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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Zellzustands einer Batteriezelle einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, bei welchem mittels einer Überwachungseinrichtung der Batterie ein Batteriestrom und zumindest eine erste Zellspannung eines ersten Batteriestrangs mit einer ersten Batteriezelle der Batterie und zumindest eine zweite Zellspannung eines zweiten Batteriestrangs mit einer zweiten Batteriezelle, welche parallel zum ersten Batteriestrang verschaltet ist, erfasst wird und in Abhängigkeit des erfassten Batteriestroms, der ersten Zellspannung und der zweiten Zellspannung der Zellzustand der jeweiligen Batteriezelle mittels der Überwachungseinrichtung bestimmt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Batterie für ein Kraftfahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits Echtzeit-Methoden, welche auch als Online-Methoden bezeichnet werden, zur Zustandsbestimmung einer Batteriezelle in einem Energiespeicher bekannt. Beispielsweise kann mittels Impendanzspektroskopie der Zellzustand einer Batterie ermittelt werden, wobei hier eine sehr schnelle Zellspannungsmesstechnik verwendet werden muss. Die notwendigen hohen Abtastraten der Messgrößen sind in Serienprodukten nicht darstellbar. Wird dieses Verfahren im Betrieb der Batterie mit niedrigen Frequenzen eingesetzt, ist eine sehr leistungsfähige Stromquelle notwendig, zum Beispiel eine Wechselrichterantriebsmaschine, und die Messung kann durch den Fahrer wahrgenommen werden. Das gezielte Einprägen von Signalen in automotive Batteriesysteme beispielsweise während der Fahrt ist dadurch sehr fehleranfällig.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2011 115 550 A1 eine Lithium-Ionen-Batterie, insbesondere für ein Fahrzeug, mit einer Mehrzahl von in parallelen Strängen angeordneten Zellen, wobei jeder Strang mehrere Zellen aufweist, sowie einer Überstromschutzeinrichtung, die bei einem festgelegten Strom schaltende elektronische Schalter umfasst, die an den Strangenden in quer zu den parallelen Strängen verlaufenden Querzweigen angeordnet sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, verbessert einen Zellzustand einer Batteriezelle einer Batterie insbesondere für ein Kraftfahrzeug bestimmen zu können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch eine Batterie gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Zellzustands einer Batteriezelle einer Batterie für ein Kraftfahrzeug. Bei dem Verfahren wird mittels einer Überwachungseinrichtung der Batterie ein Batteriestrom und zumindest eine erste Zellspannung eines ersten Batteriestrangs mit einer ersten Batteriezelle der Batterie und zumindest eine zweite Zellspannung eines zweiten Batteriestrangs mit einer zweiten Batteriezelle, welche parallel zum ersten Batteriestrang verschaltet ist, erfasst und in Abhängigkeit des erfassten Batteriestroms der ersten und der zweiten Zellspannung wird der Zellzustand der jeweiligen Batteriezelle mittels der Überwachungseinrichtung bestimmt.
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Es ist vorgesehen, dass mittels einer ersten Schalteinrichtung des ersten Batteriestrangs ein erster elektrischer Widerstand des ersten Batteriestrangs und mittels einer zweiten Schalteinrichtung des zweiten Batteriestrangs ein zweiter elektrischer Widerstand des zweiten Batteriestrangs verändert werden, sodass ein jeweiliges Stromsignal (z.B. ein Strompuls) auf einen jeweiligen Batteriestrang aufmoduliert wird, und der Zellzustand zusätzlich in Abhängigkeit des ersten elektrischen Widerstands, des zweiten elektrischen Widerstands und in Abhängigkeit der aufmodulierten Stromsignale mittels der Überwachungseinrichtung bestimmt wird.
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Dadurch ist es ermöglicht, dass eine genaue und reproduzierbare Einzelzellparameterbestimmung durchgeführt werden kann, was wiederum zu einer genaueren Echtzeit-Überwachung führt. Insbesondere ist dadurch der Zellnutzungsgrad verbessert, wodurch sowohl Kosten als auch Gewicht der Batterie reduziert werden können.
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Insbesondere kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Integration einer Widerstandsvariation pro Batteriestrang realisiert werden. Die jeweilige Schalteinrichtung kann gleichzeitig als betriebsgemäßes Trennelement der Batteriestränge eingesetzt werden und stellt daher eine besonders bauraumsparende Ausführungsform dar.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass mehrere Batteriestränge einer Batterie parallel betrieben werden. Über das jeweilige Schaltelement, beziehungsweise über die jeweilige Schalteinrichtung, kann der Widerstand der einzelnen Batteriestränge verändert werden. Die Überwachungseinrichtung steuert den Widerstand der Schalteinrichtung und erfasst sowohl den jeweiligen Batteriestrangstrom als auch die jeweilige Zellspannung der einzelnen Batteriezelle. Wird der Batterie über eine Fahrzeugschnittstelle Strom entnommen, kann durch alternierende Widerstandsänderung der einzelnen Batteriestränge ein Stromsignal auf die Batteriestränge aufmoduliert werden, ohne die Leistungsabgabe der Batterie wahrnehmbar zu beeinflussen.
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Mit anderen Worten beschäftigt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Zustandsermittlung einer Batterie mittels einer definierten Signaleinprägung. Die Batterie umfasst hierbei insbesondere die zwei Batteriezellen, insbesondere eine Mehrzahl von Batteriezellen, die zu zwei oder mehr Batteriezellen-Strängen zusammengefasst sind, in denen die einzelnen Batteriezellen elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Batteriezellen-Stränge sind elektrisch parallel zueinander geschaltet. Jeder Batteriezellen-Strang umfasst ferner ein Schaltelement, welches auch als Schalteinrichtung bezeichnet wird, mit dem der elektrische Widerstand des betreffenden Batteriezellen-Strangs eingestellt werden kann. Ferner ist die Überwachungseinrichtung vorhanden, welche die Widerstände der einzelnen Schaltelemente steuert sowie den Strom der Batteriezelle und die Spannungen der einzelnen Batteriezellen erfasst. Es ist vorgesehen, dass der Batteriestrom entnommen wird, wobei gleichzeitig der Widerstand der einzelnen Batteriezellen-Stränge variiert wird. Dadurch werden den Batteriezellen-Strängen Stromsignal aufmoduliert. Ferner wird der Strom, insbesondere das Stromsignal, jedes Batteriezellen-Stranges gemessen sowie die Spannungen aller Einzelzellen. Dadurch kann auf den Zustand der einzelnen Batteriezelle zurückgeschlossen werden. Insbesondere kann die Zustandsermittlung der Batterie während des Betriebs erfolgen, ohne dass eine Veränderung beispielsweise der Leistungsabgabe der Batterie wahrnehmbar ist.
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Unter dem Begriff „online“ ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Schätzung während des Betriebs im Kraftfahrzeug durchgeführt werden kann und grenzt sich insbesondere zum Betrieb der Batterie oder einer einzelnen Zelle am Prüfstand ab. Für die Online-Schätzung stehen natürlich nur die Messtechnik und die Rechenleistung zur Verfügung, die im Kraftfahrzeug verbaut sind. Unter dem Begriff „Batteriestrang“ ist insbesondere zu verstehen, dass Zellmodule typischerweise nicht parallel verschaltet sind. Die Parallelschaltung mit sogenannten Strängen wird jedoch realisiert. Hierfür wird mehr an Funktionalität benötigt, unter anderem die Möglichkeit, diese parallele Verschaltung wieder aufzuheben, insbesondere durch die Schalteinrichtungen. Besteht diese Möglichkeit, spricht man von einem Batteriestrang.
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Durch die Überwachungseinrichtung ist es insbesondere ermöglicht, dass die Batterie aus mehreren verschiedenen parallel geschalteten Strängen, den Batteriesträngen, überwacht werden kann. Die Messung kann so während der Fahrt des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. In diesem Zustand wird jeder Batteriestrang mit einem nahezu gleichen großen Strom entladen. Die Batteriespannung ist aufgrund der Parallelschaltung identisch mit allen Strang-Spannungen. Jeder einzelne Strang ist zum Beispiel mit einem Halbleiterschalter ansteuerbar. Man kann also jeden Strang mit sehr kurzen Intervallen aus der Parallelschaltung herauslösen und wieder zuschalten. Es ist sogar ein Betrieb des MOSFETs im linearen Bereich möglich, sodass eine feine Steuerung des Strangstroms über den Halbleiterwiderstand möglich sein kann. Auf diese Weise kann ein Anregungssignal mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis sichergestellt werden. Die Batteriespannung bleibt dabei nahezu konstant, wenn die Schaltintervalle ausreichend kurz sind, da dann die übrigen Stränge kurzfristig den Strom des angeregten Strangs übernehmen können.
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Insbesondere kann Ziel sein, jede Zelle im Verbund vollständig entladen und vollständig laden zu können. Das geht nur, wenn der Alterungszustand und der Ladungszustand je einzelne Zelle vorteilhaft geschätzt werden kann. Der Zellnutzungsgrad gibt an, wie gut eine Zelle genutzt werden kann, wobei beispielsweise 100 Prozent hier bei Referenzbedingungen angegeben werden kann. Weiterhin gibt es für jede Zelle ein Zugangsbetriebsfenster, welches beispielsweise bei minimalen Temperaturen und maximalen Strömen angegeben werden kann und auch bestimmt durch den Ladezustand, dem sogenannten SOC (State of Charge). Durch eine genauere Bestimmung des SOC können Grenzen genauer bestimmt werden und somit Vorhalte reduziert werden. Hierdurch kann der Energieinhalt der Zelle besser genutzt werden. Dies hat zur Folge, dass insbesondere kleinere Zellen in das Kraftfahrzeug installiert werden können, wodurch insbesondere Gewicht und Bauraum eingespart werden können.
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Insbesondere ist es erfindungsgemäß somit vorgesehen, dass zum Bestimmen des Zellzustands der ersten Batteriezelle der Batteriestrom, die erste Zellspannung, der erste elektrische Widerstand und das erste aufmodulierte Stromsignal ausgewertet werden. Analoge Auswertung gilt für die zweite Batteriezelle beziehungsweise für jede weitere Batteriezelle.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform werden der erste elektrische Widerstand mittels einer als Halbleiterschalter ausgebildeten ersten Schalteinrichtung und/oder der zweite elektrische Widerstand mittels einer als Halbleiterschalter ausgebildeten zweiten Schalteinrichtung verändert. Dadurch ist es ermöglicht, dass in sehr kurzen Intervallen aus der Parallelschaltung ein jeweiliger Batteriestrang herausgelöst werden kann. Dadurch ist es ebenfalls ermöglicht, dass die Halbleiterschalter im linearen Bereich betrieben werden können, sodass eine feine Steuerung des Strangstroms über den Halbleiterwiderstand möglich sein kann. Auf diese Weise kann ein Anregungssignal mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis sichergestellt werden. Die Batteriespannung bleibt daher nahezu konstant, wenn die Schaltintervalle ausreichend kurz sind, da dann die übrigen Batteriestränge kurzfristig den Strom des angeregten Strangs mit übernehmen können.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform werden der erste Batteriestrang und/oder der zweite Batteriestrang mit einer Vielzahl von Batteriezellen bereitgestellt und ein jeweiliger Zellzustand der Vielzahl der Batteriezellen des ersten Batteriestrangs und/oder des zweiten Batteriestrangs wird bestimmt. Mit anderen Worten weist ein jeweiliger Batteriestrang insbesondere mehr als eine Batteriezelle auf. Insbesondere sind diese in Reihe geschaltet. Insbesondere ist es dadurch ermöglicht, dass weiterhin jede Batteriezelle eines jeden Stranges zuverlässig überwacht werden kann. Insbesondere kann der Zellzustand einer jeweiligen Batteriezelle innerhalb eines jeweiligen Batteriestrangs zuverlässig bestimmt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird die Batterie als Lithium-Ionen-Batteriezellen bereitgestellt. Insbesondere sind diese bereits im Kraftfahrzeug verbaut und die jeweiligen einzelnen Lithium-Ionen-Zellen miteinander kontaktiert. Insbesondere können diese entsprechend dann überwacht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird mittels eines phasenempfindlichen Gleichrichters der Überwachungseinrichtung der jeweilige Zellzustand bestimmt. Insbesondere kann der phasenempfindliche Gleichrichter, welcher auch als Lock-In-Verstärker bezeichnet wird, das gemessene Stromsignal mit den gemessenen Zellspannungen verrechnen und erlaubt so eine sehr genaue Zustandsbestimmung der einzelnen Batteriezelle. Hierbei sind verschiedene Verfahren denkbar. Ist das aufmodulierte Signal ein reines Sinus-Signal, würde ein Goerzel-Algorithmus nach Kompensation des DC-Anteils angewandt werden können. Falls es sich jedoch um ein beliebiges Zeitsignal handelt, muss das Zeitsignal von Strom und Spannung in den Frequenzbereich transformiert werden. Die Impedanz ist dann der Quotient aus Spannung und Strom. Auch ein modellbasierter Zustandsschätzer wäre hier möglich, um die erforderliche Speicherkapazität zu minimieren. Dadurch bedarf es dann keiner Transformation in den Frequenzbereich.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterie für ein Kraftfahrzeug mit einer Überwachungseinrichtung, mit zumindest einer ersten Batteriezelle und einer parallel dazu verschalteten zweiten Batteriezelle, mit einer ersten Schalteinrichtung und mit einer zweiten Schalteinrichtung, wobei die Batterie zum Durchführen des Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt ausgebildet ist. Insbesondere wird das Verfahren mittels der Batterie ausgeführt. Die Batterie ist insbesondere als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet. Die Batterie ist insbesondere als Traktionsbatterie für das Kraftfahrzeug ausgebildet. Insbesondere kann die Traktionsbatterie zum Antreiben eines als zumindest teilweise elektrisch betreibbaren Kraftfahrzeugs genutzt werden.
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Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Batterie und des Kraftfahrzeugs anzusehen. Die Batterie und das Kraftfahrzeug weisen dazu gegenständliche Merkmale auf, welche eine Durchführung des Verfahrens ermöglichen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Batterie.
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In der Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die Fig. zeigt in einem schematischen Blockschaltbild eine Ausführungsform einer Batterie 10 für ein nicht gezeigtes Kraftfahrzeug. Die Batterie 10 weist eine erste Batteriezelle 12, eine zweite Batteriezelle 14, eine erste Schalteinrichtung 16, eine zweite Schalteinrichtung 18, eine Fahrzeugschnittstelle 20 sowie eine Überwachungseinrichtung 22 auf.
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Bei dem Verfahren zum Bestimmen eines Zellzustands einer Batteriezelle 12, 14 der Batterie 10 für das Kraftfahrzeug wird mittels der Überwachungseinrichtung 22 der Batterie 10 ein Batteriestrom und zumindest eine erste Zellspannung eines ersten Batteriestrangs 24, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die erste Batteriezelle 12 und die erste Schalteinrichtung 16 gebildet ist, und zumindest eine zweite Zellspannung des zweiten Batteriestrangs 26, welcher durch die zweite Batteriezelle 14 und die zweite Schalteinrichtung 18 gebildet ist, erfasst, wobei der erste Batteriestrang 24 parallel zum zweiten Batteriestrang 26 verschaltet ist. In Abhängigkeit des erfassten Batteriestroms, der ersten Zellspannung und der zweiten Zellspannung wird der Zellzustand der jeweiligen Batteriezelle 12, 14 mittels der Überwachungseinrichtung 22 bestimmt.
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Es ist vorgesehen, dass mittels der ersten Schalteinrichtung 16 des ersten Batteriestrangs 24 ein erster elektrischer Widerstand des ersten Batteriestrangs 24 und mittels der zweiten Schalteinrichtung 18 des zweiten Batteriestrangs 26 ein zweiter elektrischer Widerstand des zweiten Batteriestrangs 26 verändert werden, sodass ein jeweiliges Stromsignal auf einen jeweiligen Batteriestrang 24, 26 aufmoduliert wird, und der Zellzustand zusätzlich in Abhängigkeit des ersten elektrischen Widerstands, des zweiten elektrischen Widerstands und in Abhängigkeit der aufmodulierten Stromsignale mittels der Überwachungseinrichtung 22 bestimmt wird.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der erste elektrische Widerstand mittels einer als Halbleiterschalter ausgebildeten ersten Schalteinrichtung 16 und/oder der zweite elektrische Widerstand mittels einer als Halbleiterschalter ausgebildeten zweiten Schalteinrichtung 18 verändert wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass der erste Batteriestrang 24 und/oder der zweite Batteriestrang 26 mit einer Vielzahl von Batteriezellen 12, 14 bereitgestellt werden und ein jeweiliger Zellzustand der Vielzahl der Batteriezellen 12, 14 des ersten Batteriestrangs 24 und/oder des zweiten Batteriestrangs 26 bestimmt wird.
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Die Batterie 10 ist insbesondere als Lithium-Ionen-Batterie mit zumindest zwei Lithium-Ionen-Batteriezellen bereitgestellt. Mit anderen Worten ist die erste Batteriezelle 12 als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildet und die zweite Batteriezelle 14 ist ebenfalls als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildet.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass mittels eines phasenempfindlichen Gleichrichters der Überwachungseinrichtung 22 der jeweilige Zellzustand bestimmt wird.
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Dadurch ist es ermöglicht, dass eine genaue und reproduzierbare Einzelzellparameterbestimmung durchgeführt werden kann, was wiederum zu einer genaueren Echtzeit-Überwachung führt. Insbesondere ist dadurch der Zellnutzungsgrad verbessert, wodurch sowohl Kosten als auch Gewicht der Batterie 10 reduziert werden können.
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Insbesondere kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Integration einer Widerstandsvariation pro Batteriestrang 24, 26 realisiert werden. Die jeweilige Schalteinrichtung 16, 18 kann gleichzeitig als betriebsgemäßes Trennelement der Batteriestränge 24, 26 eingesetzt werden und stellt daher eine besonders bauraumsparende Ausführungsform dar.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass mehrere Batteriestränge 24, 26 einer Batterie 10 parallel betrieben werden. Über das jeweilige Schaltelement, beziehungsweise über die jeweilige Schalteinrichtung 16, 18, kann der Widerstand der einzelnen Batteriestränge 24, 26 verändert werden. Die Überwachungseinrichtung 22 steuert den Widerstand der Schalteinrichtung 16, 18 und erfasst sowohl den jeweiligen Batteriestrangstrom als auch die jeweilige Zellspannung der einzelnen Batteriezelle 12, 14. Wird der Batterie 10 über eine Fahrzeugschnittstelle 20 Strom entnommen, kann durch alternierende Widerstandsänderung der einzelnen Batteriestränge 24, 26 ein Stromsignal auf die Batteriestränge24, 26 aufmoduliert werden, ohne die Leistungsabgabe der Batterie 10 wahrnehmbar zu beeinflussen.
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Mit anderen Worten beschäftigt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Zustandsermittlung einer Batterie 10 mittels einer definierten Signaleinprägung. Die Batterie10 umfasst hierbei insbesondere die zwei Batteriezellen 12, 14, insbesondere eine Mehrzahl von Batteriezellen 12, 14, die zu zwei oder mehr Batteriezellensträngen 24, 26 zusammengefasst sind, in denen die einzelnen Batteriezellen 12, 14 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Batteriezellenstränge 24, 26 sind elektrisch parallel zueinander geschaltet. Jeder Batteriezellenstrang 24, 26 umfasst ferner ein Schaltelement, welches auch als Schalteinrichtung 16, 18 bezeichnet wird, mit dem der elektrische Widerstand des betreffenden Batteriezellenstrangs 24, 28 eingestellt werden kann. Ferner ist die Überwachungseinrichtung 22 vorhanden, welche die Widerstände der einzelnen Schaltelemente steuert sowie den Strom der Batteriezelle 12, 14 und die Spannungen der einzelnen Batteriezellen 12, 14 erfasst. Es ist vorgesehen, dass der Batteriestrom entnommen wird, wobei gleichzeitig der Widerstand der einzelnen Batteriezellenstränge 24, 26 variiert wird. Dadurch werden den Batteriezellensträngen 24, 26 Stromsignale aufmoduliert. Ferner wird der Strom, insbesondere das Stromsignal, jedes Batteriezellenstranges 24, 26 gemessen sowie die Spannungen aller Einzelzellen. Dadurch kann auf den Zustand der einzelnen Batteriezelle 12, 14 zurückgeschlossen werden. Insbesondere kann die Zustandsermittlung der Batterie 10 während des Betriebs erfolgen, ohne dass eine Veränderung beispielsweise der Leistungsabgabe der Batterie 10 wahrnehmbar ist.
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Unter dem Begriff „online“ ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die Schätzung während des Betriebs im Kraftfahrzeug durchgeführt werden kann und grenzt sich insbesondere zum Betrieb der Batterie 10 oder einer einzelnen Zelle am Prüfstand ab. Für die Online-Schätzung stehen natürlich nur die Messtechnik und die Rechenleistung zur Verfügung, die im Kraftfahrzeug verbaut sind. Unter dem Begriff „Batteriestrang“ 24, 26 ist insbesondere zu verstehen, dass Zellmodule typischerweise nicht parallel verschaltet sind. Die Parallelschaltung mit sogenannten Strängen wird jedoch realisiert. Hierfür wird mehr an Funktionalität benötigt, unter anderem die Möglichkeit, diese parallele Verschaltung wieder aufzuheben, insbesondere durch die Schalteinrichtungen 16, 18. Besteht diese Möglichkeit, spricht man von einem Batteriestrang 24, 26.
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Durch die Überwachungseinrichtung 22 ist es insbesondere ermöglicht, dass die Batterie 10 aus mehreren verschiedenen parallel geschalteten Strängen, den Batteriesträngen 24, 26, überwacht werden kann. Die Messung kann so während der Fahrt des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. In diesem Zustand wird jeder Batteriestrang 24, 26 mit einem nahezu gleichen großen Strom entladen. Die Batteriespannung ist aufgrund der Parallelschaltung identisch mit allen Strang-Spannungen. Jeder einzelne Strang ist zum Beispiel mit einem Halbleiterschalter als Schalteinrichtung 16, 18 ansteuerbar. Man kann also jeden Strang mit sehr kurzen Intervallen aus der Parallelschaltung herauslösen und wieder zuschalten. Es ist sogar ein Betrieb des MOSFETs im linearen Bereich möglich, sodass eine feine Steuerung des Strangstroms über den Halbleiterwiderstand möglich sein kann. Auf diese Weise kann ein Anregungssignal mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis sichergestellt werden. Die Batteriespannung bleibt dabei nahezu konstant, wenn die Schaltintervalle ausreichend kurz sind, da dann die übrigen Stränge kurzfristig den Strom des angeregten Strangs übernehmen können.
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Insbesondere kann Ziel sein, jede Zelle im Verbund vollständig entladen und vollständig laden zu können. Das geht nur, wenn der Alterungszustand und der Ladungszustand je einzelne Batteriezelle 12, 14 vorteilhaft geschätzt werden kann. Der Zellnutzungsgrad gibt an, wie gut eine Zelle genutzt werden kann, wobei beispielsweise 100 Prozent hier bei Referenzbedingungen angegeben werden kann. Weiterhin gibt es für jede Zelle ein Zugangsbetriebsfenster, welches beispielsweise bei minimalen Temperaturen und maximalen Strömen angegeben werden kann und auch bestimmt durch den Ladezustand, dem sogenannten SOC (State of Charge). Durch eine genauere Bestimmung des SOC können Grenzen genauer bestimmt werden und somit Vorhalte reduziert werden. Hierdurch kann der Energieinhalt der Batteriezelle 12, 14 besser genutzt werden. Dies hat zur Folge, dass insbesondere kleinere Batteriezellen 12, 14 in das Kraftfahrzeug installiert werden können, wodurch insbesondere Gewicht und Bauraum eingespart werden können.
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Insgesamt zeigt die Erfindung eine Zellzustandsbestimmung bei Traktionsbatterien.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batterie
- 12
- erste Batteriezelle
- 14
- zweite Batteriezelle
- 16
- erste Schalteinrichtung
- 18
- zweite Schalteinrichtung
- 20
- Fahrzeugschnittstelle
- 22
- Überwachungseinrichtung
- 24
- erster Batteriestrang
- 26
- zweiter Batteriestrang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011115550 A1 [0003]
