bei einer Regeleinrichtung, bei der der zulässige Energiespeichermodulstrom über die gesamte Lebensdauer auf einen konstanten Wert festgelegt ist, der Fall auftreten, dass ein Widerstandswert einer Energiespeicherzelle aufgrund einer Alterung oder eines Defekts während des Betriebs kleiner wird als bei der Bestimmung des konstanten Werts für den zulässigen Energiespeichermodulstrom vorhergesehen, sodass durch die entsprechende Energiespeicherzelle während des Betriebs ein Energiespeicherzellenstrom fließen kann, der höher als der vorgegebene maximale Energiespeicherzellenstrom ist.
Die Ermittlungseinheit kann dazu eingerichtet sein, den kleinsten Widerstandswert ferner unter Verwendung einer vorgegebenen Zuordnungstabelle, in der jeweiligen Kombinationen von jeweiligen Widerstandwerten von einer Anzahl parallel geschalteter Energiespeicherzellen, die der Anzahl von Energiespeicherzellen des zu regelnden Energiespeichermoduls entspricht, jeweilige zeitliche Änderungen von Energiespeicherzellenspannungen zugeordnet sind zu ermitteln, wobei die Ermittlungseinheit dazu eingerichtet ist, eine jeweilige Abweichung der bestimmten zeitlichen Änderung der Energiespeicherzellenspannung von den jeweiligen in der Zuordnungstabelle enthaltenen zeitlichen Änderungen der Energiespeicherzellenspannungen zu bestimmen, diejenige Kombination von jeweiligen Widerstandwerten der Anzahl parallel geschalteter Energiespeicherzellen, die der Anzahl von Energiespeicherzellen des zu regelnden Energiespeichermoduls entspricht, zu ermitteln, bei der die Abweichung minimal ist, und den geringsten Widerstandswert von den Widerstandswerten der ermittelten Kombination als den kleinsten Widerstandswert zu ermitteln.
Die Zuordnungstabelle kann beispielsweise erstellt werden, indem jeweilige unterschiedliche Energiespeichermodule, die jeweils aus mehreren parallel geschalteten Energiespeicherzellen, deren Widerstände bekannt sind, gebildet werden, mit dem jeweils gleichen Strompuls entsprechend dem Strompuls, mit dem das zu regelnde Energiespeichermodul beaufschlagt wird, beaufschlagt werden und die jeweilige zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannungen während eines dem vorgegebenen Zeitraum entsprechendem Zeitraum nach einer der vorgegebenen Zeitdauer entsprechenden Zeitdauer bestimmt wird. Nach Erstellung der Zuordnungstabelle kann diese beispielsweise in einer Speichereinheit gespeichert werden, so dass die Ermittlungseinheit darauf zugreifen kann.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Ermittlungseinheit auch dazu eingerichtet sein, den kleinsten Widerstandswert ferner unter Verwendung einer Simulation zu ermitteln, bei der das zeitliche Verhalten der Energiespeicherzellenspannung des zu regelnden Energiespeichermoduls als Reaktion auf die Beaufschlagung mit dem Strompuls anhand von mehreren Modell-Energiespeichermodulen simuliert wird, wobei jedes der mehreren Modell-Energiespeichermodule durch eine Parallelschaltung von Reihenschaltungen, deren Anzahl der Anzahl von Energiespeicherzellen des zu regelnden Energiespeichermoduls entspricht, und die aus einem Widerstand mit einem Widerstandswert und einem Kondensator gebildet sind, beschrieben wird, Kombinationen der einzelnen Widerstandswerte der mehreren Modell-Energiespeichermodule unterschiedlich voneinander sind, und der Gesamtwiderstand der Widerstandswerte der Parallelschaltung der Reihenschaltungen von jedem der Modell-Energiespeichermodule gleich dem Gesamtwiderstand des zu regelnden Energiespeichermoduls ist, und basierend auf der Simulation für jedes der Modell-Energiespeichermodule jeweilige zeitliche Änderungen von Energiespeicherzellenspannungen zu berechnen, wobei die Ermittlungseinheit dazu eingerichtet ist, eine jeweilige Abweichung der bestimmten zeitlichen Änderung der Energiespeicherzellenspannung von den jeweiligen berechneten zeitlichen Änderungen der Energiespeicherzellenspannungen zu bestimmen, dasjenige Modell-Energiespeichermodul zu ermitteln, bei dem die Abweichung minimal ist, und den geringsten Widerstandswert von den Widerstandswerten des ermittelten Modell-Energiespeichermoduls als den kleinsten Widerstandswert zu ermitteln.
Bei der Simulation kann insbesondere eine Kapazität der Kondensatoren gleich einer differentiellen Interkalationskapazität des Energiespeichermoduls gesetzt werden. Die differentielle Interkalationskapazität des Energiespeichermoduls wird anhand einer Ruhespannungskennlinie des Energiespeichermoduls, das heißt eines Verhaltens einer Ruhespannung des Energiespeichermoduls in Abhängigkeit von einem Ladezustand des Energiespeichermoduls ermittelt, wobei die differentielle Interkalationskapazität C_diff gleich dem Kehrwert der Ableitung der Ruhespannungskennlinie ist.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Regeleinrichtung eine Kommunikationseinheit, wobei die Ermittlungseinheit entfernt von den übrigen Komponenten der Regeleinrichtung vorgesehen ist, und die Kommunikationseinheit und die Ermittlungseinheit dazu eingerichtet sind, drahtlos miteinander zu kommunizieren, wobei die Kommunikationseinheit dazu eingerichtet ist, die von der Steuereinheit bestimmte zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung drahtlos an die Ermittlungseinheit zu senden, und die Ermittlungseinheit dazu eingerichtet ist, den ermittelten kleinsten Widerstandswert drahtlos an die Kommunikationseinheit zu senden.
Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere im Falle, dass die Ermittlungseinrichtung den kleinsten Widerstandswert unter Verwendung der Simulation ermittelt, ein Baustein, der die Komponenten der Regeleinrichtung mit Ausnahme der Ermittlungseinheit aufweist, mit einem weniger leistungsstarken Prozessor ausgerüstet werden, da die rechenintensive Simulation von der separat vorgesehenen Ermittlungseinheit ausgeführt. Dabei kann die Ermittlungseinheit beispielsweise Bestandteil einer Servereinrichtung sein, und die Ermittlungseinheit und Kommunikationseinheit können die entsprechenden Daten beispielsweise über ein Mobilfunknetzwerk austauschen.
Die Regeleinrichtung kann ferner eine Stromerfassungseinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, einen durch das Energiespeichermodul fließenden Gesamtstrom zu messen, wobei die Berechnungseinheit ferner dazu eingerichtet sein kann, den Gesamtwiderstand durch Bildung eines Quotienten aus der erfassten Energiespeicherzellenspannung und dem gemessenen Gesamtstrom zu berechnen. Hierbei können die Energiespeicherzellenspannung und der Gesamtstrom beispielsweise sowohl während eines Ladevorgangs als auch eines Entladevorgangs des Energiespeichermoduls erfasst bzw. gemessen werden.
Bevorzugt wird die vorgegebene Zeitdauer durch eine Multiplikation der differentiellen Interkalationskapazität des Energiespeichermoduls mit dem Gesamtwiderstand des Energiespeichermoduls bestimmt. Durch diese Wahl der vorgegebenen Zeitdauer kann erreicht werden, dass Ausgleichsvorgänge zwischen den zumindest zwei parallel geschalteten Energiespeicherzellen im Wesentlichen bereits abgeschlossen sind, da die Zeitkonstante T_sys für derartige Ausgleichsvorgänge durch die Gleichung R_ges * C_diff = T_sys angenähert werden kann, wobei R_ges der Gesamtwiderstand der parallel geschalteten Energiespeicherzellen ist. Des Weiteren kann bei dieser Wahl der vorgegebenen Zeitdauer implizit davon ausgegangen werden, dass weitere Relaxationsvorgänge wie etwa Ladungsdurchtritt oder Diffusion bereits abgeklungen sind oder nicht mehr dominant wirken. Um zu vermeiden, dass die vorgegebene Zeitdauer sehr groß wird, sollte die Bestimmung der zeitlichen Änderungen der Energiespeicherzellenspannung bei einem Ladezustand des Energiespeichermoduls durchgeführt werden, bei dem der Wert der Ableitung der Ruhespannungskennlinie deutlich von 0 verschieden ist.
Die Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung durch Bestimmung eines Quotienten aus einer Spannungsdifferenz, die zwischen der Energiespeicherzellenspannung an einem ersten Zeitpunkt und der Energiespeicherzellenspannung an einem zweiten Zeitpunkt gebildet wird, und einer Zeitdifferenz, die zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt gebildet wird, zu bestimmen, wobei der erste Zeitpunkt nach dem zweiten Zeitpunkt liegt.
Bevorzugt wird dabei der erste Zeitpunkt derart gewählt, dass die Zeitdifferenz kleiner oder gleich der vorgegebenen Zeitdauer ist.
Die Regeleinrichtung kann ferner eine Ruhezustandsermittlungseinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, einen Ruhezustand des Energiespeichermoduls zu ermitteln, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Strombeaufschlagungseinheit derart anzusteuern, dass das Energiespeichermodul mit Strom beaufschlagt wird, wenn von der Ruhezustandsermittlungseinheit ermittelt wird, das sich das Energiespeichermodul für die Dauer eines vorgegebenes Zeitintervall im Ruhezustand befindet.
Dabei kann die Ruhezustandsermittlungseinheit beispielsweise dazu eingerichtet sein, mit der Spannungserfassungseinheit zu kommunizieren und zu ermitteln, dass sich das Energiespeichermodul in dem Ruhezustand befindet, wenn eine zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung während eines vorgegebenen Zeitintervalls kleiner als ein vorgegebener Wert ist.
Eine Anordnung gemäß einer Ausführungsform umfasst eine vorstehend beschriebene Regeleinrichtung, ein Energiespeichermodul, das zumindest zwei parallel geschaltete Energiespeicherzellen aufweist, und ein Kraftfahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, wobei das Energiespeichermodul dazu eingerichtet ist, einen Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen, und die Regeleinrichtung dazu eingerichtet ist, einen Energiespeichermodulstrom während des Betriebs des Energiespeichermoduls derart zu regeln, dass er kleiner als der berechnete zulässige Energiespeichermodulstrom ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert.
Es zeigen:

1 schematisch eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung für ein Energiespeichermodul gemäß einer Ausführungsform, zusammen mit dem Energiespeichermodul,
2 ist ein Ersatzschaltbild eines Modells für das in 1 gezeigte Energiespeichermodul,
3 jeweilige mittels einer Simulation erhaltene zeitliche Änderungen von Energiespeicherzellenspannungen während einer Beaufschlagung von unterschiedlichen Modell-Energiespeichermodulen mit einem Strompuls,
4 jeweilige mittels der Simulation erhaltene zeitliche Änderungen der Energiespeicherzellenspannungen nach einer Beendigung der Beaufschlagung der unterschiedlichen Modell-Energiespeichermodule mit dem Strompuls,
5 ein Relaxationsverhalten einer Energiespeicherzellenspannung nach Beendigung einer Beaufschlagung eines Energiespeichermoduls mit einem Strompuls,
6 eine beispielhafte Zuordnung von jeweiligen zeitlichen Änderungen der Energiespeicherzellenspannung zu einem Parameter α,
7 ein Beispiel einer Zuordnung von jeweiligen zulässigen Energiespeichermodulströmen in Abhängigkeit von dem Parameter α,
8 ein Beispiel einer Zuordnung eines Befindlichkeitszustands des Energiespeichermoduls zu dem Parameter α, und
9 eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung für ein Energiespeichermodul gemäß einer anderen Ausführungsform.

1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Regeleinrichtung 300 für ein Energiespeichermodul 100 gemäß einer Ausführungsform, zusammen mit dem Energiespeichermodul 100. Das Energiespeichermodul 100 kann zur Zuführung von elektrischer Energie zu einer elektrischen Senke verwendet werden und mittels der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung 300 geregelt werden.
Das Energiespeichermodul 100, welches als Hochvoltspeicher ausgebildet sein kann, der dazu eingerichtet ist, eine elektrische Energie für den Antrieb eines elektrischen Antriebsmotors eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs zu speichern, weist einen elektrischen Pluspol 101 und einen elektrischen Minuspol 102 auf, um die gespeicherte elektrische Energie der elektrischen Senke wie etwa dem elektrischen Antriebsmotor für dessen Antrieb zur Verfügung zu stellen. Weiterhin weist das Energiespeichermodul 100 mehrere Energiespeicherzellen EZ1, EZ2 auf, die parallel geschaltet sind. In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind lediglich zwei Energiespeicherzellen EZ1, EZ2 gezeigt, jedoch kann das Energiespeichermodul 100 bei anderen Ausführungsformen eine Vielzahl von Energiespeicherzellen aufweisen, die parallel geschaltet sind.
Die Energiespeicherzellen EZ1, EZ2 sind bevorzugt als Akkumulatorzellen, beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen ausgebildet.
Die Regeleinrichtung 300 ist dazu eingerichtet, mit dem Energiespeichermodul 100 verbunden zu werden, einen zulässigen Energiespeichermodulstrom I_max festzulegen, und einen durch das Energiespeichermodul 100 fließenden Gesamtstrom I_ges während eines Betriebs des Energiespeichermoduls 100 derart zu regeln, dass der Gesamtstrom I_ges kleiner als der festgelegte zulässige Energiespeichermodulstrom I_max ist.
Die Regeleinrichtung 300 weist eine Spannungserfassungseinheit 301, eine Strombeaufschlagungseinheit 302, eine Steuereinheit 303, eine Ermittlungseinheit 304, eine Berechnungseinheit 305, eine Regeleinheit 306, eine Stromerfassungseinheit 307, eine Ruhezustandsermittlungseinheit 308 und eine Speichereinheit 309 auf.
Die Spannungserfassungseinheit 301 ist dazu eingerichtet, derart über nicht gezeigte elektrische Leitungen mit dem Energiespeichermodul 100 verbunden zu werden, dass sie eine Energiespeicherzellenspannung EZS von zumindest einer der Energiespeicherzellen EZ1, EZ2 erfasst. Die Strombeaufschlagungseinheit 302 ist dazu eingerichtet, mit dem Energiespeichermodul 100 über nicht gezeigte elektrische Leitungen verbunden zu werden, und das Energiespeichermodul 100 mit Strom bzw. einem Strompuls zu beaufschlagen. Die Zuführung des Stroms kann beispielsweise durch eine Verbindung der Strombeaufschlagungseinheit 302 mit dem elektrischen Pluspol 101 und dem elektrischen Minuspol 102 des Energiespeichermoduls 100 erfolgen.
Die Steuereinheit 303 ist dazu eingerichtet ist, die Strombeaufschlagungseinheit 302 derart anzusteuern, dass das Energiespeichermodul 100 für eine vorgegebene Zeitdauer mit dem Strom bzw. Strompuls beaufschlagt wird, und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer nach Beendigung der Beaufschlagung des Energiespeichermoduls 100 mit Strom auf der Grundlage der von der Spannungserfassungseinrichtung 301 erfassten Energiespeicherzellenspannung eine zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung EZS während eines vorgegebenen Zeitraums zu bestimmen.
In 2 ist ein Ersatzschaltbild eines Modells bzw. ein Modell-Energiespeichermodul 100' für das in 1 gezeigte Energiespeichermodul 100 dargestellt. Bei dem Modell wird angenommen, dass die elektrischen Eigenschaften der einzelnen Energiespeicherzellen EZ1, EZ2 des Energiespeichermoduls 100 durch eine Reihenschaltung eines Innenwiderstands 101', 102' mit einem Widerstandswert R1', R2' und einem Kondensator 103', 104' mit einer Kapazität C_diff beschrieben werden können. Des Weiteren wird bei dem Modell vorausgesetzt, dass die Kapazität C_diff gleich der differentiellen Interkalationskapazität des Energiespeichermoduls 100 für einen jeweiligen Ladezustand des Energiespeichermoduls 100 ist und sich mit der Zeit nicht ändert, das heißt, zeitlich konstant ist.
Dabei wird die differentielle Interkalationskapazität anhand einer Ruhespannungskennlinie des Energiespeichermoduls 100, das heißt eines Verhaltens einer Ruhespannung des Energiespeichermoduls 100 in Abhängigkeit von einem Ladezustand des Energiespeichermoduls 100 ermittelt. Insbesondere ist die differentielle Interkalationskapazität C_diff gleich dem Kehrwert der Ableitung der Ruhespannungskennlinie.
Anhand des in 2 gezeigten Modells kann das zeitliche Verhalten jeweiliger Energiespeicherzellenspannungen EZS' als Reaktion auf eine Beaufschlagung mit einem simulierten Strompuls für mehrere unterschiedliche Modell-Energiespeichermodule 100' simuliert werden. Bei der Simulation wird jedes der mehreren Modell-Energiespeichermodule 100' durch eine Parallelschaltung von zwei Reihenschaltungen, die aus einem Widerstand bzw. Innenwiderstand 101', 102' mit einem Widerstandswert R1', R2' und einem Kondensator 103', 104' gebildet sind, beschrieben, wobei eine jeweilige Reihenschaltung einer jeweiligen Modell-Energiespeicherzelle EZ1', EZ2' entspricht.
Des Weiteren wird bei der Simulation angenommen, dass die Widerstandswerte R1', R2' komplexe Impedanzen aufweisen, deren Zeitkonstanten kleiner sind als die Zeitkonstante der differentiellen Interkalationskapazität C_diff. Die mehreren Modell-Energiespeichermodule 100' werden dabei derart gewählt, dass Kombinationen der einzelnen Widerstandswerte R1', R2' der mehreren Modell-Energiespeichermodule 100' unterschiedlich voneinander sind, und der Gesamtwiderstand R_ges' der Widerstandswerte R1', R2' der Parallelschaltung der Reihenschaltungen von jedem der Modell-Energiespeichermodule 100' gleich einem Gesamtwiderstand R_ges des Energiespeichermoduls 100 ist.
In dem vorliegenden Beispiel des Energiespeichermoduls 100 mit zwei Energiespeicherzellen EZ1, EZ2 kann beispielsweise ein Widerstandswert R1 der Energiespeicherzelle EZ1 durch den Widerstandswert R1', und ein Widerstandswert R2 der der Energiespeicherzelle EZ2 durch den Widerstandswert R2' simuliert werden, wobei der Widerstandswert R1' variiert wird, und der Widerstandswert R2' derart angepasst wird, dass der Gesamtwiderstand R_ges' der parallel geschalteten Energiespeicherzellen EZ1', EZ2' gleich bleibt.
In den 3 und 4 sind jeweilige mittels einer entsprechenden Simulation, bei der Gesamtwiderstand als konstant und gleich 0,5 mΩ festgelegt ist, erhaltene zeitliche Änderungen von Energiespeicherzellenspannungen EZS' von Modell-Energiespeichermodulen 100' in Abhängigkeit von der Zeit t während und nach einer Beendigung einer (simulierten) Beaufschlagung der unterschiedlichen Modell-Energiespeichermodule 100' mit einem Strompuls dargestellt.
Mit Bezug auf 3 steigen nach Beginn der Beaufschlagung der unterschiedlichen Modell-Energiespeichermodule 100' mit einem Strompuls einer Stärke von 100 A zum Zeitpunkt tp die Energiespeicherzellenspannungen EZS' für alle Kombinationen (R1' = 1 mΩ, R2' = 1 mΩ; R1' = 1,25 mΩ, R2' = 0,83333 mΩ; R1' = 1,5 mΩ, R2' = 0,75 mΩ; R1' = 1,75 mΩ, R2' = 0,7 mΩ; R1' = 2 mΩ, R2' = 0,666667 mΩ) der Widerstandswerte R1' und R2' bis zu einer Beendigung der Beaufschlagung des Energiespeichermoduls 100' mit dem Strompuls zum Zeitpunkt t0 kontinuierlich an. Aufgrund der unterschiedlichen Aufladung der jeweiligen Kapazitäten der Modell-Energiespeicherzellen EZ1', EZ2' ist jedoch der zeitliche Verlauf der Energiespeicherzellenspannung EZS' für unterschiedliche Kombinationen der Widerstandswerte R1', R2' unterschiedlich. So weist beispielsweise ein Modell-Energiespeichermodul 100', dessen Modell-Energiespeicherzellen EZ1', EZ2' die Widerstandswerte R1' = 2 Ω und R2' = 0,66667 Ω aufweisen, nach Beendigung der (simulierten) Beaufschlagung mit dem Strompuls die höchste Energiespeicherzellenspannung EZS' auf, während ein Modell-Energiespeichermodul 100', dessen Modell-Energiespeicherzellen EZ1', EZ2' die Widerstandswerte R1' = 1 mΩ und R2' = 1 mΩ aufweisen, nach Beendigung der Beaufschlagung mit dem Strompuls die niedrigste Energiespeicherzellenspannung EZS' aufweist.
Da sich die Energiezeitspeicherzellenspannung EZS' gemäß der Simulation für unterschiedliche Kombinationen von Widerstandswerten R1', R2' sehr ähnlich verhält und somit keine Aussage darüber möglich ist, welche Energiespeicherzellenspannung EZS' der Kombination von zwei gleichwertigen Modell-Energiespeicherzellen EZ1', EZ2' (R1' = 1 mΩ, R2' = 1 mΩ) entspricht, und das Modell mit einem einfachen Widerstand (R1' und R2') die zusätzlichen Zeitkonstanten aus einem realen System nicht abbildet, ist eine Ermittlung der tatsächlichen Widerstandswerte R1, R2 des Energiespeichermoduls 100 während der Aufbringung des Strompulses durch eine gleichzeitige Messung der Energiespeicherzellenspannung EZS nicht möglich.
Mit Bezug auf 4 relaxieren nach Beendigung der (simulierten) Beaufschlagung des Modell-Energiespeichermoduls 100' mit dem Strompuls der Stärke von 100 A zum Zeitpunkt t0 die Energiespeicherzellenspannungen EZS' für alle Kombinationen der Widerstandswerte R1' und R2' und konvergieren auf einen gemeinsamen Grenzwert. Wie aus 4 ersichtlich, unterscheidet sich das Relaxationsverhalten der Energiespeicherzellenspannung EZS' eines Modell-Energiespeichermoduls 100', bei dem die Widerstandswerte R1' und R2' gleich sind (R1' = 1 mΩ, R2' = 1 mΩ), deutlich von dem Relaxationsverhalten von Modell-Energiespeichermodulen 100', bei denen die Widerstandswerte R1' und R2' unterschiedlich sind. Insbesondere können durch die Wahl eines späten Vergleichszeitpunkts, der durch einen Pfeil in 4 angedeutet ist, zusätzliche, die Relaxation beeinflussende Zeitkonstanten, die aus den komplexen Impedanzen des realen Systems resultieren, ausgeschlossen werden, da die entsprechenden Relaxationsmechanismen zu diesem Zeitpunkt bereits abgeschlossen sind.
Erfindungsgemäß wird dieses in 4 veranschaulichte (simulierte) Relaxationsverhalten der Energiespeicherzellenspannung EZS' nach der Beendigung der (simulierten) Beaufschlagung des Modell-Energiespeichermoduls 100' mit dem Strompuls genutzt, um einen kleinsten Widerstandswert R_min der Widerstandswerte R1, R2 der mehreren Energiespeicherzellen EZ1, EZ2 des realen Energiespeichermoduls 100 zu ermitteln, und basierend auf dem ermittelten kleinsten Widerstandswert R_min den maximal zulässigen Gesamtstrom I_max des Energiespeichermoduls 100 festzulegen.
Mit Bezug auf 5 wird ein Ablauf zur Ermittlung des Relaxationsverhaltens des Energiespeichermoduls 100 beschrieben.
Zunächst wird, nachdem mittels der Ruhezustandsermittlungseinheit 308 ermittelt wurde, dass sich das Energiespeichermodul 100 für eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise eine Stunde, oder länger in einem Ruhezustand befunden hat, das Energiespeichermodul 100 mittels der Strombeaufschlagungseinheit 302 unter der Steuerung der Steuereinheit 303 mit einem Strompuls von beispielsweise 100 A für eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise 100 s beaufschlagt. Um eine beginnende Selbstentladung des Energiespeichermoduls 100 von einer weiteren Spannungsrelaxation unterscheiden zu können, wird der Strompuls bevorzugt als negativer Strompuls ausgeführt.
Dabei kann die Ruhezustandsermittlungseinheit 308 beispielsweise dazu eingerichtet sein, mit der Spannungserfassungseinheit 301 zu kommunizieren und zu ermitteln, dass sich das Energiespeichermodul 100 in dem Ruhezustand befindet, wenn eine zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung EZS während eines vorgegebenen Zeitintervalls kleiner als ein vorgegebener Wert ist.
Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer Δt1, nach der Beendigung der Beaufschlagung des Energiespeichermoduls 100 mit dem Strompuls zum Zeitpunkt t0, wird ein erster Spannungswert EZS1 der Energiespeicherzellenspannung EZS zum Zeitpunkt t1 erfasst. Die vorgegebene Zeitdauer Δt1 wird bevorzugt derart gewählt, dass Ausgleichsvorgänge zwischen den Energiespeicherzellen EZ1, EZ2 im Wesentlichen bereits abgeschlossen sind. Die Zeitkonstante T_sys für derartige Ausgleichsvorgänge kann durch die Gleichung R_ges * C_diff = T_sys angenähert werden, wobei R_ges der Gesamtwiderstand der parallel geschalteten Energiespeicherzellen EZ1, EZ2 ist. Des Weiteren kann implizit davon ausgegangen werden, dass weitere Relaxationsvorgänge wie etwa Ladungsdurchtritt oder Diffusion nach Ablauf einer Zeitdauer entsprechend der Zeitkonstanten T_sys bereits abgeklungen sind oder nicht mehr dominant wirken. Dementsprechend sollte die vorgegebene Zeitdauer Δt1 gleich oder größer als die Zeitdauer bzw. Zeitkonstante T_sys gewählt werden. Um zu vermeiden, dass die vorgegebene Zeitdauer Δt1 sehr groß wird, sollte der hier beschriebene Ablauf zur Ermittlung des Relaxationsverhaltens des Energiespeichermoduls 100 bei einem Ladezustand des Energiespeichermoduls 100 durchgeführt werden, bei dem der Wert der Ableitung der Ruhespanungskennlinie deutlich von 0 verschieden ist.
Danach wird nach Ablauf einer weiteren vorgegebenen Zeitdauer Δt2 ein zweiter Spannungswert EZS2 der Energiespeicherzellenspannung EZS zum Zeitpunkt t2 erfasst. Bei dem in 5 gezeigten Beispiel ist die vorgegebene Zeitdauer Δt2 gleich der vorgegebenen Zeitdauer Δt1. Die vorgegebene Zeitdauer Δt2 kann aber auch unterschiedlich von der vorgegebenen Zeitdauer Δt1, insbesondere kleiner als die vorgegebene Zeitdauer Δt1 sein und nahezu 0 sein.
Anhand der erfassten Spannungswerte EZS1 und EZS2 der Energiespeicherzellenspannung EZS zu den Zeitpunkten t1 und t2 wird mittels der Steuereinheit 303 eine zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung EZS bestimmt. Dabei kann als zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung EZS insbesondere der zeitliche Gradient grad EZS = [EZS(t0 + Δt1 + Δt2) - (EZS(t0 + Δt1)]/ Δt2 ermittelt werden.
Die bestimmte zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung EZS wird dann mittels der Ermittlungseinheit 304, die dazu eingerichtet ist, einen kleinsten Widerstandswert R_min von jeweiligen Widerstandwerten R1, R2 der mehreren Energiespeicherzellen EZ1, EZ2 unter Verwendung der bestimmten zeitlichen Änderung der Energiespeicherzellenspannung EZS zu ermitteln, mit einer vorgegebenen Zuordnungstabelle verglichen, in der jeweiligen Kombinationen von jeweiligen Widerstandwerten R1", R2" von mehreren Energiespeicherzellen EZ1", EZ2", die parallel geschaltet sind, jeweilige zeitliche Änderungen von Energiespeicherzellenspannungen EZS" zugeordnet sind.
Die Zuordnungstabelle kann beispielsweise erstellt werden, indem jeweilige Energiespeichermodule 100", die jeweils aus mehreren parallel geschalteten Energiespeicherzellen EZ1", EZ2", deren Widerstände R1", R2" bekannt sind, gebildet werden, gemäß dem oben beschriebenen Ablauf mit dem Strompuls beaufschlagt werden und die jeweilige zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung EZS" anhand der Energiespeicherzellenspannung EZS" zu den Zeitpunkten t1 und t2 entsprechenden Zeitpunkten bestimmt wird. Nach Erstellung der Zuordnungstabelle kann diese beispielsweise in der Speichereinheit 309 gespeichert werden, so dass die Ermittlungseinheit 304 darauf zugreifen kann.
Die Ermittlungseinheit 304 ist insbesondere dazu eingerichtet, eine jeweilige Abweichung der bestimmten zeitlichen Änderung der Energiespeicherzellenspannung EZS von den jeweiligen in der Zuordnungstabelle enthaltenen zeitlichen Änderungen der Energiespeicherzellenspannungen EZS" zu bestimmen, diejenige Kombination von jeweiligen Widerstandwerten R1", R2" der mehreren Energiespeicherzellen EZ1", EZ2" zu ermitteln, bei der die Abweichung minimal ist, und den geringsten Widerstandswert der bestimmten Kombination als den kleinsten Widerstandswert R_min zu ermitteln.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Ermittlungseinheit 304 auch dazu eingerichtet sein, den kleinsten Widerstandswert R_min unter Verwendung einer Simulation, die analog zu der oben beschriebenen Simulation erfolgt, zu ermitteln. Bei der Simulation wird insbesondere das zeitliche Verhalten der Energiespeicherzellenspannung EZS des zu regelnden Energiespeichermoduls 100 als Reaktion auf die Beaufschlagung mit dem Strompuls anhand von mehreren Modell-Energiespeichermodulen 100' simuliert, wobei jedes der mehreren Modell-Energiespeichermodule 100' durch eine Parallelschaltung von Reihenschaltungen, deren Anzahl der Anzahl von Energiespeicherzellen des zu regelnden Energiespeichermoduls 100 entspricht, und die aus einem Widerstand 101', 102' mit einem Widerstandswert R1', R2' und einem Kondensator 103', 104' gebildet sind, beschrieben wird. Dabei werden die mehreren Modell-Energiespeichermodule 100' derart gewählt, dass Kombinationen der einzelnen Widerstandswerte R1', R2' der mehreren Modell-Energiespeichermodule 100' unterschiedlich voneinander sind, und der Gesamtwiderstand der Widerstandswerte R1', R2' der Parallelschaltung der Reihenschaltungen von jedem der Modell-Energiespeichermodule 100' gleich dem Gesamtwiderstand R_ges des zu regelnden Energiespeichermoduls 100 ist.
Danach werden von der Ermittlungseinheit 304 basierend auf der Simulation für jedes der Modell-Energiespeichermodule 100' anhand den Zeitpunkten t1 und t2 entsprechender Zeitpunkte jeweilige zeitliche Änderungen von Energiespeicherzellenspannungen EZS' berechnet, und eine jeweilige Abweichung der bestimmten zeitlichen Änderung der Energiespeicherzellenspannung EZS des zu regelnden Energiespeichermoduls 100 von den jeweiligen berechneten zeitlichen Änderungen der Energiespeicherzellenspannungen EZS' bestimmt, und dasjenige Modell-Energiespeichermodul 100'ermittelt, bei dem die Abweichung minimal ist. Schließlich wird der geringste Widerstandswert von den Widerstandswerten R1', R2' des ermittelten Modell-Energiespeichermoduls 100' als der kleinste Widerstandswert R_min von den Widerstandswerten R1, R2 der mehreren Energiespeicherzellen EZ1, EZ2 des zu regelnden Energiespeichermoduls 100 ermittelt.
Bei dieser Simulation wird insbesondere eine Kapazität der Kondensatoren gleich der differentiellen Interkalationskapazität C_diff des Energiespeichermoduls gesetzt.
6 veranschaulicht grafisch ein Beispiel einer Zuordnung von jeweiligen zeitlichen Änderungen grad EZS' der Energiespeicherzellenspannung EZS' zu einem Parameter α für jeweilige Modell-Energiespeichermodule 100', die jeweils zwei Energiespeicherzellen EZ1', EZ2' aufweisen, wobei die jeweiligen Widerstände R1' und R2' wie oben beschrieben variiert wurden. Dabei wird der Parameter α durch die Gleichung α = R1'/ R2' für den Fall, dass R1' > R2' gilt, und durch die Gleichung α = R2'/ R1' für den Fall, dass R2' > R1' gilt, definiert. Die in 6 gezeigte Abhängigkeit des Gradienten grad EZS' der Energiespeicherzellenspannung EZS' von dem Parameter α wurde anhand der oben beschriebenen Simulation erstellt, indem die jeweiligen Werte der Simulation interpoliert wurden. Auf analoge Weise kann die in 6 gezeigte Abhängigkeit von dem Parameter α auch für den Gradienten grad EZS" der Energiespeicherzellenspannung EZS" für den Fall erstellt werden, in dem die oben beschriebene Zuordnungstabelle verwendet wird.
Wieder mit Bezug auf 1 ist die Berechnungseinheit 305 dazu eingerichtet, unter Verwendung eines vorgegebenen maximalen Energiespeicherzellenstroms I_maxEZ, des ermittelten kleinsten Widerstandswerts R_min und des Gesamtwiderstands R_ges der mehreren parallel geschalteten Energiespeicherzellen EZ1, EZ2 den zulässigen Energiespeichermodulstrom I_max zu berechnen. Dabei wird der zulässige Energiespeichermodulstrom I_max insbesondere durch die Formel $I_{max} = I_{maxEZ} * R_{min} / R_{ges}$
berechnet.
Der vorgegebene maximale Energiespeicherzellenstrom I _maxEZ kann beispielsweise von einem Hersteller der Energiespeicherzelle EZ1, EZ2 vorgegeben werden und beispielsweise 400 A betragen.
Die Stromerfassungseinheit 307 dazu eingerichtet, einen durch das Energiespeichermodul 100 fließenden Gesamtstrom I_ges zu messen. Die Berechnungseinheit 305 berechnet dann den Gesamtwiderstand R_ges durch Bildung eines Quotienten aus der erfassten Energiespeicherzellenspannung EZS und dem gemessenen Gesamtstrom I_ges, und berechnet den zulässigen Energiespeichermodulstrom I_max durch die Bildung eines Quotienten eines Produkts aus dem vorgegebenen maximalen Energiespeicherzellenstrom und dem kleinsten Widerstandswert R_min, und dem Gesamtwiderstand R_ges, das heißt, durch die Formel $I_{max} = I_{maxEZ} * R_{min} / R_{ges} .$
Dieser von der Berechnungseinheit 305 berechnete zulässige Energiespeichermodulstrom I_max kann beispielsweise in der Speichereinheit 309 gespeichert werden, wobei ein früherer in der Speichereinheit 309 gespeicherter zulässiger Energiespeichermodulstrom I_max überschrieben wird.
In 7 ist grafisch ein Beispiel einer Zuordnung von jeweiligen zulässigen Energiespeichermodulströmen I_max für ein Energiespeichermodul 100 mit zwei Energiespeicherzellen EZ1, EZ2 in Abhängigkeit von dem Parameter α veranschaulicht. Die in 7 grafisch veranschaulichte Zuordnung kann auch bereits vorab erstellt werden und in der Speichereinheit 309 gespeichert werden, so dass die Berechnungseinheit 305 lediglich auf diese Zuordnung zugreifen muss, um für eine bestimmte zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung EZS den zulässigen Energiespeichermodulstrom I_max zu ermitteln.
Mittels der Regeleinheit 306 wird dann der Energiespeichermodulstrom während des Betriebs, das heißt während einer Zuführung von elektrischer Energie von dem Energiespeichermodul 100 zu der elektrischen Senke, derart geregelt, dass der Energiespeichermodulstrom kleiner als der berechnete zulässige Energiespeichermodulstrom I_max ist.
Zusätzlich kann wie in 8 veranschaulicht basierend auf dem ermittelten Gesamtwiderstand R_ges und dem ermittelten kleinsten Widerstandswert R_min auch ein auf den Widerstand des Energiespeichermoduls 100 gerichteter Befindlichkeitszustand SOH (State-Of-Health-Zustand) ermittelt werden. In diesem Fall kann die Steuereinheit 303 beispielsweise dazu eingerichtet sein, den Befindlichkeitszustand SOH zu überwachen, und eine Fehlermeldung ausgeben, wenn der Befindlichkeitszustand SOH kleiner als ein vorgegebener Wert ist.
9 veranschaulicht eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regeleinrichtung 300'. Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Regeleinrichtung 300 weist die Regeleinrichtung 300' zusätzlich eine Kommunikationseinheit 310 auf, wobei die Ermittlungseinheit 304 separat von den übrigen Komponenten der Regeleinrichtung 300' vorgesehen ist, und die Kommunikationseinheit 310 und die Ermittlungseinheit 304 dazu eingerichtet sind, drahtlos, beispielsweise mittels eines Mobilfunknetzwerks, miteinander zu kommunizieren.
Dabei ist die Kommunikationseinheit 310 dazu eingerichtet, die von der Steuereinheit 303 bestimmte zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung EZS drahtlos an die Ermittlungseinheit 304 zu senden. Die Ermittlungseinheit 304 ermittelt auf der Grundlage der empfangenen bestimmten zeitlichen Änderung der Energiespeicherzellenspannung EZS wie mit Bezug auf die Regeleinrichtung 300 beschrieben den kleinsten Widerstandwert R_min, und sendet diesen an die Kommunikationseinheit 310. Danach berechnet die Berechnungseinheit 305 auf der Grundlage des empfangenen kleinsten Widerstandwerts R_min wie oben mit Bezug auf die Regeleinrichtung 300 beschrieben den zulässigen Energiespeichermodulstrom I_max.

Claims

Regeleinrichtung (300, 300') für ein Energiespeichermodul (100), das zumindest zwei parallel geschaltete Energiespeicherzellen (EZ1, EZ2) aufweist, umfassend: eine Spannungserfassungseinheit (301) zur Erfassung einer Energiespeicherzellenspannung (EZS) von zumindest einer der Energiespeicherzellen (EZ1, EZ2), eine Strombeaufschlagungseinheit (302), die dazu eingerichtet ist, mit dem Energiespeichermodul (100) verbunden zu werden, und das Energiespeichermodul (100) mit Strom zu beaufschlagen, eine Steuereinheit (303), die dazu eingerichtet ist, die Strombeaufschlagungseinheit (302) derart anzusteuern, dass das Energiespeichermodul (100) mit Strom beaufschlagt wird, und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer (Δt1) nach Beendigung der Beaufschlagung des Energiespeichermoduls (100) mit Strom auf der Grundlage der von der Spannungserfassungseinrichtung (301) erfassten Energiespeicherzellenspannung (EZS) eine zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung (EZS) während eines vorgegebenen Zeitraums (Δt2) zu bestimmen, eine Ermittlungseinheit (304), die dazu eingerichtet ist, einen kleinsten Widerstandswert (R_min) von jeweiligen Widerstandwerten (R1, R2) der zumindest zwei Energiespeicherzellen (EZ1, EZ2) unter Verwendung der bestimmten zeitlichen Änderung der Energiespeicherzellenspannung (EZS) zu ermitteln, eine Berechnungseinheit (305), die dazu eingerichtet ist, unter Verwendung eines vorgegebenen maximalen Energiespeicherzellenstroms (I_maxEz), des ermittelten kleinsten Widerstandswerts (R_min) und eines Gesamtwiderstands (R_ges) der zumindest zwei parallel geschalteten Energiespeicherzellen (EZ1, EZ2) einen zulässigen Energiespeichermodulstrom (I_max) zu berechnen, und eine Regeleinheit (306), die dazu eingerichtet ist, den Energiespeichermodulstrom während des Betriebs des Energiespeichermoduls derart zu regeln, dass er kleiner als der berechnete zulässige Energiespeichermodulstrom (I_max) ist.
Regeleinrichtung (300, 300') gemäß Anspruch 1, bei der die Ermittlungseinheit (304) dazu eingerichtet ist, den kleinsten Widerstandswert (R_min) ferner unter Verwendung einer vorgegebenen Zuordnungstabelle, in der jeweiligen Kombinationen von jeweiligen Widerstandwerten (R1", R2") von einer Anzahl parallel geschalteter Energiespeicherzellen (EZ1", EZ2"), die der Anzahl von Energiespeicherzellen (EZ1, EZ2) des zu regelnden Energiespeichermoduls (100) entspricht, jeweilige zeitliche Änderungen von Energiespeicherzellenspannungen (EZS") zugeordnet sind zu ermitteln, wobei die Ermittlungseinheit (304) dazu eingerichtet ist, eine jeweilige Abweichung der bestimmten zeitlichen Änderung der Energiespeicherzellenspannung (EZS) von den jeweiligen in der Zuordnungstabelle enthaltenen zeitlichen Änderungen der Energiespeicherzellenspannungen (EZS') zu bestimmen, diejenige Kombination von jeweiligen Widerstandwerten (R1", R2") der Anzahl parallel geschalteter Energiespeicherzellen (EZ1", EZ2"), die der Anzahl von Energiespeicherzellen (EZ1, EZ2) des zu regelnden Energiespeichermoduls (100) entspricht, zu ermitteln, bei der die Abweichung minimal ist, und den geringsten Widerstandswert von den Widerstandswerten (R1", R2") der ermittelten Kombination als den kleinsten Widerstandswert (R_min) zu ermitteln.
Regeleinrichtung (300, 300') gemäß Anspruch 1, bei der die Ermittlungseinheit (304) dazu eingerichtet ist, den kleinsten Widerstandswert (R_min) ferner unter Verwendung einer Simulation zu ermitteln, bei der das zeitliche Verhalten der Energiespeicherzellenspannung (EZS) des zu regelnden Energiespeichermoduls (100) als Reaktion auf die Beaufschlagung mit dem Strompuls anhand von mehreren Modell-Energiespeichermodulen (EZ1', EZ2') simuliert wird, wobei jedes der mehreren Modell-Energiespeichermodule (EZ1', EZ2') durch eine Parallelschaltung von Reihenschaltungen, deren Anzahl der Anzahl von Energiespeicherzellen (EZ1, EZ2) des zu regelnden Energiespeichermoduls (100) entspricht, und die aus einem Widerstand mit einem Widerstandswert (R1', R2') und einem Kondensator gebildet sind, beschrieben wird, Kombinationen der einzelnen Widerstandswerte (R1', R2') der mehreren Modell-Energiespeichermodule (EZ1', EZ2') unterschiedlich voneinander sind, und der Gesamtwiderstand der Widerstandswerte (R1', R2') der Parallelschaltung der Reihenschaltungen von jedem der Modell-Energiespeichermodule (EZ1', EZ2') gleich dem Gesamtwiderstand (R_ges) des zu regelnden Energiespeichermoduls (100) ist, und basierend auf der Simulation für jedes der Modell-Energiespeichermodule (EZ1', EZ2') jeweilige zeitliche Änderungen von Energiespeicherzellenspannungen (EZS') zu berechnen, wobei die Ermittlungseinheit (304) dazu eingerichtet ist, eine jeweilige Abweichung der bestimmten zeitlichen Änderung der Energiespeicherzellenspannung (EZS) von den jeweiligen berechneten zeitlichen Änderungen der Energiespeicherzellenspannungen (EZS') zu bestimmen, dasjenige Modell-Energiespeichermodul (EZ1', EZ2') zu ermitteln, bei dem die Abweichung minimal ist, und den geringsten Widerstandswert von den Widerstandswerten (R1', R2') des ermittelten Modell-Energiespeichermoduls (EZ1', EZ2') als den kleinsten Widerstandswert (R_min) zu ermitteln.
Regeleinrichtung (300') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eine Kommunikationseinheit (310), wobei die Ermittlungseinheit (304) entfernt von den übrigen Komponenten der Regeleinrichtung (300') vorgesehen ist, und die Kommunikationseinheit (310) und die Ermittlungseinheit (304) dazu eingerichtet sind, drahtlos miteinander zu kommunizieren, wobei die Kommunikationseinheit (310) dazu eingerichtet ist, die von der Steuereinheit (303) bestimmte zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung (EZS) drahtlos an die Ermittlungseinheit (304) zu senden, und die Ermittlungseinheit (304) dazu eingerichtet ist, den ermittelten kleinsten Widerstandswert (R_min) drahtlos an die Kommunikationseinheit (310) zu senden.
Regeleinrichtung (300, 300') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend eine Stromerfassungseinheit (307), die dazu eingerichtet ist, einen durch das Energiespeichermodul (100) fließenden Gesamtstrom (I_ges) zu messen, wobei die Berechnungseinheit (305) ferner dazu eingerichtet ist, den Gesamtwiderstand (R_ges) durch Bildung eines Quotienten aus der erfassten Energiespeicherzellenspannung (EZS) und dem gemessenen Gesamtstrom (I_ges) zu berechnen.
Regeleinrichtung (300, 300') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die vorgegebene Zeitdauer (t1) durch eine Multiplikation einer differentiellen Interkalationskapazität (C_diff) des Energiespeichermoduls (100) mit dem Gesamtwiderstand (R_ges) des Energiespeichermoduls (100) bestimmt ist.
Regeleinrichtung (300, 300') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Steuereinheit (303) dazu eingerichtet ist, die zeitliche Änderung der Energiespeicherzellenspannung (EZS) durch Bestimmung eines Quotienten aus einer Spannungsdifferenz, die zwischen der Energiespeicherzellenspannung (EZS) an einem ersten Zeitpunkt (t2) und der Energiespeicherzellenspannung (EZS) an einem zweiten Zeitpunkt (t1) gebildet wird, und einer Zeitdifferenz, die zwischen dem ersten Zeitpunkt (t2) und dem zweiten Zeitpunkt (t1) gebildet wird, zu bestimmen, wobei der erste Zeitpunkt (t2) nach dem zweiten Zeitpunkt (t1) liegt.
Regeleinrichtung (300, 300') gemäß Anspruch 7, bei der der erste Zeitpunkt (t2) derart gewählt ist, dass die Zeitdifferenz kleiner oder gleich der vorgegebenen Zeitdauer (Δt1) ist.
Regeleinrichtung (300, 300') gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend eine Ruhezustandsermittlungseinheit (308), die dazu eingerichtet ist, einen Ruhezustand des Energiespeichermoduls (100) zu ermitteln, wobei die Steuereinheit (303) dazu eingerichtet ist, die Strombeaufschlagungseinheit (302) derart anzusteuern, dass das Energiespeichermodul (100) mit Strom beaufschlagt wird, wenn von der Ruhezustandsermittlungseinheit (308) ermittelt wird, dass sich das Energiespeichermodul (100) für die Dauer eines vorgegebenen Zeitintervalls im Ruhezustand befindet.
Anordnung, umfassend eine Regeleinrichtung (300, 300') gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ein Energiespeichermodul (100), das zumindest zwei parallel geschaltete Energiespeicherzellen (EZ1, EZ2) aufweist, und ein Kraftfahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, wobei das Energiespeichermodul (100) dazu eingerichtet ist, einen Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen, und die Regeleinrichtung (300, 300') dazu eingerichtet ist, das einen Energiespeichermodulstrom während des Betriebs des Energiespeichermoduls (100) derart zu regeln, dass er kleiner als der berechnete zulässige Energiespeichermodulstrom (I_max) ist.