WO2015158498A1 - Dynamische regelung einer elektrischen leistung - Google Patents

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WO2015158498A1
WO2015158498A1 PCT/EP2015/056048 EP2015056048W WO2015158498A1 WO 2015158498 A1 WO2015158498 A1 WO 2015158498A1 EP 2015056048 W EP2015056048 W EP 2015056048W WO 2015158498 A1 WO2015158498 A1 WO 2015158498A1
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battery
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battery cells
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PCT/EP2015/056048
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Stefan Trinkert
Benjamin Mangold
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • втори ⁇ batteries In hybrid and electric vehicles secondary batteries are used, which usually have a large number of series and / or parallel battery cells. With the secondary batteries electrical drive devices of hybrid and electric vehicles are supplied with electrical energy.
  • the battery cells may be based on lithium-ion technology or nickel-metal hybrid technology.
  • BMS battery management system
  • a battery management system comprises, in addition to a sensor, which can detect the electrical cell voltage generated by each individual battery cell, the total battery current and a battery temperature, a safety function that prevents the exceeding of a maximum permissible electrical cell voltage to avoid damage to battery cells or the secondary battery ,
  • a battery management system can also be counteracted any deep discharge of battery cells, which is advantageous because as well a discharge of a battery cell below a certain charging threshold can promote unfavorable chemical processes in a battery cell, which can lead to irreversible degradation of battery cells.
  • SOC state of charge
  • individual battery cells due to various conditions, such as the uneven aging behavior of individual battery cells and different capacitive properties and This is due, in particular, to the fact that a battery management system calculates an electric power release based on an averaged value of a state of charge SOC aV over all battery cells of a secondary battery and thus larger individual ones Deviations from states of charge of individual battery cells to this mean state of charge can not be taken into account course set different electrical cell voltages at the individual battery cells.
  • EP 1 814 206 A1 relates to a device for balancing a plurality of at least two battery cells of a multi-cell battery, comprising a multi-cell battery and a battery management system with a balancing circuit.
  • the individual battery cells are connected to a battery monitoring system, whereby the battery monitoring system measures each individual cell voltage, the battery temperature and the electric current.
  • the battery monitoring system can detect a lowest electrical cell voltage.
  • the battery monitoring system may detect a number of cells whose electrical cell voltage is higher than a certain maximum allowable voltage, these cells being balanced until the voltages of those cells reach an acceptable lower value have decreased.
  • the battery management system is active when charging and discharging the battery, the thresholds varying with the state of the battery.
  • the invention relates to a method for automatically controlling an electric power, which is discharged from a secondary battery having at least two battery cells, wherein
  • a mean charge state per battery cell is determined from the detected charge states of the battery cells
  • a deviation of at least one state of charge of a battery cell is detected by the average state of charge
  • the repeated detections of the charge states of the battery cells are preferably made independently of an operating state of a motor vehicle equipped with a corresponding secondary battery.
  • the charging states of the battery cells can be ascertained via cell monitoring circuits (CSCs), which are each assigned to a single battery cell or a module composed of battery cells and with which the electrical cell voltages of the individual battery cells can be detected Cell voltages of the battery cells can be closed to the respective state of charge of the individual battery cells.
  • CSCs cell monitoring circuits
  • the average state of charge per battery cell SOC aV erage is determined, which due to the repeated detection of the states of charge of all battery cells in predeterminable time intervals can be adapted dynamically to the respective operation of a secondary battery in order to be considered for automatic and dynamic control of the output from the secondary battery electric power can. Due to the repeated detection of the states of charge of all battery cells at predeterminable time intervals, the changes in the operation of a secondary battery deviations of states of charge of individual battery cells automatically and dynamically detected by the average state of charge per battery cell to automatically and dynamically control the output from the secondary battery electric power to be considered.
  • the method according to the invention represents a preventive measure, which protects the hardware components of a secondary battery and thereby enables a longer service life of the secondary battery, in particular since power pulsations can be avoided by the associated safety function. This implies a gentler treatment both for the battery cells and for the entire electronics of a secondary battery, which significantly increases the life of all battery components and thus reduces future costs.
  • the time intervals in which the charge states of all battery cells are repeatedly detected may be in a range of 50 ms to 150 ms. Preferably, the time intervals are 100 ms.
  • a difference between a state of charge of a most highly charged battery cell and a state of charge of a battery cell charged at the lowest is determined and taken into account in the automatic and dynamic control of the output from the secondary battery electric power.
  • the electric power output from a secondary battery can be automatically and dynamically controlled depending on the difference between the state of charge of the most highly charged battery cell and the state of charge of the lowest charged battery cell.
  • the state of charge of the highest-charged bat- teriezelle and the state of charge of the lowest-charged battery cell can be stored for their further use.
  • the output from a secondary battery electric power can be corrected downward, for example.
  • the output electrical power can be more limited at a relatively large difference, in particular to prevent battery cells that a very large deviation of their state of charge from the average state of charge per battery cell upwards have an overvoltage range, which can damage 10 entrechende battery cells.
  • After repeated detection of the states of charge of all battery cells can be detected whether the state of charge SOC m ax a most highly charged battery cell and / or the state of charge SOC min has changed a lowest-charged battery cell across all battery cells.
  • the determined difference between the state of charge of the highest-charged battery cell and the state of charge of the lowest-charged battery cell changes so that a previously released electrical power is optimally adjusted according to the newly determined state of charge can. If, however, the values for SOC max or SOC min are unchanged after the time interval, the secondary battery can still be operated with the previously calculated specifications.
  • the average state of charge is multiplied by a function which depends on the determined difference ( ⁇ ), where
  • the function can be implemented by software technology and be given for example in the form of a multiplier function for the relevant value range.
  • the function can be implemented by software technology and be given for example in the form of a multiplier function for the relevant value range.
  • a further advantageous embodiment provides that the predetermined relationship is defined by at least one characteristic curve.
  • the function can determine its respective function value from the characteristic curve or a family of characteristics. which represent a predetermined fixed relationship between the possible values of the determined difference and the possible function values.
  • the predetermined relationship is defined by means of at least one PI controller. Also by the PI controller, a fixed predetermined relationship between the possible values of the determined difference and the possible function values of the function can be set.
  • the invention further provides a system, in particular for an electrically drivable motor vehicle, for automatically and dynamically controlling an electric power output by a secondary battery having at least two battery cells, comprising at least one electronic device which is set up,
  • the system can be designed as a battery management system (BMS). With the system, the advantages mentioned above with respect to the method are connected accordingly.
  • BMS battery management system
  • the system can have a cell monitoring circuit (CSC) per battery cell in order to detect the electrical cell voltages of the individual battery cells and to be able to determine therefrom the charge states of the battery cells.
  • CSC cell monitoring circuit
  • the electric power output from the secondary battery may be derived from a propulsive torque given by a driver of a vehicle.
  • the electronic device is set up to determine a difference between a state of charge of a most highly charged battery cell and a state of charge of a lowest-charged battery cell and to take into account in the automatic and dynamic control of the output from the secondary battery electric power.
  • the electronic device is set up to multiply the mean charge state by a function that depends on the determined difference, and a function value of the function for the respectively determined difference from a predetermined relationship between the possible values of the determined difference and the to determine possible functional values.
  • a further advantageous embodiment provides that the predetermined relationship is defined by at least one characteristic stored in the electronic device or a separate memory device.
  • the electronic device has at least one PI controller, by means of which the predefined relationship is defined.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a method according to the invention.
  • an electric power is retrieved by an electric machine from a secondary battery.
  • an electronic device of the system according to the invention determines the states of charge of all battery cells and determines therefrom a state of charge SOC max of a most highly charged battery cell and a state of charge SOC min of a lowest charged battery cell.
  • step 12 the electronic device determines a mean state of charge SOC aV erage per battery cell from the determined states of charge of the individual battery cells.
  • step 13 the electronic device of the system detects a difference between the state of charge SOC max and the state of charge SOC min .
  • step 14 the electronic device of the system limits the electric power output from the secondary battery depending on the difference detected in step 13. This can be done, for example, using a characteristic or family of curves in conjunction with a multiplier function.
  • ⁇ t After a predefinable time interval ⁇ t, it is checked with the electronic device of the system in step 15 whether the charge state SOC max and / or the charge state SOC min have changed.
  • step 13 the electronic device of the system goes to step 13 to adjust and regulate the electric power output from the secondary battery to the new conditions. If the state of charge SOCmax and / or the state of charge SOC min have not changed, which is checked in step 15, the secondary battery can continue to be operated in step 16 with the previously determined specifications.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Regeln einer elektrischen Leistung, die von einer wenigstens zwei Batteriezellen aufweisenden Sekundärbatterie abgegeben wird, wobei - die Ladezustände aller Batteriezellen in zeitlichen Abständen wiederholt erfasst werden, - aus den erfassten Ladezuständen der Batteriezellen ein mittlerer Ladezustand pro Batteriezelle (SOCaverage) ermittelt wird, - eine Abweichung von wenigstens einem Ladezustand einer Batteriezelle von dem mittleren Ladezustand (SOCaverage) erfasst wird, und - der mittlere Ladezustand (SOCaverage) und die Abweichung bei der automatischen und dynamischen Regelung der von der Sekundärbatterie abgegebenen elektrischen Leistung berücksichtigt werden.

Description

Beschreibung
Titel
Dynamische Regelung einer elektrischen Leistung Stand der Technik
In Hybrid- und Elektrofahrzeugen werden Sekundärbatterien eingesetzt, die in der Regel eine große Anzahl von in Reihe und/oder parallel geschalteten Batteriezellen aufweisen. Mit den Sekundärbatterien werden elektrische Antriebseinrichtungen von Hybrid- und Elektrofahrzeugen mit elektrischer Energie versorgt. Die Batteriezellen können beispielsweise auf einer Lithium-Ionen-Technologie oder einer Nickel-Metallhybrid-Technologie beruhen.
Um eine Lebensdauer von Batteriezellen und somit einer Sekundärbatterie optimieren zu können, ist es erforderlich, jederzeit den momentanen Betriebszustand der Batteriezellen bzw. Sekundärbatterie zu kennen. Üblicherweise wird ein Batteriemanagementsystem (BMS) zur Prüfung und Regelung einer Sekundärbatterie eingesetzt, welches neben einer Sicherheitsüberwachung eine möglichst hohe Lebensdauer für die Sekundärbatterie und deren Batteriezellen gewährleisten soll.
Ein Batteriemanagementsystem umfasst neben einer Sensorik, welche die von jeder einzelnen Batteriezelle erzeugte elektrische Zellspannung, den gesamten Batteriestrom und eine Batterietemperatur erfassen kann, eine Sicherheitsfunktion, die das Überschreiten einer maximal zulässigen elektrischen Zellspannung verhindert, um eine Schädigung von Batteriezellen bzw. der Sekundärbatterie zu vermeiden.
Mittels eines Batteriemanagementsystems kann auch einer eventuellen Tiefentladung von Batteriezellen entgegengewirkt werden, was vorteilhaft ist, da auch eine Entladung einer Batteriezelle unter einer bestimmten Ladeschwelle ungünstige chemische Prozesse in einer Batteriezelle fördern kann, die zu einer irreversiblen Degradierung von Batteriezellen führen können. Um dem entgegenzuwirken, werden herkömmlich feste Sicherheitsgrenzen für den Ladezustand (soge- nannter„State of Charge"; SOC) der Batteriezellen einer Sekundärbatterie vorgegeben, die jedoch durch einzelne Batteriezellen aufgrund verschiedener Bedingungen, wie beispielsweise das ungleichmäßige Alterungsverhalten einzelner Batteriezellen und unterschiedliche kapazitive Eigenschaften und Energiedichten einzelner Batteriezellen, bei regelmäßiger Inbetriebnahme einer Sekundärbatte- rie überschritten bzw. unterschritten werden können. Grund hierfür ist insbesondere die Tatsache, dass ein Batteriemanagementsystem eine elektrische Leistungsfreigabe anhand eines gemittelten Wertes eines Ladezustandes SOCaVerage über alle Batteriezellen einer Sekundärbatterie berechnet und somit größere individuelle Abweichungen von Ladezuständen einzelner Batteriezellen zu diesem mittleren Ladezustand keine Berücksichtigung finden. Hierdurch können sich in einer Sekundärbatterie im Zeitverlauf unterschiedliche elektrische Zellspannungen an den einzelnen Batteriezellen einstellen.
Es existieren nach aktuellem Stand der Technik zwar Varianten des sogenannten „Cell-Balancing", um Zellspannungsdifferenzen auszugleichen, jedoch wird selbst das effektivste Verfahren des sogenannten„autonomen Cell-Balancing" erst nach einer längeren Ruheposition eines mit einer Sekundärbatterie ausgestatteten Fahrzeugs initiiert. Während des Betriebs eines Fahrzeugs findet kein„Cell- Balancing" statt.
EP 1 814 206 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Balancing einer Vielzahl von mindestens zwei Batteriezellen einer Mehrzellenbatterie, aufweisend eine Mehrzellenbatterie und ein Batterie-Management-System mit einer Balancing-Schaltung. Die einzelnen Batteriezellen sind mit einem Batterieüberwachungssystem ver- bunden, wobei das Batterieüberwachungssystem jede einzelne elektrische Zellenspannung, die Batterietemperatur und den elektrischen Strom misst. Das Batterieüberwachungssystem kann eine niedrigste elektrische Zellspannung erfassen. Des Weiteren kann das Batterieüberwachungssystem eine Anzahl von Zellen erfassen, deren elektrische Zellspannung höher als eine bestimmte maximal zulässige elektrische Spannung ist, wobei diese Zellen balanciert werden, bis die elektrischen Spannungen dieser Zellen auf einen akzeptablen niedrigeren Wert abgenommen haben. Das Batteriemanagementsystem ist beim Laden und Entladen der Batterie aktiv, wobei die Schwellwerte mit dem Zustand der Batterie variieren.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum automatischen Regeln einer elektrischen Leistung, die von einer wenigstens zwei Batteriezellen aufweisenden Sekundärbatterie abgegeben wird, wobei
- Ladezustände aller Batteriezellen in vorgebbaren zeitlichen Abständen wiederholt erfasst werden,
- aus den erfassten Ladezuständen der Batteriezellen ein mittlerer Ladezustand pro Batteriezelle ermittelt wird,
- eine Abweichung von wenigstens einem Ladezustand einer Batteriezelle von dem mittleren Ladezustand erfasst wird, und
- der mittlere Ladezustand und die Abweichung bei der automatischen und dynamischen Regelung der von der Sekundärbatterie abgegebenen elektrischen Leistung berücksichtigt werden.
Gemäß der Erfindung werden die Ladezustände aller Batteriezellen in
vorgebbaren zeitlichen Abständen wiederholt erfasst und können so bei der automatischen und dynamischen Regelung der von der Sekundärbatterie abgegebenen elektrischen Leistung berücksichtigt werden. Die wiederholten Erfassungen der Ladezustände der Batteriezellen werden vorzugsweise unabhängig von einem Betriebszustand eines mit einer entsprechenden Sekundärbatterie ausgestatteten Kraftfahrzeugs vorgenommen. Die Ladezustände der Batteriezellen können über Zellüberwachungsschaltungen (sogenannte„Cell-Supervision- Circuits"; CSC's) ermittelt werden, welche jeweils einer einzelnen Batteriezelle oder einem aus Batteriezellen zusammengesetzten Modul zugeordnet sind und mit denen die elektrischen Zellspannungen der einzelnen Batteriezellen erfassbar sind. Aus den elektrischen Zellspannungen der Batteriezellen kann auf den jeweiligen Ladezustand der einzelnen Batteriezellen geschlossen werden.
Anhand der entsprechend ermittelten Ladezustände der einzelnen Batteriezellen wird der mittlere Ladezustand pro Batteriezelle SOCaVerage ermittelt, welcher aufgrund der wiederholten Erfassung der Ladezustände aller Batteriezellen in vorgebbaren zeitlichen Abständen dynamisch an den jeweiligen Betrieb einer Sekundärbatterie angepasst werden kann, um zu einer automatischen und dynamischen Regelung der von der Sekundärbatterie abgegebenen elektrischen Leistung berücksichtigt werden zu können. Durch die wiederholte Erfassung der Ladezustände aller Batteriezellen in vorgebbaren zeitlichen Abständen werden auch die sich im Betrieb einer Sekundärbatterie ändernden Abweichungen von Ladezuständen einzelner Batteriezellen von dem mittleren Ladezustand pro Batteriezelle automatisch und dynamisch erfasst, um zur automatischen und dynamischen Regelung der von der Sekundärbatterie abgegebenen elektrischen Leistung berücksichtigbar zu sein.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen automatischen und dynamischen Regelung der von der Sekundärbatterie abgegebenen elektrischen Leistung kann eine Restkapazität einer Sekundärbatterie nahezu vollständig genutzt werden, was einen Wirkungsgrad der Sekundärbatterie deutlich erhöht. Zudem stellt das erfindungsgemäße Verfahren eine Präventionsmaßnahme dar, welche die Hardware- Komponenten einer Sekundärbatterie schont und hierdurch eine längere Lebensdauer der Sekundärbatterie ermöglicht, insbesondere da Leistungspulsationen durch die hiermit verbundene Sicherheitsfunktion vermieden werden können. Dies impliziert sowohl für die Batteriezellen als auch für die gesamte Elektronik einer Sekundärbatterie eine schonendere Behandlung, was die Lebensdauer aller Batteriekomponenten deutlich erhöht und somit zukünftige Kosten reduziert.
Die zeitlichen Abstände, in denen die Ladezustände aller Batteriezellen wiederholt erfasst werden, können in einem Bereich von 50 ms bis 150 ms liegen. Vorzugsweise betragen die zeitlichen Abstände 100 ms.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Differenz zwischen einem Ladezustand einer am höchsten aufgeladenen Batteriezelle und einem Ladezustand einer am niedrigsten aufgeladenen Batteriezelle ermittelt und bei der automatischen und dynamischen Regelung der von der Sekundärbatterie abgegebenen elektrischen Leistung berücksichtigt. Hiernach kann die von einer Sekundärbatterie abgegebene elektrische Leistung in Abhängigkeit der Differenz zwischen dem Ladezustand der am höchsten aufgeladenen Batteriezelle und dem Ladezustand der am niedrigsten aufgeladenen Batteriezelle automatisch und dynamisch geregelt werden. Der Ladezustand der am höchsten aufgeladenen Bat- teriezelle und der Ladezustand der am niedrigsten aufgeladenen Batteriezelle können zu ihrer weiteren Verwendung abgespeichert werden. In Abhängigkeit der ermittelten Differenz kann die von einer Sekundärbatterie abgegebene elektrische Leistung beispielsweise nach unten korrigiert werden. Gerade für große 5 Werte des mittleren Ladezustands pro Batteriezelle SOCaVerage kann die abgegebene elektrische Leistung bei einer relativ großen Differenz stärker begrenzt werden, insbesondere um zu verhindern, dass Batteriezellen, die eine sehr große Abweichung ihres Ladezustands von dem mittleren Ladezustand pro Batteriezelle nach oben hin aufweisen, in einen Überspannungs-Bereich eintreten, was ent- 10 sprechende Batteriezellen schädigen kann. Nach erfolgter wiederholter Erfassung der Ladezustände aller Batteriezellen kann erfasst werden, ob sich der Ladezustand SOCmax einer am höchsten aufgeladenen Batteriezelle und/oder der Ladezustand SOCmin einer am niedrigsten aufgeladenen Batteriezelle über alle Batteriezellen verändert hat. Sollte diese Bedingung für einen dieser beiden Lai s dezustandswerte erfüllt sein, verändert sich die ermittelte Differenz zwischen dem Ladezustand der am höchsten aufgeladenen Batteriezelle und dem Ladezustand der am niedrigsten aufgeladenen Batteriezelle, so dass eine zuvor freigegebene elektrische Leistung entsprechend der neu ermittelten Ladezustände optimal angepasst werden kann. Sollten die Werte für SOCmax oder SOCmin nach 20 dem Zeitintervall hingegen unverändert sein, kann die Sekundärbatterie nach wie vor mit den zuvor berechneten Spezifikationen betrieben werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der mittlere Ladezustand mit einer Funktion multipliziert, die von der ermittelten Differenz (Δ) abhängt, wo-
25 bei ein Funktionswert der Funktion für die jeweilig ermittelte Differenz aus einer vorgegebenen Beziehung zwischen den möglichen Werten der ermittelten Differenz und den möglichen Funktionswerten ermittelt wird. Die Funktion kann softwaretechnisch implementiert werden und beispielsweise in Form einer Multiplikator-Funktion für den relevanten Wertebereich gegeben sein. Die Funktion kann
30 ihren jeweiligen Funktionswert x = f(A(SOCmax; SOCmin)) aus der vorgegebenen
Beziehung zwischen den möglichen Werten der ermittelten Differenz und den möglichen Funktionswerten beziehen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die vorgegebene Bezie- 35 hung durch wenigstens eine Kennlinie definiert wird. Hiernach kann die Funktion ihren jeweiligen Funktionswert aus der Kennlinie oder einer Kennlinienschar be- ziehen, welche eine vorgegebene feste Beziehung zwischen den möglichen Werten der ermittelten Differenz und den möglichen Funktionswerten darstellt bzw. darstellen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die vorgegebene Beziehung mittels wenigstens eines Pl-Reglers definiert. Auch durch den Pl-Regler kann eine feste vorgegebene Beziehung zwischen den möglichen Werten der ermittelten Differenz und den möglichen Funktionswerten der Funktion festgelegt werden.
Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren ein System, insbesondere für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, zum automatischen und dynamischen Regeln einer von einer wenigstens zwei Batteriezellen aufweisenden Sekundärbatterie abgegebenen elektrischen Leistung, aufweisend wenigstens eine elektronische Einrichtung, welche eingerichtet ist,
- die Ladezustände aller Batteriezellen in zeitlichen Abständen wiederholt zu erfassen,
- aus den erfassten Ladezuständen der Batteriezellen einen mittleren Ladezustand pro Batteriezelle zu ermitteln,
- eine Abweichung von wenigstens einem Ladezustand einer Batteriezelle von dem mittleren Ladezustand zu erfassen, und
- den mittlere Ladezustand und die Abweichung bei der automatischen und dynamischen Regelung der von der Sekundärbatterie abgegebenen elektrischen Leistung zu berücksichtigen.
Das System kann als Batteriemanagementsystem (BMS) ausgebildet sein. Mit dem System sind die oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteile entsprechend verbunden. Das System kann pro Batteriezelle eine Zellüberwachungsschaltung (CSC) aufweisen, um die elektrischen Zellspannungen der einzelnen Batteriezellen erfassen und hieraus die Ladezustände der Batteriezellen ermitteln zu können.
Die von der Sekundärbatterie abgegebene elektrische Leistung kann aus einer durch ein von einem Fahrer eines Fahrzeugs vorgegebenen Vortriebsmoment abgeleitet werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektronische Einrichtung eingerichtet, eine Differenz zwischen einem Ladezustand einer am höchsten aufgeladenen Batteriezelle und einem Ladezustand einer am niedrigsten aufgeladenen Batteriezelle zu ermitteln und bei der automatischen und dynamischen Regelung der von der Sekundärbatterie abgegebenen elektrischen Leistung zu berücksichtigen. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Verfahrens genannten Vorteile entsprechend verbunden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die elektronische Einrichtung eingerichtet, den mittleren Ladezustand mit einer Funktion zu multiplizieren, die von der ermittelten Differenz abhängt, und einen Funktionswert der Funktion für die jeweilig ermittelte Differenz aus einer vorgegebenen Beziehung zwischen den möglichen Werten der ermittelten Differenz und den möglichen Funktionswerten zu ermitteln. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entspre- chende Ausgestaltung des Verfahrens genannten Vorteile entsprechend verbunden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die vorgegebene Beziehung durch wenigstens eine in der elektronischen Einrichtung oder einer separa- ten Speichereinrichtung hinterlegte Kennlinie definiert ist. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Verfahrens genannten Vorteile entsprechend verbunden.
Ferner wird es als vorteilhaft erachtet, wenn die elektronische Einrichtung we- nigstens einen Pl-Regler aufweist, durch den die vorgegebene Beziehung definiert ist. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Verfahrens genannten Vorteile entsprechend verbunden.
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Figur anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in verschiedener Kombination miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt Figur 1 : eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In Schritt 10 wird eine elektrische Leistung durch eine elektrische Maschine von einer Sekundärbatterie abgerufen. In Schritt 11 ermittelt eine elektronische Einrichtung des erfindungsgemäßen Systems die Ladezustände aller Batteriezellen und ermittelt hieraus einen Ladezustand SOCmax einer am höchsten aufgeladenen Batteriezelle und einen Ladezustand SOCmin einer am niedrigsten aufgeladenen Batteriezelle. In Schritt 12 ermittelt die elektronische Einrichtung einen mittleren Ladezustand SOCaVerage pro Batteriezelle aus den ermittelten Ladezuständen der einzelnen Batteriezellen. In Schritt 13 ermittelt die elektronische Einrichtung des Systems eine Differenz zwischen dem Ladezustand SOCmax und dem Ladezustand SOCmin. In Schritt 14 begrenzt die elektronische Einrichtung des Systems die von der Sekundärbatterie abgegebene elektrische Leistung in Abhängigkeit der in Schritt 13 ermittelten Differenz. Dies kann beispielsweise unter Verwendung einer Kennlinie oder Kennlinienschar in Verbindung mit einer Multiplikatorfunktion erfolgen. Nach einem vorgebbaren zeitlichen Abstand At wird mit der elektronischen Einrichtung des Systems in Schritt 15 geprüft, ob sich der Ladezustand SOCmax und/oder der Ladezustand SOCmin verändert haben. Ist dies der Fall, geht die elektronische Einrichtung des Systems zu Schritt 13, um die von der Sekundärbatterie abgegebene elektrische Leistung an die neuen Bedingungen anpassen und regeln zu können. Haben sich der Ladezustand SOCmax und/oder der Ladezustand SOCmin nicht verändert, was in Schritt 15 geprüft wird, kann die Sekundärbatterie in Schritt 16 weiterhin mit den zuvor ermittelten Spezifikationen weiter betrieben werden.

Claims

Verfahren zum automatischen Regeln einer elektrischen Leistung, die von einer wenigstens zwei Batteriezellen aufweisenden Sekundärbatterie abgegeben wird, wobei
Ladezustände aller Batteriezellen in zeitlichen Abständen wiederholt er- fasst werden,
aus den erfassten Ladezuständen der Batteriezellen ein mittlerer Ladezustand pro Batteriezelle (SOCaVerage) ermittelt wird,
eine Abweichung von wenigstens einem Ladezustand einer Batteriezelle von dem mittleren Ladezustand (SOCaVerage) erfasst wird, und
der mittlere Ladezustand (SOCaVerage) und die Abweichung bei der automatischen und dynamischen Regelung der von der Sekundärbatterie abgegebenen elektrischen Leistung berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenz zwischen einem Ladezustand (SOCmax) einer am höchsten aufgeladenen Batteriezelle und einem Ladezustand (SOCmin) einer am niedrigsten aufgeladenen Batteriezelle ermittelt und bei der automatischen und dynamischen Regelung der von der Sekundärbatterie abgegebenen elektrischen Leistung berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Ladezustand (SOCaverage) mit einer Funktion multipliziert wird, die von der ermittelten Differenz abhängt, wobei ein Funktionswert der Funktion für die jeweilig ermittelte Differenz aus einer vorgegebenen Beziehung zwischen den möglichen Werten der ermittelten Differenz und den möglichen Funktionswerten ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Beziehung durch wenigstens eine Kennlinie definiert wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Beziehung mittels wenigstens eines Pl-Reglers definiert wird.
System, insbesondere für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, zum automatischen und dynamischen Regeln einer von einer wenigstens zwei Batteriezellen aufweisenden Sekundärbatterie abgegebenen elektrischen Leistung, aufweisend wenigstens eine elektronische Einrichtung, welche eingerichtet ist,
Ladezustände aller Batteriezellen in zeitlichen Abständen wiederholt zu erfassen,
aus den erfassten Ladezuständen der Batteriezellen einen mittleren Ladezustand pro Batteriezelle (SOCaVerage) zu ermitteln,
eine Abweichung von wenigstens einem Ladezustand einer Batteriezelle von dem mittleren Ladezustand (SOCaVerage) zu erfassen, und
den mittlere Ladezustand (SOCaVerage) und die Abweichung bei der automatischen und dynamischen Regelung der von der Sekundärbatterie abgegebenen elektrischen Leistung zu berücksichtigen.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Einrichtung eingerichtet ist, eine Differenz zwischen einem Ladezustand (SOCmax) einer am höchsten aufgeladenen Batteriezelle und einem Ladezustand (SOCmin) einer am niedrigsten aufgeladenen Batteriezelle zu ermitteln und bei der automatischen und dynamischen Regelung der von der Sekundärbatterie abgegebenen elektrischen Leistung zu berücksichtigen.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Einrichtung eingerichtet ist, den mittleren Ladezustand (SOCaVerage) mit einer Funktion zu multiplizieren, die von der ermittelten Differenz abhängt, und einen Funktionswert der Funktion für die jeweilig ermittelte Differenz aus einer vorgegebenen Beziehung zwischen den möglichen Werten der ermittelten Differenz und den möglichen Funktionswerten zu ermitteln.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Beziehung durch wenigstens eine in der elektronischen Einrichtung oder einer separaten Speichereinrichtung hinterlegte Kennlinie definiert ist. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Einrichtung wenigstens einen Pl-Regler aufweist, durch den die vorgegebene Beziehung definiert ist.
PCT/EP2015/056048 2014-04-17 2015-03-23 Dynamische regelung einer elektrischen leistung WO2015158498A1 (de)

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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113135254B (zh) * 2021-04-17 2022-07-22 深圳市威特利电源有限公司 一种电动骑行交通工具的追踪充电系统及方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130106357A1 (en) * 2011-10-31 2013-05-02 Cobasys, Llc Intelligent charging and discharging system for parallel configuration of series cells with semiconductor switching

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5578915A (en) * 1994-09-26 1996-11-26 General Motors Corporation Dynamic battery state-of-charge and capacity determination
JP2004524793A (ja) * 2001-03-30 2004-08-12 デザインライン・リミテッド バッテリー管理ユニット、システム、および方法
US7589500B2 (en) * 2002-11-22 2009-09-15 Milwaukee Electric Tool Corporation Method and system for battery protection
US7417405B2 (en) * 2004-10-04 2008-08-26 Black & Decker Inc. Battery monitoring arrangement having an integrated circuit with logic controller in a battery pack
EP1814206A1 (de) 2006-01-27 2007-08-01 Berner Fachhochschule Hochschule für Technik und Architektur Biel Batterieausgleichsystem
KR100778414B1 (ko) * 2006-10-12 2007-11-22 삼성에스디아이 주식회사 배터리 관리 시스템 및 그의 구동 방법
JP4388094B2 (ja) * 2007-03-28 2009-12-24 株式会社東芝 組電池の保護装置及び電池パック装置
JP5453184B2 (ja) * 2010-06-28 2014-03-26 日立ビークルエナジー株式会社 電池制御回路
US20130221919A1 (en) * 2010-09-02 2013-08-29 Nicky G. Gallegos System and methods for battery management
JP5583781B2 (ja) * 2010-10-15 2014-09-03 三洋電機株式会社 電力管理システム
KR101293635B1 (ko) * 2010-12-29 2013-08-05 주식회사 엘지화학 이차전지 셀의 퇴화 정도를 반영한 배터리 팩의 관리 장치와 방법 및 이를 구비한 배터리 팩
US9147910B2 (en) * 2011-12-28 2015-09-29 General Electric Company Method and system for controlling energy storage device
US9065280B2 (en) * 2012-10-02 2015-06-23 Zero Motorcycles, Inc. System and method of using high energy battery packs
US8972091B2 (en) * 2013-03-12 2015-03-03 Ford Global Technologies, Llc Reduced central processing unit load and memory usage battery state of charge calculation
US9770997B2 (en) * 2013-06-11 2017-09-26 Ford Global Technologies, Llc Detection of imbalance across multiple battery cells measured by the same voltage sensor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130106357A1 (en) * 2011-10-31 2013-05-02 Cobasys, Llc Intelligent charging and discharging system for parallel configuration of series cells with semiconductor switching

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