WO2013167465A1 - Verfahren und vorrichtung zum einstellen der ladezustände einer batterie - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum einstellen der ladezustände einer batterie Download PDF

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WO2013167465A1
WO2013167465A1 PCT/EP2013/059160 EP2013059160W WO2013167465A1 WO 2013167465 A1 WO2013167465 A1 WO 2013167465A1 EP 2013059160 W EP2013059160 W EP 2013059160W WO 2013167465 A1 WO2013167465 A1 WO 2013167465A1
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battery
charge
state
charged
charging
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PCT/EP2013/059160
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Inventor
Hans-Joerg Wolff
Konstantin DECU
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Samsung Sdi Co., Ltd.
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Publication date
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/21—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having the same nominal voltage
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/12—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries responding to state of charge [SoC]
    • B60L58/13—Maintaining the SoC within a determined range
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method for adjusting the states of charge of the battery modules of a partially discharged battery, wherein the battery has at least one battery string with a plurality of unevenly charged battery modules, each comprising at least one battery cell, and the charge states of the individual battery modules of the battery are determined.
  • the invention also relates to a corresponding device for
  • the invention relates to a vehicle with an inventive
  • Wind turbines are used, described.
  • the block diagram of such a drive system 10 is shown in FIG.
  • a battery system 101 includes a battery 100 connected to a
  • DC intermediate circuit 90 which comprises a capacitor
  • a pulse inverter 50 encompassed by the battery system 101, via which sinusoidal voltages, which are phase-shifted with respect to one another at three outputs, respectively, by means of two switchable semiconductor valves (not marked) and two diodes (not marked) for the operation of a three-phase
  • Electric motor (electric drive motor) 60 are provided.
  • Capacitance of capacitor 40 must be large enough to stabilize the voltage in DC link 90 for a period of time during which one of the switchable semiconductor valves is turned on. In a practical application such as an electric vehicle results in a high
  • the battery 100 comprises a battery string 110 having a plurality of battery modules connected in series, of which only two are shown in the drawing
  • Battery modules 120, 130 are shown. Between the battery module 120 and a positive pole 121 of the battery string 1 10, which forms a positive battery terminal in this case, a charging and disconnecting device 140 is connected. Optionally, a separator 150 may additionally be connected between the battery module 130 and a negative pole 131 of the battery string 110, which in this case forms a negative battery terminal.
  • the separating and charging devices 140, 150 are each designed to be by means of a
  • FIG. 2 shows a drive system 10 with a three-phase electric motor
  • (electric drive motor) 60 which is connected to a battery system 101 with a battery 100 with a step-adjustable output voltage
  • the battery 100 comprises three battery strings 1 10 connected in parallel, each similar to that shown in FIG.
  • Battery string are constructed.
  • the battery strings 1 10 are each electrically connected to the three-phase electric motor 60 via their positive pole 121 and the multiphase inverter integrated in the battery system 101 (not shown separately).
  • the battery 100 would be connected in parallel according to n
  • Battery strings 1 10 include. Each battery string 1 10 comprises a plurality of series-connected, between its negative pole 131 and its positive pole 121 arranged battery modules 120, 130, of which in the drawing per
  • All battery modules 120, 130 of the battery 100 further include a (not shown) coupling device, by means of which the battery modules 120, 130 can each be coupled to the associated battery string 1 10 and decoupled from the associated battery string 1 10.
  • BDC Battery Direct Converter
  • BDI Battery Direct Inverter
  • FIG. 3 shows a conventional battery 100 which is constructed in the same way as the battery from FIG. Like reference numerals have been used for like components of the battery 100. Also shown in FIG. 3 are four of the battery cells 11 1, which are encompassed by the battery module 120, and also four of the battery cells 11 1, which are encompassed by the battery module 130. In each case, only one battery cell per battery module 120, 130 is provided with the reference numeral 1 1 1. In Figure 3, the loading and
  • the charging and disconnecting device 140 includes a disconnecting switch 141 coupled in parallel with the series connection of a charging switch 142 and a charging resistor 143. Further, the separator 150 includes a circuit breaker 151.
  • Charge state LG of a conventional lithium-ion battery as a function of the time measured in hours t during a charging process.
  • FIG. 4 also shows the course of the measured output voltage U of the battery in volts and the course of the measured charging current for charging the battery in amperes.
  • LGK is the time-dependent state of charge characteristic of the battery
  • UK the time-dependent output voltage characteristic of the battery
  • IK the time-dependent characteristic of the charging current for charging the battery.
  • Battery modules or battery cells of the corresponding batteries evenly involved in the loading and unloading.
  • a uniform discharge must be ensured during operation and for larger deviations by a corresponding balancing process, such as by deliberate discharging, for example, in rest periods, this condition across all battery modules or battery cells brought about become.
  • the standard method known from the prior art for charging a battery consists of a phase (constant current charging range) during which the charging of the battery modules or the battery cells takes place by means of a constant current and of a further phase
  • Battery modules or the battery cells up to the maximum state of charge by means of a constant voltage.
  • the battery strings connected in parallel which in each case comprise any battery modules with at least one battery cell each, must be charged separately from one another.
  • Discharge process is involved in the example of a conventional, in particular single-phase battery system with a battery 300 with _.
  • a battery string 310 which for example has four battery modules BM1, BM2, BM3 and BM4, with reference to Figures 5 and 6 described in more detail.
  • the reference numbers for the battery string 310 and the battery 300 comprising it are given only for the initial state of the battery 300, which is identified by A1 in FIG. The same procedure is followed in the illustration of FIG. 6.
  • FIG. 5 a first portion of the aforementioned process for setting the states of charge known from the prior art is shown in FIG. 5
  • the first section of said process comprises a
  • A1 indicates the state of the battery 300 prior to discharging EV1
  • B1 indicates the state of the battery 300 after discharging EV1 and before the equalizing operation BV1
  • C1 denotes the state of the battery 300 after the compensating process BV1.
  • Battery states A1, B1 and C1 which are indicated on the right next to the individual battery modules BM1, BM2, BM3 and BM4 in each case in percent.
  • LGA1, LGB1 and LGC1 the states of charge of the battery 300 as a whole are referred to in their three different states A1, B1 and C1.
  • the values for LGA1, LGB1 and LGC1 are each given in percent, above each corresponding to a battery state A1, B1 or CI
  • Discharging state EV1 all four battery modules are BM1, BM2, BM3,
  • the battery 300 as a whole also has one before the discharge process EV1
  • Total charge state LGA1 from 100% to.
  • all four battery modules BM1, BM2, BM3, BM4 are discharged.
  • the battery module BM1 is brought into a charge state LB1 of 69% and the battery modules BM2, BM4 and BM4 are each brought into a charge state LB1 of 70%.
  • the battery as a whole has a total charge state LGB1 of approximately 70% after the discharge process EV1.
  • Compensation BV1 also a total state of charge LGC1 of 69%. By means of the compensation process BV1, all four battery modules BM1, BM2, BM3, BM4 are uniformly discharged.
  • FIG. 6 shows a second and last section of the known prior art and partly shown in FIG
  • the second section of said process comprises a charging process (not marked), which has a first charging sub-operation LV1 1 following the compensation process BV1 shown in FIG. 5 and a second charging the first
  • Charging process LV1 1 following second charging sub-process LV12 has.
  • Constant current charging mode the four battery modules BM1, BM2, BM3 and BM4 loaded by means of a constant current.
  • Charging process LV12 the four battery modules BM1, BM2, BM3 and BM4 are charged in a constant voltage mode by means of a constant voltage.
  • C1 indicates the state of the battery 300 after
  • LC1, LD1 and LE1 Similar to the representation of FIG. 5, LC1, LD1 and LE1 also show the states of charge of the individual ones
  • Battery modules in the three different battery states C1, D1 and E1 and with LGC1, LGD1 and LGE1 the states of charge of the battery 300 as a whole in their three different states C1, D1 and E1 and indicated in percent.
  • the battery state C1 is identical to that shown in FIG.
  • all four battery modules BM1, BM2, BM3, BM4 are charged by means of a constant current to the same state of charge LD1 of 80%.
  • the battery as a whole also has a total charge state LGD1 of approximately 80% after the first charging sub-process LV1 1.
  • all four battery modules BM1, BM2, BM3, BM4 are respectively charged to a charge state LE1 of 100% by means of a constant voltage, that is to say fully charged in each case.
  • the battery as a whole also has a total charge state LGE1 of 100% after the first charging process LV1 1.
  • document DE 10 2008 021 090 A1 discloses a method for exchanging electrical charge between the serially connected accumulators of an accumulator arrangement, in which the voltages of the accumulators
  • Accumulators are measured in each case, at least one accumulator, in particular the accumulator with the smallest accumulator voltage or more of the accumulators with the smallest accumulator voltages, is selected based on the measured accumulator voltages /, and fed a previously removed from the accumulator energy at least partially the at least one selected accumulator becomes.
  • the individual accumulators of the accumulator arrangement different capacities, that is different maximum
  • Charging states may have and therefore individual accumulators are already charged earlier than the others during a charging process, the charging of the selected accumulators is preferably terminated when one of the accumulators has reached its maximum state of charge.
  • the states of charge of the individual accumulators are in particular matched to each other. The disadvantage here is that in order to set the same state of charge of all accumulators of the accumulator in addition to the charging a compensation process is required, resulting in a
  • a method for adjusting the states of charge of the battery modules of a battery, in particular a partially discharged battery, wherein the battery has at least one battery string with a plurality of unevenly charged battery modules, each comprising at least one battery cell, and the states of charge of the individual
  • Battery modules of the battery are determined.
  • the battery modules of the battery string each having a state of charge, which is lower than a first state of charge, which is the state of charge of the battery or the most heavily charged battery module or battery modules and in particular 65% to less than 75% of the state of charge of a fully charged battery module of the battery string is charged to at least one charging process by means of at least one charging source to the first state of charge.
  • Battery modules provided a battery, wherein the battery has at least one battery string with a plurality of battery modules, each comprising at least one battery cell, and the device is adapted to the
  • the device comprises at least one charging source and is also to formed, the battery modules of the battery string, each one
  • Charge state which is lower than a first state of charge, which is the state of charge of the battery or the most heavily charged battery module or battery modules, while at least one
  • Charging process by means of the charging source to charge the first state of charge.
  • At least one first battery module which is the at least one battery module of the battery string charged to the weakest, first of all has the charge state of at least one second battery
  • Battery module which is the at least one second weakest charged battery module of the battery string, charged by means of a non-power limited (or not current-limited) charging source. Furthermore, the first step of the charging process is repeated until all battery modules of the
  • Battery strings have the first state of charge.
  • the battery modules of the battery string each having a state of charge, which is lower than the first
  • Charge state is, at first all simultaneously by means of a current-limited
  • Charge state characteristic (charge curve), which has been exemplified in Figure 4, this leads to the fastest way to the maximum charge of a
  • the battery strings charged to the respective first state of charge are in each case in particular cyclically one behind the other as a whole and preferably as a function of the
  • first state of charge of each battery string to a second state of charge, which is the state of charge of the or the most heavily charged battery module or battery modules of the battery and in particular 65% to less than 75% of the state of charge of a fully charged battery module of the battery is charged.
  • the battery strings of the battery charged to the third state of charge are in each case completely charged one after the other by means of a constant voltage separately from one another and preferably cyclically one behind the other.
  • the battery string to be charged or the phase of the battery to be charged is rotated, preferably cyclically rotated so as to achieve a uniform charge of the entire battery system.
  • the charging strategy according to the invention makes it possible that the balancing of the charge states of the battery cells (battery cell balancing) is limited to ensuring a uniform charge within a battery module, which typically comprises 12 battery cells, instead of across all battery cells of a battery, which is typically a battery cell number on the order of 150, to guarantee.
  • the device according to the invention opens up the possibility of involving the individual battery modules of a conventional battery to different degrees in the occurring charging and discharging operations.
  • Another aspect of the invention relates to a battery system having a battery with at least one battery string having a plurality of each at least one
  • a further aspect of the invention relates to a battery management system which is designed to carry out the method according to the invention.
  • the battery is in particular a lithium-ion battery.
  • the invention also relates to a vehicle having a battery system according to the invention, which comprises a battery having at least one battery string with a plurality of battery modules each comprising at least one battery cell.
  • Figure 1 is a known from the prior art drive system with a battery system with a stage-adjustable output voltage, wherein the battery system is a battery with a battery string and a
  • FIG. 2 shows a drive system known from the prior art with a battery system with a step-adjustable output voltage, wherein the battery system comprises a battery with three battery strings and a polyphase pulse inverter,
  • Figure 3 shows a battery with a battery string according to the prior art, wherein in comparison to Figure 1, the battery and the charging and
  • FIG. 5 shows a first, schematically illustrated section of a process known from the prior art for adjusting the states of charge of the battery modules of a conventional battery
  • FIG. 6 shows a second, last and schematically represented section of the state-of-the-art and partly shown in FIG Operation for setting the charge states of the battery modules of a conventional battery
  • Figure 7 shows a first, schematically illustrated portion of a
  • Figure 8 shows a second, schematically illustrated portion of
  • Figure 7 process for adjusting the states of charge of the battery modules of a conventional battery according to the first embodiment of the invention
  • Figure 9 shows a third, last, schematically illustrated portion of
  • Battery modules of a conventional battery according to a first embodiment of the invention in which the battery modules or battery cells are involved unevenly in the charging and discharging process, using the example of a three-phase battery system (BDI) with a battery 300 with three
  • BDI three-phase battery system
  • Battery strings 310 which for example each have four battery modules BM1, BM2, BM3 and BM4, described in more detail with reference to Figures 7 to 9 for each of the three phases.
  • BM1, BM2, BM3 and BM4 battery modules BM1, BM2, BM3 and BM4
  • BM1 battery modules BM2, BM3 and BM4
  • BDIs battery systems
  • a single battery string 310 and the battery 300 comprising it only for the initial state of the battery 300, which is indicated in the figure 7 A2.
  • the same procedure is used in the illustrations of FIGS. 8 and 9.
  • the preferred percentage ranges may differ from the percentage ranges explicitly set forth herein so long as the same result is achieved.
  • FIG. 7 a first section of said process for setting the states of charge of the battery modules BM1, BM2, BM3 and BM4 of the battery 300 is shown in a highly schematic manner.
  • Section of said process according to the invention comprises a
  • Discharge EV2 and a discharge process EV2 subsequent first charging process LV21 a charging process according to the invention (not marked).
  • A2 indicates the state of the battery 300 before the discharging process EV2
  • B2 denotes the state of the battery 300 after the discharging process EV2 and before the charging sub-process LV21
  • C denotes the state of the battery 300 after the first charging sub-process LV21.
  • LA2, LB2 and LC2 also describe the states of charge of the individual battery modules in the three different battery states A2, B2 and C2, each in percent
  • LGA2, LGB2 and LGC2 the states of charge of the battery 300 as a whole are referred to in their three different states A2, B2 and C2.
  • the values for LGA2, LGB2 and LGC2 are also given as a percentage.
  • Discharge state EV2 all four battery modules BM1, BM2, BM3, BM4 of the battery 300 and thus the battery 300 as a whole are fully charged. Consequently, the four battery modules BM1, BM2, BM3, BM4 each have a charge state LA2 of 100% before the discharge process EV2.
  • battery 300 as a whole also has a total charge state LGA2 of 100% before discharging EV2.
  • Discharge of the battery 300 to any charge level of the individual four battery modules BM1 to BM4 in each of the three phases can be started to charge all the weaker battery modules BM1, BM2 and BM3 by means of a current-limited and / or power-limited charging source and after reaching the state of charge of the strongest Battery module BM4 the battery modules BM1, BM2 and BM3 from a corresponding first
  • the battery module BM1 is brought into a charge state LB2 of 65%, the battery module BM2 into a charge state LB2 of 67%, the battery module BM3 into a charge state LB2 of 69% and the battery module BM4 into a charge state LB2 of 70%.
  • the battery module BM1 is brought into a charge state LB2 of 65%, the battery module BM2 into a charge state LB2 of 67%, the battery module BM3 into a charge state LB2 of 69% and the battery module BM4 into a charge state LB2 of 70%.
  • the battery 300 as a whole has a total state of charge LGC2 between 67% and 70% after the first charging process LV21.
  • a second section of the process according to the invention and partially shown in FIG. 7 for setting the states of charge of the battery modules BM1, BM2, BM3 and BM4 of the battery 300 is shown in highly schematic form.
  • the second section of said process according to the invention comprises a second charging sub-process LV22 and a subsequent third charging sub-process LV23 of the charging process according to the invention (not
  • C2 designates the battery state after the first charging sub-process LV21 and before the second charging sub-process LV22 and is identical to the battery state C2 illustrated in FIG. Further, with D2, the battery state after the second charge dividing operation LV22 and before the third charge dividing operation LV23 and with E2, the battery state after the third
  • Charging process LV23 called. Similar to the representation of FIG. 7, the charge states LC2, LD2, LE2 of the individual battery modules in the three different battery states C2, D2 and E2 and with LGC2, LGD2 and LGE2 the charge states of the battery 300 as a whole in their three different states C2, D2 and E2 are indicated in percent.
  • Battery modules BM1, BM2 and BM3 charged to the charge level of the fourth strongest, and in this case the strongest battery module BM4. If multiple battery modules are present, all weaker battery modules are iteratively charged to the charge level of the strongest battery module of the battery string as described above. During the second charging process LV22 all four battery modules are charged unevenly. In this case, the battery module BM1 and the battery module BM2 are each brought into a charge state LD2 of 69% and the battery modules BM3 and BM4 are not charged, so that the battery module BM3 in a charge state LD2 of 69% and the battery module BM4 in a charge state LD2 of 70% stay.
  • the battery 300 as a whole has a total state of charge LGD2 between 69% and 70% after the second charging process LV22.
  • Battery module BM2 and the battery module BM3 each brought into a state of charge LE2 of 70% and the battery module BM4 is not charged, so that the battery module BM4 remains in a state of charge LE3 of 70%.
  • the battery 300 as a whole has after the third charging process LV23 a
  • Charging state can be started.
  • FIG. 9 shows a highly schematic representation of a third and last section of the process according to the invention for adjusting the states of charge of the battery modules BM1, BM2, BM3 and BM4 of the battery 300, partially shown in FIGS.
  • the process according to the invention comprises a fourth charging sub-operation LV24 and a subsequent fifth charging sub-operation L25 of the charging process according to the invention (not marked), the fourth charging sub-operation LV24 then follows the third charging sub-process LV23 shown in Figure 8.
  • E2 denotes the battery state after the third charging sub-process LV23 and before the fourth charging sub-process LV24.
  • the battery state E2 is identical to the battery state E2 shown in FIG.
  • F2 indicates the battery state after the fourth charge dividing operation LV24 and before the fifth charge dividing operation LV25 and G2 the battery state of the battery 300 after the fifth charge dividing operation LV25.
  • the charging states LE2, LF2, LG2 of the individual battery modules also become different in the three different ones
  • Constant current charging between all battery strings 310 or phases rotates, preferably cyclically rotated in order to achieve a uniform charging of all phases from this point in time and any time
  • the highest charge level of the entire battery was referred to as the second state of charge and marked in the illustrations of Figures 8 and 9 with LE2 and LGE2.
  • the second state of charge in the illustrations of FIGS. 8 and 9 is 70%.
  • LGF2 which in the illustration of FIG. 9 is 80% and corresponds to the switching point between a fourth charging sub-process LV24 and a corresponding fifth charging sub-process LV25, is the constant-voltage charging in each case between a respective battery sub-circuits 310 during a corresponding fifth charging sub-process LV25
  • phase rotates, preferably cyclically rotated in order to continue a uniform charging of all phases, in particular a uniform
  • the rotation through the individual battery strings can be controlled, for example, by the desired maximum deviation of the charge states of the battery strings during an interruption, which can be caused in particular by a power failure, or by the temperature of the battery modules.
  • the method according to the invention uses the software that is usually realized by means of software

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Ladezustände (LA2) der Batteriemodule (BM1, BM2, BM3, BM4) einer teilweise entladenen Batterie (300), wobei die Batterie (300) mindestens einen Batteriestrang (310) mit mehreren ungleichmäßig aufgeladenen Batteriemodulen (BM1, BM2, BM3, BM4), die jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassen, aufweist und die Ladezustände (LA2) der einzelnen Batteriemodule (BM1, BM2, BM3, BM4) der Batterie (300) ermittelt werden. Dabei werden die Batteriemodule (BM1, BM2, BM3) des Batteriestranges (310), die jeweils einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als ein erster Ladezustand (LE2, LGE2) ist, der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls (BM4) oder Batteriemodule (BM4) des Batteriestranges (310) ist, während mindestens eines Ladevorganges mittels mindestens einer Ladequelle auf den ersten Ladezustand (LE2, LGE2) aufgeladen.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen der Ladezustände einer Batterie
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer teilweise entladenen Batterie, wobei die Batterie mindestens einen Batteriestrang mit mehreren ungleichmäßig aufgeladenen Batteriemodulen, die jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassen, aufweist und die Ladezustände der einzelnen Batteriemodule der Batterie ermittelt werden. Auch betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung zum
Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer Batterie.
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung.
Stand der Technik
In früheren Patentanmeldungen der Anmelderin werden Antriebssysteme, die jeweils ein Batteriesystem mit einer stufig einstellbaren Ausgangsspannung aufweisen und heute beispielsweise in Elektro- und Hybridfahrzeugen oder auch in stationären Anwendungen wie bei der Rotorblattverstellung von
Windkraftanlagen zum Einsatz kommen, beschrieben. Das Prinzipschaltbild eines solchen Antriebssystems 10 ist in der Figur 1 dargestellt.
Ein Batteriesystem 101 umfasst eine Batterie 100, die an einen
Gleichspannungszwischenkreis 90, der einen Kondensator umfasst,
angeschlossen ist. An den Gleichspannungszwischenkreis 90 angeschlossen ist ein von dem Batteriesystem 101 umfasster Pulswechselrichter 50, über den an drei Ausgängen jeweils mittels zwei schaltbaren Halbleiterventilen (nicht gekennzeichnet) und zwei Dioden (nicht gekennzeichnet) gegeneinander phasenversetzte Sinusspannungen für den Betrieb eines dreiphasigen
Elektromotors (elektrischer Antriebsmotor) 60 bereitgestellt werden. Die Λ
Kapazität des Kondensators 40 muss groß genug sein, um die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis 90 für eine Zeitdauer, in der eines der schaltbaren Halbleiterventile durchgeschaltet wird, zu stabilisieren. In einer praktischen Anwendung wie einem Elektrofahrzeug ergibt sich eine hohe
Kapazität im Bereich von mF.
Die Batterie 100 umfasst einen Batteriestrang 1 10 mit mehreren in Reihe geschalteten Batteriemodulen, von denen in der Zeichnung nur zwei
Batteriemodule 120, 130 dargestellt sind. Zwischen dem Batteriemodul 120 und einem positiven Pol 121 des Batteriestranges 1 10, der in diesem Fall ein positives Batterieterminal bildet, ist eine Lade- und Trenneinrichtung 140 geschaltet. Optional kann zusätzlich zwischen dem Batteriemodul 130 und einem negativen Pol 131 des Batteriestranges 1 10, der in diesem Fall ein negatives Batterieterminal bildet, eine Trenneinrichtung 150 geschaltet werden. Die Trenn- und Ladeeinrichtungen 140, 150 sind jeweils dazu ausgebildet, die mittels einer
Koppeleinrichtung (nicht dargestellt) an den Batteriestrang 1 10 koppelbaren Batteriemodule 120, 130 von den Batterieterminals 121 , 131 abzutrennen, um die Batterieterminals 121 , 131 spannungsfrei zu schalten. In der Figur 2 ist ein Antriebssystem 10 mit einem dreiphasigen Elektromotor
(elektrischer Antriebsmotor) 60 dargestellt, der an ein Batteriesystem 101 mit einer Batterie 100 mit einer stufig einstellbaren Ausgangsspannung
angeschlossen ist. Zwischen dem Elektromotor 60 und der Batterie 100 ist ferner ein entsprechender mehrphasiger Wechselrichter (mehrphasiger Umrichter) angeordnet, der in dem Batteriesystem 100 integriert ist und deswegen hier nicht separat dargestellt wird. Die Batterie 100 umfasst drei parallel geschaltete Batteriestränge 1 10, die jeweils ähnlich wie der in Figur 1 dargestellte
Batteriestrang aufgebaut sind. Die Batteriestränge 1 10 sind jeweils über ihren positiven Pol 121 und den im Batteriesystem 101 integrierten mehrphasigen Wechselrichter (nicht separat dargestellt) mit dem dreiphasigen Elektromotor 60 elektrisch verbunden. Verallgemeinert ausgedrückt, für einen n-phasigen (n>2) Elektromotor würde die Batterie 100 entsprechend n parallel geschaltete
Batteriestränge 1 10 umfassen. Jeder Batteriestrang 1 10 umfasst mehrere in Reihe geschaltete, zwischen seinem negativen Pol 131 und seinem positiven Pol 121 angeordnete Batteriemodule 120, 130, von denen in der Zeichnung pro
Batteriestrang 1 10 nur zwei dargestellt worden sind. „
Alle Batteriemodule 120, 130 der Batterie 100 umfassen ferner eine (nicht dargestellte) Koppeleinrichtung, mittels der die Batteriemodule 120, 130 jeweils an den zugeordneten Batteriestrang 1 10 gekoppelt und von dem zugeordneten Batteriestrang 1 10 entkoppelt werden können.
Das in der Figur 1 dargestellte Batteriesystem wird als Batteriedirektumrichter (Battery Direct Converter (BDC)) bezeichnet, und das in der Figur 2 dargestellte Batteriesystem wird als Batteriedirektinverter (Batterie Direct Inverter (BDI)) bezeichnet.
In Figur 3 ist eine herkömmliche Batterie 100 dargestellt, die genauso wie die Batterie aus der Figur 1 aufgebaut ist. Gleiche Bezugszeichen wurden für gleiche Komponenten der Batterie 100 verwendet. In der Figur 3 dargestellt sind auch vier der Batteriezellen 1 1 1 , die von dem Batteriemodul 120 umfasst werden, und auch vier der Batteriezellen 1 1 1 , die von dem Batteriemodul 130 umfasst werden. Dabei ist jeweils nur eine Batteriezelle pro Batteriemodul 120, 130 mit dem Bezugszeichen 1 1 1 versehen. In der Figur 3 sind die Lade- und
Trenneinrichtung 140 und die Trenneinrichtung 150 detaillierter dargestellt. Die Lade- und Trenneinrichtung 140 umfasst einen Trennschalter 141 , der parallel zu der Reihenschaltung eines Ladeschalters 142 und eines Ladewiderstandes 143 gekoppelt ist. Ferner umfasst die Trenneinrichtung 150 einen Trennschalter 151 .
Bei solchen herkömmlichen Batterien 100, wie die in den Figuren 1 bis 3 beispielhaft dargestellten, sind alle Batteriemodule 120, 130 beziehungsweise Batteriezellen 1 1 1 immer gleichmäßig am Lade- beziehungsweise
Entladevorgang beteiligt.
In der Figur 4 ist der Verlauf des in Prozent angegebenen gesamten
Ladezustands LG einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie in Abhängigkeit von der in Stunden gemessenen Zeit t während eines Ladevorganges dargestellt.
Mit„gesamter Ladezustand" LG wird hier der Ladezustand der Batterie als Ganzes und nicht der Ladezustand der einzelnen Batteriemodule
beziehungsweise der einzelnen Batteriezellen der Batterie bezeichnet. Dabei werden die Batteriemodule beziehungsweise die Batteriezellen der Batterie gleichmäßig an dem Ladevorgang beteiligt. In Figur 4 sind auch der Verlauf der gemessenen Ausgangsspannung U der Batterie in Volt und der Verlauf des gemessenen Ladestroms zum Aufladen der Batterie in Ampere dargestellt. Dabei wird mit LGK die zeitabhängige Ladezustandskennlinie der Batterie, mit UK die zeitabhängige Ausgangsspannungskennlinie der Batterie und mit IK die zeitabhängige Kennlinie des Ladestroms zum Aufladen der Batterie bezeichnet. Nach 2,5 h ist der Ladestrom auf 0 A abgesunken und ein Ladezustand LG der Batterie von nominal 100 % erreicht. Nach 2,5 h wird folglich der Ladevorgang der Batterie abgebrochen, da die Batterie vollständig geladen ist. Die in der Figur 4 dargestellten Verläufe sind aus„A- Jossen, W. Weydanz; Moderne
Akkumulatoren richtig eingesetzt" bekannt. In herkömmlichen einphasigen oder mehrphasigen Batteriesystemen, wie solche, die beispielhaft in den Figuren 1 und 2 dargestellt worden sind, sind alle
Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen der entsprechenden Batterien gleichmäßig am Lade- und Entladevorgang beteiligt. Um eine vollständige Ladung einer einphasigen oder mehrphasigen Batterie zu gewährleisten, muss während des Betriebs eine gleichmäßige Entladung sichergestellt werden und bei größeren Abweichungen durch einen entsprechenden Ausgleichsvorgang (Balancing), wie durch ein gezieltes Entladen beispielsweise in Ruhephasen, dieser Zustand über alle Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen herbeigeführt werden.
Die aus dem Stand der Technik bekannte Standardmethode zur Aufladung einer Batterie besteht aus einer Phase (Konstantstromladebereich), während der die Aufladung der Batteriemodule beziehungsweise der Batteriezellen mittels eines konstanten Stroms erfolgt und von einer weiteren Phase
(Konstantspannungsladebereich) gefolgt ist, während der die Aufladung der
Batteriemodule beziehungsweise der Batteriezellen bis zu dem maximalen Ladezustand mittels einer konstanten Spannung erfolgt. Bei mehrphasigen Batteriesystemen müssen zur Vermeidung unkontrollierter Ausgleichströme zwischen den parallel geschalteten Batteriesträngen, die jeweils beliebige Batteriemodule mit jeweils mindestens einer Batteriezelle umfassen, voneinander getrennt geladen werden.
Ein aus dem Stand der Technik bekannter Vorgang zum Einstellen der
Ladezustände der Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie, bei dem die Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen gleichmäßig am Lade- und
Entladevorgang beteiligt sind, wird an dem Beispiel eines herkömmlichen, insbesondere einphasigen Batteriesystems mit einer Batterie 300 mit _.
insbesondere einem Batteriestrang 310, der beispielhaft vier Batteriemodule BM1 , BM2, BM3 und BM4 aufweist, anhand der Figuren 5 und 6 näher beschrieben. Zur Vereinfachung der Darstellung aus der Figur 5 sind dort die Bezugszeichen für den Batteriestrang 310 und die ihn umfassende Batterie 300 nur für den anfänglichen Zustand der Batterie 300, der in der Figur 5 mit A1 gekennzeichnet ist, angegeben. Ähnlich wird auch bei der Darstellung aus der Figur 6 verfahren.
In der Figur 5 wird ein erster Abschnitt des genannten und aus dem Stand der Technik bekannten Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der
Batteriemodule BM1 , BM2, BM3 und BM4 der Batterie 300 stark schematisiert dargestellt. Der erste Abschnitt des genannten Vorganges umfasst einen
Entladevorgang EV1 und einen dem Entladevorgang EV1 folgenden
Ausgleichsvorgang (Balancing) BV1
In der Figur 5 wird mit A1 der Zustand der Batterie 300 vor dem Entladevorgang EV1 , mit B1 der Zustand der Batterie 300 nach dem Entladevorgang EV1 und vor dem Ausgleichsvorgang BV1 , und mit C1 der Zustand der Batterie 300 nach dem Ausgleichsvorgang BV1 bezeichnet. Mit LA1 , LB1 und LC1 werden ferner die Ladezustände der einzelnen Batteriemodule in den drei verschiedenen
Batteriezuständen A1 , B1 und C1 bezeichnet, die rechts neben den einzelnen Batteriemodulen BM1 , BM2, BM3 und BM4 jeweils in Prozent angegeben sind. Mit LGA1 , LGB1 und LGC1 werden die Ladezustände der Batterie 300 als Ganzes in ihren drei verschiedenen Zuständen A1 , B1 und C1 bezeichnet. Die Werte für LGA1 , LGB1 und LGC1 sind dabei jeweils in Prozent angegeben, oben über den jeweils einem Batteriezustand A1 , B1 oder CI entsprechenden
Batteriemodulen BM1 , BM2, BM3 und BM4.
In dem Batteriezustand A1 , der dem Zustand der Batterie 300 vor dem
Entladezustand EV1 entspricht, sind alle vier Batteriemodule BM1 , BM2, BM3,
BM4 der Batterie 300 und somit auch die Batterie 300 als Ganzes vollständig geladen. Folglich weisen die vier Batteriemodule BM1 , BM2, BM3, BM4 vor dem Entladevorgang EV1 jeweils einen Ladezustand LA1 von 100 % auf. Die Batterie 300 als Ganzes weist dadurch vor dem Entladevorgang EV1 auch einen
Gesamtladezustand LGA1 von 100 % auf. Während des Entladevorganges EV1 werden alle vier Batteriemodule BM1 , BM2, BM3, BM4 entladen. Dabei wird das Batteriemodul BM1 in einen Ladezustand LB1 von 69 % und die Batteriemodule BM2, BM4 und BM4 werden jeweils in einen Ladezustand LB1 von 70 % gebracht. Die Batterie als Ganzes weist nach dem Entladevorgang EV1 einen Gesamtladezustand LGB1 von circa 70 % auf.
Während des darauffolgenden Ausgleichsvorganges BV1 werden alle vier Batteriemodule BM1 , BM2, BM3, BM4 in denselben Ladezustand LC1 von 69 % gebracht. Die Batterie 300 als Ganzes weist dadurch nach dem
Ausgleichsvorgang BV1 ebenfalls einen Gesamtladezustand LGC1 von 69 % auf. Mittels des Ausgleichsvorgangs BV1 werden alle vier Batteriemodule BM1 , BM2, BM3, BM4 gleichmäßig entladen.
In der Figur 6 wird ein zweiter und letzter Abschnitt des genannten, aus dem Stand der Technik bekannten und in der Figur 5 teilweise dargestellten
Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule BM1 , BM2, BM3 und BM4 der Batterie 300 stark schematisiert dargestellt. Der zweite Abschnitt des genannten Vorganges umfasst einen Ladevorgang (nicht gekennzeichnet), der einen dem in der Figur 5 dargestellten Ausgleichsvorgang BV1 folgenden ersten Ladeteilvorgang LV1 1 und einen zweiten dem ersten
Ladeteilvorgang LV1 1 folgenden zweiten Ladeteilvorgang LV12 aufweist.
Während des ersten Ladeteilvorganges LV1 1 werden in einem
Konstantstromlademodus die vier Batteriemodule BM1 , BM2, BM3 und BM4 mittels eines konstanten Stroms geladen. Während des zweiten
Ladeteilvorganges LV12 werden die vier Batteriemodule BM1 , BM2, BM3 und BM4 in einem Konstantspannungsmodus mittels einer konstanten Spannung geladen. In der Figur 6 wird mit C1 der Zustand der Batterie 300 nach dem
Ausgleichsvorgang BV1 und vor dem Ladeteilvorgang LV1 1 , mit D1 der Zustand der Batterie 300 nach dem ersten Ladeteilvorgang LV1 1 und vor dem zweiten Ladeteilvorgang LV12 und mit E1 der Zustand der Batterie 300 nach dem zweiten Ladeteilvorgang LV12 bezeichnet. Ähnlich wie bei der Darstellung aus der Figur 5 werden mit LC1 , LD1 und LE1 ferner die Ladezustände der einzelnen
Batteriemodule in den drei verschiedenen Batteriezuständen C1 , D1 und E1 und mit LGC1 , LGD1 und LGE1 die Ladezustände der Batterie 300 als Ganzes in ihren drei verschiedenen Zuständen C1 , D1 und E1 bezeichnet und in Prozenten angegeben.
Der Batteriezustand C1 ist identisch mit dem in der Figur 5 dargestellten
Batteriezustand C1. Alle Batteriemodule weisen jeweils denselben Ladezustand LC1 von 69 % auf.
Während des ersten Ladeteilvorganges LV1 1 werden alle vier Batteriemodule BM1 , BM2, BM3, BM4 mittels eines konstanten Stroms jeweils auf denselben Ladezustand LD1 von 80 % aufgeladen. Die Batterie als Ganzes weist nach dem ersten Ladeteilvorgang LV1 1 ebenfalls einen Gesamtladezustand LGD1 von circa 80 % auf.
Während des zweiten Ladeteilvorganges LV12 werden alle vier Batteriemodule BM1 , BM2, BM3, BM4 mittels einer konstanten Spannung jeweils auf einen Ladezustand LE1 von 100 % aufgeladen, das heißt, jeweils vollständig aufgeladen. Die Batterie als Ganzes weist nach dem ersten Ladeteilvorgang LV1 1 ebenfalls einen Gesamtladezustand LGE1 von 100 % auf.
Somit werden während des ersten Ladeteilvorganges LV1 1 und des zweiten Ladeteilvorganges LV12 alle vier Batteriemodule BM1 , BM2, BM3, BM4 an einem aus dem ersten Ladeteilvorgang LV1 1 und dem zweiten Ladeteilvorgang LV12 bestehenden Ladevorgang gleichmäßig beteiligt.
Weiterhin sind aus einer früheren Patentanmeldung der Anmelderin Strategien zur Entladung und Aufladung von Batteriemodulen herkömmlicher Batterien mit dem Ziel der Reduktion der Ladezeit beschrieben.
Ferner ist aus dem Dokument DE 10 2008 021 090 A1 ein Verfahren zum Austausch elektrischer Ladung zwischen den seriell geschalteten Akkumulatoren einer Akkumulatoranordnung bekannt, bei dem die Spannungen der
Akkumulatoren jeweils gemessen werden, mindestens ein Akkumulator, insbesondere der Akkumulator mit der kleinsten Akkumulatorspannung oder mehrere der Akkumulatoren mit den kleinsten Akkumulatorspannungen, anhand der gemessenen Akkumulatorspannungen ausgewählt wird/werden, und eine zuvor aus der Akkumulatoranordnung entnommene Energie zumindest teilweise dem mindestens einen ausgewählten Akkumulator zugeführt wird. Da „
herstellungsbedingt oder bedingt durch unterschiedlichen Verschleiß während des Betriebs, die einzelnen Akkumulatoren der Akkumulatoranordnung unterschiedliche Kapazitäten, das heißt unterschiedliche maximale
Ladezustände aufweisen können und deswegen einzelne Akkumulatoren während eines Ladevorganges bereits früher als die anderen aufgeladen sind, wird der Ladevorgang der ausgewählten Akkumulatoren vorzugsweise beendet werden, sobald einer der Akkumulatoren seinen maximalen Ladezustand erreicht hat. Um eine möglichst lange Lebensdauer der Akkumulatoranordnung und eine möglichst große nutzbare Kapazität der Akkumulatoranordnung zu erreichen, werden die Ladezustände der einzelnen Akkumulatoren insbesondere aneinander angeglichen. Nachteilig dabei ist, dass zur Einstellung desselben Ladezustandes aller Akkumulatoren der Akkumulatoranordnung zusätzlich zu dem Ladevorgang ein Ausgleichsvorgang erforderlich ist, was zu einer
Verlängerung der Ladezeit der Akkumulatoranordnung führt.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer Batterie, insbesondere einer teilweise entladenen Batterie, bereitgestellt, wobei die Batterie mindestens einen Batteriestrang mit mehreren ungleichmäßig aufgeladenen Batteriemodulen, die jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassen, aufweist und die Ladezustände der einzelnen
Batteriemodule der Batterie ermittelt werden. Dabei werden die Batteriemodule des Batteriestranges, die jeweils einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als ein erster Ladezustand ist, der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls oder Batteriemodule des Batteriestranges ist und insbesondere 65 % bis kleiner 75 % des Ladezustandes eines vollständig aufgeladenen Batteriemoduls des Batteriestranges beträgt, während mindestens eines Ladevorganges mittels mindestens einer Ladequelle auf den ersten Ladezustand aufgeladen.
Ferner wird eine Vorrichtung zum Einstellen der Ladezustände der
Batteriemodule einer Batterie bereitgestellt, wobei die Batterie mindestens einen Batteriestrang mit mehreren Batteriemodulen, die jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassen, aufweist und die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die
Ladezustände der einzelnen Batteriemodule der Batterie zu ermitteln. Die Vorrichtung umfasst dabei mindestens eine Ladequelle und ist ferner dazu ausgebildet, die Batteriemodule des Batteriestranges, die jeweils einen
Ladezustand aufweisen, der niedriger als ein erster Ladezustand ist, der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls oder Batteriemodule des Batteriestranges ist, während mindestens eines
Ladevorganges mittels der Ladequelle auf den ersten Ladezustand aufzuladen.
Mittels der erfindungsgemäßen Ladestrategie der einzelnen Batteriemodule einer Batterie ist es möglich, bei einer teilentladenen Batterie nach einer möglichst kurzen Ladezeit wieder einen hohen Ladezustand der Batterie zu erreichen. Dabei wird von der Eigenschaft Gebrauch gemacht, dass ein vollständig entladenes Batteriemodul beziehungsweise Batteriezelle schnell wieder auf einen Ladezustand von 65 % bis kleiner 75 % gebracht werden kann, während die andere anschließende Aufladung auf einen Ladezustand von 100 % eine deutlich längere Zeit benötigt. Diese Eigenschaft ist auch anhand der Darstellung aus der Figur 4 leicht erkennbar.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in einem ersten Schritt des Ladevorganges zunächst mindestens ein erstes Batteriemodul, das das mindestens eine am schwächsten aufgeladene Batteriemodul des Batteriestranges ist, auf den Ladezustand mindestens eines zweiten
Batteriemoduls, das das mindestens eine am zweitschwächsten aufgeladene Batteriemodul des Batteriestranges ist, mittels einer nicht leistungslimitierten (bzw. nicht stromlimitierten) Ladequelle aufgeladen. Ferner wird der erste Schritt des Ladevorganges so oft wiederholt, bis alle Batteriemodule des
Batteriestranges den ersten Ladezustand aufweisen.
Ferner werden bei einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung während des Ladevorganges die Batteriemodule des Batteriestranges, die jeweils einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als der erste
Ladezustand ist, zunächst alle gleichzeitig mittels einer stromlimitierten
Ladequelle aufgeladen und nach dem Erreichen des ersten Ladezustandes jeweils nicht weiter aufgeladen.
Mit anderen Worten werden erfindungsgemäß alle Batteriemodule eines
Batteriestranges zunächst auf den Ladezustand des am stärksten aufgeladenen
Batteriemoduls des Batteriestranges aufgeladen. Mittels einer nicht
leistungslimitierten Ladequelle (in dem sogenannten Quick-Charging Mode) wird dabei zuerst nur das schwächste Batteriemodul aufgeladen, sobald es den Ladezustand des zweitschwächsten Batteriemoduls erreicht hat, wird dieses mit aufgeladen und so weiter. Aufgrund der typischen zeitabhängigen
Ladezustandskennlinie (Ladungskurve), die in der Figur 4 beispielhaft dargestellt worden ist, führt dies auf dem schnellsten Weg zur maximalen Aufladung eines
Batteriestranges. Falls die Ladequelle stromlimitiert ist, werden zuerst alle schwächer geladenen Batteriemodule eines Batteriestranges gleichzeitig aufgeladen und nach dem Erreichen des Ladungsniveaus des am stärksten geladenen Batteriemoduls des Batteriestranges jeweils von einer weiteren Aufladung ausgeschlossen beziehungsweise nicht weiter aufgeladen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, bei der die Batterie mehrere Batteriestränge aufweist, werden die auf den jeweiligen ersten Ladezustand aufgeladenen Batteriestränge jeweils als Ganzes insbesondere zyklisch hintereinander und vorzugsweise in Abhängigkeit von dem
entsprechenden ersten Ladezustand eines jeden Batteriestranges auf einen zweiten Ladezustand, der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls oder Batteriemodule der Batterie ist und insbesondere 65 % bis kleiner 75 % des Ladezustandes eines vollständig aufgeladenen Batteriemoduls der Batterie beträgt, aufgeladen.
Mit anderen Worten, sobald alle Batteriemodule eines Batteriestranges auf dem höchsten Ladeniveau des Batteriestranges angekommen sind, werden alle Batteriemodule eines Stranges (String) der Batterie parallel weiter aufgeladen, bis das Ladeniveau des Batteriemoduls mit dem höchsten Ladeniveau im ganzen
Batteriesystem erreicht wird. Anschließend wiederholt sich dieser Vorgang für alle Batteriestränge beziehungsweise Phasen.
Insbesondere werden die auf den zweiten Ladezustand aufgeladenen
Batteriestränge der Batterie jeweils als Ganzes mittels eines konstanten Stroms getrennt von den anderen Strängen und bevorzugt zyklisch hintereinander auf einen dritten Ladezustand der Batterie, der insbesondere 75 % bis 85 % des Ladezustandes eines vollständig aufgeladenen Batteriemoduls der Batterie beträgt, weiter aufgeladen. Vorzugsweise werden ferner die auf den dritten Ladezustand aufgeladenen Batteriestränge der Batterie jeweils als Ganzes mittels einer konstanten Spannung separat voneinander und bevorzugt zyklisch hintereinander vollständig aufgeladen. Anders ausgedrückt, sobald alle Batteriestränge der Batterie auf demselben Ladungsniveau angekommen sind, wird der zu ladende Batteriestrang beziehungsweise die zu ladende Phase der Batterie rotiert, bevorzugt zyklisch rotiert, um so eine gleichmäßige Ladung des gesamten Batteriesystems zu erreichen. Die Rotation erfolgt dann sowohl in dem Konstantstromladebereich als auch im Konstantspannungsladebereich. Durch diese vorhin beschriebene sequentielle Ladung der einzelnen Stränge der Batterie ist eine Unterbrechung des Ladevorgangs zu jedem Zeitpunkt möglich mit dem Ergebnis einer gleichmäßig geladenen, sofort einsetzbaren, insbesondere fahrbereiten Batterie.
Da eine Aufladung der Batterie mittels der erfindungsgemäßen Ladestrategie auch bei einer ungleichmäßig entladenen Batterie keine Nachteile mit sich bringt, wird ein aktiver Ladungsausgleichsvorgang der Batteriemodule (aktives
Batteriemodul-Balancing) während des Betriebs und/oder des Ruhezustandes überflüssig.
Durch die erfindungsgemäße Ladestrategie wird möglich, dass das Ausgleichen der Ladezustände der Batteriezellen (Batteriezellen-Balancing) nur darauf beschränkt ist, eine gleichmäßige Ladung innerhalb eines Batteriemoduls, das typischerweise 12 Batteriezellen umfasst, sicherzustellen anstatt dies über alle Batteriezellen einer Batterie, die typischerweise eine Batteriezellenanzahl in der Größenordnung von 150 umfasst, zu garantieren. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der entsprechenden
erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Möglichkeit eröffnet, die einzelnen Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie unterschiedlich stark an den vorkommenden Lade- und Entladevorgängen zu beteiligen. Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit einer Batterie mit mindestens einem Batteriestrang mit mehreren jeweils mindestens eine
Batteriezelle umfassenden Batteriemodulen und einer integrierten
erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einstellen der Ladezustände der
Batteriemodule der Batterie.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriemanagementsystem, welches dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Erfindungsgemäß ist die Batterie insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie.
Ferner betrifft die Erfindung auch ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem, das eine Batterie mit mindesten einem Batteriestrang mit mehreren jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassenden Batteriemodulen umfasst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Antriebssystem mit einem Batteriesystem mit einer stufig einstellbaren Ausgangsspannung, wobei das Batteriesystem eine Batterie mit einem Batteriestrang und einen
Pulswechselrichter umfasst,
Figur 2 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Antriebssystem mit einem Batteriesystem mit einer stufig einstellbaren Ausgangsspannung, wobei das Batteriesystem eine Batterie mit drei Batteriesträngen und einen mehrphasigen Pulswechselrichter umfasst,
Figur 3 eine Batterie mit einem Batteriestrang gemäß dem Stand der Technik, wobei im Vergleich zu Figur 1 die von der Batterie umfasste Lade- und
Trenneinrichtung und eine weitere von der Batterie umfasste Trenneinrichtung detailliert dargestellt werden,
Figur 4 in Abhängigkeit von der Zeit dargestellte und während eines
Ladevorganges vorkommende Verläufe eines Ladestroms für eine Batterie gemäß dem Stand der Technik, sowie Verläufe eines entsprechenden
Ladezustandes und einer entsprechenden Ausgangsspannung dieser Batterie, Figur 5 einen ersten, schematisch dargestellten Abschnitt eines aus dem Stand der Technik bekannten Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie, Figur 6 einen zweiten, letzten und schematisch dargestellten Abschnitt des aus dem Stand der Technik bekannten und in der Figur 5 teilweise dargestellten Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie, Figur 7 einen ersten, schematisch dargestellten Abschnitt eines
erfindungsgemäßen Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der
Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Figur 8 einen zweiten, schematisch dargestellten Abschnitt des
erfindungsgemäßen und in der Figur 7 teilweise dargestellten Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie nach der ersten Ausführungsform der Erfindung, und Figur 9 einen dritten, letzten, schematisch dargestellten Abschnitt des
erfindungsgemäßen und in den Figuren 7 und 8 teilweise dargestellten
Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie nach der ersten Ausführungsform der Erfindung. Ausführungsformen der Erfindung
Ein erfindungsgemäßer Vorgang zum Einstellen der Ladezustände der
Batteriemodule einer herkömmlichen Batterie nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung, bei dem die Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen ungleichmäßig am Lade- und Entladevorgang beteiligt sind, wird an dem Beispiel eines dreiphasigen Batteriesystems (BDI) mit einer Batterie 300 mit drei
Batteriesträngen 310, die beispielhaft jeweils vier Batteriemodule BM1 , BM2, BM3 und BM4 aufweisen, anhand der Figuren 7 bis 9 für jede der drei Phasen näher beschrieben. Die Anwendung der Erfindung beziehungsweise des erfindungsgemäßen Vorganges ist jedoch für Batteriesysteme (BDIs), die eine beliebige Anzahl von Batteriemodulen und Phasen (beginnend mit einer einzigen Phase) umfassen, möglich. Zur Vereinfachung der Darstellung aus der Figur 7 ist _ .
- 14 - ein einziger Batteriestrang 310 und die ihn umfassende Batterie 300 nur für den anfänglichen Zustand der Batterie 300, der in der Figur 7 A2 bezeichnet ist, gekennzeichnet. Ähnlich wird auch bei den Darstellungen aus den Figuren 8 und 9 verfahren.
Der Fachmann versteht, dass die in den hier angegebenen Ausführungsformen angegebenen Prozentangaben von Ladezuständen abhängig sind von der Art der jeweiligen Zelle bzw. der zugrunde liegenden Zellchemie. In anderen
Ausführungsformen können sich die bevorzugten prozentualen Bereiche von den hier explizit angegeben prozentualen Bereichen unterscheiden, solange damit dasselbe Ergebnis erzielt wird.
In der Figur 7 wird ein erster Abschnitt des genannten erfindungsgemäßen Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule BM1 , BM2, BM3 und BM4 der Batterie 300 stark schematisiert dargestellt. Der erste
Abschnitt des genannten erfindungsgemäßen Vorganges umfasst einen
Entladevorgang EV2 und einen dem Entladevorgang EV2 folgenden ersten Ladeteilvorgang LV21 eines erfindungsgemäßen Ladevorganges (nicht gekennzeichnet).
In der Figur 7 wird mit A2 der Zustand der Batterie 300 vor dem Entladevorgang EV2, mit B2 der Zustand der Batterie 300 nach dem Entladevorgang EV2 und vor dem Ladeteilvorgang LV21 und mit C der Zustand der Batterie 300 nach dem ersten Ladeteilvorgang LV21 bezeichnet. Mit LA2, LB2 und LC2 werden ferner die Ladezustände der einzelnen Batteriemodule in den drei verschiedenen Batteriezuständen A2, B2 und C2 bezeichnet, die jeweils in Prozenten
angegeben sind. Mit LGA2, LGB2 und LGC2 werden die Ladezustände der Batterie 300 als Ganzes in ihren drei verschiedenen Zuständen A2, B2 und C2 bezeichnet. Die Werte für LGA2, LGB2 und LGC2 sind dabei auch jeweils in Prozenten angegeben.
Bei den Darstellungen der Figuren 7 bis 8 wird angenommen, dass alle drei Batteriestränge in der gleichen Weise entladen und wieder aufgeladen werden. Allein zur Vereinfachung der Darstellung werden die Vorgänge beziehungsweise Teilvorgänge nur für einen einzelnen Batteriestrang 310 dargestellt. In dem Batteriezustand A2, der dem Zustand der Batterie 300 vor dem
Entladezustand EV2 entspricht, sind alle vier Batteriemodule BM1 , BM2, BM3, BM4 der Batterie 300 und somit auch die Batterie 300 als Ganzes vollständig aufgeladen. Folglich weisen die vier Batteriemodule BM1 , BM2, BM3, BM4 vor dem Entladevorgang EV2 jeweils einen Ladezustand LA2 von 100 % auf. Die
Batterie 300 als Ganzes weist dadurch vor dem Entladevorgang EV2 auch einen Gesamtladezustand LGA2 von 100 % auf.
Nach der Entladung der Batterie 300 während eines Entladevorganges EV2 auf ein beliebiges Ladungsniveau der einzelnen vier Batteriemodule BM1 bis BM4 in jeder der drei Phasen beginnt die mittels einer nicht leistungslimitierten
Ladequelle durchgeführte Aufladung der Batterie 300 mit der während eines ersten Ladeteilvorganges LV2 durchgeführten Aufladung des schwächsten Batteriemoduls BM1 eines Batteriestranges 310 auf das Ladungsniveau des zweitschwächsten Batteriemoduls BM2 des Batteriestranges 310.
Alternativ dazu kann nach der während eines Entladevorganges EV2
geschehenen Entladung der Batterie 300 auf ein beliebiges Ladungsniveau der einzelnen vier Batteriemodule BM1 bis BM4 in jeder der drei Phasen damit begonnen werden, alle schwächeren Batteriemodule BM1 , BM2 und BM3 mittels einer stromlimitierten und/oder leistungsimitierten Ladequelle aufzuladen und nach dem Erreichen des Ladezustandes des stärksten Batteriemoduls BM4 die Batteriemodule BM1 , BM2 und BM3 aus einem entsprechenden ersten
Ladeteilvorgang jeweils auszuschließen.
Während des Entladevorganges EV2 werden alle vier Batteriemodule BM1 , BM2, BM3, BM4 ungleichmäßig entladen. Dabei wird das Batteriemodul BM1 in einen Ladezustand LB2 von 65 %, das Batteriemodul BM2 in einen Ladezustand LB2 von 67 %, das Batteriemodul BM3 in einen Ladezustand LB2 von 69 % und das Batteriemodul BM4 in einen Ladezustand LB2 von 70 % gebracht. Die Batterie
300 als Ganzes weist nach dem Entladevorgang EV2 einen Gesamtladezustand LGB2 zwischen 65 % und 70 % auf.
Während des darauffolgenden ersten Ladeteilvorganges LV21 werden alle vier Batteriemodule ungleichmäßig aufgeladen. Dabei werden das Batteriemodul
BM1 in einen Ladezustand LC2 von 67 % gebracht und die Batteriemodule BM2, BM3 und BM4 nicht aufgeladen, so dass das Batteriemodul BM2 in einem Ladezustand LC2 von 67 %, das Batteriemodul BM3 in einem Ladezustand LC2 von 69 % und das Batteriemodul BM4 in einem Ladezustand LC2 von 70 % bleiben. Die Batterie 300 als Ganzes weist nach dem ersten Ladeteilvorgang LV21 einen Gesamtladezustand LGC2 zwischen 67 % und 70 % auf.
In der Figur 8 wird ein zweiter Abschnitt des erfindungsgemäßen und in der Figur 7 teilweise dargestellten Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule BM1 , BM2, BM3 und BM4 der Batterie 300 stark schematisiert dargestellt. Der zweite Abschnitt des genannten erfindungsgemäßen Vorganges umfasst einen zweiten Ladeteilvorgang LV22 und einen darauffolgenden dritten Ladeteilvorgang LV23 des erfindungsgemäßen Ladevorganges (nicht
gekennzeichnet), wobei der zweite Ladeteilvorgang LV22 anschließend an den in der Figur 7 dargestellten ersten Ladeteilvorgang LV21 folgt.
In der Figur 8 wird mit C2 der Batteriezustand nach dem ersten Ladeteilvorgang LV21 und vor dem zweiten Ladeteilvorgang LV22 bezeichnet und ist identisch mit dem in der Figur 7 dargestellten Batteriezustand C2. Ferner wird mit D2 der Batteriezustand nach dem zweiten Ladeteilvorgang LV22 und vor dem dritten Ladeteilvorgang LV23 und mit E2 der Batteriezustand nach dem dritten
Ladeteilvorgang LV23 bezeichnet. Ähnlich wie bei der Darstellung aus der Figur 7 werden ferner die Ladezustände LC2, LD2, LE2 der einzelnen Batteriemodule in den drei verschiedenen Batteriezuständen C2, D2 und E2 und mit LGC2, LGD2 und LGE2 die Ladezustände der Batterie 300 als Ganzes in ihren drei verschiedenen Zuständen C2, D2 und E2 bezeichnet und in Prozenten angegeben.
Während des zweiten Ladeteilvorganges LV22 werden beide auf dem
Ladungsniveau des zweitstärksten Batteriemoduls aufgeladenen Batteriemodule BM1 und BM2 auf das Ladungsniveau des drittstärksten Batteriemoduls BM3 aufgeladen. Während des dritten Ladeteilvorganges LV23 werden alle drei auf dem Ladeniveau des drittstärksten Batteriemoduls BM3 aufgeladenen
Batteriemodule BM1 , BM2 und BM3 auf das Ladungsniveau des viertstärksten und in diesem Fall stärksten Batteriemoduls BM4 aufgeladen. Wenn mehrere Batteriemodule vorhanden sind, werden alle schwächeren Batteriemodule wie vorhin beschrieben iterativ auf das Ladeniveau des stärksten Batteriemoduls des Batteriestranges aufgeladen. Während des zweiten Ladeteilvorganges LV22 werden alle vier Batteriemodule ungleichmäßig aufgeladen. Dabei werden das Batteriemodul BM1 und das Batteriemodul BM2 jeweils in einen Ladezustand LD2 von 69 % gebracht und die Batteriemodule BM3 und BM4 nicht aufgeladen, so dass das Batteriemodul BM3 in einem Ladezustand LD2 von 69 % und das Batteriemodul BM4 in einem Ladezustand LD2 von 70 % bleiben. Die Batterie 300 als Ganzes weist nach dem zweiten Ladeteilvorgang LV22 einen Gesamtladezustand LGD2 zwischen 69 % und 70 % auf.
Während des dritten Ladeteilvorganges LV23 werden alle vier Batteriemodule ungleichmäßig aufgeladen. Dabei werden das Batteriemodul BM1 , das
Batteriemodul BM2 und das Batteriemodul BM3 jeweils in einen Ladezustand LE2 von 70 % gebracht und das Batteriemodul BM4 nicht aufgeladen, so dass das Batteriemodul BM4 in einem Ladezustand LE3 von 70 % bleibt. Die Batterie 300 als Ganzes weist nach dem dritten Ladeteilvorgang LV23 einen
Gesamtladezustand LGE2 von 70 % auf.
Sobald alle Batteriemodule BM1 bis BM4 eines Batteriestranges auf dem höchsten Ladeniveau des entsprechenden Batteriestranges, das als erster Ladezustand bezeichnet wurde, in der Darstellung aus der Figur 8 mit LE2 beziehungsweise LGE2 gekennzeichnet wurde und 70 % beträgt, angekommen sind, werden alle Batteriemodule eines Stranges parallel weiter geladen, bis das Ladeniveau des Batteriemoduls mit dem höchsten Ladeniveau in der gesamten Batterie 300 erreicht wird.
Anschließend wiederholt sich dieser Vorgang (nicht dargestellt) für alle anderen Phasen. Bereits in diesem Abschnitt kann mit einer Rotation, bevorzugt einer zyklischen Rotation zwischen den Batteriesträngen in Abhängigkeit des
Ladezustandes begonnen werden.
In der Figur 9 wird ein dritter und letzter Abschnitt des in den Figuren 7 und 8 teilweise dargestellten erfindungsgemäßen Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule BM1 , BM2, BM3 und BM4 der Batterie 300 stark schematisiert dargestellt. Der dritte Abschnitt des genannten
erfindungsgemäßen Vorganges umfasst einen vierten Ladeteilvorgang LV24 und einen darauffolgenden fünften Ladeteilvorgang L25 des erfindungsgemäßen Ladevorganges (nicht gekennzeichnet), wobei der vierte Ladeteilvorgang LV24 anschließend an den in der Figur 8 dargestellten dritten Ladeteilvorgang LV23 folgt.
In der Figur 9 wird mit E2 der Batteriezustand nach dem dritten Ladeteilvorgang LV23 und vor dem vierten Ladeteilvorgang LV24 bezeichnet. Dabei ist der Batteriezustand E2 identisch mit dem in der Figur 8 dargestellten Batteriezustand E2. Ferner wird mit F2 der Batteriezustand nach dem vierten Ladeteilvorgang LV24 und vor dem fünften Ladeteilvorgang LV25 und mit G2 der Batteriezustand der Batterie 300 nach dem fünften Ladeteilvorgang LV25 bezeichnet. Ähnlich wie bei der Darstellung aus den Figuren 7 und 8 werden ferner die Ladezustände LE2, LF2, LG2 der einzelnen Batteriemodule in den drei verschiedenen
Batteriezuständen E2, F2 und G2 und mit LGE2, LGF2 und LGG2 die
Ladezustände der Batterie 300 als Ganzes in ihren drei verschiedenen
Zuständen E2, F2 und G2 bezeichnet und in Prozenten angegeben.
Nachdem alle Batteriestränge 310 beziehungsweise Phasen auf das
Ladungsniveau des Batteriemoduls, das das höchste Ladungsniveau der gesamten Batterie 300 aufweist, gebracht wurden, wird die jeweils während eines entsprechenden vierten Ladeteilvorganges LV24 durchgeführte
Konstantstromaufladung zwischen allen Batteriesträngen 310 beziehungsweise Phasen rotiert, bevorzugt zyklisch rotiert, um ab diesem Zeitpunkt eine gleichmäßige Aufladung aller Phasen zu erreichen und eine jederzeitige
Unterbrechung der Konstantstromaufladung zu ermöglichen. Das höchste Ladungsniveau der gesamten Batterie wurde als zweiter Ladezustand bezeichnet und in den Darstellungen aus den Figuren 8 und 9 mit LE2 beziehungsweise LGE2 gekennzeichnet. Der zweite Ladezustand beträgt in den Darstellungen aus den Figuren 8 und 9 70 %.
Nach dem Erreichen eines vorbestimmten dritten Ladezustandes LF2
beziehungsweise LGF2, der in der Darstellung aus der Figur 9 80 % beträgt und dem Umschaltpunkt zwischen einem jedem vierten Ladeteilvorgang LV24 und einem entsprechenden fünften Ladeteilvorgang LV25 entspricht, wird die jeweils während eines entsprechenden fünften Ladeteilvorganges LV25 durchgeführte Konstantspannungsaufladung zwischen allen Batteriesträngen 310
beziehungsweise Phasen rotiert, bevorzugt zyklisch rotiert, um weiterhin eine gleichmäßige Aufladung aller Phasen, insbesondere eine gleichmäßig
durchgeführte vollständige Aufladung aller Phasen auf dem Ladezustand LG2 von 100 % zu erreichen und eine jederzeitige Unterbrechung der
Konstantspannungsaufladung zu ermöglichen.
Die Rotation durch die einzelnen Batteriestränge kann beispielsweise durch die gewünschte maximale Abweichung der Ladezustände der Batteriestränge bei einer Unterbrechung, die insbesondere von einem Stromausfall hervorgerufen werden kann, oder durch die Temperatur der Batteriemodule gesteuert werden.
Alle für die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens beziehungsweise des erfindungsgemäßen Vorganges zum Einstellen der Ladezustände der Batteriemodule einer Batterie erforderlichen Komponenten sind bereits in herkömmlichen Batteriesystemen enthalten. Das erfindungsgemäße Verfahren greift insbesondere in die üblicherweise mittels von Software realisierte
Ansteuerung der Halbleiterventile in den Koppeleinrichtungen und in den Trenn- und Ladevorrichtungen herkömmlicher Batteriesysteme, wie solche, die in den Figuren 1 bis 3 dargestellt worden sind, ein.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Einstellen der Ladezustände (LA2) der Batteriemodule (BM1 , BM2, BM3, BM4) einer Batterie (300), wobei die Batterie (300) mindestens einen Batteriestrang (310) mit mehreren ungleichmäßig aufgeladenen Batteriemodulen (BM1 , BM2, BM3, BM4), die jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassen, aufweist und die Ladezustände (LA2) der einzelnen Batteriemodule (BM1 , BM2, BM3, BM4) der Batterie (300) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (BM1 , BM2, BM3) des Batteriestranges (310), die jeweils einen
Ladezustand aufweisen, der niedriger als ein erster Ladezustand (LE2, LGE2) ist, der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls (BM4) oder Batteriemodule (BM4) des Batteriestranges (310) ist, während mindestens eines Ladevorganges mittels mindestens einer Ladequelle auf den ersten Ladezustand (LE2, LGE2) aufgeladen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei während eines ersten
Ladeteilvorganges (LV21 ) des Ladevorganges zunächst mindestens ein erstes Batteriemodul (BM1 ), das das mindestens eine am schwächsten aufgeladene Batteriemodul (BM1 ) des Batteriestranges (310) ist, auf den Ladezustand mindestens eines zweiten Batteriemoduls (BM2), das das mindestens eine am zweitschwächsten aufgeladene Batteriemodul (BM2) des Batteriestranges (310) ist, mittels einer nicht leistungslimitierten Ladequelle aufgeladen wird und, dass der erste Ladeteilvorgang (LV21 ) so oft hintereinander wiederholt wird, bis alle Batteriemodule (BM1 , BM2, BM3, BM4) des Batteriestranges (310) den ersten Ladezustand (LE2, LGE2) aufweisen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei während des Ladevorganges die
Batteriemodule (BM1 , BM2, BM3) des Batteriestranges (310), die jeweils einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als der erste Ladezustand (LE2, LGE2) ist, zunächst alle gleichzeitig mittels einer stromlimitierten und/oder leistungslimitierten Ladequelle aufgeladen werden und nach dem Erreichen des ersten Ladezustandes (LE2) jeweils nicht weiter aufgeladen werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenn die Batterie (300) mehrere Batteriestränge (310) aufweist, die auf den entsprechenden ersten Ladezustand (LE2, LGE2) aufgeladenen
Batteriestränge (310) jeweils als Ganzes insbesondere zyklisch
hintereinander und vorzugsweise in Abhängigkeit von dem ersten
Ladezustand (LE2, LGE2) eines jeden Batteriestranges (310) auf einen zweiten Ladezustand (LE2, LGE2), der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls (BM4) oder Batteriemodule (BM4) der gesamten Batterie (300) ist und insbesondere 65 % bis kleiner 75 % des Ladezustandes eines vollständig aufgeladenen Batteriemoduls der Batterie (300) beträgt, aufgeladen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die auf den zweiten Ladezustand (LE2, LGE2) aufgeladenen Batteriestränge (310) jeweils als Ganzes mittels eines konstanten Stroms separat, bevorzugt zyklisch hintereinander, auf einen dritten Ladezustand (LF2, LGF2), der insbesondere 75 % bis 85 % des Ladezustandes eines vollständig aufgeladenen Batteriemoduls der Batterie (300) beträgt, weiter aufgeladen werden.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die auf den dritten Ladezustand (LF2, LGF2) aufgeladenen Batteriestränge (310) jeweils als Ganzes mittels einer konstanten Spannung schrittweise, bevorzugt zyklisch hintereinander, vollständig aufgeladen werden.
Vorrichtung zum Einstellen der Ladezustände (LA2) der Batteriemodule (BM1 , BM2, BM3, BM4) einer Batterie (300), wobei die Batterie (300) mindestens einen Batteriestrang (310) mit mehreren Batteriemodulen (BM1 , BM2, BM3, BM4), die jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassen, aufweist und die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die
Ladezustände (LA2) der einzelnen Batteriemodule (BM1 , BM2, BM3, BM4) der Batterie (300) zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung mindestens eine Ladequelle umfasst und ferner dazu ausgebildet ist, die Batteriemodule (BM1 , BM2, BM3) des Batteriestranges (310), die jeweils einen Ladezustand aufweisen, der niedriger als ein erster Ladezustand (LE2, LGE2) ist, der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls (BM4) oder Batteriemodule (BM4) des Batteriestranges (310) ist, während mindestens eines Ladevorganges mittels der Ladequelle auf den ersten Ladezustand (LE2, LGE2) aufzuladen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vorrichtung weiter dazu
ausgebildet ist, bei Vorliegen einer Batterie (300) mit mehreren
Batteriesträngen (310) die auf den entsprechenden ersten Ladezustand (LE2, LGE2) aufgeladenen Batteriestränge (310) jeweils als Ganzes insbesondere zyklisch hintereinander und vorzugsweise in Abhängigkeit von dem jeweiligen ersten Ladezustand (LE2, LGE2) auf einen zweiten Ladezustand (LE2, LGE2), der der Ladezustand des oder der am stärksten aufgeladenen Batteriemoduls (BM4) oder Batteriemodule (BM4) der Batterie (300) ist, aufzuladen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtung weiter dazu
ausgebildet ist, die auf den zweiten Ladezustand (LE2, LGE2)
aufgeladenen Batteriestränge (310) jeweils als Ganzes mittels eines konstanten Stromes auf einen gewünschten dritten Ladezustand (LF2, LGF2) separat, bevorzugt zyklisch hintereinander, aufzuladen und insbesondere die auf den dritten Ladezustand (LF2, LGF2) aufgeladenen Batteriestränge (310) jeweils als Ganzes mittels einer konstanten
Spannung separat und bevorzugt zyklisch hintereinander vollständig aufzuladen.
10 Batterie (300) mit mindestens einem Batteriestrang (310) mit mehreren Batteriemodulen (BM1 , BM2, BM3, BM4), die jeweils mindestens eine Batteriezelle umfassen, und einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9.
1 1 . Fahrzeug mit einer Batterie (300) nach Anspruch 10, wobei die Batterie (300) mit dem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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