DE102020204744A1

DE102020204744A1 - Verfahren zum Betrieb eines Batteriepacks und Batteriepack

Info

Publication number: DE102020204744A1
Application number: DE102020204744.8A
Authority: DE
Inventors: Lothar Schindele; Johannes Schneider; Mario Kluender; Olivier Cois
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-04-15
Filing date: 2020-04-15
Publication date: 2021-10-21
Also published as: FR3109448B1; CN113540583A; FR3109448A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriepacks (10), das eine Mehrzahl von seriell miteinander verschalteten Batteriezellen (2), eine Mehrzahl von ansteuerbaren Schaltern (4, 6) zum Aktivieren und Deaktivieren der Batteriezellen (2) in einem Lade- oder Entladebetrieb des Batteriepacks (10) und ein Managementsystem (30) zum Überwachen der Batteriezellen (2) und zum Ansteuern der Schalter (4, 6) aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Batteriepack (10), das eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriepacks, das eine Mehrzahl von seriell miteinander verschalteten Batteriezellen, eine Mehrzahl von ansteuerbaren Schaltern zum Aktivieren und Deaktivieren der Batteriezellen in einem Lade- oder Entladebetrieb des Batteriepacks und ein Managementsystem zum Überwachen der Batteriezellen und zum Ansteuern der Schalter aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Batteriepack, das eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Stand der Technik
In Batteriepacks für Kraftfahrzeuge werden mehrere Batteriezellen in Serie geschaltet, um auf ein höheres Spannungsniveau zu kommen. Dies ist 5 erforderlich, um das bei Kraftfahrzeugen nötige Leistungsniveau von einigen zehn bis hundert Kilowatt zu erreichen, da der maximal mögliche Strom durch die ohmschen Verluste begrenzt ist. Somit wird die maximal erreichbare Leistung sowohl durch die Spannungslage des Batteriepacks als auch durch den maximal möglichen Strom begrenzt.
Beispielsweise ist die Spannungslage bei 48 V-Systemen so gewählt, dass sie stets unter der 60 V-Grenze für Hochvolt-Bordnetze bleibt. Damit ist deren Leistung inhärent auf einige zehn Kilowatt begrenzt. Durch den Einsatz von hochstromfähiger Halbleitertechnik kann die Leistungsfähigkeit eines 48 V-Systems erhöht werden. Hierzu werden pro Batteriezelle zwei Schalter verbaut, und zwar einer in Serie zur Batteriezelle und einer parallel dazu. Somit kann jede serielle Batteriezelle aus Systemsicht aktiviert oder überbrückt werden. Die Packspannung des Batteriepacks wird damit stufenweise einstellbar.
Dies ermöglicht es, mehr Batteriezellen als sonst bei einem 48 V-System in Serie zu schalten, ohne dass im Betrieb die 60 V-Grenze überschritten wird. Steigt die Spannung beim Rekuperieren bzw. im Ladebetrieb an, werden einzelne Batteriezellen deaktiviert, um die Spannungsgrenze einzuhalten. Im Boostbetrieb bzw. Entladebetrieb werden zusätzliche Batteriezellen aktiviert, um die Systemspannung auf hohem Niveau zu halten, sodass eine höhere Leistung erzielt werden kann.
Das Dokument CN 105226744 A offenbart ein Verfahren für ein aktives Zellenbalanci ngsystem.
Aus dem Dokument US 2011/0285356 A1 sind ein Verfahren und Schaltungen zum adaptiven Laden einer Batterie bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Batteriepacks vorgeschlagen. Das Batteriepack umfasst dabei eine Mehrzahl von seriell miteinander verschalteten Batteriezellen und eine Mehrzahl von ansteuerbaren Schaltern zum Aktivieren und Deaktivieren der Batteriezellen in einem Lade- oder Entladebetrieb des Batteriepacks. Das Batteriepack umfasst ferner ein Managementsystem zum Überwachen der Batteriezelle und zum Ansteuern der Schalter.
Unter den seriell miteinander verschalteten Batteriezellen wird verstanden, dass es sich um mehrere parallel geschaltete Batteriezellen in einem seriell verschalteten Strang handeln kann.
Bei den ansteuerbaren Schaltern des Batteriepacks handelt es sich insbesondere um Halbleiterschalter, wie beispielsweise MOSFETs oder IGBTs.
Beispielsweise können jeder der Batteriezellen ein erster Schalter und ein zweiter Schalter zugeordnet sein. Dabei ist der erste Schalter seriell zu der zugehörigen Batteriezelle geschaltet, während der zweite Schalter parallel zu einer durch den ersten Schalter und die zugehörige Batteriezelle ausgebildeten Reihenschaltung geschaltet ist.
Die Batteriezellen können jeweils mit einem ersten Schalter und einem zweiten Schalter versehen sein. Es ist auch denkbar, dass die ansteuerbaren Schalter zu einer Schalteinheit, die durch das Managementsystem angesteuert wird, gesammelt werden.
Beim Durchführen des Verfahrens werden zunächst eine obere Packspannungsgrenze des Batteriepacks und eine untere Packspannungsgrenze des Batteriepacks bestimmt. Darüber hinaus werden ein maximaler Ladestrom des Batteriepacks und ein maximaler Entladestrom des Batteriepacks bestimmt, die von weiteren Größen, wie beispielsweise Temperatur oder Ladezustand abhängig sein können. Weiterhin werden eine obere Zellenspannungsgrenze der Batteriezelle sowie eine untere Zellenspannungsgrenze der Batteriezelle bestimmt.
Ferner wird eine maximal erwünschte Ladezustandsabweichung zwischen den Batteriezellen bestimmt. Da die Gesamtleistung des Batteriepacks von der schwächsten Batteriezelle begrenzt wird, ist eine gleichverteilter Alterung der Batteriezellen ebenfalls wünschenswert.
Es wird auch eine maximal erwünschte Ladungsdurchsatzabweichung zwischen den Batteriezellen bestimmt. Da die Alterung der Batteriezelle stark mit dem Ladungsdurchsatz korreliert, ist ein gleichförmig auf die Batteriezellen verteilter Ladungsdurchsatz auch wünschenswert. Dabei wird unter Ladungsdurchsatz eine kumulierte Ladungsmenge im Ladebetrieb verstanden.
Bevorzugt werden die oben genannten, zu bestimmenden Größen im Lade- oder Entladebetrieb des Batteriepacks dynamisch vorgegeben. Damit können beispielsweise eine Packtemperatur oder ein Alterungszustand des Batteriepacks ebenfalls berücksichtigt werden.
Anschließend werden ein Packstrom des Batteriepacks, eine Packspannung des Batteriepacks, Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen sowie Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen ermittelt.
Danach werden die oben ermittelten Größen geprüft. Es wird geprüft, ob der betragsmäßige Packstrom kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist, ob die Packspannung innerhalb der oberen und der unteren Packspannungsgrenze liegt, ob die Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen unterhalb der maximal erwünschten Ladezustandsabweichung liegen und ob die Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen unterhalb der maximal erwünschten Ladungsdurchsatzabweichung liegen.
Hierbei haben die obere und die untere Packspannungsgrenze absolute Priorität, d.h. es muss geschaltet werden, um diese einzuhalten. Das Ziel, dass die Packspannung innerhalb der oberen und der unteren Packspannungsgrenze eingehalten wird, bestimmt daher, wie viele Batteriezellen in einem Zeitschritt aktiv sind. Ein weiteres Ziel, dass die Ladezustandsabweichungen sowie die Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen innerhalb der bestimmten bzw. vorgegebenen Grenzen eingehalten werden, bestimmt dabei, welche Batteriezellen in dem Zeitschritt aktiv sind.
Wenn alle der genannten Bedingungen erfüllt werden, werden keine Schaltvorgänge durchgeführt. D.h. ein Aktivierungsmuster des vorangegangenen Zeitschritts für das Batteriepack bleibt weiterhin aktiv.
Dabei kann das Verfahren auch um dynamische Relaxationen der Bedingungen erweitert werden, um die Anzahl der Schaltvorgänge zu reduzieren. So kann beispielsweise die Anzahl der vergangenen Schaltvorgänge über ein exponentiell gewichtetes Moving-Average-Filter in einen Faktor umgerechnet werden, welcher auf mindestens 1 und auf einen Höchstwert beschränkt ist. Mit diesem Faktor werden die Grenzwerte für Ladezustands und Ladungsdurchsatzabweichungen multipliziert, um eine Reduktion der Schaltvorgänge zu erreichen.
Wenn eine der oben genannten, geprüften Größen die entsprechende Voraussetzung nicht erfüllt ist, wird ein neues Aktivierungsmuster für das Batteriepack ermittelt.
Hierzu werden zunächst die Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen von einem Mittelwert normiert. Dabei werden die Ladezustandsabweichungen in eine Ladungseinheit, wie z.B. Amperestunden oder Amperesekunden, umgerechnet, damit diese Größe im nächsten Schritt in derselben Einheit wie die Ladungsdurchsatzabweichungen vorliegt und keine einheitsbedingten Verzerrungen auftreten.
Die normierten Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen werden durch folgende Formel gegeben: $Δ {\bar{C}}_{S o C, i} = Δ C_{S o C, i} \cdot C_{0, i}$
Dabei ist i eine natürliche Zahl, ΔC̅_SoC,i die normierte Ladezustandsabweichung der i-ten Batteriezelle, ΔC_SoC,i die ermittelte Ladezustandsabweichung der i-ten Batteriezelle und C_0,i die Kapazität der i-ten Batteriezelle.
Anschließend werden die normierten Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen sowie der ermittelten Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen in einem ersten Koordinatensystem dargestellt. Dabei ist auf einer ersten Koordinatenachse des ersten Koordinatensystems die Ladungsdurchsatzabweichung der Batteriezelle aufgetragen, währende auf einer zweiten Koordinatenachse des ersten Koordinatensystems die normierte Ladezustandsabweichung der Batteriezelle aufgetragen ist.
Hierbei wird ein Bewegungsvektor für jede Batteriezelle gebildet.
Ein Bewegungsvektor einer aktiven Batteriezelle im Ladebetrieb, wobei unter einer aktiven Batteriezelle eine aktivierte bzw. aktiv geschaltete Batteriezelle zu verstehen ist, wird durch folgende Formel gegeben: $v_{c h g, a c t, i} = [\begin{matrix} 1 - \frac{1}{n} \cdot \sum_{j} c_{j} \\ \frac{{\hat{C}}_{0}}{C_{0, i}} - \frac{{\hat{C}}_{0}}{n} \cdot \sum_{j} \frac{c_{j}}{C_{0, j}} \end{matrix}]$
Dabei ist i eine natürliche Zahl, v_chg,act,i der Bewegungsvektor der i-ten Batteriezelle im Ladebetrieb, die aktiv geschaltet werden soll, Ĉ₀ durchschnittliche Kapazität der Batteriezellen des Batteriepacks, C_0,i die Kapazität der i-ten Batteriezelle, n eine natürliche Zahl und Gesamtzahl der Batteriezellen des Batteriepacks, c ein binärer Vektor, der aktive (c_j = 1) oder passive (c_j = 0) Batteriezellen angibt, j eine natürliche Zahl. Dabei wird unter einer passiven Batteriezelle eine deaktivierte bzw. überbrückte Batteriezelle verstanden.
Mit C_0,i ≈ Ĉ₀ und z = Σ_j c_j ergibt sich der Bewegungsvektor der aktiven Batteriezelle im Ladebetrieb: $v_{c h g, a c t, i} = [\begin{matrix} 1 - \frac{z}{n} \\ 1 - \frac{z}{n} \end{matrix}]$
Für z ≠ n und z ≠ 0 richtet der Bewegungsvektor v_chg,act,i daher in eine Richtung von 45° im ersten Koordinatensystem.
Es ist zu verstehen, dass nicht alle Batteriezellen gleichzeitig deaktiviert werden. Sind alle Batteriezellen aktiv, wird keine Transformation der Koordinatensysteme durchgeführt werden, da keine Bewegung der Batteriezellen relativ zueinander stattfindet.
Ein Bewegungsvektor einer passiven Batteriezelle im Ladebetrieb wird durch folgende Formel gegeben: $v_{c h g, p a s, i} = [\begin{matrix} - \frac{1}{n} \cdot \sum_{j} c_{j} \\ - \frac{{\hat{C}}_{0}}{n} \cdot \sum_{j} \frac{c_{j}}{C_{0, j}} \end{matrix}]$
Dabei ist v_chg,pas,i der Bewegungsvektor der i-ten Batteriezelle im Ladebetrieb, die passiv sein soll.
Mit C_0,i ≈ Ĉ₀ und z = Σ_j c_j ergibt sich der Bewegungsvektor der passiven Batteriezelle im Ladebetrieb: $v_{c h g, p a s, i} = - [\begin{matrix} \frac{z}{n} \\ \frac{z}{n} \end{matrix}]$
Für z ≠ n und z ≠ 0 richtet der Bewegungsvektor v_chg,pas,i daher in eine Richtung von -45° im ersten Koordinatensystem.
Im Entladebetrieb des Batteriepacks sind die Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen gleich Null. Die Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen im Entladebetrieb entsprechen den Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen im Ladebetrieb, aber mit umgekehrten Vorzeichen.
Ein Bewegungsvektor einer aktiven Batteriezelle im Entladebetrieb wird durch folgende Formel annähernd gegeben: $v_{d s g, a c t, i} = - [\begin{matrix} 0 \\ 1 - \frac{z}{n} \end{matrix}]$
Dabei ist v_dsg,act,i der Bewegungsvektor der i-ten Batteriezelle im Entladebetrieb, die aktiv geschaltet werden soll.
Für z ≠ n und z ≠ 0 richtet der Bewegungsvektor v_dsg,act,i daher in eine Richtung von -90° im ersten Koordinatensystem.
Ein Bewegungsvektor einer passiven Batteriezelle im Entladebetrieb wird durch folgende Formel annähernd gegeben: $v_{d s g, p a s, i} = [\begin{matrix} 0 \\ \frac{z}{n} \end{matrix}]$
Dabei ist v_dsg,pas,i der Bewegungsvektor der i-ten Batteriezelle im Entladebetrieb, die passiv sein soll.
Für z ≠ n und z ≠ 0 richtet der Bewegungsvektor v_dsg,pas,i daher in eine Richtung von 90° im ersten Koordinatensystem.
Danach werden die Bewegungsvektoren der jeweiligen Batteriezellen in ein zweites Koordinatensystem transformiert. Dabei weist das zweite Koordinatensystem eine Entlade-Koordinatenachse und eine Lade-Koordinatenachse auf. Die Entlade-Koordinatenachse des zweiten Koordinatensystems stellt dabei eine erste Bewegungsrichtung der Batteriezelle im Entladebetrieb des Batteriepacks im zweiten Koordinatensystem dar, während die Lade-Koordinatenachse des zweiten Koordinatensystems eine zweite Bewegungsrichtung der Batteriezelle im Ladebetrieb des Batteriepacks im zweiten Koordinatensystem darstellt.
Eine mögliche Transformationsmatrix wird durch folgende Formel annähernd gegeben: $T = [\begin{matrix} 1 & - 1 \\ \sqrt{2} & 0 \end{matrix}]$
Anschließend wird ein Aktivierungsmuster zum Aktivieren oder Deaktivieren der Batteriezellen im Lade- oder Entladebetrieb des Batteriepacks anhand der Bewegungsvektoren der jeweiligen Batteriezellen ermittelt.
Vorzugsweise werden die Batteriezellen bei der Ermittlung des Aktivierungsmusters zum Aktivieren oder Deaktivieren der Batteriezellen im Entladebetrieb des Batteriepacks zunächst entlang der ersten Koordinatenachse des zweiten Koordinatensystems sortiert, bevorzugt aufsteigend.
Danach wird eine Anzahl I von aktiven Batteriezellen zum Einhalten der oberen Packspannungsgrenze ermittelt. Dabei ist I eine natürliche Zahl. Im Falle einer aufsteigenden Sortierung, sind das die ersten I Batteriezellen des sortierten Vektors, sodass bei 1+1 aktiven Batteriezellen zum ersten Mal die obere Packspannungsgrenze überschritten wird.
Anschließend wird ein Aktivierungsmuster für das Batteriepack ermittelt.
Danach wird das Aktivierungsmuster angewendet.
Bevorzugt werden die Batteriezellen bei der Ermittlung des Aktivierungsmusters zum Aktivieren oder Deaktivieren der Batteriezellen im Ladebetrieb des Batteriepacks zunächst entlang der Lade-Koordinatenachse des zweiten Koordinatensystems sortiert, bevorzugt aufsteigend.
Danach wird eine erste Anzahl m von aktiven Batteriezellen zum Einhalten der oberen Packspannungsgrenze ermittelt. Dabei ist m eine natürliche Zahl. Im Falle einer aufsteigenden Sortierung, sind das die ersten m Batteriezellen des sortierten Vektors, sodass bei m+1 aktiven Batteriezellen zum ersten Mal die obere Packspannungsgrenze überschritten wird.
Anschließend wird eine erste Stromgrenze für die erste Anzahl m der aktiven Batteriezellen ermittelt. Hierbei besteht aufgrund des Zellenverhaltens der Batteriezellen die Möglichkeit, dass eine höhere Leistung erzielt werden kann, wenn eine zusätzliche Batteriezelle zugeschaltet wird und dafür der Strom reduziert wird, sodass alle Betriebsgrenzen eingehalten werden, oder eine weitere Batteriezelle deaktiviert wird, sodass der Strom entsprechend erhöht werden kann.
Daher werden gleichzeitig oder danach eine zweite Stromgrenze für eine zweite Anzahl m+1 von aktiven Batteriezellen und eine dritte Stromgrenze für eine dritte Anzahl m-1 von aktiven Batteriezellen ermittelt. Ist m gleich der Gesamtzahl n der seriell miteinander verschalteten Batteriezellen im Batteriepack, entfällt der Rechenschritt der zweite Stromgrenze für die zweite Anzahl m+1 der aktiven Batteriezellen. Hierbei werden die Strom- und Spannungsgrenzen der Batteriezellen sowie die Packspannungsgrenze des Batteriepacks berücksichtigt.
Danach wird eine maximale Leistung anhand der ermittelten ersten, zweiten und dritten Stromgrenze ermittelt.
Anschließend wird eine Anzahl aus der ersten Anzahl m, der zweiten Anzahl m+1 und der dritten Anzahl m-1 von aktiven Batteriezellen für die maximale Leistung gewählt.
Anschließend wird ein Aktivierungsmuster für das Batteriepack ermittelt.
Danach wird das Aktivierungsmuster angewendet.
Ferner wird ein Batteriepack vorgeschlagen, das eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.
Vorzugsweise sind jeder der Batteriezellen ein erster Schalter und ein zweiter Schalter zugeordnet. Dabei ist der erste Schalter seriell zu der zugehörigen Batteriezelle geschaltet, während der zweite Schalter parallel zu einer durch den ersten Schalter und die zugehörige Batteriezelle ausgebildeten Reihenschaltung geschaltet ist.
Bevorzugt sind die Batteriezellen jeweils mit einem ersten Schalter und einem zweiten Schalter versehen. Dabei ist der erste Schalter seriell zu der zugehörigen Batteriezelle geschaltet, während der zweite Schalter parallel zu einer durch den ersten Schalter und die zugehörige Batteriezelle ausgebildeten Reihenschaltung geschaltet ist.
Vorzugsweise umfasst das Batteriepack einen Sensor zur Messung des Packstroms, welcher durch das Batteriepack fließt. In diesem Fall können Zellenströme, welche durch die einzelnen Batteriezellen des Batteriepacks fließen, anhand des Aktivierungsmusters ermittelt werden. Denkbar ist auch, dass das Batteriepack Sensoren zur Messung der Zellenströme und zur Messung des Packstroms umfasst.
Vorzugsweise umfasst das Batteriepack Sensoren zur Messung von Zellenspannungen, welche an den einzelnen Batteriezellen des Batteriepacks anliegen, und zur Messung des Packspannung, welche am Batteriepack anliegt.
Es wird auch ein Fahrzeug vorgeschlagen, das eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen und/oder das erfindungsgemäße Batteriepack umfasst.
Vorteile der Erfindung
Vorgeschlagen wird ein regelbasiertes Verfahren, der sich effizient implementieren lässt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Packspannungsgrenzen des Batteriepacks so hoch wie möglich gehalten, um Ströme und damit Verluste und Alterungseffekte zu minimieren. Sollten einzelne Batteriezellen nicht aktiv sein, werden bevorzugt solche Batteriezellen deaktiviert, dass die Ladezustandsabweichung und die Ladungsdurchsatzabweichung aller Batteriezellen im Batteriepack simultan reduziert werden.
Hiermit lässt sich die Leistungsfähigkeiten einer Batterie im 48 V-Bordnetz erheblich erhöhen. Darüber hinaus entfallen Schaltungen für passives oder aktives Cell-Balancing, das bei konventionellen Batteriepacks zur Angleichung der Ladungszustände der seriellen Batteriezellen benötigt wird. Bei Hochvolt-Batteriesystemen könnte die Erfindung zur Beschränkung des Bordnetzspannungsbereichs genutzt werden, um Kosten und Effizienz der elektrischen Antriebskomponenten zu verbessern.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann darüber hinaus bei unterschiedlichen Anfangswerten des Ladezustands und Kapazitäten der Batteriezellen durchgeführt werden. Darüber hinaus kann es ggf. um weitere Größen, wie beispielsweise Zelltemperaturen, erweitert werden, durch Hinzufügen von weiteren Dimensionen zu den Koordinatensystemen.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 ein erstes Flussdiagramm des Verfahrens in einem Entladebetrieb eines Batteriepacks,
2 ein zweites Flussdiagramm des Verfahrens in einem Ladebetrieb des Batteriepacks,
3 eine schematische Darstellung eines ersten und eines zweiten Koordinatensystems und
4 eine schematische Darstellung eines zum Durchführen des Verfahrens eingerichteten Batteriepacks.

Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 zeigt ein erstes Flussdiagramm 100 des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Entladebetrieb eines Batteriepacks 10 (siehe 4).
Dabei werden in einem ersten Schritt 101 eine obere Packspannungsgrenze des Batteriepacks 10 und eine untere Packspannungsgrenze des Batteriepacks 10 bestimmt. Darüber hinaus werden ein maximaler Ladestrom des Batteriepacks 10 und ein maximaler Entladestrom des Batteriepacks 10 bestimmt. Weiterhin werden eine obere Zellenspannungsgrenze der Batteriezelle 2 (siehe 4) sowie eine untere Zellenspannungsgrenze der Batteriezelle 2 bestimmt.
Ferner werden im ersten Schritt 101 eine maximal erwünschte Ladezustandsabweichung zwischen den Batteriezellen 2 und eine maximal erwünschte Ladungsdurchsatzabweichung zwischen den Batteriezellen 2 bestimmt. Dabei wird unter Ladungsdurchsatz eine kumulierte Ladungsmenge im Ladebetrieb verstanden.
Bevorzugt werden die oben genannten, zu bestimmenden Größen dynamisch vorgegeben. Damit können beispielsweise eine Packtemperatur oder ein Alterungszustand des Batteriepacks 10 ebenfalls berücksichtigt werden.
In einem zweiten Schritt 102 werden ein Packstrom IP des Batteriepacks 10, eine Packspannung UP des Batteriepacks 10, Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 sowie Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 ermittelt. Die Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 sowie die Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 können beispielsweise durch Ermittlung der Zellenströme IZ der jeweiligen Batteriezellen 2 ermittelt werden.
In einem dritten Schritt 103 werden die oben ermittelten Größen geprüft. Es wird geprüft, ob der betragsmäßige Packstrom IP kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist, ob die Packspannung UP innerhalb der oberen und der unteren Packspannungsgrenze liegt, ob die Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 unterhalb der maximal erwünschten Ladezustandsabweichung liegen und ob die Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 unterhalb der maximal erwünschten Ladungsdurchsatzabweichung liegen.
Hierbei haben die obere und die untere Packspannungsgrenze absolute Priorität, d.h. es muss geschaltet werden, um diese einzuhalten. Das Ziel, dass die Packspannung UP innerhalb der oberen und der unteren Packspannungsgrenze eingehalten wird, bestimmt daher, wie viele Batteriezellen 2 in einem Zeitschritt aktiv sind. Ein weiteres Ziel, dass die Ladezustandsabweichungen sowie die Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 innerhalb der bestimmten bzw. vorgegebenen Grenzen eingehalten werden, bestimmt dabei, welche Batteriezellen 2 in dem Zeitschritt aktiv sind.
Wenn alle der genannten Bedingungen erfüllt werden, werden keine Schaltvorgänge durchgeführt. D.h. ein Aktivierungsmuster des vorangegangenen Zeitschritts für das Batteriepack 10 bleibt weiterhin aktiv.
Dabei kann das Verfahren auch um dynamische Relaxationen der Bedingungen erweitert werden, um die Anzahl der Schaltvorgänge zu reduzieren.
Wenn eine der oben genannten, geprüften Größen die entsprechende Voraussetzung nicht erfüllt ist, wird ein neues Aktivierungsmuster für das Batteriepack 10 ermittelt.
Hierzu werden in einem vierten Schritt 104 die Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 von einem Mittelwert normiert. Dabei werden die Ladezustandsabweichungen in eine Ladungseinheit, wie z.B. Amperestunden oder Ampersekunden, umgerechnet, damit diese Größe im nächsten Schritt in derselben Einheit wie die Ladungsdurchsatzabweichungen vorliegt und keine einheitsbedingten Verzerrungen auftreten.
In einem fünften Schritt 105 werden die normierten Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 sowie der ermittelten Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 in ein erstes Koordinatensystem 40 (siehe 3) dargestellt. Dabei ist auf einer ersten Koordinatenachse 41 (siehe 3) des ersten Koordinatensystems 40 die Ladungsdurchsatzabweichung der Batteriezelle 2 aufgetragen, währende auf einer zweiten Koordinatenachse 42 (siehe 3) des ersten Koordinatensystems 40 die normierte Ladezustandsabweichung der Batteriezelle 2 aufgetragen ist.
Hierbei wird ein Bewegungsvektor für jede Batteriezelle 2 gebildet.
In einem sechsten Schritt 106 werden die Bewegungsvektoren der jeweiligen Batteriezellen 2 in ein zweites Koordinatensystem 50 (siehe 3) transformiert. Dabei weist das zweite Koordinatensystem 50 eine Entlade-Koordinatenachse 51 (siehe 3) und eine Lade-Koordinatenachse 52 auf. Die Entlade-Koordinatenachse 51 des zweiten Koordinatensystems 50 stellt dabei eine erste Bewegungsrichtung der Batteriezelle 2 im Entladebetrieb des Batteriepacks 10 im zweiten Koordinatensystem 50 dar, während die Lade-Koordinatenachse 52 (siehe 3) des zweiten Koordinatensystems 50 eine zweite Bewegungsrichtung der Batteriezelle 2 im Ladebetrieb des Batteriepacks 10 im zweiten Koordinatensystem 50 darstellt.
In einem siebten Schritt 107 wird geprüft, dass das Batteriepack 10 im Entladebetrieb ist.
Anschließend wird ein Aktivierungsmuster zum Aktivieren oder Deaktivieren der Batteriezellen 2 im Entladebetrieb des Batteriepacks 10 anhand der Bewegungsvektoren der jeweiligen Batteriezellen 2 ermittelt.
Dabei werden die Batteriezellen 2 in einem achten Schritt 108 entlang der Entlade-Koordinatenachse 51 des zweiten Koordinatensystems 50 sortiert.
In einem neunten Schritt 109 wird eine Anzahl I von aktiven Batteriezellen 2 zum Einhalten der oberen Packspannungsgrenze ermittelt. Dabei ist I eine natürliche Zahl.
Anschließend wird ein Aktivierungsmuster für das Batteriepack 10 in einem zehnten Schritt 110 ermittelt.
In einem elften Schritt 111 wird das Aktivierungsmuster angewendet.
2 zeigt ein zweites Flussdiagramm 200 des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Ladebetrieb des Batteriepacks 10.
Hierbei entsprechen die ersten sechs Schritte 201 bis 206 den ersten sechs Schritten 101 bis 106, die zuvor in Ausführungsform der 1 beschrieben wurden.
Dabei werden in einem ersten Schritt 201 einer obere Packspannungsgrenze des Batteriepacks 10 und eine untere Packspannungsgrenze des Batteriepacks 10 bestimmt. Darüber hinaus werden ein maximaler Ladestrom des Batteriepacks 10 und ein maximaler Entladestrom des Batteriepacks 10 bestimmt. Weiterhin werden eine obere Zellenspannungsgrenze der Batteriezelle 2 sowie eine untere Zellenspannungsgrenze der Batteriezelle 2 bestimmt.
Ferner werden im ersten Schritt 201 eine maximal erwünschte Ladezustandsabweichung zwischen den Batteriezellen 2 und eine maximal erwünschte Ladungsdurchsatzabweichung zwischen den Batteriezellen 2 bestimmt. Dabei wird unter Ladungsdurchsatz eine kumulierte Ladungsmenge im Ladebetrieb verstanden.
Bevorzugt werden die oben genannten, zu bestimmenden Größen dynamisch vorgegeben. Damit können beispielsweise eine Packtemperatur oder ein Alterungszustand des Batteriepacks 10 ebenfalls berücksichtigt werden.
In einem zweiten Schritt 202 werden ein Packstrom IP des Batteriepacks 10, eine Packspannung UP des Batteriepacks 10, Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 sowie Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 ermittelt. Die Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 sowie die Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 können beispielsweise durch Ermittlung der Zellenströme IZ der jeweiligen Batteriezellen 2 ermittelt werden.
In einem dritten Schritt 203 werden die oben ermittelten Größen geprüft. Es wird geprüft, ob der betragsmäßige Packstrom IP kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist, ob die Packspannung UP innerhalb der oberen und der unteren Packspannungsgrenze liegt, ob die Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 unterhalb der maximal erwünschten Ladezustandsabweichung liegen und ob die Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 unterhalb der maximal erwünschten Ladungsdurchsatzabweichung liegen.
Wenn alle der genannten Bedingungen erfüllt werden, werden keine Schaltvorgänge durchgeführt. D.h. ein Aktivierungsmuster des vorangegangenen Zeitschritts für das Batteriepack 10 bleibt weiterhin aktiv.
Wenn eine der oben genannten, geprüften Größen die entsprechende Voraussetzung nicht erfüllt ist, wird ein neues Aktivierungsmuster für das Batteriepack 10 ermittelt.
Hierzu werden in einem vierten Schritt 204 die Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 von einem Mittelwert normiert. Dabei werden die Ladezustandsabweichungen in eine Ladungseinheit, wie z.B. Amperestunden oder Amperesekunden, umgerechnet, damit diese Größe im nächsten Schritt in derselben Einheit wie die Ladungsdurchsatzabweichungen vorliegt und keine einheitsbedingten Verzerrungen auftreten.
In einem fünften Schritt 205 werden die normierten Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 sowie der ermittelten Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 in ein erstes Koordinatensystem 40 dargestellt. Dabei ist auf einer ersten Koordinatenachse 41 des ersten Koordinatensystems 40 die Ladungsdurchsatzabweichung der Batteriezelle 2 aufgetragen, währende auf einer zweiten Koordinatenachse 42 des ersten Koordinatensystems 40 die normierte Ladezustandsabweichung der Batteriezelle 2 aufgetragen ist.
Hierbei wird ein Bewegungsvektor für jede Batteriezelle 2 gebildet.
In einem sechsten Schritt 206 werden die Bewegungsvektoren der jeweiligen Batteriezellen 2 in ein zweites Koordinatensystem 50 transformiert. Dabei weist das zweite Koordinatensystem 50 eine Entlade-Koordinatenachse 51 und eine Lade-Koordinatenachse 52 auf. Die Entlade-Koordinatenachse 51 des zweiten Koordinatensystems 50 stellt dabei eine erste Bewegungsrichtung der Batteriezelle 2 im Entladebetrieb des Batteriepacks 10 im zweiten Koordinatensystem 50 dar, während die Lade-Koordinatenachse 52 des zweiten Koordinatensystems 50 eine zweite Bewegungsrichtung der Batteriezelle 2 im Ladebetrieb des Batteriepacks 10 im zweiten Koordinatensystem 50 darstellt.
In einem siebten Schritt 207 wird geprüft, dass das Batteriepack 10 im Ladebetrieb ist.
Anschließend wird ein Aktivierungsmuster zum Aktivieren oder Deaktivieren der Batteriezellen 2 im Ladebetrieb des Batteriepacks 10 anhand der Bewegungsvektoren der jeweiligen Batteriezellen 2 ermittelt.
Dabei werden die Batteriezellen 2 in einem achten Schritt 208 entlang der Lade-Koordinatenachse 52 des zweiten Koordinatensystems 50 sortiert.
In einem neunten Schritt 209 wird eine erste Anzahl m von aktiven Batteriezellen 2 zum Einhalten der oberen Packspannungsgrenze ermittelt. Dabei ist m eine natürliche Zahl.
In einem zehnten Schritt 210 wird eine erste Stromgrenze für die erste Anzahl m der aktiven Batteriezellen 2 ermittelt. Hierbei besteht aufgrund des Zellenverhaltens der Batteriezellen 2 die Möglichkeit, dass eine höhere Leistung erzielt werden kann, wenn eine zusätzliche Batteriezelle 2 zugeschaltet wird und dafür der Strom reduziert wird, sodass alle Betriebsgrenzen eingehalten werden, oder eine weitere Batteriezelle 2 deaktiviert wird, sodass der Strom entsprechend erhöht werden kann.
Daher werden im zehnten Schritt 210 ebenfalls eine zweite Stromgrenze für eine zweite Anzahl m+1 von aktiven Batteriezellen 2 und eine dritte Stromgrenze für eine dritte Anzahl m-1 von aktiven Batteriezellen 2 ermittelt. Ist m gleich der Gesamtzahl n der seriell miteinander verschalteten Batteriezellen 2 im Batteriepack 10, entfällt der Rechenschritt der zweite Stromgrenze für die zweite Anzahl m+1 der aktiven Batteriezellen 2. Hierbei werden die Strom- und Spannungsgrenzen der Batteriezellen 2 sowie die Packspannungsgrenze des Batteriepacks 10 berücksichtigt.
In einem elften Schritt 211 wird eine maximale Leistung anhand der ermittelten ersten, zweiten und dritten Stromgrenze ermittelt.
In einem zwölften Schritt 212 wird eine Anzahl aus der ersten Anzahl m, der zweiten Anzahl m+1 und der dritten Anzahl m-1 von aktiven Batteriezellen 2 für die maximale Leistung gewählt.
Anschließend wird ein Aktivierungsmuster für das Batteriepack 10 in einem dreizehnten Schritt 213 ermittelt.
In einem vierzehnten Schritt 214 wird das Aktivierungsmuster angewendet.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Koordinatensystems 40 und eines zweiten Koordinatensystems 50.
Das erste Koordinatensystem 40 weist eine erste Koordinatenachse 41 und eine zweite Koordinatenachse 42 auf. Dabei stehen die erste Koordinatenachse 41 des ersten Koordinatensystems 40 und die zweite Koordinatenachse 42 des ersten Koordinatensystems 40 senkrecht zueinander. Auf der ersten Koordinatenachse 41 des ersten Koordinatensystems 40 ist die Ladungsdurchsatzabweichung aufgetragen. Auf der zweiten Koordinatenachse 42 des ersten Koordinatensystems 40 ist die normierte Ladezustandsabweichung aufgetragen.
Hierbei werden die normierten Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 sowie der ermittelten Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen 2 im ersten Koordinatensystem 40 dargestellt.
Anschließend wird ein Bewegungsvektor für jede Batteriezelle 2 gebildet.
Die Bewegungsvektoren der jeweiligen Batteriezellen 2 werden in das zweite Koordinatensystem 50 transformiert. Dabei weist das zweite Koordinatensystem 50 eine Entlade-Koordinatenachse 51 und eine Lade-Koordinatenachse 52 auf. Die Entlade-Koordinatenachse 51 des zweiten Koordinatensystems 50 stellt dabei eine erste Bewegungsrichtung der Batteriezelle 2 im Entladebetrieb des Batteriepacks 10 im zweiten Koordinatensystem 50 dar, während die Lade-Koordinatenachse 52 des zweiten Koordinatensystems 50 eine zweite Bewegungsrichtung der Batteriezelle 2 im Ladebetrieb des Batteriepacks 10 im zweiten Koordinatensystem 50 darstellt.
Wie oben beschrieben, steht die Entlade-Koordinatenachse 51 des zweiten Koordinatensystems 50 senkrecht zu der ersten Koordinatenachse 41 des ersten Koordinatensystems 40, während ein Winkel zwischen der Lade-Koordinatenachse 52 des zweiten Koordinatensystems 50 und der ersten Koordinatenachse 41 des ersten Koordinatensystems 40 45° beträgt.
Wie in 3 dargestellt, bewegen sich die Batteriezellen 2 immer entlang der Entlade- und der Lade-Koordinatenachse 51, 52 des zweiten Koordinatensystems 50. Im Entladebetrieb des Batteriepacks 10 bewegen sich die Batteriezellen 2 in einer ersten Richtung 61, wenn sie aktiv sind, und in einer zweiten Richtung 62, wenn sie passiv sind. im Ladebetrieb des Batteriepacks 10 bewegen sich die Batteriezellen 2 in einer dritten Richtung 63, wenn sie aktiv sind, und in einer vierten Richtung 64, wenn sie passiv sind.
In 3 sind auch eine erste Batteriezelle 21 und eine zweite Batteriezelle 22 dargestellt.
Im Entladebetrieb des Batteriepacks 10 wäre die erste Batteriezelle 21 bevorzugt passiv, sodass sie sich nach oben auf die Lade-Koordinatenachse 52 des zweiten Koordinatensystems 50 zubewegt. Die zweite Batteriezelle 22 würde dabei hingegen bevorzugt aktiv geschaltet werden, sodass sie sich nach unten hin zur Lade-Koordinatenachse 52 des zweiten Koordinatensystems 50 bewegt.
Im Ladebetrieb des Batteriepacks 10 wäre die erste Batteriezelle 21 bevorzugt aktiv und die zweite Batteriezelle 22 bevorzugt passiv, um sie in Richtung der Entlade-Koordinatenachse 51 des zweiten Koordinatensystems 50 zu bewegen.
Anhand der Bewegungsvektoren der jeweiligen Batteriezellen 2 werden ein Aktivierungsmuster für das Batteriepack 10 ermittelt.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines zum Durchführen des Verfahrens eingerichteten Batteriepacks 10, welches insbesondere zur Verwendung in einem Elektrofahrzeug vorgesehen ist. Das Batteriepack 10 umfasst eine Mehrzahl von Batteriezellen 2, die seriell miteinander verschaltet sind.
Unter den seriell miteinander verschalteten Batteriezellen 2 wird verstanden, dass es sich um mehrere parallel geschaltete Batteriezellen 2 in einem seriell verschalteten Strang handeln kann.
Jede der Batteriezellen 2 des Batteriepacks 10 weist ein negatives Terminal und ein positives Terminal auf. Jede Batteriezelle 2 liefert eine Zellenspannung UZ, welche zwischen dem negativen Terminal und dem positiven Terminal der Batteriezelle 2 anliegt.
Das Batteriepack 10 umfasst auch einen negativen Pol 11 und einen positiven Pol 12. Zwischen dem negativen Pol 11 und dem positiven Pol 12 liegt eine Packspannung UP an.
Das Batteriepack 10 umfasst ebenfalls eine Mehrzahl von ansteuerbaren Schaltern 4, 6 zum Aktivieren und Deaktivieren der Batteriezellen 2 in einem Lade- oder Entladebetrieb des Batteriepacks 10.
Wie in 4 dargestellt, sind jeder der Batteriezellen 2 ein erster Schalter 4 und ein zweiter Schalter 6 zugeordnet. Dabei ist der erste Schalter 4 seriell zu der zugehörigen Batteriezelle 2 geschaltet, während der zweite Schalter 6 parallel zu einer durch den ersten Schalter 4 und die zugehörige Batteriezelle 2 ausgebildeten Reihenschaltung geschaltet ist.
Das Batteriepack 10 umfasst auch einen hier nicht dargestellten Sensor zur Messung eines Packstroms IP, welcher durch das Batteriepack 10 fließt. In diesem Fall können Zellenströme IZ, welche durch die einzelnen Batteriezellen 2 des Batteriepacks 10 fließen, anhand des Aktivierungsmusters ermittelt werden.
Auch weist das Batteriepack 10 hier nicht dargestellte Sensoren zur Messung der Zellenspannungen UZ der einzelnen Batteriezellen 2 auf. Jeder der Batteriezellen 2 des Batteriepacks 10 ist ein Sensor zur Messung der Zellenspannung UZ der Batteriezelle 2 zugeordnet. Ferner weist das Batteriepack 10 einen Sensor zur Messung der Packspannung UP zwischen den Polen 11, 12 auf.
Denkbar ist auch, dass das Batteriepack 10 Sensoren zur Messung der Zellenströme IZ und zur Messung des Packstroms IP umfasst. In diesem Fall kann jeder der Batteriezellen 2 des Batteriepacks 10 ein Sensor zur Messung des Zellenstroms IZ der Batteriezelle 2 zugeordnet sein.
Das Batteriepack 10 umfasst ferner ein Managementsystem 30 zum Überwachen der Batteriezelle 2 und zum Ansteuern der Schalter 4, 6. Das Managementsystem 30 ist mit den hier nicht dargestellten Sensoren verbunden. Im Betrieb des Batteriepacks 10 werden Messwerte, die von den Sensoren erfasst werden, an das Managementsystem 30 übertragen.
Das Managementsystem 30 ist auch mit den jeweiligen Schaltern 4, 6 verbunden. Das Managementsystem 30 kann dabei jeden der Schalter 4, 6 separat ansteuern.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 105226744 A [0005]
US 2011/0285356 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Batteriepacks (10), das eine Mehrzahl von seriell miteinander verschalteten Batteriezellen (2), eine Mehrzahl von ansteuerbaren Schaltern (4, 6) zum Aktivieren und Deaktivieren der Batteriezellen (2) in einem Lade- oder Entladebetrieb des Batteriepacks (10) und ein Managementsystem (30) zum Überwachen der Batteriezellen (2) und zum Ansteuern der Schalter (4, 6) aufweist, umfassen folgende Schritte: a) Bestimmen einer oberen Packspannungsgrenze des Batteriepacks (10) und einer unteren Packspannungsgrenze des Batteriepacks (10), eines maximalen Ladestroms des Batteriepacks (10) und eines Entladestroms des Batteriepacks (10), einer oberen Zellenspannungsgrenze der Batteriezellen (2) und einer unteren Zellenspannungsgrenze der Batteriezellen (2), einer maximal erwünschten Ladezustandsabweichung zwischen den Batteriezellen (2) und einer maximal erwünschten Ladungsdurchsatzabweichung zwischen den Batteriezellen (2); b) Ermitteln eines Packstroms (IP) des Batteriepacks (10), einer Packspannung (UP) des Batteriepacks (10), Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen (2) und Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen (2); c) Prüfen, ob der betragsmäßige Packstrom (IP) kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist, ob die Packspannung (UP) innerhalb der oberen und der unteren Packspannungsgrenze liegt, ob die Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen (2) unterhalb der maximal erwünschten Ladezustandsabweichung liegen und ob die Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen (2) unterhalb der maximal erwünschten Ladungsdurchsatzabweichung liegen; d) Normieren der Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen (2), wenn eine der in Schritt c) geprüften Größen die entsprechende Voraussetzung nicht erfüllt ist, wobei keine Schaltvorgänge durchgeführt werden, wenn alle in Schritt c) geprüften Größen die entsprechenden Voraussetzungen erfüllt sind; e) Darstellen der normierten Ladezustandsabweichungen der jeweiligen Batteriezellen (2) und der ermittelten Ladungsdurchsatzabweichungen der jeweiligen Batteriezellen (2) in ein erstes Koordinatensystem (40), wobei auf einer ersten Koordinatenachse (41) des ersten Koordinatensystems (40) die normierte Ladezustandsabweichung der Batteriezelle (2) aufgetragen ist, während auf einer zweiten Koordinatenachse (42) des ersten Koordinatensystems (40) die Ladungsdurchsatzabweichung der Batteriezelle (2) aufgetragen ist, und Bilden eines Bewegungsvektors für jede Batteriezelle (2); f) Transformation der Bewegungsvektoren der jeweiligen Batteriezellen (2) in ein zweites Koordinatensystem (50), wobei eine Entlade-Koordinatenachse (51) des zweiten Koordinatensystems (50) eine erste Bewegungsrichtung der Batteriezelle (2) im Entladebetrieb des Batteriepacks (10) im zweiten Koordinatensystem (50) darstellt, während eine Lade-Koordinatenachse (52) des zweiten Koordinatensystems (50) eine zweite Bewegungsrichtung der Batteriezelle (2) im Ladebetrieb des Batteriepacks (10) im zweiten Koordinatensystem (50) darstellt; g) Ermitteln eines Aktivierungsmusters zum Aktivieren oder Deaktivieren der Batteriezellen (2) im Lade- oder Entladebetrieb des Batteriepacks (10).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Schritt a) zu bestimmenden Größen im Lade- oder Entladebetrieb des Batteriepacks (10) dynamisch vorgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt g) folgende Unterschritte im Entladebetrieb des Batteriepacks (10) umfasst: ga) Sortieren der Batteriezellen (2) entlang der Entlade-Koordinatenachse (51) des zweiten Koordinatensystems (50); gb) Ermitteln einer Anzahl I von aktiven Batteriezellen (2) zum Einhalten der oberen Packspannungsgrenze, wobei I eine natürliche Zahl ist; gc) Ermitteln eines Aktivierungsmuster für das Batteriepack (10); gd) Anwenden des Aktivierungsmusters.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt g) folgende Unterschritte im Ladebetrieb des Batteriepacks (10) umfasst: ge) Sortieren der Batteriezellen (2) entlang der Lade- Koordinatenachse (52) des zweiten Koordinatensystems (50); gf) Ermitteln einer erste Anzahl m von aktiven Batteriezellen (2) zum Einhalten der oberen Packspannungsgrenze, wobei m eine natürliche Zahl ist; gg) Ermitteln einer ersten Stromgrenze für die erste Anzahl m der aktiven Batteriezellen (2), einer zweiten Stromgrenze für eine zweite Anzahl m+1 von aktiven Batteriezellen (2), einer dritten Stromgrenze für eine dritte Anzahl m-1 von aktiven Batteriezellen (2); gh) Ermitteln einer maximalen Leistung anhand der ermittelten ersten, zweiten und dritten Stromgrenze; gi) Wählen einer Anzahl aus der ersten, der zweiten und der dritten Anzahl m, m+1, m-1 von aktiven Batteriezellen (2) für die maximale Leistung; gj) Ermitteln eines Aktivierungsmuster für das Batteriepack (10); gk) Anwenden des Aktivierungsmusters.
Batteriepack (10), das eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzuführen.
Batteriepack (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Batteriezelle (2) ein erster Schalter (4) und ein zweiter Schalter (6) zugeordnet sind, wobei der erste Schalter (4) seriell zu der zugehörigen Batteriezelle (2) geschaltet ist, wobei der zweite Schalter (6) parallel zu einer durch den ersten Schalter (4) und die zugehörige Batteriezelle (2) ausgebildeten Reihenschaltung geschaltet ist.
Batteriepack (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (2) jeweils mit einem ersten Schalter (4) und einem zweiten Schalter (6) versehen sind, wobei der erste Schalter (4) seriell zu der zugehörigen Batteriezelle (2) geschaltet ist, wobei der zweite Schalter (6) parallel zu einer durch den ersten Schalter (4) und die zugehörige Batteriezelle (2) ausgebildeten Reihenschaltung geschaltet ist.
Batteriepack (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriepack (10) einen Sensor zur Messung des Packstroms (IP), welche durch das Batteriepack (10) fließt, umfasst.
Batteriepack (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriepack (10) Sensoren zur Messung von Zellenspannungen (UZ), welche an den einzelnen Batteriezellen (2) des Batteriepacks (10) anliegen, und zur Messung des Packspannung (UP), welche am Batteriepack (10) anliegt, umfasst.
Fahrzeug, das eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzuführen und/oder ein Batteriepack (10) nach einem der Ansprüche 5 umfasst.