WO2016023749A1 - Regelung einer sekundärbatterie mit in reihe zueinander schaltbaren batteriezellen - Google Patents

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WO2016023749A1
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Marco Friedrich
Stefan Butzmann
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the electrical output voltage of the secondary battery is varied as a function of the load applied to the secondary battery.
  • Secondary battery a plurality of electrically in series with each other switchable battery cells, wherein the respectively generated by the secondary battery electrical output voltage is defined by the respective number of electrically series-connected battery cells and their charge states. Not required for the generation of a desired electrical output voltage battery cells are bypassed.
  • a control of the electrical output voltage of a secondary battery is done by switching on or off or bridging individual
  • Battery cell associated cell electronics units In each of these time steps is a momentarily required for generating a required electrical target output voltage number of battery cells on or activated. Switched on or activated battery cells can with the help of their
  • Cell electronics unit with positive polarity or in positive orientation or with negative polarity or in negative orientation relative to the tap of the electrical output voltage of a secondary battery in a series circuit of battery cells are introduced.
  • Disconnected battery cells are electrically isolated from the series connection, including usually
  • a corresponding cell state can be described by a quality factor which is determined by means of one or more parameters, such as the state of charge (SOC), the
  • State of health (SOH), or the like of a battery cell defined for each battery cell during the operation of a secondary battery and in the control of the electrical
  • Output voltage of the secondary battery is taken into account.
  • battery cells with a good state of charge and overall health can be more common than
  • Battery cells are activated with a poor charging and overall state.
  • the invention relates to a control and / or regulating system for a secondary battery having at least two battery cells which can be electrically connected in series with one another, in particular an electrically driven motor vehicle
  • Cell electronics units At least one electronic central unit and
  • the electronic central unit is set up, one of the
  • Secondary battery respectively generated electrical actual output voltage to detect and compare with a predetermined electrical target output voltage, depending on the respective result of the comparison between electrical actual output voltage and electrical target output voltage to generate at least one control signal and the respective generated control signal via the communication link to all
  • each cell electronics unit is set up to detect a respective state of the battery cell assigned to it, to generate a state parameter assigned to the respective detected state, a value stored in the cell electronics unit of a probability for switching on it
  • the respective control signal contains at least one information, according to which the values stored in the cell electronics units of the
  • the data volume to be transmitted from the electronic central unit to the cell electronics units for controlling and / or regulating the secondary battery is reduced compared to the conventional case in which a uniform absolute value of a probability for the switching on of the battery cells is transmitted from an electronic central unit to the cell electronics units.
  • Probability for switching on the battery cells for example in the value range [0, 1] and are transmitted by the electronic central processing unit via a communication connection to the electronic cell units per control or regulating step and are processed individually in each cell electronic unit.
  • an integer format may be used, with 8 bits then
  • control signal according to the invention can already be transmitted with 2 bits, so that either at a given bandwidth of the communication link with a higher update rate of the control or regulation, which is a more accurate
  • Output voltage allows, or at a given update rate of
  • Control or regulation is associated with a lower minimum bandwidth of the communication link, which is associated with lower technical complexity and thus lower production costs.
  • the control signal generated by the electronic central unit preferably takes into account a difference between the respective electrical actual output voltage generated by the secondary battery and the predeterminable desired electrical output voltage.
  • the number of activated battery cells can be increased or decreased stepwise to gradually approach the electrical actual output voltage to the electrical target output voltage.
  • Output voltage can be determined by the current value of the
  • a constant direct electrical voltage or an alternating electrical sine voltage can be generated by a secondary battery.
  • Each cell electronics unit is set up to regulate the state of the battery cell assigned to it in dependence on the respective control signal and the value of the probability for switching on the battery cell weighted by the respective state parameter, wherein each cell electronics unit has the value of the probability for switching on the battery cell weighted by the respective state parameter Battery cell as an individual absolute
  • a cell electronics unit can thus control its associated battery cell using a single probability value, whereas conventionally at least two absolute and separate ones
  • pulse width modulated proportion of the actual output voltage with a small amplitude for example, cell voltage
  • the pulse width modulated component can be determined by specifying small values of the probability for the
  • the respective control signal contains information about which battery cells in positive orientation turn on or off and / or after which battery cells are switched on or off in a negative orientation. There may then be another bit for controlling the turning on of battery cells in positive orientation, another bit for controlling the turning off of cells in positive orientation and / or another bit for controlling the turning on of battery cells in negative orientation and another bit for controlling the Turn off
  • Battery cells are used in negative orientation. Depending on values of the further bits and a current value of the in one
  • Cell electronics unit formed absolute probability value for switching on or off of the cell electronics unit associated battery cell off battery cells can be turned on in positive orientation turned off in positive orientation switched off battery cells and / or switched off cells in negative orientation or switched off in negative orientation battery cells.
  • a Accordingly, a controlled secondary battery can accordingly generate a positive or a negative actual electrical output voltage by turning on battery cells either in positive orientation or in negative orientation.
  • control and / or regulating system can be used for so-called active balancing of the battery cells in order to match the states of charge of the battery cells to one another.
  • battery cells can be activated as a function of their respective cell state by multiplying in each cell electronics unit the respective value of the probability for the switching on of the battery cells with the respective state parameter, that is to say weighted.
  • battery cells with a good condition for example, high SOC and high value of the quality measure
  • Such active balancing is thus one with a temporally different use of the individual battery cells
  • the activated battery cells can be switched over by the further bits for controlling the switching on of Battery cells in positive orientation or to control the turning off of battery cells in positive orientation and / or the other bits to control the switching of battery cells in negative orientation or to control the switching off of battery cells in negative orientation are activated simultaneously.
  • Secondary battery tapped electrical actual output voltage connected in series with each other. In the process, a load current I L flows through all the battery cells. In addition, for active balancing of the battery cells, individual battery cells are set in opposite directions to the main direction of the electrical actual output voltage tapped by the secondary battery
  • the switching state of the battery cells is determined individually and decentrally in each cell electronics unit.
  • the control of the electrical actual output voltage can by a Balancing method are added after the battery cells with good charging and overall state are activated more frequently than cells with poor charging and overall state.
  • the switching state of each cell electronics unit can be defined and, as a result, the number of battery cells needed to reach a desired electrical output voltage can be connected in series.
  • a readjustment of the electrical actual output voltage can by the transmission of at least one control signal on the
  • Switching operations are specified. For example, if the actual electrical output voltage is too large, the probability value respectively given in a cell electronics unit can be interpreted as a switch-off probability, as a result of which individual battery cells are switched off. If the actual electrical output voltage is too low, it may be in one
  • Switching probability are interpreted, whereby individual battery cells are turned on.
  • the respective probability value in this case the number of battery cells to be switched off or to be switched on and thus the
  • a switching state of a battery cell can be determined in the cell electronics unit assigned in this battery cell as a function of the state of the battery cell.
  • a completely autonomous control and / or regulation can be realized by battery cells whose state of charge falls below a predefinable minimum lower threshold for the state of charge, completely autonomously by the the battery cells respectively assigned cell electronics units in
  • a centrally influenced control and / or regulation can be realized in that a present in a cell electronics unit
  • Main direction and switch-on probability is interpreted in the opposite direction, which turn on the statistical average about the same number of battery cells opposite to the main direction (for balancing) and in the main direction (for tracking the electrical actual output voltage) of the actual total output voltage of the secondary battery.
  • the likelihood values present in the cell electronics units can simultaneously be considered the switch-off probability in the main direction and
  • Switch off probability opposite to the main direction are interpreted, resulting in the statistical average about the same number of battery cells opposite to the main direction and switch off in the main direction.
  • a faster readjustment of the electrical actual output voltage is achieved in comparison to the completely autonomous control and / or regulation and it is simultaneously possible to influence the balancing process centrally by the electronic central unit.
  • the invention furthermore relates to a method for controlling and / or regulating a battery system, in particular an electrically drivable motor vehicle, wherein the battery system has a secondary battery having at least two battery cells which can be electrically connected in series with one another, at least two each associated with at least one battery cell
  • Cell electronics units at least one electronic central unit and at least one communication connection, via which the electronic central unit is communicatively connectable to the cell electronics units,
  • weighted associated battery cell with the respective state parameter and the state of its associated battery cell is controlled in response to the respective control signal and the weighted with the respective state parameter value of the probability of switching on the battery cell
  • the respective control signal contains at least information about which battery cells in positive
  • Figure 1 a schematic representation of an embodiment of an inventive control and / or regulating system.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a control and / or regulating system 1 according to the invention for a secondary battery 3 of an electrically drivable motor vehicle having a plurality of battery cells 2 which can be electrically connected in series with each other.
  • 1 includes a plurality of each associated with a battery cell 2
  • the electronic central processing unit 5 is arranged, one of the secondary battery
  • Each cell electronics unit 4 is set up to detect a respective state of the battery cell 2 assigned to it, to generate a state parameter assigned to the respective detected state, one in the cell electronics unit
  • the respective control signal contains at least information according to which the values stored in the cell electronics units 4 are to be maintained, incrementally increased, gradually reduced or reset to a predefinable output value in the next control step.
  • the respective Control signal contain information about which battery cells 2 in positive orientation on or off and / or after which battery cells 2 are switched on or off in a negative orientation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuer- und/oder Regelsystem (1) für eine wenigstens zwei elektrisch in Reihe zueinander schaltbare Batteriezellen (2) aufweisende Sekundärbatterie (3), insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, aufweisend - wenigstens zwei jeweils zumindest einer Batteriezelle (2) zugeordnete Zellelektronikeinheiten (4), - wenigstens eine elektronische Zentraleinheit (5) und - wenigstens eine Kommunikationsverbindung (6), über welche die elektronische Zentraleinheit (5) kommunikationstechnisch mit den Zellelektronikeinheiten (4) verbindbar ist, - wobei die elektronische Zentraleinheit (5) eingerichtet ist, eine von der Sekundärbatterie (3) jeweilig erzeugte elektrische Ist-Ausgangsspannung zu erfassen und mit einer vorgebbaren elektrischen Soll-Ausgangsspannung zu vergleichen, in Abhängigkeit des jeweiligen Ergebnisses des Vergleichs zwischen elektrischer Ist-Ausgangsspannung und elektrischer Soll- Ausgangsspannung wenigstens ein Regelsignal zu erzeugen und das jeweilig erzeugte Regelsignal über die Kommunikationsverbindung (6) an alle Zellelektronikeinheiten (4) zu senden, - wobei jede Zellelektronikeinheit (4) eingerichtet ist, einen jeweiligen Zustand der ihr zugeordneten Batteriezelle (2) zu erfassen, einen dem jeweilig erfassten Zustand zugeordneten Zustandsparameter zu erzeugen, einen in der Zellelektronikeinheit (4) abgelegten Wert einer Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der ihr zugeordneten Batteriezelle (2) mit dem jeweiligen Zustandsparameter zu gewichten und den Zustand der ihr zugeordneten Batteriezelle (2) in Abhängigkeit des jeweiligen Regelsignals und des mit dem jeweiligen Zustandsparameter gewichteten Wertes der Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der Batteriezelle (2) zu regeln, und - wobei das jeweilige Regelsignal wenigstens eine Information enthält, nach welcher die in den Zellelektronikeinheiten (4) abgelegten Werte der Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der jeweiligen Batteriezelle (2) in dem nächsten Regelschritt beizubehalten, schrittweise zu erhöhen, schrittweise zu verringern oder auf einen vorgebbaren Ausgangswert zurückzusetzen ist.

Description

Beschreibung
Titel
REGELUNG EINER SEKUNDÄRBATTERIE MIT IN REIHE ZUEINANDER SCHALTBAREN BATTERIEZELLEN
Stand der Technik
In elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, insbesondere Elektrofahrzeugen und Hybrid- Elektrofahrzeugen, werden Sekundärbatterien eingesetzt, um mit ihnen elektrische Antriebseinrichtungen des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen.
Übliche Batteriesysteme für Elektromobilitätsanwendungen weise eine feste Verschaltung von Batteriezellen ohne Zellelektronik auf.
In neuartigen Batteriesystemen wird im Betrieb eines solchen Kraftfahrzeugs die elektrische Ausgangsspannung der Sekundärbatterie in Abhängigkeit der jeweilig an der Sekundärbatterie anliegenden Last variiert. Hierzu weist eine
Sekundärbatterie eine Vielzahl von elektrisch in Reihe zueinander schaltbaren Batteriezellen auf, wobei die jeweilig von der Sekundärbatterie erzeugte elektrische Ausgangsspannung durch die jeweilige Anzahl von elektrisch in Reihe zueinander geschalteten Batteriezellen und deren Ladezustände definiert ist. Nicht für die Erzeugung einer gewünschten elektrischen Ausgangsspannung benötigte Batteriezellen werden überbrückt.
Eine Steuerung der elektrischen Ausgangsspannung einer Sekundärbatterie erfolgt durch Einschalten oder Ausschalten bzw. Überbrücken einzelner
Batteriezellen in festgelegten Zeitschritten mit Hilfe von den einzelnen
Batteriezellen zugeordneten Zellelektronikeinheiten. In jedem dieser Zeitschritte ist eine momentan zur Erzeugung einer benötigten elektrischen Soll- Ausgangsspannung erforderliche Anzahl von Batteriezellen eingeschaltet bzw. aktiviert. Eingeschaltete bzw. aktivierte Batteriezellen können mit Hilfe ihrer
Zellelektronikeinheit mit positiver Polarität bzw. in positiver Orientierung oder mit negativer Polarität bzw. in negativer Orientierung relativ zum Abgriff der elektrischen Ausgangsspannung einer Sekundärbatterie in eine Reihenschaltung aus Batteriezellen eingebracht werden. Ausgeschaltete Batteriezellen sind elektrisch von der Reihenschaltung getrennt, wozu üblicherweise
Anschlussklemmen der den ausgeschalteten Batteriezellen jeweilig
zugeordneten Zellelektronikeinheiten elektrisch miteinander verbunden sind, wodurch diese Batteriezellen überbrückt werden. Es ist bekannt, zur Steuerung der elektrischen Ausgangsspannung einer
Sekundärbatterie eine Aktivierung von Batteriezellen in Abhängigkeit des jeweiligen Ladezustands und weiterer Zustandsgrößen der Batteriezellen vorzunehmen. Ein entsprechender Zellzustand kann durch einen Gütefaktor beschrieben werden, welcher anhand einzelner oder mehrerer Kenngrößen, wie beispielsweise dem Ladezustand („State of Charge", SOC), dem
Alterungszustand („State of Health", SOH), oder dergleichen einer Batteriezelle, definiert, für jede Batteriezelle während des Betriebs einer Sekundärbatterie bestimmt und bei der Steuerung bzw. Regelung der elektrischen
Ausgangsspannung der Sekundärbatterie berücksichtigt wird. Beispielsweise können Batteriezellen mit einem guten Lade- und Gesamtzustand häufiger als
Batteriezellen mit einem schlechten Lade- und Gesamtzustand aktiviert werden.
Offenbarung der Erfindung Gegenstand der Erfindung ist ein Steuer- und/oder Regelsystem für eine wenigstens zwei elektrisch in Reihe zueinander schaltbare Batteriezellen aufweisende Sekundärbatterie, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, aufweisend
- wenigstens zwei jeweils zumindest einer Batteriezelle zugeordnete
Zellelektronikeinheiten, - wenigstens eine elektronische Zentraleinheit und
- wenigstens eine Kommunikationsverbindung, über welche die elektronische Zentraleinheit kommunikationstechnisch mit den Zellelektronikeinheiten verbindbar ist,
- wobei die elektronische Zentraleinheit eingerichtet ist, eine von der
Sekundärbatterie jeweilig erzeugte elektrische Ist-Ausgangsspannung zu erfassen und mit einer vorgebbaren elektrischen Soll-Ausgangsspannung zu vergleichen, in Abhängigkeit des jeweiligen Ergebnisses des Vergleichs zwischen elektrischer Ist-Ausgangsspannung und elektrischer Soll- Ausgangsspannung wenigstens ein Regelsignal zu erzeugen und das jeweilig erzeugte Regelsignal über die Kommunikationsverbindung an alle
Zellelektronikeinheiten zu senden,
- wobei jede Zellelektronikeinheit eingerichtet ist, einen jeweiligen Zustand der ihr zugeordneten Batteriezelle zu erfassen, einen dem jeweilig erfassten Zustand zugeordneten Zustandsparameter zu erzeugen, einen in der Zellelektronikeinheit abgelegten Wert einer Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der ihr
zugeordneten Batteriezelle mit dem jeweiligen Zustandsparameter zu gewichten und den Zustand der ihr zugeordneten Batteriezelle in Abhängigkeit des jeweiligen Regelsignals und des jeweiligen mit dem Zustandsparameter gewichteten Wertes der Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der Batteriezelle zu regeln, und
- wobei das jeweilige Regelsignal wenigstens eine Information enthält, nach welcher die in den Zellelektronikeinheiten abgelegten Werte der
Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der jeweiligen Batteriezelle in dem nächsten Regelschritt beizubehalten, schrittweise zu erhöhen, schrittweise zu verringern oder auf einen vorgebbaren Ausgangswert zurückzusetzen ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Steuer- und/oder Regelsystem wird das von der elektronischen Zentraleinheit an die Zellelektronikeinheiten zur Steuerung und/oder Regelung der Sekundärbatterie zu übertragende Datenvolumen gegenüber dem herkömmlichen Fall reduziert, bei dem in jedem Steuer- bzw. Regelschritt ein einheitlicher Absolutwert einer Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der Batteriezellen von einer elektronischen Zentraleinheit an die Zellelektronikeinheiten übertragen wird. Solche Absolutwerte einer
Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der Batteriezellen können beispielsweise im Wertebereich [0,1] liegen und pro Steuer- bzw. Regelschritt von der elektronischen Zentraleinheit über eine Kommunikationsverbindung an die Zellelektronikeinheiten übertragen und in jeder Zellelektronikeinheit individuell verarbeitet werden. Für diese herkömmliche Übertragung von Absolutwerten kann beispielsweise ein Ganzzahlformat verwendet werden, wobei mit 8 Bit dann
256 diskrete Werte im jeweilig verwendeten Wertebereich abbildbar sind. Unter der Annahme, dass eine zweckmäßige Steuerung bzw. Regelung der von einer Sekundärbatterie erzeugten elektrischen Ausgangsspannung mit wenigstens 20000 Steuer- bzw. Regelschritten pro Sekunde erfolgt, das heißt mit
Zeitschritten von maximal 50 is zwischen einzelnen Steuer- bzw. Regelschritten, beträgt eine dann notwendige Kommunikationsgeschwindigkeit für die
Übertragung von entsprechenden Absolutwerten einer Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der Batteriezellen mindestens 20000 x 2 x 8 Bits/s = 320 kBit/s, wenn ein Absolutwert für die Wahrscheinlichkeit des Einschaltens der
Batteriezellen und ein weiterer Absolutwert für die Wahrscheinlichkeit des
Ausschaltens der Batteriezellen übertragen werden soll. Sollen weitere
Absolutwerte, beispielsweise für eine minimale untere SOC-Schranke und eine maximale obere SOC-Schranke übertragen werden, wäre bereits eine
Kommunikationsgeschwindigkeit von 640 kBit/s erforderlich. Eine noch höhere Kommunikationsgeschwindigkeit würde dann notwendig, wenn bei einem Einsatz in einer störbehafteten Umgebung zusätzliche Daten für Fehlererkennungs- und Korrekturmechanismen übertragen werden sollen. Im Gegensatz hierzu kann das erfindungsgemäße Regelsignal schon mit 2 Bit übertragen werden, so dass entweder bei vorgegebener Bandbreite der Kommunikationsverbindung mit einer höheren Updaterate der Steuerung bzw. Regelung, was eine genauere
Steuerung bzw. Regelung der von der Sekundärbatterie erzeugten
Ausgangsspannung ermöglicht, oder bei vorgegebener Updaterate der
Steuerung bzw. Regelung mit einer geringeren minimalen Bandbreite der Kommunikationsverbindung einhergeht, womit ein geringerer technischer Aufwand und somit geringere Produktionskosten verbunden sind.
Das von der elektronischen Zentraleinheit erzeugte Regelsignal berücksichtigt vorzugsweise eine Differenz zwischen der jeweilig von der Sekundärbatterie erzeugten elektrischen Ist-Ausgangsspannung und der vorgebbaren elektrischen Soll-Ausgangsspannung. Insbesondere kann bei auftretenden Differenzen zwischen der elektrischen Ist-Ausgangsspannung und der vorgebbaren elektrischen Soll-Ausgangsspannung die Anzahl der aktivierten Batteriezellen schrittweise erhöht oder verringert werden, um die elektrische Ist- Ausgangsspannung schrittweise an die elektrische Soll-Ausgangsspannung anzunähern. Eine Schrittweite einer Änderung der elektrischen Ist-
Ausgangsspannung kann durch den jeweils aktuellen Wert der
Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der jeweiligen Batteriezelle festgelegt sein, wobei bei kleinem Wert dieser Wahrscheinlichkeit eine kleinere Anzahl von Batteriezellen in den Umschaltvorgang einbezogen werden kann als bei einem größeren Wert für diese Wahrscheinlichkeit.
Mittels des erfindungsgemäßen Steuer- und/oder Regelsystems können beispielsweise eine konstante elektrische Gleichspannung oder eine elektrische Sinuswechselspannung durch eine Sekundärbatterie erzeugt werden.
Jede Zellelektronikeinheit ist eingerichtet, den Zustand der ihr zugeordneten Batteriezelle in Abhängigkeit des jeweiligen Regelsignals und des mit dem jeweiligen Zustandsparameter gewichteten Wertes der Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der Batteriezelle zu regeln, wobei jede Zellelektronikeinheit den mit dem jeweiligen Zustandsparameter gewichteten Wert der Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der Batteriezelle als individuellen absoluten
Wahrscheinlichkeitswert für das Einschalten der ihr zugeordneten Batteriezelle verwendet. Eine Zellelektronikeinheit kann folglich unter Verwendung eines einzigen Wahrscheinlichkeitswertes die ihr zugeordnete Batteriezelle regeln, wohingegen herkömmlich zumindest zwei absolute und getrennte
Wahrscheinlichkeitswerte für das Einschalten und das Ausschalten der
Batteriezellen erforderlich sind.
Die Vorgabe nur eines Wahrscheinlichkeitswertes anstelle getrennter Ein- und Ausschaltwahrscheinlichkeiten ist insbesondere dann möglich, wenn nur begrenzte Änderungen der elektrischen Ist-Ausgangsspannung einer
Sekundärbatterie auftreten. In diesem Fall würde bei großen Abweichungen der elektrischen Ist-Ausgangsspannung von der vorgegebenen elektrischen Soll- Ausgangsspannung einer der getrennten Wahrscheinlichkeitswerte mit großer Amplitude auftreten, während der andere Wert Null wäre. Bei sehr kleinen Abweichungen der elektrischen Ist-Ausgangsspannung von der vorgegebenen elektrischen Soll-Ausgangsspannung haben die Ein- und
Ausschaltwahrscheinlichkeit gleichermaßen kleine Werte nahe Null, so dass ein Umschalten der Interpretation des Wahrscheinlichkeitswertes als Ein- und Ausschaltwahrscheinlichkeit und ein inkrementelles Nachführen des
Absolutwertes des Wahrscheinlichkeitswertes um den Nullpunkt möglich ist.
Darüber hinaus kann bei der Erzeugung einer konstanten elektrischen
Gleichspannung als elektrische Ist-Ausgangsspannung zusätzlich ein
pulsweitenmodulierter Anteil der Ist-Ausgangsspannung mit kleiner Amplitude (zum Beispiel Zellspannung) erzeugt werden. Der pulsweitenmodulierte Anteil kann durch eine Vorgabe kleiner Werte der Wahrscheinlichkeit für das
Einschalten der Batteriezellen und einen schnellen Wechsel zwischen Einschalt- und Ausschaltvorgängen erzeugt werden. Eine solche Realisierung einer Steuerung und/oder Regelung einer Sekundärbatterie ermöglicht ein Einstellen der Ist-Ausgangsspannung mit hoher Genauigkeit bei gleichzeitig kleinem Spannungshub des pulsweitenmodulierten Anteils, was bezüglich der Emission elektromagnetischer Störungen vorteilhaft ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält das jeweilige Regelsignal eine Information, nach welcher Batteriezellen in positiver Orientierung ein- oder auszuschalten und/oder nach welcher Batteriezellen in negativer Orientierung ein- oder auszuschalten sind. Es kann hiernach ein weiteres Bit zur Steuerung des Einschaltens von Batteriezellen in positiver Orientierung, ein weiteres Bit zur Steuerung des Ausschaltens von Zellen in positiver Orientierung und/oder ein weiteres Bit zur Steuerung des Einschaltens von Batteriezellen in negativer Orientierung und ein weiteres Bit zur Steuerung des Ausschaltens von
Batteriezellen in negativer Orientierung verwendet werden. In Abhängigkeit von Werten der weiteren Bits und eines aktuellen Wertes des in einer
Zellelektronikeinheit gebildeten absoluten Wahrscheinlichkeitswertes für das Ein- oder Ausschalten der der Zellelektronikeinheit zugeordneten Batteriezelle, können ausgeschaltete Batteriezellen in positiver Orientierung eingeschaltet, in positiver Orientierung eingeschaltete Batteriezellen ausgeschaltet und/oder ausgeschaltete Zellen in negativer Orientierung eingeschaltet oder in negativer Orientierung eingeschaltete Batteriezellen ausgeschaltet werden. Eine entsprechend gesteuerte bzw. geregelte Sekundärbatterie kann entsprechend eine positive oder eine negative elektrische Ist-Ausgangsspannung erzeugen, indem Batteriezellen entweder in positiver Orientierung oder in negativer Orientierung eingeschaltet werden.
Zudem kann das Steuer- und/oder Regelsystem gemäß dieser Ausgestaltung zum sogenannten aktiven Balancing der Batteriezellen verwendet werden, um die Ladezustände der Batteriezellen aneinander anzugleichen. Hierbei können Batteriezellen in Abhängigkeit ihres jeweiligen Zellzustands aktiviert werden, indem in jeder Zellelektronikeinheit der jeweilige Wert der Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der Batteriezellen mit dem jeweiligen Zustandsparameter multipliziert, das heißt gewichtet, wird. Hierdurch werden Batteriezellen mit gutem Zustand, beispielsweise hohem SOC und hohem Wert des Gütemaßes, mit größerer Wahrscheinlichkeit und über einen längeren Zeitraum aktiviert als Zellen mit schlechtem Ladezustand, zum Beispiel geringerem SOC und kleinerem Wert des Gütemaßes. Ein solches aktives Balancing ist somit mit einer zeitlich unterschiedlichen Nutzung der einzelnen Batteriezellen einer
Sekundärbatterie in Abhängigkeit vom jeweiligen Zustand der Batteriezellen möglich. Bei einer von der Sekundärbatterie erzeugten konstanten elektrischen Ist-Ausgangsspannung, beispielsweise Gleichspannung, und einer sehr geringen Differenz zwischen der elektrischen Ist-Ausgangsspannung und der vorgebbaren elektrischen Soll-Ausgangsspannung kann ein Umschalten der aktivierten Batteriezellen erfolgen, indem die weiteren Bits zur Steuerung des Einschaltens von Batteriezellen in positiver Orientierung bzw. zur Steuerung des Ausschaltens von Batteriezellen in positiver Orientierung und/oder die weiteren Bits zur Steuerung des Einschaltens von Batteriezellen in negativer Orientierung bzw. zur Steuerung des Ausschaltens von Batteriezellen in negativer Orientierung gleichzeitig aktiviert werden.
Bei herkömmlichen Verfahren zum aktiven Balancing von Batteriezellen einer Sekundärbatterie durch Ladungsausgleich zwischen den Batteriezellen ist üblicherweise eine aufwändige zusätzliche Beschaltung der Batteriezellen erforderlich, um die Batteriezellen oder aus diesen gebildete Zellmodule zum Ladungsausgleich elektrisch miteinander zu verbinden. Des Weiteren ist herkömmlich zum aktiven Balancing der Batteriezellen eine Steuerung des Balancing- Vorgangs über ein zentrales Steuergerät erforderlich.
Es ist auch bekannt, ein aktives Balancing durch Einschalten von einzelnen Batteriezellen in einer der Hauptrichtung der von der Sekundärbatterie abgegriffenen elektrischen Ist-Ausgangsspannung entgegengesetzten
Orientierung zu erzielen, indem einzelne Batteriezellen innerhalb der
Reihenschaltung aus Batteriezellen mit umgekehrter Polarität in die
Reihenschaltung eingefügt werden. Hierbei wird zunächst eine zur Erzeugung einer benötigten elektrischen Soll-Ausgangsspannung erforderliche Anzahl von Batteriezellen in gleicher Orientierung zur Hauptrichtung der von der
Sekundärbatterie abgegriffenen elektrischen Ist-Ausgangsspannung zu einer Reihenschaltung miteinander verbunden. Dabei fließt durch alle Batteriezellen ein Laststrom lL. Zum aktiven Balancing der Batteriezellen werden zusätzlich einzelne Batteriezellen in eine zur Hauptrichtung der von der Sekundärbatterie abgegriffenen elektrischen Ist-Ausgangsspannung entgegengesetzte
Orientierung in die Reihenschaltung eingebracht. Gleichzeitig muss die Anzahl der Batteriezellen in Hauptorientierung so erhöht werden, dass die benötigte elektrische Soll-Ausgangsspannung erreicht wird. Batteriezellen mit zur Hauptrichtung der von der Sekundärbatterie abgegriffenen elektrischen Ist- Ausgangsspannung entgegengesetzter Orientierung werden dann durch den Laststrom lL geladen. Bei Erreichen eines definierten höheren Ladezustands werden die entsprechend geladenen Batteriezellen aus der Reihenschaltung entfernt (überbrückt) oder in der Hauptorientierung in die Reihenschaltung eingebracht und die Gesamtzahl der Batteriezellen so angepasst, dass die benötigte elektrische Soll-Ausgangsspannung erreicht wird. Herkömmlich wird die Steuerung der Schaltzustände der einzelnen Batteriezellen zum Einstellen der benötigten elektrischen Soll-Ausgangsspannung und zum Zell-Balancing zentral durch eine zentrale Steuereinheit vorgenommen, welche entsprechende Vorgaben zum Schalten der Zellelektronikeinheiten über eine
Kommunikationsschnittstelle an die Zellelektronikeinheiten übermittelt.
Nach der genannten Ausgestaltung der Erfindung wird der Schaltzustand der Batteriezellen individuell und dezentral in jeder Zellelektronikeinheit festgelegt. Die Steuerung der elektrischen Ist-Ausgangsspannung kann durch ein Balancing- Verfahren ergänzt werden, nach dem Batteriezellen mit gutem Lade- und Gesamtzustand häufiger aktiviert werden als Zellen mit schlechtem Lade- und Gesamtzustand. Durch eine Übertragung einer kurzen Nachricht,
beispielsweise 6 Bit, auf der Kommunikationsverbindung zwischen der elektronischen Zentraleinheit und den Zellelektronikeinheiten und eine
Berechnung eines individuell gewichteten Wahrscheinlichkeitswertes in jeder Zellelektronikeinheit kann der Schaltzustand jeder Zellelektronikeinheit definiert und im Ergebnis die zum Erreichen einer elektrischen Soll-Ausgangsspannung benötigte Anzahl von Batteriezellen in einer Reihenschaltung miteinander verbunden werden. Ein Nachregeln der elektrischen Ist-Ausgangsspannung kann durch das Senden von wenigstens einem Regelsignal über die
Kommunikationsverbindung erfolgen, wodurch die in den Zellelektronikeinheiten vorhandenen Wahrscheinlichkeitswerte verändert und Ein- und/oder
Ausschaltvorgänge vorgegeben werden. Beispielsweise kann bei einer zu großen elektrischen Ist-Ausgangsspannung der in einer Zellelektronikeinheit jeweilig gegebene Wahrscheinlichkeitswert als Ausschaltwahrscheinlichkeit interpretiert werden, wodurch einzelne Batteriezellen ausgeschaltet werden. Bei einer zu kleinen elektrischen Ist-Ausgangsspannung kann die in einer
Zellelektronikeinheit jeweilig gegebene Wahrscheinlichkeit als
Einschaltwahrscheinlichkeit interpretiert werden, wodurch einzelne Batteriezellen eingeschaltet werden. Durch den jeweiligen Wahrscheinlichkeitswert kann hierbei die Anzahl der aus- oder einzuschaltenden Batteriezellen und damit die
Schnelligkeit der Änderung der elektrischen Ist-Ausgangsspannung beeinflusst werden.
Ein Schaltzustand einer Batteriezelle kann in der in dieser Batteriezelle zugeordneten Zellelektronikeinheit in Abhängigkeit vom Zustand der Batteriezelle bestimmt werden. Dadurch wird ein schnelles Nachführen der elektrischen Ist- Ausgangsspannung der Sekundärbatterie und gleichzeitig ein verlustarmes, technisch aufwandsarm zu realisierendes aktives Balancing von Batteriezellen einer Sekundärbatterie möglich.
Eine vollständig autonome Steuerung und/oder Regelung kann dadurch realisiert werden, dass Batteriezellen, deren Ladezustand eine vorgebbare minimale untere Schwelle für den Ladezustand unterschreiten, völlig autonom durch die den Batteriezellen jeweilig zugeordneten Zellelektronikeinheiten in
entgegengesetzter Orientierung in die Reihenschaltung aus Batteriezellen eingebracht werden, wobei die elektrische Ist-Ausgangsspannung durch eine Anpassung des in der jeweiligen Zellelektronikeinheit gegebenen
Wahrscheinlichkeitswertes und dessen Interpretation als Einschalt- oder
Ausschaltwahrscheinlichkeit nachgeregelt werden kann.
Eine zentral beeinflusste Steuerung und/oder Regelung kann dadurch realisiert werden, dass ein in einer Zellelektronikeinheit vorhandener
Wahrscheinlichkeitswert gleichzeitig als Einschaltwahrscheinlichkeit in
Hauptrichtung und Einschaltwahrscheinlichkeit in entgegengesetzter Richtung interpretiert wird, wodurch sich im statistischen Mittel etwa die gleiche Anzahl von Batteriezellen entgegengesetzt der Hauptrichtung (zum Balancing) und in Hauptrichtung (zum Nachführen der elektrischen Ist-Ausgangsspannung) der Ist- Gesamtausgangsspannung der Sekundärbatterie einschalten. Alternativ können die in den Zellelektronikeinheiten vorhandenen Wahrscheinlichkeitswerte gleichzeitig als Ausschaltwahrscheinlichkeit in Hauptrichtung und
Ausschaltwahrscheinlichkeit entgegengesetzt der Hauptrichtung interpretiert werden, wodurch sich im statistischen Mittel etwa die gleiche Anzahl von Batteriezellen entgegengesetzt der Hauptrichtung und in Hauptrichtung ausschalten. Dadurch wird im Vergleich zur vollständig autonomen Steuerung und/oder Regelung ein schnelleres Nachregeln der elektrischen Ist- Ausgangsspannung erreicht und es ist gleichzeitig möglich, den Balancing- Prozess zentral durch die elektronische Zentraleinheit zu beeinflussen.
Gegenstand der Erfindung ist des Weiteren ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Batteriesystems, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, wobei das Batteriesystem eine wenigstens zwei elektrisch in Reihe zueinander schaltbare Batteriezellen aufweisende Sekundärbatterie, wenigstens zwei jeweils zumindest einer Batteriezelle zugeordnete
Zellelektronikeinheiten, wenigstens eine elektronische Zentraleinheit und wenigstens eine Kommunikationsverbindung, über welche die elektronische Zentraleinheit kommunikationstechnisch mit den Zellelektronikeinheiten verbindbar ist, aufweist,
- wobei mittels der elektronischen Zentraleinheit eine von der Sekundärbatterie jeweilig erzeugte elektrische Ist-Ausgangspannung erfasst wird und mit einer vorgebbaren elektrischen Soll-Ausgangsspannung verglichen wird, in
Abhängigkeit des jeweiligen Ergebnisses des Vergleichs zwischen elektrischer Ist-Ausgangsspannung und elektrischer Soll-Ausgangsspannung wenigstens ein Regelsignal erzeugt und das jeweilig erzeugte Regelsignal über die
Kommunikationsverbindung an alle Zellelektronikeinheiten gesendet wird,
- wobei mittels jeder Zellelektronikeinheit ein jeweiliger Zustand der ihr zugeordneten Batteriezelle erfasst, ein dem jeweilig erfassten Zustand zugeordneter Zustandsparameter erzeugt, ein in der Zellelektronikeinheit abgelegter Wert einer Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der ihr
zugeordneten Batteriezelle mit dem jeweiligen Zustandsparameter gewichtet und der Zustand der ihr zugeordneten Batteriezelle in Abhängigkeit des jeweiligen Regelsignals und des mit dem jeweiligen Zustandsparameter gewichteten Wertes der Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der Batteriezelle geregelt wird, und
- wobei als jeweiliges Regelsignal eine Information verwendet wird, nach welcher die in den Zellelektronikeinheiten abgelegten Werte der Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der jeweiligen Batteriezelle in dem nächsten Regelschritt beizubehalten, schrittweise zu erhöhen, schrittweise zu verringern oder auf einen vorgebbaren Ausgangswert zurückzusetzen ist.
Mit diesem Verfahren sind die oben mit Bezug auf das Steuer- und/oder
Regelsystem genannten Vorteile entsprechend verbunden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält das jeweilige Regelsignal wenigstens eine Information, nach welcher Batteriezellen in positiver
Orientierung ein- oder auszuschalten und/oder nach welcher Batteriezellen in negativer Orientierung ein- oder auszuschalten sind.
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 schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Steuer- und/oder Regelsystem.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Steuer- und/oder Regelsystem 1 für eine mehrere elektrisch in Reihe zueinander schaltbare Batteriezellen 2 aufweisende Sekundärbatterie 3 eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs. Das Steuer- und/oder Regelsystem
1 umfasst mehrere jeweils einer Batteriezelle 2 zugeordnete
Zellelektronikeinheiten 4, eine elektronische Zentraleinheit 5 und eine
Kommunikationsverbindung 6, über welche die elektronische Zentraleinheit 5 kommunikationstechnisch mit den Zellelektronikeinheiten 4 verbindbar ist.
Die elektronische Zentraleinheit 5 ist eingerichtet, eine von der Sekundärbatterie
3 jeweilig erzeugte elektrische Ist-Ausgangsspannung zu erfassen und mit einer vorgebbaren elektrischen Soll-Ausgangsspannung zu vergleichen, in
Abhängigkeit des jeweiligen Ergebnisses des Vergleichs zwischen elektrischer Ist-Ausgangsspannung und elektrischer Soll-Ausgangsspannung wenigstens ein Regelsignal zu erzeugen und das jeweilig erzeugte Regelsignal über die
Kommunikationsverbindung 6 an alle Zellelektronikeinheiten 4 zu senden.
Jede Zellelektronikeinheit 4 ist eingerichtet, einen jeweiligen Zustand der ihr zugeordneten Batteriezelle 2 zu erfassen, einen dem jeweilig erfassten Zustand zugeordneten Zustandsparameter zu erzeugen, einen in der Zellelektronikeinheit
4 abgelegten Wert einer Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der ihr zugeordneten Batteriezelle 4 mit dem jeweiligen Zustandsparameter zu gewichten und den Zustand der ihr zugeordneten Batteriezelle 2 in Abhängigkeit des jeweiligen Regelsignals und des mit dem jeweiligen Zustandsparameter gewichteten Wertes der Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der Batteriezelle
2 zu regeln.
Das jeweilige Regelsignal enthält wenigstens eine Information, nach welcher die in den Zellelektronikeinheiten 4 abgelegten Werte der Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der jeweiligen Batteriezelle 2 in dem nächsten Regelschritt beizubehalten, schrittweise zu erhöhen, schrittweise zu verringern oder auf einen vorgebbaren Ausgangswert zurückzusetzen ist. Zudem kann das jeweilige Regelsignal eine Information enthalten, nach welcher Batteriezellen 2 in positiver Orientierung ein- oder auszuschalten und/oder nach welcher Batteriezellen 2 in negativer Orientierung ein- oder auszuschalten sind.

Claims

Ansprüche
1. Steuer- und/oder Regelsystem (1) für eine wenigstens zwei elektrisch in
Reihe zueinander schaltbare Batteriezellen (2) aufweisende Sekundärbatterie (3), insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, aufweisend wenigstens zwei jeweils zumindest einer Batteriezelle (2) zugeordnete Zellelektronikeinheiten (4),
wenigstens eine elektronische Zentraleinheit (5) und
wenigstens eine Kommunikationsverbindung (6), über welche die elektronische Zentraleinheit (5) kommunikationstechnisch mit den
Zellelektronikeinheiten (4) verbindbar ist,
wobei die elektronische Zentraleinheit (5) eingerichtet ist, eine von der Sekundärbatterie (3) jeweilig erzeugte elektrische Ist-Ausgangsspannung zu erfassen und mit einer vorgebbaren elektrischen Soll-Ausgangsspannung zu vergleichen, in Abhängigkeit des jeweiligen Ergebnisses des Vergleichs zwischen elektrischer Ist-Ausgangsspannung und elektrischer Soll- Ausgangsspannung wenigstens ein Regelsignal zu erzeugen und das jeweilig erzeugte Regelsignal über die Kommunikationsverbindung (6) an alle Zellelektronikeinheiten (4) zu senden,
wobei jede Zellelektronikeinheit (4) eingerichtet ist, einen jeweiligen Zustand der ihr zugeordneten Batteriezelle (2) zu erfassen, einen dem jeweilig erfassten Zustand zugeordneten Zustandsparameter zu erzeugen, einen in der Zellelektronikeinheit (4) abgelegten Wert einer
Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der ihr zugeordneten Batteriezelle (2) mit dem jeweiligen Zustandsparameter zu gewichten und den Zustand der ihr zugeordneten Batteriezelle (2) in Abhängigkeit des jeweiligen Regelsignals und des mit dem jeweiligen Zustandsparameter gewichteten Wertes der Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der Batteriezelle (2) zu regeln, und wobei das jeweilige Regelsignal wenigstens eine Information enthält, nach welcher die in den Zellelektronikeinheiten (4) abgelegten Werte der Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der jeweiligen Batteriezelle (2) in dem nächsten Regelschritt beizubehalten, schrittweise zu erhöhen, schrittweise zu verringern oder auf einen vorgebbaren Ausgangswert zurückzusetzen ist.
Steuer- und/oder Regelsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das jeweilige Regelsignal eine Information enthält, nach welcher Batteriezellen (1) in positiver Orientierung ein- oder
auszuschalten und/oder nach welcher Batteriezellen (1) in negativer
Orientierung ein- oder auszuschalten sind.
Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Batteriesystems,
insbesondere eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, wobei das Batteriesystem eine wenigstens zwei elektrisch in Reihe zueinander schaltbare Batteriezellen (2) aufweisende Sekundärbatterie (3), wenigstens zwei jeweils zumindest einer Batteriezelle
(2) zugeordnete
Zellelektronikeinheiten (4), wenigstens eine elektronische Zentraleinheit (5) und wenigstens eine Kommunikationsverbindung (6), über welche die elektronische Zentraleinheit (5) kommunikationstechnisch mit den
Zellelektronikeinheiten (4) verbindbar ist, aufweist,
wobei mittels der elektronischen Zentraleinheit (5) eine von der
Sekundärbatterie
(3) jeweilig erzeugte elektrische Ist-Ausgangspannung erfasst wird und mit einer vorgebbaren elektrischen Soll-Ausgangsspannung verglichen wird, in Abhängigkeit des jeweiligen Ergebnisses des Vergleichs zwischen elektrischer Ist-Ausgangsspannung und elektrischer Soll- Ausgangsspannung wenigstens ein Regelsignal erzeugt und das jeweilig erzeugte Regelsignal über die Kommunikationsverbindung (6) an alle Zellelektronikeinheiten (4) gesendet wird,
wobei mittels jeder Zellelektronikeinheit (4) ein jeweiliger Zustand der ihr zugeordneten Batteriezelle (2) erfasst, ein dem jeweilig erfassten Zustand zugeordneter Zustandsparameter erzeugt, ein in der Zellelektronikeinheit (4) abgelegter Wert einer Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der ihr zugeordneten Batteriezelle (2) mit dem jeweiligen Zustandsparameter gewichtet und der Zustand der ihr zugeordneten Batteriezelle (2) in
Abhängigkeit des jeweiligen Regelsignals und des mit dem jeweiligen Zustandsparameter gewichteten Wertes der Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der Batteriezelle (2) geregelt wird, und
wobei als jeweiliges Regelsignal wenigstens eine Information verwendet wird, nach welcher die in den Zellelektronikeinheiten (4) abgelegten Werte der Wahrscheinlichkeit für das Einschalten der jeweiligen Batteriezelle (2) in dem nächsten Regelschritt beizubehalten, schrittweise zu erhöhen, schrittweise zu verringern oder auf einen vorgebbaren Ausgangswert zurückzusetzen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Regelsignal wenigstens eine Information enthält, nach welcher Batteriezellen (2) in positiver Orientierung ein- oder auszuschalten und/oder nach welcher Batteriezellen (2) in negativer Orientierung ein- oder auszuschalten sind.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014214319A1 (de) * 2014-07-23 2016-01-28 Robert Bosch Gmbh Batterie mit mehreren Batteriezelleinheiten mit jeweils einer Batteriezelle und einem der Batteriezelle zugeordneten Batteriezellüberwachungsmodul und entsprechendes Verfahren zum Schalten der Batteriezellen einer solchen Batterie
US10118500B2 (en) * 2016-03-09 2018-11-06 Ford Global Technologies, Llc Battery capacity estimation based on open-loop and closed-loop models
CN107231013B (zh) * 2016-05-24 2019-01-15 华为技术有限公司 一种充电的方法、终端、充电器和系统
EP3333008B1 (de) * 2016-12-12 2022-06-15 Honeywell International Inc. Adaptives ausgleichen zur batterieverwaltung
CN108767336A (zh) * 2018-04-20 2018-11-06 江苏电果电控有限公司 一种一拖四电池修复设备
FR3124283B1 (fr) * 2021-06-22 2023-11-17 Psa Automobiles Sa Methode de communication de variables sur un bus de communication de véhicule automobile

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011002548A1 (de) * 2011-01-12 2012-07-12 Sb Limotive Company Ltd. Verfahren zur Steuerung einer Batterie und Batterie zur Ausführung des Verfahrens
US20140210380A1 (en) * 2013-01-30 2014-07-31 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery having a Plurality of Battery Cells and Method for Regulating a Battery Voltage of a Battery Using Switch-On Probabilities of the Battery Cells

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3867643A (en) * 1974-01-14 1975-02-18 Massachusetts Inst Technology Electric power converter
US4238721A (en) * 1979-02-06 1980-12-09 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy System and method for charging electrochemical cells in series
EP0609101B1 (de) * 1993-01-29 2002-06-26 Canon Kabushiki Kaisha Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie und elektrisches Leistungssystem
JP4605952B2 (ja) * 2001-08-29 2011-01-05 株式会社日立製作所 蓄電装置及びその制御方法
JP4078553B2 (ja) * 2003-10-21 2008-04-23 新神戸電機株式会社 車両用リチウム電池モジュール
KR100804698B1 (ko) * 2006-06-26 2008-02-18 삼성에스디아이 주식회사 배터리 ｓｏｃ 추정 방법 및 이를 이용하는 배터리 관리시스템 및 구동 방법
JP5254568B2 (ja) * 2007-05-16 2013-08-07 日立ビークルエナジー株式会社 セルコントローラ、電池モジュールおよび電源システム
JP5459946B2 (ja) * 2007-09-28 2014-04-02 株式会社日立製作所 車両用直流電源装置
JP5221468B2 (ja) * 2009-02-27 2013-06-26 株式会社日立製作所 電池監視装置
JP5355224B2 (ja) * 2009-05-28 2013-11-27 矢崎総業株式会社 複数組電池の電圧監視装置
EP2272722B1 (de) * 2009-07-01 2015-04-08 Denso Corporation Stromquellenvorrichtung für ein Fahrzeug
JP5099085B2 (ja) * 2009-07-28 2012-12-12 株式会社デンソー 組電池の状態監視装置
DE102010038882A1 (de) * 2010-08-04 2012-02-09 Sb Limotive Company Ltd. Batteriesystem sowie Verfahren zur Ladung einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen
US8895177B2 (en) * 2010-11-18 2014-11-25 Robert Bosch Gmbh Modular battery pack systems for prismatic cells
JP5787997B2 (ja) * 2011-05-31 2015-09-30 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池システム監視装置
DE102011082973A1 (de) * 2011-09-19 2013-03-21 Sb Limotive Company Ltd. Verfahren zum Angleichen der Ladezustände von Batteriezellen einer Batterie und Batterie zur Ausführung des Verfahrens
DE102012202754A1 (de) * 2012-02-23 2013-08-29 Robert Bosch Gmbh Batteriesensordatenübertragungseinheit und ein Verfahren zum Übertragen von Batteriesensordaten
DE102012202751A1 (de) * 2012-02-23 2013-08-29 Robert Bosch Gmbh Batteriesensordatenübertragungseinheit und ein Verfahren zum Übertragen von Batteriesensordaten
US8802275B2 (en) * 2012-02-23 2014-08-12 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery module
DE102012205144A1 (de) * 2012-03-29 2013-10-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Verschalten von Batteriezellen in einer Batterie, Batterie und Überwachungseinrichtung
DE102012208454A1 (de) * 2012-05-21 2013-11-21 Robert Bosch Gmbh Konditionierungsvorrichtung und Verfahren zum zum Konditionieren eines Datenkanals einer Zelle eines elektrischen Energiespeichers
DE102012211953A1 (de) * 2012-07-09 2014-01-09 Helmut Mack Pufferspeicher einer Gleichstromenergieerzeugungsanlage
DE102012215208A1 (de) * 2012-08-28 2014-03-06 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem und Verfahren zur Erkennung von nicht autorisiertem Modulaustausch an einem Batteriesystem
DE102012222746A1 (de) * 2012-12-11 2014-06-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Batteriemodulausbalancierung und Batteriemanagementsystem
JP2015015777A (ja) * 2013-07-03 2015-01-22 ソニー株式会社 蓄電装置および蓄電装置の制御方法
DE102014200096A1 (de) * 2014-01-08 2015-07-09 Robert Bosch Gmbh Batteriemanagementsystem zum Überwachen und Regeln des Betriebs einer Batterie und Batteriesystem mit einem solchen Batteriemanagementsystem

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011002548A1 (de) * 2011-01-12 2012-07-12 Sb Limotive Company Ltd. Verfahren zur Steuerung einer Batterie und Batterie zur Ausführung des Verfahrens
US20140210380A1 (en) * 2013-01-30 2014-07-31 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery having a Plurality of Battery Cells and Method for Regulating a Battery Voltage of a Battery Using Switch-On Probabilities of the Battery Cells

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"PID Controllers: Theory, Design, and Tuning", 1 January 1995, INSTRUMENT SOCIETY OF AMERICA, Research Triangle Park, North Carolina, article KARL JOHAN ASTRÖM ET AL: "PID Control", pages: 59 - 119, XP055216477 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014215849A1 (de) 2016-02-11
US10232730B2 (en) 2019-03-19
US20170232863A1 (en) 2017-08-17

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