DE102020132625A1 - Method and control device for controlling an adjustment of states of charge, and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen von Ladezuständen zweier Batterieeinheiten (16, 20) einer Batterie (12), wobei der ersten Batterieeinheit (16) eine erste Spannung (U1) und der zweiten Batterieeinheit (20) eine zweite Spannung (U2') zugeordnet ist, wobei das Anpassen der Ladezustände derart erfolgt, dass die erste und zweite Spannung (U1, U2') nach dem Anpassen zumindest innerhalb eines bestimmten ersten Toleranzbereichs übereinstimmen, wobei die der ersten Batterieeinheit (16) zugeordnete erste Spannung (U1) eine gemessene über der ersten Batterieeinheit (16) abgreifbare erste Spannung (U1) darstellt. Dabei ist der ersten Batterieeinheit (16) ein erstes Kennfeld (26) zugeordnet und der zweiten Batterieeinheit (20) ein zweites Kennfeld (28) zugeordnet, und die der zweiten Batterieeinheit (20) zugeordnete zweite Spannung (U2') stellt eine normierte zweite Spannung (U2') dar, die bereitgestellt wird, indem in Abhängigkeit vom ersten und zweiten Kennfeld (26, 28) eine Umrechnungsvorschrift (F) bereitgestellt wird und eine gemessene über der zweiten Batterieeinheit (20) abgreifbare zweite Spannung (U2) gemäß der bereitgestellten Umrechnungsvorschrift (F) normiert wird.The invention relates to a method for adjusting the state of charge of two battery units (16, 20) of a battery (12), with the first battery unit (16) being assigned a first voltage (U1) and the second battery unit (20) being assigned a second voltage (U2'). is, the adjustment of the states of charge being carried out in such a way that the first and second voltage (U1, U2') after the adjustment match at least within a specific first tolerance range, the first voltage (U1) assigned to the first battery unit (16) exceeding a measured value represents the first voltage (U1) that can be tapped from the first battery unit (16). A first characteristic diagram (26) is assigned to the first battery unit (16) and a second characteristic diagram (28) is assigned to the second battery unit (20), and the second voltage (U2') assigned to the second battery unit (20) represents a normalized second voltage (U2'), which is provided by providing a conversion rule (F) as a function of the first and second characteristics map (26, 28) and a measured second voltage (U2) that can be tapped across the second battery unit (20) in accordance with the provided conversion rule (F) is normalized.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anpassen von Ladezuständen zumindest zweier Batterieeinheiten einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, wobei die zumindest zwei Batterieeinheiten eine erste Batterieeinheit, die mindestens eine erste Batteriezelle aufweist, und eine zweite Batterieeinheit, die mindestens eine zweite Batteriezelle aufweist, umfassen. Dabei ist der ersten Batterieeinheit eine erste Spannung zugeordnet und der zweiten Batterieeinheit eine zweite Spannung, wobei das Anpassen der Ladezustände derart erfolgt, dass die erste und zweite Spannung nach dem Anpassen zumindest innerhalb eines bestimmten ersten Toleranzbereichs übereinstimmen, wobei die der ersten Batterieeinheit zugeordnete erste Spannung eine gemessene über der ersten Batterieeinheit abgreifbare erste Spannung darstellt. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Anpassens von Ladezuständen, sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Steuereinrichtung.The invention relates to a method for adjusting the state of charge of at least two battery units of a battery for a motor vehicle, the at least two battery units comprising a first battery unit which has at least one first battery cell and a second battery unit which has at least one second battery cell. A first voltage is assigned to the first battery unit and a second voltage is assigned to the second battery unit, with the adjustment of the states of charge being carried out in such a way that the first and second voltage after the adjustment match at least within a specific first tolerance range, the first voltage assigned to the first battery unit represents a measured first voltage that can be tapped across the first battery unit. Furthermore, the invention also relates to a control device for controlling an adjustment of charging states, as well as a motor vehicle with such a control device.
Das Anpassen von Ladezuständen ist auch unter dem Begriff Balancing bekannt. Aus dem Stand der Technik sind dabei zahlreiche verschiedene Balancing-Strategien bekannt. Beispielsweise beschreibt die
Weiterhin beschreibt die
Die Erfindung ist insbesondere auf dem Gebiet der spannungsbasierten Balancing-Verfahren angesiedelt. Beim spannungsbasierten Zell-Balancing wird normalerweise dafür gesorgt, dass alle Zellen auf einem gleichen Spannungsniveau gehalten werden, indem zum Beispiel Zellen mit höheren Spannungen auf das Niveau der anderen Zellen entladen werden. Dies funktioniert bislang allerdings nur dann, wenn es sich bei den Zellen um Zellen des gleichen Typs handelt, denn nur dadurch verhalten sich die Zellen im System alle gleich. Daher werden bisher auch bei einem Zell- beziehungsweise Modultausch wieder Zellen des gleichen Typs eingebaut. Mit anderen Worten, werden also Zellen beziehungsweise Module getauscht, muss sichergestellt werden, dass wieder Zellen des gleichen Typs eingebaut werden, um ein solches spannungsbasiertes Zell-Balancing ausführen zu können. Dies kann insbesondere bei Reparaturfällen nach einigen Jahren problematisch sein, weil die Zellen nicht mehr verfügbar sind. Werden beim Tausch Zellen anderen Typs eingebaut, kann es durch die verschiedenen Kennlinien dazu kommen, dass das Balancing die Ladungsunterschiede in den Zellen vergrößert, statt sie auszugleichen. Dadurch würden im folgenden Entladevorgang einige Zellen vorzeitig das untere Ende des Spannungsbereichs erreichen und die entnehmbare Energie damit sinken.The invention is located in particular in the field of voltage-based balancing methods. Voltage-based cell balancing usually ensures that all cells are kept at the same voltage level, for example by discharging cells with higher voltages to the level of the other cells. So far, however, this has only worked if the cells are of the same type, because this is the only way that the cells in the system all behave in the same way. For this reason, cells of the same type have always been installed when a cell or module is replaced. In other words, if cells or modules are exchanged, it must be ensured that cells of the same type are installed again in order to be able to carry out such voltage-based cell balancing. This can be problematic after a few years, especially in the case of repairs, because the cells are no longer available. If cells of a different type are installed during the exchange, the different characteristics can lead to the balancing increasing the charge differences in the cells instead of equalizing them. As a result, some cells would prematurely reach the lower end of the voltage range in the subsequent discharging process, and the energy that could be drawn would therefore drop.
Es gibt zwar auch andere Balancing-Verfahren, wie zum Beispiel das ladungsbasierte Balancing, welche zelltypunabhängig ausgeführt werden können. Ein ladungsbasiertes Balancing hat jedoch den Nachteil, dass dies in der Regel deutlich ungenauer ist als das spannungsbasierte Balancing, sodass auf das ladungsbasierte Balancing nicht auf Dauer zurückgegriffen werden kann.There are also other balancing methods, such as charge-based balancing, which can be carried out independently of the cell type. However, charge-based balancing has the disadvantage that it is generally significantly less accurate than voltage-based balancing, so that charge-based balancing cannot be used in the long term.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren, eine Steuereinrichtung und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die eine möglichst genaue Ladezustandsanpassung auch für Batteriezellen unterschiedlicher Zelltypen ermöglichen.The object of the present invention is therefore to provide a method, a control device and a motor vehicle which enable the most precise possible adjustment of the state of charge, even for battery cells of different cell types.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, eine Steuereinrichtung und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.This object is achieved by a method, a control device and a motor vehicle with the features according to the respective independent patent claims. Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent patent claims, the description and the figures.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Anpassen von Ladezuständen zumindest zweier Batterieeinheiten einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, wobei die zumindest zwei Batterieeinheiten eine erste Batterieeinheit, die mindestens eine erste Batteriezelle aufweist, und eine zweite Batterieeinheit, die mindestens eine zweite Batteriezelle aufweist, umfassen, und wobei der ersten Batterieeinheit eine erste Spannung zugeordnet ist und der zweiten Batterieeinheit eine zweite Spannung zugeordnet ist, erfolgt das Anpassen der Ladezustände derart, dass die erste und zweite Spannung nach dem Anpassen zumindest innerhalb eines bestimmten ersten Toleranzbereichs übereinstimmen, wobei die der ersten Batterieeinheit zugeordnete erste Spannung eine gemessene über der ersten Batterieeinheit abgreifbare erste Spannung darstellt. Weiterhin ist der ersten Batterieeinheit ein erstes Kennfeld zugeordnet und der zweiten Batterieeinheit ein zweites Kennfeld zugeordnet, wobei die der zweiten Batterieeinheit zugeordnete zweite Spannung eine normierte zweite Spannung darstellt, die bereitgestellt wird, indem in Abhängigkeit vom ersten und zweiten Kennfeld eine Umrechnungsvorschrift bereitgestellt wird und eine gemessene über der zweiten Batterieeinheit abgreifbare zweite Spannung gemäß der bereitgestellten Umrechnungsvorschrift normiert wird.In a method according to the invention for adjusting the state of charge of at least two battery units of a battery for a motor vehicle, the at least two battery units comprising a first battery unit which has at least one first battery cell and a second battery unit which has at least one second battery cell, and wherein the a first voltage is assigned to the first battery unit and a second voltage is assigned to the second battery unit, the adjustment of the states of charge takes place in such a way that after the adjustment the first and second voltages match at least within a specific first tolerance range, the first voltage assigned to the first battery unit being a represents the first voltage that can be tapped off across the first battery unit. Furthermore, a first characteristic diagram is assigned to the first battery unit and a second characteristic diagram is assigned to the second battery unit, the second voltage assigned to the second battery unit representing a normalized second voltage that is provided is provided in that a conversion rule is provided as a function of the first and second characteristic diagrams and a measured second voltage that can be tapped across the second battery unit is normalized in accordance with the provided conversion rule.
So lässt sich vorteilhafterweise ein spannungsbasiertes Balancing auch für Batteriezellen unterschiedlichen Typs, insbesondere Batteriezellen mit unterschiedlichen Spannungsniveaus bei gleichem Lade- beziehungsweise Energiezustand, umsetzen. Auch wenn also bei einer gebalancten Batterie die Zellspannungen voneinander abweichen, ist damit eine maximale entnehmbare Energie sichergestellt. Dadurch kann verhindert werden, dass die Ladungsunterschiede durch das Zellbalancing vergrößert werden. Durch das beschriebene Verfahren ist es also vorteilhafterweise möglich, auch Zellen verschiedenen Typs im Mischbau zu betreiben und trotzdem das Zellbalancing, insbesondere ein spannungsbasiertes Balancing, für einen sinnvollen Ladungsausgleich zu nutzen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die gesamte Kapazität der jeweiligen Zellen genutzt werden kann.In this way, voltage-based balancing can advantageously also be implemented for battery cells of different types, in particular battery cells with different voltage levels with the same state of charge or energy. Even if the cell voltages differ in a balanced battery, maximum energy that can be drawn is thus ensured. This can prevent the charge differences from being increased by cell balancing. With the method described, it is thus advantageously possible to also operate cells of different types in a mixed construction and still use cell balancing, in particular voltage-based balancing, for meaningful charge equalization. In this way it can be ensured that the entire capacity of the respective cells can be used.
Sind beispielsweise alte Zellen, wie zum Beispiel die erste Batteriezelle, bei einer Spannung von 4.100 Millivolt vollgeladen, neue Zellen, wie beispielsweise die zweite Batteriezelle, dagegen bei einer Spannung von 4.200 Millivolt, dann wäre es kontraproduktiv, die neuen Zellen ebenfalls auf 4.100 Millivolt zu entladen, da diese dann bei der anschließenden Entladung und im Betrieb der Batterie zu früh die untere Grenze des Spannungsbereichs erreichen und damit die entnehmbare Energie sinkt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nun vorteilhafterweise möglich, für das spannungsbasierte Zell-Balancing nicht die tatsächliche über diesen neuen Zellen abgreifbare Spannung 4.200 Millivolt zu verwenden, sondern stattdessen eine normierte Spannung. Beispielsweise können die 4.200 Millivolt durch die Umrechnungsvorschrift, beispielsweise durch Multiplikation mit einem Faktor, auf die Spannung der alten Zellen für diesen Ladezustandsbereich, in diesem Fall die Vollladung, normiert werden. Das Balancing, insbesondere das beschriebene spannungsbasierte Balancing, verwendet dann einfach diese normierte Spannung statt der Tatsächlichen. Der erste tatsächliche Spannungswert und der normierte zweite Spannungswert können dann aneinander angeglichen werden, zum Beispiel auf den Wert 4.100 Millivolt. Tatsächlich hätte dann die neue Zelle jedoch eine Spannung von 4.200 Millivolt, was dem Spannungswert bei Vollladung entspricht. Damit sind sowohl die alten als auch die neuen Zellen vollgeladen und stimmen damit in ihrem Ladezustand überein. Auch wenn also die tatsächlichen Zellspannungen im vollgeladenen Zustand voneinander abweichen, ist damit vorteilhafterweise eine maximale entnehmbare Energie für jede der Zellen sichergestellt.For example, if old cells, such as the first battery cell, are fully charged at a voltage of 4,100 millivolts, but new cells, such as the second battery cell, at a voltage of 4,200 millivolts, it would be counterproductive to charge the new cells to 4,100 millivolts as well discharged, since they then reach the lower limit of the voltage range too early during the subsequent discharge and during operation of the battery, and the energy that can be drawn falls as a result. According to the method according to the invention, it is now advantageously possible not to use the actual voltage of 4,200 millivolts that can be tapped across these new cells for the voltage-based cell balancing, but instead a normalized voltage. For example, the 4,200 millivolts can be normalized to the voltage of the old cells for this state of charge range, in this case full charge, using the conversion rule, for example by multiplying by a factor. The balancing, in particular the described voltage-based balancing, then simply uses this normalized voltage instead of the actual one. The first actual voltage value and the normalized second voltage value can then be adjusted to one another, for example to the value 4100 millivolts. In fact, the new cell would then have a voltage of 4,200 millivolts, which corresponds to the voltage value when fully charged. This means that both the old and the new cells are fully charged and their state of charge is the same. Even if the actual cell voltages in the fully charged state deviate from one another, this advantageously ensures maximum energy that can be drawn for each of the cells.
Die erste und zweite Batterieeinheit befinden sich dabei vorzugsweise in einer Serienschaltung zueinander. Jede Batterieeinheit kann wiederum eine oder mehrere Batteriezellen aufweisen. Dabei können die einer gleichen Batterieeinheit zugeordneten Batteriezellen auch in einer Parallelschaltung zueinander angeordnet sein. Eine Parallelschaltung aus mehreren Batteriezellen verhält sich dabei wie eine einzige Batteriezelle mit größerer Kapazität. Rechnerisch wird eine solche Parallelschaltung wie eine einzelne Batteriezelle behandelt. Bei den Batterieeinheiten kann es sich also um einzelne Batteriezellen handeln oder um eine Parallelschaltung mehrerer Batteriezellen, die rechnerisch wie eine einzelne Batteriezelle behandelt werden.The first and second battery units are preferably connected in series with one another. Each battery unit can in turn have one or more battery cells. In this case, the battery cells assigned to the same battery unit can also be arranged in a parallel connection to one another. A parallel connection of several battery cells behaves like a single battery cell with a larger capacity. Mathematically, such a parallel connection is treated like a single battery cell. The battery units can therefore be individual battery cells or several battery cells connected in parallel, which are mathematically treated as a single battery cell.
Die den jeweiligen Batterieeinheiten zugeordneten Spannungen werden also aneinander angeglichen, wobei für die zweite Batterieeinheit dazu nicht die tatsächliche über diese zweite Batterieeinheit abgreifbare Spannung verwendet wird, sondern eine aus dieser Spannung errechnete normierte Spannung. Für die erste Batterieeinheit dagegen wird die tatsächliche über diese erste Batterieeinheit abgreifbare Spannung verwendet. Weiterhin kann das Anpassen zum Beispiel derart erfolgen, dass die höhere der beiden Spannungen auf die niedrigere der beiden Spannungen angeglichen wird. Im Falle von mehr als zwei Batterieeinheiten können die entsprechenden Spannungen auf den niedrigsten Spannungswert angeglichen werden. Dies kann zum Beispiel durch gezieltes Entladen der Batterieeinheit mit der höheren Spannung, zum Beispiel über einen Entladewiderstand, der temporär parallel geschaltet werden kann, erfolgen. Dass weiterhin die erste und zweite Spannung nach dem Anpassen zumindest innerhalb eines bestimmten ersten Toleranzbereichs übereinstimmen, soll dabei bedeuten, dass ein Angleichen der ersten und zweiten Spannung vorzugsweise im Rahmen der Messgenauigkeit oder einer gewünschten Genauigkeit erfolgt. Beispielsweise kann dieser Toleranzbereich durch eine bestimmte Dezimalstelle definiert sein. Beispielsweise kann ein solcher Toleranzbereich im Bereich von +/- 0,1 Volt oder +/- 0,05 Volt oder +/- 0,01 Volt oder +/- 0,005 Volt oder im Allgemeinen in einem Abweichungsbereich von maximal 1 Millivolt bis 0,1 Volt, je nach gewünschter oder erreichbarer Genauigkeit, liegen.The voltages assigned to the respective battery units are therefore adjusted to one another, with the actual voltage that can be tapped via this second battery unit not being used for the second battery unit, but a normalized voltage calculated from this voltage. For the first battery unit, on the other hand, the actual voltage that can be tapped off via this first battery unit is used. Furthermore, the adjustment can be carried out, for example, in such a way that the higher of the two voltages is adjusted to the lower of the two voltages. In the case of more than two battery units, the corresponding voltages can be adjusted to the lowest voltage value. This can be done, for example, by selectively discharging the battery unit with the higher voltage, for example via a discharge resistor that can be temporarily connected in parallel. The fact that the first and second voltages also match at least within a specific first tolerance range after the adjustment is intended to mean that the first and second voltages are adjusted preferably within the scope of the measurement accuracy or a desired accuracy. For example, this tolerance range can be defined by a specific decimal place. For example, such a tolerance range in the range of +/- 0.1 volts or +/- 0.05 volts or +/- 0.01 volts or +/- 0.005 volts or generally in a deviation range from a maximum of 1 millivolt to 0. 1 volt, depending on the desired or achievable accuracy.
Der Ladezustand beziehungsweise die Ladezustände beziehen sich dabei auf die Batterieeinheiten beziehungsweise auf die erste und zweite Batteriezelle. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellen das erste und das zweite Kennfeld jeweils eine zelltypspezifische Zuordnung bereit, welche verschiedenen bestimmten Ladezustandsbereichen korrespondierende über der ersten beziehungsweise zweiten Batterieeinheit abgreifbare erste beziehungsweise zweite Spannungen zuordnet. Mit anderen Worten kann ein solches Kennfeld die Abhängigkeit zwischen dem aktuellen Ladezustand einer Batteriezelle beziehungsweise einer Batterieeinheit und der über diese Batteriezelle abgreifbaren Spannung darstellen. Bei den Spannungen kann es sich dabei wiederum entweder um eine Ruhespannung handeln, die auch als Leerlaufspannung bezeichnet wird, oder um eine Betriebsspannung. Im zweiten Fall können die Kennfelder noch weitere Parameter wie zum Beispiel den Innenwiderstand der betreffenden Batteriezellen umfassen. Darüber hinaus kann ein weiterer Parameter der beschriebenen Kennfelder auch die Temperatur darstellen. Mit anderen Worten können die genannten Zuordnungen für jeweilige korrespondierende Temperaturbereiche bereitgestellt sein.The state of charge or states of charge relate to the battery units or to the first and second battery cells. According to a further advantageous refinement of the invention, the first and the second characteristic map each provide a cell-type-specific assignment which determines different assigns corresponding first or second voltages that can be tapped to th state of charge areas via the first or second battery unit. In other words, such a characteristic map can represent the dependency between the current state of charge of a battery cell or a battery unit and the voltage that can be tapped via this battery cell. The voltages can in turn be either an open-circuit voltage, which is also referred to as an open-circuit voltage, or an operating voltage. In the second case, the characteristic diagrams can also include other parameters such as the internal resistance of the battery cells in question. In addition, another parameter of the characteristic diagrams described can also represent the temperature. In other words, the assignments mentioned can be provided for respective corresponding temperature ranges.
Die Kennfelder können dabei Kennlinien und/oder Kennlinienfelder und/oder auch Zuordnungstabellen darstellen. Durch solche Kennfelder lässt sich also vorteilhafterweise ermitteln, wie sich die jeweiligen Zellspannungen für entsprechende Ladezustandsbereiche der Zellen zelltypspezifisch verhalten. Durch Vergleich dieser beiden Kennfelder lässt sich also vorteilhafterweise eine geeignete Umrechnungsvorschrift ermitteln, die es erlaubt, die über der zweiten Batterieeinheit abgreifbare zweite Spannung geeignet zu normieren, um anhand dieser normierten zweiten Spannung ein spannungsbasiertes Zell-Balancing durchführen zu können.In this case, the characteristic diagrams can represent characteristic curves and/or characteristic curve diagrams and/or assignment tables. Such characteristic diagrams can thus advantageously be used to determine how the respective cell voltages behave in a cell-type-specific manner for corresponding charge state ranges of the cells. By comparing these two characteristic diagrams, a suitable conversion rule can thus advantageously be determined, which allows the second voltage that can be tapped across the second battery unit to be suitably normalized in order to be able to carry out voltage-based cell balancing using this normalized second voltage.
Dabei kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn die Umrechnungsvorschrift in Abhängigkeit von einem bestimmten ersten Ladezustandsbereich ermittelt wird, insbesondere wobei der erste Ladezustandsbereich einen aktuellen Ladezustand der ersten Batterieeinheit umfasst. Dies hat den Hintergrund, dass sich die beiden Kennfelder, das heißt das erste und das zweite Kennfeld, für unterschiedliche Ladezustandsbereiche unter Umständen sehr voneinander unterscheiden können. Indem verschiedene Ladezustandsbereiche separat betrachtet werden, lässt sich die zu ermittelnde Umrechnungsvorschrift deutlich einfacher gestalten. Diese muss dann entsprechend nur für einen bestimmten Ladezustandsbereich gelten. Weiterhin ist es auch denkbar, dass, wie dies später näher erläutert wird, ein solches spannungsbasiertes Balancing nur in einem bestimmten Ladezustandsbereich, zum Beispiel nur bei vollgeladener Batterie, durchgeführt wird und in anderen Bereichen zum Beispiel ladungsbasiert gebalanced wird. Entsprechend ist es dann zum Beispiel auch ausreichend, nur für diesen Ladezustandsbereich, der zur vollgeladenen Batterie korrespondiert, eine solche Umrechnungsvorschrift zu ermitteln. Auf diese Weise lässt sich einerseits ein sehr genaues Balancing bereitstellen und andererseits der Rechenaufwand minimieren.It can also be advantageous if the conversion rule is determined as a function of a specific first state of charge range, in particular with the first state of charge range comprising a current state of charge of the first battery unit. The reason for this is that the two characteristic diagrams, that is to say the first and the second characteristic diagram, can under certain circumstances differ greatly from one another for different charge state ranges. By considering different charge state ranges separately, the conversion rule to be determined can be made much easier. This must then only apply to a specific charge state range. Furthermore, it is also conceivable that, as will be explained in more detail later, such a voltage-based balancing is only carried out in a specific state of charge range, for example only when the battery is fully charged, and is balanced in other areas, for example charge-based. Accordingly, it is then also sufficient, for example, to determine such a conversion rule only for this state of charge range, which corresponds to the fully charged battery. In this way, on the one hand, very precise balancing can be provided and, on the other hand, the computing effort can be minimized.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Umrechnungsvorschrift zumindest für den ersten der verschiedenen bestimmten Ladezustandsbereiche derart bereitgestellt, dass die Umrechnungsvorschrift angewandt auf die gemäß dem zweiten Kennfeld dem bestimmten ersten Ladezustandsbereich zugeordnete zweite Spannung als Ergebnis die gemäß dem ersten Kennfeld dem bestimmten ersten Ladezustandsbereich zugeordnete erste Spannung liefert. Mit anderen Worten ist die Umrechnungsvorschrift so ausgestaltet, dass diese für einen bestimmten Ladezustandsbereich die Spannungswerte des zweiten Kennfeldes auf die Spannungswerte des ersten Kennfeldes abbildet. Beträgt die erste Spannung gemäß dem ersten Kennfeld für eine vollgeladene Batteriezelle beispielsweise 4.100 Millivolt und beträgt die zweite Spannung gemäß dem zweiten Kennfeld für eine vollgeladene Batteriezelle beispielsweise 4.200 Millivolt, so ist die Umrechnungsvorschrift für diesen Ladezustandsbereich der vollgeladenen Batterie so beschaffen, dass diese angewandt auf diese zweite Spannung von 4.200 Millivolt zu einer normierten zweiten Spannung von 4.100 Millivolt, das heißt dem Wert der ersten Spannung gemäß dem ersten Kennfeld für diesen Ladezustandsbereich, führt. Durch eine solche Umrechnungsvorschrift lässt es sich also vorteilhafterweise bewerkstelligen, dass die zweiten Spannungen auf die Werte der ersten Spannungen normiert werden. Das spannungsbasierte Balancing wird dann entsprechend mit den normierten Werten durchgeführt, sodass dies insbesondere so durchgeführt werden kann, als würde es sich bei den Batteriezellen um Zellen eines gleichen Zelltyps handeln. Das Bereitstellen einer solchen Umrechnungsvorschrift hat vor allem den großen Vorteil, dass die einzelnen Spannungswerte nicht als Fixwerte in der Software hinterlegt werden müssen, was nicht zielführend wäre, da die Funktion, das heißt die Balancing-Funktion, normalerweise auch schon bei etwas tieferer Zellspannung aktiv ist, zum Beispiel ab 4.000 Millivolt, wenn also der vollgeladene Zustand der Batterie noch nicht erreicht ist. Die Umrechnungsvorschrift ermöglicht es also, anstatt mit vielzähligen korrespondierenden unterschiedlichen Spannungswerten zu rechnen, auf die die einzelnen Zellen gebalanced werden müssten, stattdessen einfach zum Beispiel mit einem Faktor oder Offsetwert zu rechnen, was die Berechnungen stark vereinfacht, die infolgedessen auch dadurch viel schneller durchgeführt werden können.In a further advantageous embodiment of the invention, the conversion rule is provided at least for the first of the various specific state of charge ranges in such a way that the conversion rule is applied to the second voltage assigned to the specific first state of charge area according to the second characteristic map as a result of the second voltage assigned to the determined first state of charge range according to the first characteristic map delivers first tension. In other words, the conversion rule is designed in such a way that it maps the voltage values of the second characteristic diagram to the voltage values of the first characteristic diagram for a specific state of charge range. If the first voltage according to the first map for a fully charged battery cell is 4,100 millivolts, for example, and the second voltage according to the second map for a fully charged battery cell is 4,200 millivolts, for example, then the conversion rule for this state of charge range of the fully charged battery is such that it can be applied to this second voltage of 4,200 millivolts leads to a normalized second voltage of 4,100 millivolts, ie the value of the first voltage according to the first map for this state of charge range. Such a conversion rule can therefore advantageously be used to normalize the second voltages to the values of the first voltages. The voltage-based balancing is then carried out accordingly with the normalized values, so that this can be carried out in particular as if the battery cells were cells of the same cell type. The main advantage of providing such a conversion rule is that the individual voltage values do not have to be stored as fixed values in the software, which would not be expedient since the function, i.e. the balancing function, is normally also active at slightly lower cell voltages is, for example from 4,000 millivolts, i.e. if the battery is not yet fully charged. The conversion rule therefore makes it possible, instead of calculating with numerous corresponding different voltage values to which the individual cells would have to be balanced, to simply calculate with a factor or offset value, for example, which greatly simplifies the calculations, which are therefore also carried out much faster as a result be able.
Dabei ist es weiterhin besonders vorteilhaft, wenn als Umrechnungsvorschrift ein Faktor bereitgestellt wird, der für den bestimmten ersten Ladezustandsbereich das Verhältnis der gemäß dem ersten Kennfeld zugeordneten ersten Spannung zur gemäß dem zweiten Kennfeld zugeordneten zweiten Spannung darstellt, insbesondere wobei die gemessene zweite Spannung mit dem Faktor multipliziert wird und das Ergebnis als die normierte zweite Spannung bereitgestellt wird. Die Bereitstellung eines Faktors ermöglicht eine besonders einfache Berechnung der normierten zweiten Spannung. Zudem lässt sich ein solcher Faktor durch einfache Verhältnisbildung der jeweiligen ersten und zweiten Spannungswerte für korrespondierende Ladezustandsbereiche besonders einfach bereitstellen.It is also particularly advantageous if a factor is provided as a conversion rule that, for the specific first state of charge range, is the ratio of the first voltage assigned according to the first characteristic map to the represents the second voltage associated with the second characteristic diagram, in particular the measured second voltage being multiplied by the factor and the result being provided as the normalized second voltage. The provision of a factor enables the normalized second voltage to be calculated in a particularly simple manner. In addition, such a factor can be provided particularly easily by simply forming the ratio of the respective first and second voltage values for corresponding charge state ranges.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Umrechnungsvorschrift ein Offset-Wert bereitgestellt, der für den bestimmten Ladezustandsbereich eine Differenz zwischen der gemäß dem ersten Kennfeld zugeordneten ersten Spannung und der gemäß dem zweiten Kennfeld zugeordneten zweiten Spannung darstellt, insbesondere wobei zur gemessenen zweiten Spannung die Differenz addiert wird und das Ergebnis als normierte zweite Spannung bereitgestellt wird. Auch dies ermöglicht ein besonders einfaches Ermitteln einer Umrechnungsvorschrift, da hierfür lediglich eine Differenzbildung erforderlich ist. Wird weiterhin diese Differenz zur zweiten gemessenen Spannung addiert, so schließt dies das Vorzeichen der Differenz mit ein.In a further advantageous embodiment of the invention, an offset value is provided as a conversion rule, which represents a difference between the first voltage assigned according to the first characteristic diagram and the second voltage assigned according to the second characteristic diagram for the specific state of charge range, in particular with the measured second voltage being Difference is added and the result is provided as a normalized second voltage. This also makes it possible to determine a conversion rule in a particularly simple manner, since this only requires the formation of a difference. If this difference is added to the second measured voltage, this includes the sign of the difference.
Je nach Erfordernis kann die Umrechnungsvorschrift aber auch komplexer ausgestaltet sein. Beispielsweise kann diese auch einen Faktor mit einem Offsetwert kombinieren. Dies ermöglicht es beispielsweise auch, dass der Gültigkeitsbereich der Umrechnungsvorschrift auf einen größeren Ladezustandsbereich ausgeweitet werden kann.Depending on the requirement, however, the conversion rule can also be designed to be more complex. For example, this can also combine a factor with an offset value. This also makes it possible, for example, for the range of validity of the conversion rule to be extended to a larger range of state of charge.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Anpassen der Ladezustände derart, dass die erste und zweite Spannung nach dem Anpassen zumindest innerhalb des bestimmten ersten Toleranzbereichs übereinstimmen, für einen von einem bestimmten zweiten Ladezustandsbereich verschiedenen ersten Ladezustandsbereich erfolgt, und für den Fall, dass sich ein Ladezustand der ersten und/oder zweiten Batterieeinheit im zweiten Ladezustandsbereich befinden, eine Anpassung derart erfolgt, dass ein der ersten Batterieeinheit in Abhängigkeit vom aktuellen Ladezustand und der Kapazität der ersten Batterieeinheit zugeordneter erster Energieinhalt einem der zweiten Batterieeinheit in Abhängigkeit vom aktuellen Ladezustand und der Kapazität der zweiten Batterieeinheit zugeordneten zweiten Energieinhalt zumindest innerhalb eines vorgebbaren zweiten Toleranzbereichs entspricht. Mit anderen Worten kann in einem anderen Ladezustandsbereich ein ladungsbasiertes Balancing durchgeführt werden und das beschriebene spannungsbasierte Balancing zum Beispiel nur im oben genannten ersten Ladezustandsbereich. Beim ladungsbasierten Balancing werden die Energieinhalte der Batteriezellen beziehungsweise Batterieeinheiten aneinander angeglichen. Die jeweiligen Energieinhalte können wiederum basierend auf den jeweiligen Ladezuständen und Kapazitäten der Batteriezellen beziehungsweise Batterieeinheiten bestimmt werden. Damit ist das ladungsbasierte Balancing unabhängig vom Zelltyp. Das ladungsbasierte Balancing ist jedoch nicht so genau, wie das spannungsbasierte Balancing. Daher ist es besonders vorteilhaft, diese beiden Balancing-Verfahren miteinander zu kombinieren, sodass zumindest zeitweise ein spannungsbasiertes Balancing durchgeführt wird. Zum Beispiel kann das spannungsbasierte Balancing durchgeführt werden, wenn die Batterie vollgeladen ist und in anderen Ladezustandsbereichen kann das ladungsbasierte Balancing durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist es dabei vor allem, wenn das spannungsbasierte Balancing beispielsweise nach einer Ruhephase der Batterie durchgeführt wird, da als die erste und zweite Spannung dann entsprechend die Ruhespannungen der jeweiligen Batteriezellen beziehungsweise Batterieeinheiten genommen werden können, was die Berechnungen vereinfacht und eine besonders genaue Ladezustandsbestimmung ermöglicht.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the adjustment of the states of charge in such a way that the first and second voltage after the adjustment match at least within the specific first tolerance range, takes place for a different from a specific second state of charge range first state of charge, and for the If the state of charge of the first and/or second battery unit is in the second state of charge range, an adjustment is made in such a way that a first energy content assigned to the first battery unit as a function of the current state of charge and the capacity of the first battery unit is assigned to one of the second battery unit as a function of the current State of charge and the capacity of the second battery unit associated second energy content corresponds at least within a predetermined second tolerance range. In other words, charge-based balancing can be carried out in a different state of charge range and the voltage-based balancing described, for example, only in the first state of charge range mentioned above. With charge-based balancing, the energy content of the battery cells or battery units is adjusted to one another. The respective energy contents can in turn be determined based on the respective states of charge and capacities of the battery cells or battery units. This means that charge-based balancing is independent of the cell type. However, charge-based balancing is not as accurate as voltage-based balancing. It is therefore particularly advantageous to combine these two balancing methods with one another, so that voltage-based balancing is carried out at least temporarily. For example, voltage-based balancing can be performed when the battery is fully charged and charge-based balancing can be performed in other state-of-charge ranges. It is particularly advantageous if the voltage-based balancing is carried out, for example, after the battery has been idle, since the first and second voltages can then be taken from the idle voltages of the respective battery cells or battery units, which simplifies the calculations and enables a particularly accurate determination of the state of charge allows.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wurde die zweite Batterieeinheit der Batterie bei einem Einheitentausch, bei welchem der Batterie zumindest eine dritte Batterieeinheit entnommen wurde, der Batterie hinzugefügt, wobei beim Einheitentausch das zweite Kennfeld in eine Steuereinrichtung zum Steuern des Anpassens der Ladezustände gespeichert wurde, insbesondere wobei die mindestens eine erste Batteriezelle von einem ersten Zelltyp ist und die mindestens eine zweite Batteriezelle von einem vom ersten verschiedenen zweiten Zelltyp ist. Verschiedene Zelltypen können dabei insbesondere durch unterschiedliche Zellcharakteristiken, wie zum Beispiel unterschiedliche Spannungen bei gleichen Ladezuständen, unterschiedlichen Kapazitäten und/oder unterschiedlichen Zellchemien charakterisiert sein. Durch die Erfindung und ihre Ausführungsformen wird es vorteilhafterweise ermöglicht, ein spannungsbasiertes Zell-Balancing auch dann durchzuführen, wenn es sich bei den Batteriezellen um unterschiedliche Zelltypen handelt. Die entsprechenden Kennlinien können bei einem Einheitentausch, zum Beispiel einem Batteriemodultausch, einfach der Steuereinrichtung zugeführt und in dieser gespeichert werden. Beispielsweise kann über einen Diagnosetester, der kommunikativ mit dem Steuergerät bei einem Einheitentausch gekoppelt werden kann, dem Steuergerät, das heißt der Steuereinrichtung, mitgeteilt werden, dass ein Tausch stattfindet beziehungsweise stattgefunden hat, und wie die Kennlinien in den neuen Zellen aussehen. Mit diesen Informationen kann die Steuereinrichtung die Kennlinien zueinander in Relation setzen, zum Beispiel mit einem Faktor, mit dem dann die aktuelle Zellspannung der neuen Batteriezellen multipliziert wird, um ein spannungsbasiertes Zell-Balancing durchzuführen. Auch wenn dann bei einer gebalancten Batterie die Zellspannungen voneinander abweichen, ist damit eine maximale entnehmbare Energie sichergestellt.In a further advantageous embodiment of the invention, the second battery unit of the battery was added to the battery during a unit exchange in which at least one third battery unit was removed from the battery, with the second characteristic map being stored in a control device for controlling the adjustment of the state of charge when the unit was exchanged, in particular wherein the at least one first battery cell is of a first cell type and the at least one second battery cell is of a second cell type different from the first. Different cell types can be characterized in particular by different cell characteristics, such as different voltages with the same charge states, different capacities and/or different cell chemistries. The invention and its embodiments advantageously make it possible to carry out voltage-based cell balancing even when the battery cells are of different cell types. In the event of a unit replacement, for example a battery module replacement, the corresponding characteristic curves can simply be supplied to the control device and stored there. For example, a diagnostic tester, which can be communicatively coupled to the control unit when a unit is exchanged, can be used to inform the control unit, ie the control device, that an exchange is taking place or has taken place and what the characteristics in the new cells look like. With this information, the Control device put the characteristics in relation to each other, for example with a factor by which the current cell voltage of the new battery cells is then multiplied in order to carry out a voltage-based cell balancing. Even if the cell voltages then deviate from one another in a balanced battery, maximum energy that can be drawn is thus ensured.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Anpassens von Ladezuständen zumindest zweier Batterieeinheiten einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, wobei die zumindest zwei Batterieeinheiten eine erste Batterieeinheit, die mindestens eine erste Batteriezelle aufweist, und eine zweite Batterieeinheit, die mindestens eine zweite Batteriezelle aufweist, umfassen, wobei der ersten Batterieeinheit eine erste Spannung zugeordnet ist und der zweiten Batterieeinheit eine zweite Spannung zugeordnet ist. Weiterhin ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, das Anpassen der Ladezustände derart zu steuern, dass die erste und zweite Spannung nach dem Anpassen zumindest innerhalb eines bestimmten ersten Toleranzbereichs übereinstimmen, wobei die der ersten Batterieeinheit zugeordnete erste Spannung eine gemessene über der ersten Batterieeinheit abgreifbare erste Spannung darstellt. Darüber hinaus ist in der Steuereinrichtung ein der ersten Batterieeinheit zugeordnetes erstes Kennfeld und ein der zweiten Batterieeinheit zugeordnetes zweites Kennfeld gespeichert, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, in Abhängigkeit vom ersten und zweiten Kennfeld eine Umrechnungsvorschrift bereitzustellen und eine gemessene über der zweiten Batterieeinheit abgreifbare zweite Spannung gemäß der bereitgestellten Umrechnungsvorschrift zu normieren und die der zweiten Batterieeinheit zugeordnete zweite Spannung als die gemäß der Umrechnungsvorschrift normierte zweite Spannung bereitzustellen.Furthermore, the invention also relates to a control device for controlling an adjustment of states of charge of at least two battery units of a battery for a motor vehicle, the at least two battery units being a first battery unit which has at least one first battery cell and a second battery unit which has at least one second battery cell , wherein the first battery pack is associated with a first voltage and the second battery pack is associated with a second voltage. Furthermore, the control device is designed to control the adjustment of the state of charge in such a way that the first and second voltage after the adjustment match at least within a specific first tolerance range, the first voltage assigned to the first battery unit representing a measured first voltage that can be tapped across the first battery unit . In addition, a first characteristic map assigned to the first battery unit and a second characteristic map assigned to the second battery unit are stored in the control device, with the control device being designed to provide a conversion rule as a function of the first and second characteristic diagrams and a measured second voltage that can be tapped across the second battery unit to standardize according to the provided conversion rule and to provide the second battery unit assigned second voltage as the second voltage normalized according to the conversion rule.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung. Darüber hinaus ermöglichen die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen Ausgestaltungen genannten Verfahrensschritte die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung durch weitere korrespondierende gegenständlichen Merkmale.The advantages described for the method according to the invention and its embodiments apply in the same way to the control device according to the invention. In addition, the method steps mentioned in connection with the method according to the invention and its configurations enable further development of the control device according to the invention through further corresponding physical features.
Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eines seiner Ausgestaltungen auszuführen. Die Steuervorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.A control device according to the invention can be designed to carry out a method according to the invention or one of its configurations. The control device can have a data processing device or a processor device that is set up to carry out an embodiment of the method according to the invention. For this purpose, the processor device can have at least one microprocessor and/or at least one microcontroller and/or at least one FPGA (Field Programmable Gate Array) and/or at least one DSP (Digital Signal Processor). Furthermore, the processor device can have program code which is set up to carry out the embodiment of the method according to the invention when executed by the processor device. The program code can be stored in a data memory of the processor device.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Steuereinrichtung oder einer ihrer Ausführungsformen. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.Furthermore, the invention also relates to a motor vehicle with a control device according to the invention or one of its embodiments. The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
Die Batterie kann dabei zum Beispiel eine Hochvoltbatterie darstellen. Das Kraftfahrzeug kann zum Beispiel als Elektro- und/oder Hybridfahrzeug ausgebildet sein. Die Batterie kann weiterhin mehrere Batteriemodule aufweisen, die wiederum mehrere einzelne Batteriezellen umfassen. Die Batteriezellen können dabei auch parallel zueinander geschaltet sein, wobei dann nur Batteriezellen des gleichen Typs zueinander parallel geschaltet sind. Eine solche Parallelschaltung wird als Batterieeinheit bezeichnet. Eine Batterieeinheit kann aber auch nur aus einer einzelnen Batteriezelle bestehen.The battery can be a high-voltage battery, for example. The motor vehicle can be designed as an electric and/or hybrid vehicle, for example. The battery can also have multiple battery modules, which in turn include multiple individual battery cells. The battery cells can also be connected in parallel with one another, in which case only battery cells of the same type are connected in parallel with one another. Such a parallel connection is referred to as a battery unit. However, a battery unit can also consist of just a single battery cell.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.The invention also includes the combinations of features of the described embodiments. The invention also includes implementations that each have a combination of the features of several of the described embodiments, unless the embodiments were described as mutually exclusive.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Steuereinrichtung zum Steuern eines Balancing-Vorgangs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und -
2 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Balancing einer Batterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 a schematic representation of a motor vehicle with a control device for controlling a balancing process according to an embodiment of the invention; and -
2 a flowchart to illustrate a method for balancing a battery according to an embodiment of the invention.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features that are to be considered independently of one another Invention is, which each develop the invention independently. Therefore, the disclosure is also intended to encompass combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols designate elements with the same function.
Für Batteriezellen des gleichen Zelltyps mit gleichen Zellcharakteristiken, das heißt gleicher Kapazität und gleichen Kennlinien, lässt sich ein spannungsbasiertes Zell-Balancing einfach dadurch bereitstellen, indem alle Zellen auf ein gleiches Spannungsniveau angepasst werden, indem zum Beispiel Zelten mit höheren Spannungen auf das Niveau der anderen Zellen entladen werden. Auch in
Würden beim Tausch von Zellen andere Zelltypen eingebaut werden, so könnte es gemäß bisheriger Balancing-Verfahren durch die verschiedenen Kennlinien 26, 28 dazu kommen, dass das Balancing die Ladungsunterschiede in den Zellen vergrößert, statt sie auszugleichen. Dadurch würden im folgenden Entladevorgang einige Zellen vorzeitig das untere Ende des Spannungsbereichs erreichen und die entnehmbare Energie damit sinken. Dieses Problem kann nun vorteilhafterweise durch die Erfindung und ihre Ausführungsformen vermieden werden. Dies wird nunmehr detaillierter anhand von
Vor dem Balancing wird also zunächst in Schritt S12 in Abhängigkeit von der ersten und zweiten Kennlinie 26, 28 eine Umrechnungsvorschrift F ermittelt. Beispielsweise kann das Steuergerät 14 die beiden Kennlinien 26, 28 zum Beispiel für einen vorbestimmten Ladezustandsbereich zueinander in Relation setzen und daraus zum Beispiel einen Faktor als Beispiel für eine solche Umrechnungsvorschrift F ermitteln, mit dem dann die aktuelle Zellspannung der neuen Zellen multipliziert werden kann. Hierfür wird zunächst im Zuge des Balancings nun in Schritt S14 die aktuelle erste Zellspannung U1 der ersten Batteriezelle 18 gemessen, sowie die aktuelle zweite Zellspannung U2, welche über der zweiten Batteriezellen 22 abfällt. Weiterhin wird in Schritt S16 nun aus dieser gemessenen zweiten Spannung U2 eine normierte zweite Spannung U2' ermittelt, indem die zuvor ermittelte Umrechnungsvorschrift F auf die gemessene Spannung U2 angewandt wird. Beispielsweise kann die gemessene zweite Spannung U2 mit dem genannten Faktor multipliziert werden, was als Ergebnis die normierte Spannung U2' liefert. Anschließend wird das spannungsbasierte Zell-Balancing, gemäß welchem die einzelnen Zellspannungen aneinander angeglichen werden, nun basierend auf dieser zweiten normierten Spannung U2' durchgeführt und nicht auf Basis der tatsächlich über der zweiten Batteriezelle 22 abfallenden Spannung U2. Zu diesem Zweck kann also nun in Schritt S18 zunächst verglichen werden, welche der beiden Spannungen größer ist. Ist die erste Spannung U1 größer als die normierte zweite Spannung U2', so wird zu Schritt S20 übergegangen und die erste Batteriezelle 28 zum Teil entladen, sodass sich deren erste Spannung U1 an die zweite normierte Spannung U2' angleicht. Wird stattdessen in Schritt S18 festgestellt, dass die zweite normierte Spannung U2' größer ist als die erste Spannung U1, so wird zu Schritt S22 übergegangen und die zweite Batteriezelle 22 zum Teil entladen, sodass sich die zweite normierte Spannung U2' an den Wert der ersten Spannung U1 angleicht. Im Falle, dass bereits in Schritt S18 festgestellt wird, dass die beiden Spannungen U1, U2' gleich sind, so muss kein Balancing durchgeführt werden.Before the balancing, a conversion rule F is first determined in step S12 as a function of the first and second
Durch das Bereitstellen der Umrechnungsvorschrift F, die nicht nur als Faktor, sondern beispielsweise auch als Offset bereitgestellt sein kann, ist es vorteilhafterweise möglich, dass der Balancing-Algorithmus, der vom Steuergerät 14 ausgeführt wird, immer auch die Gleichheit der Werte U1, U2' prüfen kann. Es ist also eine Vorverarbeitung der neuen Zellspannungen denkbar, die dazu führt, dass normierte Spannungen U2' als Eingangsgrößen für die Balancing-Funktion zur Verfügung stehen. Mit anderen Worten kann die Balancing-Funktion, wie bisher auch, ausgeführt werden, es wird lediglich vorab ein normierter zweiter Spannungswert U2' für die neuen Batteriezellen 22 bereitgestellt, der dann an die Stelle der tatsächlichen Spannungen U2 tritt. Dieses Verfahren funktioniert auch, wenn das spannungsbasierte Balancing nur bei vollgeladener Batterie durchgeführt wird und in anderen Ladezustandsbereichen zum Beispiel ladungsbasiert gebalanced wird. Das ladungsbasierte Balancing unterscheidet sich in dem Fall gar nicht, egal ob alle Zellen vom gleichen Typ sind oder ob es einen Mischverbau gibt. Da aber ein ladungsbasiertes Balancing weniger genau ist, ist es umso vorteilhafter, dass nunmehr das spannungsbasierte Balancing über die Bereitstellung der Umrechnungsvorschrift F umso genauer durchgeführt werden kann.By providing the conversion rule F, which can be provided not only as a factor but, for example, also as an offset, it is advantageously possible for the balancing algorithm, which is executed by the
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Balancing-Strategie für Lithium-Ionen-Batterien mit verschiedenen Zelltypen bereitgestellt werden kann, die es ermöglicht, dass Zellen verschiedenen Typs im Mischverbau betrieben werden können und trotzdem das Zell-Balancing für einen sinnvollen Ladungsausgleich genutzt werden kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die gesamte Kapazität der Zellen genutzt werden kann.Overall, the examples show how the invention can provide a balancing strategy for lithium-ion batteries with different cell types, which makes it possible for cells of different types to be operated in mixed installation and still use cell balancing for meaningful charge equalization can be. This ensures that the entire capacity of the cells can be used.
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- EP 2730006 B1 [0003]EP 2730006 B1 [0003]
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