WO2018141638A1 - Verfahren zum betrieb eines energiespeichersystems und energiespeichersystem - Google Patents

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energy storage
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Tobias HOLLWEG
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating an energy storage system and an energy storage system.
  • Electric or hybrid vehicles have an energy storage system that includes one or more series and / or parallel energy storage, each having at least two energy storage cells, hereinafter referred to as cells.
  • the charging or discharging of an energy storage is stopped as soon as the least charged cell of the energy storage has reached its Minimai cell voltage, as this cell would be damaged in a further discharge and destroyed.
  • the charging process of an energy storage must be interrupted as soon as a cell of the energy storage has reached its maximum voltage. The further charging of this cell would lead to overcharging and thus to destruction.
  • the other cells After an interruption of the charging or discharging process however, the other cells also do not continue to charge or discharge, although they may not be fully charged or discharged. For this reason, the state of charge of the entire energy storage is limited by the cell with the largest or lowest voltage. In other words, the charging process of an energy store is limited by the "fullest" cell or the discharging process of the energy store by the "empty" cell.
  • the state of charge (SOC) of a cell refers to the percentage ratio between the current charge quantity of the cell and the maximum possible charge amount of the cell.
  • a cell balancing is carried out.
  • the goal of such a Symmetriervorgangs is that after the balancing process, each cell can be charged with the same amount of charge, so that after charging the energy storage each cell is almost completely charged and the capacity of the energy storage can be better used.
  • the balancing process is carried out to a specific cell voltage, regardless of the actual state of charge of the individual cells.
  • the predetermined end criterion for example cell state of charge or cell voltage limit
  • Due to the capacity distribution between the cells a natural voltage difference, a so-called (voltage) asymmetry, arises after each charge stroke. For example, by taking charge from the cells by means of cell balancing, the (voltage) asymmetry is compensated. This happens even though the cells are not asymmetric from an energetic point of view.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for operating an energy storage system and an energy storage system with which unnecessary energy losses during the charging and discharging process can be avoided.
  • the cells can be connected in series or in parallel.
  • the cells may be, but are not limited to, lithium ion cells.
  • An energy storage system comprises at least two energy stores connected in series and / or in parallel, each having at least two energy storage cells, hereinafter referred to as cells.
  • an energy storage means means for storing energy, which is then made available for later use.
  • a preferred example of such an energy storage is an accumulator or a high-voltage battery, as used for example in electric or hybrid vehicles.
  • the reference cell is determined according to certain criteria that relate to the state of charge or the open-circuit voltage (OCV) of the cells from the Amount of cells of energy storage selected.
  • OCV open-circuit voltage
  • that cell from the set of cells of the energy storage is determined as the reference cell, which at this time (base time tO) has the lowest state of charge.
  • the term "voltage” is understood to mean the open circuit voltage (OCV).
  • the reference cell has a state of charge, which is referred to below as the first reference state of charge.
  • the first time follows the base time, i. the first time occurs later than the base time.
  • a balancing process according to the present application can be carried out according to the common methods for adjusting the cell charge states. For example, matching the charge states of the cells by discharging individual cells with a resistance can be achieved. All cells are discharged to the voltage level of the cell with the lowest open circuit voltage.
  • a second cell balancing operation is performed when the following conditions a) and b) are satisfied at a second time following the first time: a) the voltage difference of the voltage of the cell having the lowest voltage and the voltage of the cell having the highest Voltage is greater than or equal to a predetermined voltage difference; and b) the reference charging state of the reference cell at the second time is within a predetermined time
  • state of charge region is determined to include the first reference charging state.
  • condition a the cell with the lowest open circuit voltage and the cell with the highest open circuit voltage are determined from the set of cells.
  • the voltage difference is determined by determining the difference between the lowest open circuit voltage and the highest open circuit voltage. If the voltage difference is equal to or greater than a predetermined voltage difference, condition a) is fulfilled.
  • the predefined voltage difference differs depending on the type of cell used and the accuracy of measurement of the cell voltages. According to one embodiment, the predetermined voltage difference is 30 mV, preferably 10 mV and more preferably 8 mV.
  • condition b a state of charge range is specified and it is checked whether the state of charge of the reference cell (reference charge state) at the second time lies within this predefined state of charge state. In other words, it is adjusted whether the reference state of charge at the second time is in the predetermined state of charge range or outside the state of charge state.
  • a state of charge region is meant an area having a state of charge lower limit and a state of charge upper limit. This means that the range is limited by a lower charge state value and an upper charge state value.
  • the reference charging state of the reference cell at the second time point is determined and compared as to whether this value lies in the predefined state of charge state, ie it is compared whether the reference state of charge of the reference cell for second time is greater than or equal to the lower state of charge value and less than or equal to the upper state of charge value.
  • the reference charging state of the reference cell at the second time is determined by one of the known methods.
  • the reference charging state of the reference cell can be determined via the relationship between the rest voltage of a cell and its state of charge.
  • the state of charge region is inventively determined so that it contains the first reference state of charge.
  • the state of charge region indicates a region containing state of charge values below which the first reference state of charge falls.
  • the state of charge region corresponds to the first reference state of charge plus a tolerance range, wherein the tolerance range contains state of charge values which are smaller than the first reference state of charge and / or greater than the first reference state of charge.
  • the state of charge region is thus determined so that the first reference state of charge is in the range between state of charge lower limit and state of charge upper limit. In other words, the first reference state of charge is in a range limited by a lower state of charge value and an upper state of charge value.
  • the state of charge range is determined, for example, by the first reference charging state and a tolerance range of +/- 10%, preferably +/- 5%. This means that the state of charge lower limit or the lower state of charge value is equal to the first reference state of charge - 10%, preferably - 5%, and the state of charge upper limit and the upper state of charge value + 10%, preferably + 5%.
  • the second balancing process is carried out only when the reference charging state of the reference cell to the second Time reaches a value corresponding to the first reference charging state or the first reference charging state plus a tolerance range.
  • the second balancing process is performed immediately when conditions a) and b) are satisfied at the second time. That So that the second balancing process is performed at or very shortly after the second time. For the sake of simplicity, it is assumed below that the second balancing process is performed at the second time.
  • the cell balancing operations described above can be performed either with all cells of an energy store or with individual individual selected cells or subsets of the cells.
  • the second balancing process is not already carried out when the difference between the voltage difference between the cell with the lowest voltage and the cell with the highest voltage exceeds a certain value, but only when the current state of charge of the reference cell in a Charge state area in which the first balancing process was performed.
  • the second balancing operation is only allowed if the reference charging state of the reference cell lies in a region near the first reference charging state, that is to say near the charging state during the first balancing process.
  • the second balancing process of the cells is carried out, if the conditions a) and b) are met.
  • the second balancing process of the cells is carried out when conditions a) and b) are satisfied or when only condition a) is fulfilled.
  • the term "until reaching a maximum period of time” denotes a period of time which extends up to the predetermined maximum time but does not include it.
  • the second balancing process of the cells is carried out when conditions a) and b) are fulfilled at the second time or when conditions a) and c) are satisfied at the second time, condition c) being as follows is defined as: the reference charging state of the reference cell at the second time is greater than the predetermined state of charge state and resulting from a symmetry estimation process, that a balancing quality of the second balancing process at the Referenzladeschreib the reference cell at the second time compared to a Symmetrierglüte of the second Symmetriervorgangs at a reference state of charge within the predetermined charge state range increases.
  • greater than the predetermined state of charge range are meant values for the reference state of charge, which are above the predetermined state of charge, ie, that the values are outside the predetermined state of charge and are greater than the values for the reference state of charge, which are within the predetermined state of charge state ,
  • the second balancing process does not have to wait so long until the reference charging state of the reference cell has dropped to within the predefined state of charge, but is already carried out when it is estimated that the quality of balancing at the reference charging state of the reference cell to the second Time is higher compared to a Symmetriergüte at a reference state of charge within the predetermined state of charge range.
  • the second balancing operation is always possible if the reference charging state of the reference cell is within the predetermined state of charge at the second time or if the reference state of charge of the reference cell is above the state of charge at the second time and the balancing quality is estimated to be higher in this reference state of charge.
  • the symmetry quality is a measure to determine the charge difference between the individual cells.
  • a high quality of symmetry means that there is a small charge difference between the cells.
  • a low quality of balancing means that there is a large charge difference between the cells.
  • the estimation of the quality of balancing takes place, for example, on the basis of a predetermined state of charge OCV curve (OCV curve) of the reference cell and its derivation.
  • OCV curve state of charge OCV curve
  • the Symmetry assessed. Accordingly, with the same voltage difference, the balancing quality is higher when the slope of the OCV curve is high. With the same slope of the OCV curve, the balancing quality is higher when the voltage difference is low.
  • the first balancing process and the second balancing process are carried out during a rest phase of the energy storage system. That is, only when the energy storage system or the energy storage is in a rest phase, the symmetrization of the cells is performed.
  • a rest phase of the energy storage system is typically present when the vehicle is in sleep mode, i. So if the vehicle does not move.
  • a typical example of this is a parking operation of the vehicle.
  • a shutdown is defined by the simultaneous non-use of the energy storage system and the drive motor.
  • the first or second balancing operation is performed after 30 minutes, preferably after 15 minutes, after a load on the energy storage system, e.g. Unloading or loading, carried out.
  • the predetermined maximum time duration is defined as a function of the number of idle phases of the energy storage system.
  • all resting phases of the energy storage system are considered, regardless of whether the reference charging state of the reference cell is within or outside the predetermined state of charge during the rest phase.
  • the predetermined maximum time duration is dependent on the number of idle phases of the energy storage system in which the reference charge state is within the specified state of charge is defined. The higher the number of successive rest periods of the energy storage system in which the reference state of charge is within the predetermined state of charge state, the longer the predetermined maximum time duration is defined.
  • the predetermined maximum time duration is defined as a function of the number of idle phases of the energy storage system in which the reference charge state is outside the predefined charge state range. The higher the number of successive rest phases of the energy storage system in which the reference charging state is outside the predetermined state of charge state, the shorter the predetermined maximum time duration is defined.
  • the predetermined maximum period of time is initially set to ten days. If the reference charging states then lie outside the predefined state of charge during the last five phases of rest of the energy storage system, the predetermined maximum time is shortened to five days. If, after these rest periods, there is a rest period during which the reference charge state is within the state of charge, the predetermined maximum time is extended to 14 days.
  • the reference cell is determined from the cells by selecting from the cells a cell having the lowest state of charge. In other words, that cell is determined from the amount of cells having the lowest state of charge at the time of determining the reference cell.
  • more than two balancing operations of the cells are performed.
  • the Symmetriervorêt following the second balancing process are carried out according to the same scheme as it has been described above for the second balancing process.
  • the balancing process actually carried out at the instant in time considered for the consideration of the subsequent balancing process is regarded as the "first balancing process.”
  • the details for the first and second balancing processes described above apply correspondingly for the subsequent further balancing processes.
  • another reference cell is selected from the cells;
  • the further reference cell may be the same cell as the first reference cell.
  • no further reference cell is selected, but the first reference cell is used for all other Symmetriervorées as another reference cell.
  • the second balancing process has been carried out at the second time.
  • the reference cell has the second reference charging state.
  • a third balancing operation of the cells is performed when the following conditions a1) and b1) are satisfied at a third time following the second time: a1) the voltage difference of the voltage of the cell having the lowest voltage and the voltage of the cell with the highest voltage is greater than or equal to a predetermined voltage difference; and
  • the reference charging state of the reference cell at the third time is within a predetermined time
  • each additional balancing process is coupled to the reference charging state of the previous balancing process.
  • another balancing process is performed, inter alia, when the reference state of charge is within the predetermined state of charge region containing the previous reference state of charge.
  • a method for operating an energy storage system which has at least one energy store with a plurality of cells and is designed to feed an electric drive of a vehicle, the method comprising:
  • state of charge region is determined to include the first reference charge state
  • the reference charging state of the reference cell at the nth time is within a predetermined time
  • state of charge region is determined to include the (n-1) th reference charging state.
  • nth symmetrizing process of the cells is meant any balancing process starting from, and including, the third balancing process.
  • so many balancing operations are performed until the asymmetry between the cells has decreased, that is, until the voltage difference of the voltage of the cell with the lowest voltage and the voltage of the cell with the highest voltage has dropped below a threshold value.
  • the subject of the present invention is furthermore an energy storage system, which is designed to feed an electric drive of a vehicle, and which has a plurality of cells and a control unit.
  • the control unit is designed to determine the reference charging state of a reference cell, which is determined from the cells Determine voltage difference of the voltage of the cells and perform a balancing process of the cells, and wherein the energy storage system is adapted to perform a method for operating an energy storage system according to one of the embodiments described above.
  • the control unit is designed to determine the reference charging state using known methods.
  • the control unit may be designed such that it determines the charge state corresponding to the voltage via a measurement of the OCV of the reference cell and a provided discharge curve of the reference cell.
  • the control unit is furthermore designed to carry out a symmetrization process of the cells by compensating the charge states of the cells.
  • the energy storage system is equipped with at least one discharge resistor, preferably with one discharge resistor per cell or cells connected in parallel, in order to discharge each of the cells to be balanced.
  • the respective discharge resistor or the respective discharge resistors can be controlled to discharge the respective or the respective cells and thereby to symmetrize the cells.
  • the control unit is integrated in an energy storage management system which is used, for example, in electric or hybrid vehicles.
  • the subject of the present invention is furthermore a vehicle with an energy storage system according to one of the embodiments described above.
  • the vehicle is preferably an electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • FIG. 1 shows a flowchart which represents a method according to the invention for operating an energy storage system.
  • FIGS. 2 to 6 show a schematic illustration of a method for operating an energy storage system according to an embodiment.
  • FIGS. 7 to 10 show schematic representations of embodiments of the method according to the invention for operating an energy storage system.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle with an energy storage system according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows the sequence of the method according to the invention for operating an energy storage system.
  • a reference cell is determined from the cells of the energy storage system; this process is denoted by the reference R.
  • this process is performed at time t0 (base time).
  • a first symmetrization process S1 of the cells is performed.
  • a time t2 it is checked whether conditions a) and b) are fulfilled. This process is designated by the reference symbol B. If both conditions a) and b) are satisfied, a second balancing process S2 is carried out.
  • FIGS. 2 to 5 show, by way of example, cells Z1 to Z6 of an energy store of an energy storage system.
  • FIG. 2 shows six cells Z1 to Z6, which all have different charge states. From these, a reference cell Zref is first determined. In this embodiment, the cell which has the lowest charge state is determined as reference cell Zref.
  • FIG. 3 schematically shows a first symmetrizing process S1 at time t1.
  • the charge states L1 -ti, L2-ti, L3-n, L4-ti and L5-ti of the cells Z1 to Z5 are adjusted to the charge state Lref- ⁇ of the reference cell Zref. Due to the balancing process S1, all cells Z1 bi Z5 and Zref have the same charge state Lref- ⁇ .
  • the state of charge Lref-n also serves to define the state of charge range AL.
  • the state of charge range AL contains the charge state Lref-n and a tolerance range which is formed starting from the charge state Lref-n to higher and lower charge state values.
  • the state-of-charge area AL includes states of charge that are greater than or equal to the state of charge Lref-n and that contain states of charge that are less than or equal to the state of charge Lref-n.
  • condition a) is satisfied if at time t2 the difference, ie the voltage difference AUt2, between the voltage of the cell with the lowest voltage Umin, ie cell Z1, and the voltage of the cell with the highest voltage Umax, so cell Zref, greater as a predetermined voltage difference AU pre or equal to a predetermined voltage difference AU pre . Since, in the case shown, the voltage difference AUt2 is equal to the predetermined voltage difference AU pre , condition a) is satisfied.
  • condition b) Since the reference charging state L re f-t2 of the reference cell Zref at the second time t2 is not within the predetermined state of charge AL, condition b) is not satisfied and in the constellation shown in FIG. 4, the second balancing process S2 is not performed.
  • the reference charging state Uef-t2 of the reference cell Zref has fallen so far that it lies within the predefined state of charge AL.
  • condition b) is fulfilled and the second balancing process S2 is performed. If the estimation of the quality of symmetry (condition c) is included in the conditions for the second balancing process, the second balancing process S2 would nevertheless be carried out in the constellation shown in FIG.
  • the cells Z1 to Z5 and Zref are shown after the second balancing process S2 has been carried out.
  • the charge states Lsymm of all cells Z1 to Z5 and Zref are identical.
  • the process described above starts anew.
  • the cells Z1 to Z5 and Zref are charged or discharged depending on the load of the energy store and a new reference cell Zref is determined from the cells Z1 to Z6.
  • a third balancing operation is performed, which is performed after the above-described process of the first balancing operation.
  • the subsequent fourth balancing process is also carried out in accordance with the above-described process of the second balancing process.
  • condition a) and b) are described as a function of the stopping behavior of the vehicle, in particular as a function of the stopping processes of the vehicle, ie the resting phases of the energy storage system, it being assumed in each case that condition a) is fulfilled at any time .
  • the individual shutdown A s , A of the vehicle are marked with a filled or unfilled star.
  • Embodiments of the method for operating an energy storage system using the reference cell will be described below by way of example become.
  • the respective state of charge (SoC) of this cell is plotted on the y-axis.
  • the x-axis represents a time axis.
  • FIGS. 7 to 10 the parking operations of the vehicle in which symmetrization is carried out are indicated by A s or a filled-in star.
  • the parking operations of the vehicle in which no symmetrization is carried out are marked with A or with an open star.
  • FIG. 7 shows a parking behavior of the vehicle in which the cells of the energy store are balanced at regular intervals.
  • the duration ⁇ T between two successive balancing processes As is smaller than the predefined maximum duration ⁇ Tmax.
  • the state of charge area AL is the same for all balancing processes. That is to say, for the second to fifth balancing process, the state of charge range AL is in each case determined such that it contains the previous reference state of charge of the reference cell.
  • FIG. 8 describes a stopping behavior of the vehicle in which the cells are balanced at regular intervals up to a point in time tbah, the duration AT between two successive balancing processes being less than the predefined maximum time duration ATmax.
  • the situation until the time tbah corresponds to the situation shown in FIG. From the time tbah the situation changes as follows: The duration between the times tbah and tmax is greater than the predetermined maximum time ATmax, which is why at the time tmax the balancing process no longer depends on the fulfillment of conditions a) and b), but carried out directly becomes.
  • ATmax time duration
  • the reference cell is redetermined at time tmax. The newly selected reference cell then corresponds to the cell with the lowest charge state. In other words, the charge state region AL is thereby shifted for the subsequent balancing process.
  • Figure 9 basically shows the same stopping behavior of the vehicle as shown in Figure 8, but the number of shutdowns differs in the period from tbah to tbal2. While in the situation shown in FIG. 8 a total of ten shut-off operations take place in the time interval between tbah and tmax, which corresponds to tbal2 in FIG. 9, only six shut-off operations take place in the time interval between tbah and tbal2 in the situation shown in FIG. A situation shown in FIG. 9 could occur, for example, if the vehicle is only rarely moved during the holiday season and thus also a few shutdowns occur. Although the duration between times tbah and tbal2 is greater than the predetermined maximum time duration ATmax, in the situation depicted in FIG.
  • the state of charge region AL is determined to include the reference state of charge of the previous balancing process. In other words, in this case the symmetrization process is waited until the charge state of the reference cell is in the vicinity of the reference charge state of the previous balancing process.
  • FIG. 10 illustrates a situation in which the charge state region AL is determined as a function of the estimated balancing quality of the subsequent balancing process. In the situation depicted in FIG. 10, no balancing operation would be carried out for the third shut-off operation because the reference charging state during the third shut-off process is not determined by the previous balancing process State of charge AL is located.
  • the balancing quality when performing the balancing operation at the reference current charging state for the third shutoff operation is higher than the balancing quality of a balancing operation at the state of charge AL determined by the state of charge of the second shutdown operation.
  • the balancing process is carried out at the reference charging state current for the third stopping process.
  • the state of charge range AL is again determined as a function of the estimated balancing quality.
  • the charging state area AL remains at the predetermined level. In other words, the shifting of the state of charge range AL is permitted only if the reference state of charge is higher than in the last balancing. Even if the Symmetriergüte the fourth shutdown would be higher than the third shutdown, therefore, no balancing would be started.
  • the ninth shut-off process again occurs that the estimated balancing quality for the reference charging state prevailing at the ninth shut-off process is higher than the balancing quality of the previous balancing process and the reference charging state prevailing at the ninth shut-off process is greater than the state of charge region AL, as a result of which the balancing process is the same for the ninth Stopping process current reference state is performed. That is, the state of charge region AL is shifted in comparison to the previous balancing process.
  • FIG. 11 shows a motor vehicle 100 which has an energy storage system 1 and an electric drive 10.
  • the energy storage system 1 is to designed to feed the electric drive 10 of the motor vehicle 100.
  • the energy storage system 1 has a plurality of cells Z1 to Z6 and a control unit 3.

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Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems, welches mindestens einen Energiespeicher mit einer Mehrzahl an Zellen aufweist und dazu ausgebildet ist, einen Elektroantrieb eines Fahrzeugs zu speisen, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer Referenzzelle aus den Zellen; Durchführen eines ersten Symmetriervorgangs der Zellen zu einem ersten Zeitpunkt, zu dem die Referenzzelle einen ersten Referenzladezustand aufweist; Durchführen eines zweiten Symmetriervorgangs der Zellen, wenn die folgenden Bedingungen a) und b) zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt erfüllt sind: a) die Spannungsdifferenz der Spannung der Zelle mit der geringsten Spannung und der Spannung der Zelle mit der höchsten Spannung ist größer als oder gleich einer vorgegebenen Spannungsdifferenz; und b) der Referenzladezustand der Referenzzelle zum zweiten Zeitpunkt liegt innerhalb eines vorgegebenen Ladezustandsbereichs, wobei der Ladezustandsbereich so bestimmt wird, dass er den ersten Referenzladezustand enthält.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems und
Energiespeichersystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems und ein Energiespeichersystem. Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge weisen ein Energiespeichersystem auf, das einen oder mehrere in Reihe und/oder parallel geschaltete Energiespeicher umfasst, die jeweils mindestens zwei Energiespeicherzellen, im Folgenden Zellen genannt, aufweisen.
Der Lade- bzw. Entladevorgang eines Energiespeichers wird gestoppt, sobald die am schwächsten geladene Zelle des Energiespeichers ihre Minimai- Zellspannung erreicht hat, da diese Zelle bei einer weiteren Entladung Schaden nehmen und zerstört werden würde. Gleichermaßen muss der Ladevorgang eines Energiespeichers unterbrochen werden, sobald eine Zelle des Energiespeichers ihre Maximalspannung erreicht hat. Die weitere Aufladung dieser Zelle würde zur Überladung und damit zu einer Zerstörung führen. Nach einer Unterbrechung des Lade- bzw. Entladevorgangs werden jedoch die anderen Zellen ebenfalls nicht weiter geladen bzw. entladen, obwohl sie möglicherweise noch nicht vollständig geladen bzw. entladen sind. Aus diesem Grund wird der Ladezustand des gesamten Energiespeichers von der Zelle mit der größten beziehungsweise geringsten Spannung beschränkt. Mit anderen Worten wird der Ladevorgang eines Energiespeichers durch die „vollste" Zelle bzw. der Entladevorgang des Energiespeichers durch die „leerste" Zelle beschränkt.
Der Ladezustand (State of Charge, SOC) einer Zelle bezeichnet das prozentuale Verhältnis zwischen der aktuellen Ladungsmenge der Zelle zu der maximal möglichen Ladungsmenge der Zelle.
Um unterschiedliche Ladezustände der Zellen anzugleichen bzw. zu symmetrieren, wird eine Zellsymmetrierung (Zell-Balancing) durchgeführt. Das Ziel eines solchen Symmetriervorgangs ist, dass nach dem Symmetriervorgang jede Zelle mit derselben Ladungsmenge geladen werden kann, so dass nach dem Laden des Energiespeichers jede Zelle nahezu vollständig geladen ist und die Kapazitäten der Energiespeicher besser genutzt werden können.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass ein Symmetriervorgang deswegen erforderlich ist, weil die Zellen, auch wenn sie dieselbe Kapazität aufweisen und vom selben Typ sind, eine gewisse Selbstentladungsrate aufweisen, welche von Zelle zu Zelle variiert. Durch den Symmetriervorgang werden die unterschiedlichen Ladezustände der Zellen dann angeglichen.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik (z.B. DE 10 2014 220 005 A1 ) bekannt, dass die Kapazitäten der einzelnen Zellen beispielsweise durch Produktionsstreuung, Alterung oder Mischverbau voneinander abweichen. Da sich die unterschiedlichen Kapazitäten im Laufe der Lebensdauer des Energiespeichers durch Unterschiede in der Zellalterung vergrößern und in einem erheblichen Kapazitätsunterschied zwischen den Zellen resultieren können, wird für eine effiziente Nutzung ein Symmetriervorgang notwendig. Durch den Symmetriervorgang werden die Ladezustände der einzelnen Zellen trotz unterschiedlicher Selbstentladung und gegebenenfalls unterschiedlicher Kapazitäten aneinander angeglichen.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird der Symmetriervorgang auf eine bestimmte Zellspannung unabhängig vom tatsächlichen Ladezustand der einzelnen Zellen durchgeführt. Dies hat zur Folge, dass bei unterschiedlichen Zellkapazitäten nicht berücksichtigt wird, welche Menge an Ladung beim nächsten Lade- bzw. Entladevorgang tatsächlich geladen bzw. entladen werden kann, bis das vorbestimmte Endkriterium (z.B. Ladezustand der Zelle bzw. Zellspannungsgrenze) erreicht wird. Durch die Kapazitätsstreuung zwischen den Zellen stellt sich eine natürliche Spannungsdifferenz, eine sogenannte (Spannungs-)Asymmetrie, nach jedem erfolgten Ladungshub ein. Indem durch das Zell-Balancing den Zellen beispielsweise Ladungen entnommen werden, wird die (Spannungs- )Asymmetrie ausgeglichen. Dies geschieht, obwohl die Zellen aus energetischer Sicht nicht asymmetrisch wären. Durch das Entnehmen der Ladungen stellt sich erneut eine (Spannungs-)Asymmetrie, eine sogenannte Scheinasymmetrie, ein, wenn der Ladezustand der vorherigen Symmetrierung wieder angefahren wird und ein erneuter Symmetriervorgang wird durchgeführt. Die Folge ist ein unnötiger Energieverlust durch unnötige Entladevorgänge sowie ein Reichweitenverlust, da der Energiespeicher nicht mehr so voll geladen werden kann bzw. die Entladegrenze früher erreicht wird.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems und ein Energiespeichersystem anzugeben, mit welchem sich unnötige Energieverluste beim Lade- und Entladevorgang vermeiden lassen.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems, welches mindestens einen Energiespeicher mit einer Mehrzahl an Zellen aufweist und dazu ausgebildet ist, einen Elektroantrieb eines Fahrzeugs zu speisen, wird zunächst eine Referenzzelle aus den Zellen bestimmt. Ein Elektroantrieb ist ein Antrieb eines Fahrzeugs mit einem oder mehreren Elektromotoren.
Die Zellen können in Reihe oder parallel geschaltet sein. Die Zellen können beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen sein, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.
Ein Energiespeichersystem gemäß der vorliegenden Anmeldung umfasst mindestens zwei in Reihe und/oder parallel geschaltete Energiespeicher, die jeweils mindestens zwei Energiespeicherzellen, im Folgenden Zellen genannt, aufweisen. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung ist unter einem Energiespeicher eine Einrichtung zur Speicherung von Energie, die dann zur späteren Nutzung zur Verfügung gestellt wird, zu verstehen. Ein bevorzugtes Beispiel für einen solchen Energiespeicher ist ein Akkumulator oder eine Hochvoltbatterie, wie sie beispielsweise in Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge verwendet wird.
Die Referenzzelle wird nach bestimmten Kriterien, die den Ladezustand oder die Leerlaufspannung (open-circuit voltage; OCV) der Zellen betreffen, aus der Menge der Zellen des Energiespeichers ausgewählt. Bevorzugt wird diejenige Zelle aus der Menge der Zellen des Energiespeichers als Referenzzelle bestimmt, die zu diesem Zeitpunkt (Basis-Zeitpunkt tO) den geringsten Ladezustand aufweist. Im Folgenden wird unter dem Begriff„Spannung" die Leerlaufspannung (open- circuit voltage; OCV) verstanden.
Zu einem ersten Zeitpunkt wird ein erster Symmetriervorgang der Zellen durchgeführt. Zum ersten Zeitpunkt weist die Referenzzelle einen Ladezustand auf, der im Folgenden als erster Referenzladezustand bezeichnet wird.
Vorzugsweise folgt der erste Zeitpunkt dem Basis-Zeitpunkt, d.h. der erste Zeitpunkt findet später statt als der Basis-Zeitpunkt.
Ein Symmetriervorgang gemäß der vorliegenden Anmeldung kann nach den gängigen Methoden zum Angleichen der Zellladezustände ausgeführt werden. Zum Beispiel kann das Angleichen der Ladezustände der Zellen über das Entladen einzelner Zellen mit einem Widerstand erreicht werden. Dabei werden alle Zellen auf das Spannungsniveau der Zelle mit der geringsten Leerlaufspannung entladen.
Ein zweiter Symmetriervorgang der Zellen wird dann durchgeführt, wenn die folgenden Bedingungen a) und b) zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt erfüllt sind: a) die Spannungsdifferenz der Spannung der Zelle mit der geringsten Spannung und der Spannung der Zelle mit der höchsten Spannung ist größer als oder gleich einer vorgegebenen Spannungsdifferenz; und b) der Referenzladezustand der Referenzzelle zum zweiten Zeitpunkt liegt innerhalb eines vorgegebenen
Ladezustandsbereichs,
wobei der Ladezustandsbereich so bestimmt wird, dass er den ersten Referenzladezustand enthält.
Für Bedingung a) werden die Zelle mit der geringsten Leerlaufspannung und die Zelle mit der höchsten Leerlaufspannung aus der Menge der Zellen ermittelt. Die Spannungsdifferenz wird ermittelt, indem der Unterschied zwischen der geringsten Leerlaufspannung und der höchsten Leerlaufspannung bestimmt wird. Ist die Spannungsdifferenz gleich groß wie oder größer als eine vorgegebene Spannungsdifferenz ist Bedingung a) erfüllt. Die vorgegebene Spannungsdifferenz ist je nach Art der verwendeten Zelle und der Messgenauigkeit der Zellspannungen unterschiedlich. Gemäß einer Ausführungsform beträgt die vorgegebene Spannungsdifferenz 30 mV, bevorzugt 10 mV und weiter bevorzugt 8 mV.
Für Bedingung b) wird ein Ladezustandsbereich vorgegeben und überprüft, ob der Ladezustand der Referenzzelle (Referenzladezustand) zum zweiten Zeitpunkt innerhalb dieses vorgegebenen Ladezustandsbereichs liegt. Mit anderen Worten wird abgeglichen, ob der Referenzladezustand zum zweiten Zeitpunkt in dem vorgegebenen Ladezustandsbereich oder außerhalb des Ladezustandsbereichs liegt.
Unter einem Ladezustandsbereich ist ein Bereich zu verstehen, der eine Ladezustand-Untergrenze und eine Ladezustand-Obergrenze aufweist. Das heißt also, dass der Bereich von einem unteren Ladezustandswert und einem oberen Ladezustandswert begrenzt ist. Für Bedingung b) wird der Referenzladezustand der Referenzzelle zum zweiten Zeitpunkt bestimmt und verglichen, ob dieser Wert in dem vorgegebenen Ladezustandsbereich liegt, d.h. es wird verglichen, ob der Referenzladezustand der Referenzzelle zum zweiten Zeitpunkt größer als oder gleich dem unteren Ladezustandswert und kleiner als oder gleich dem oberen Ladezustandswert ist.
Der Referenzladezustand der Referenzzelle zum zweiten Zeitpunkt wird nach einer der bekannten Methoden bestimmt. Beispielsweise kann der Referenzladezustand der Referenzzelle über den Zusammenhang der Ruhespannung einer Zelle zu deren Ladezustand ermittelt werden.
Der Ladezustandsbereich wird erfindungsgemäß so bestimmt, dass er den ersten Referenzladezustand enthält. Dies bedeutet also, dass der Ladezustandsbereich einen Bereich angibt, der Ladezustandswerte enthält, unter die der erste Referenzladezustand fällt. Mit anderen Worten entspricht der Ladezustandsbereich dem ersten Referenzladezustand zuzüglich eines Toleranzbereichs, wobei der Toleranzbereich Ladezustandswerte enthält, die kleiner als der erste Referenzladezustand und/oder größer als der erste Referenzladezustand sind. Der Ladezustandsbereich wird also so bestimmt, dass der erste Referenzladezustand sich in dem Bereich zwischen Ladezustand- Untergrenze und Ladezustand-Obergrenze befindet. Mit anderen Worten liegt der erste Referenzladezustand in einem Bereich, der durch einen unteren Ladezustandswert und einen oberen Ladezustandswert begrenzt ist. Der Ladezustandsbereich wird beispielsweise durch den ersten Referenzladezustand und einem Toleranzbereich von +/- 10%, bevorzugt +/- 5% bestimmt. Das heißt also, dass die Ladezustand-Untergrenze bzw. der untere Ladezustandswert gleich dem ersten Referenzladezustand - 10%, bevorzugt - 5%, ist und die Ladezustand-Obergrenze bzw. der obere Ladezustandswert + 10%, bevorzugt + 5%, ist.
Mit anderen Worten wird der zweite Symmetriervorgang erst dann ausgeführt, wenn der Referenzladezustand der Referenzzelle zum zweiten Zeitpunkt einen Wert erreicht, der dem ersten Referenzladezustand oder dem ersten Referenzladezustand zuzüglich eines Toleranzbereichs entspricht.
Der zweite Symmetriervorgang wird unmittelbar dann durchgeführt, wenn Bedingungen a) und b) zum zweiten Zeitpunkt erfüllt sind. D.h. also, dass der zweite Symmetriervorgang zum oder ganz kurz nach dem zweiten Zeitpunkt durchgeführt wird. Der Einfachheit halber wird im Folgenden angenommen, dass der zweite Symmetriervorgang zum zweiten Zeitpunkt durchgeführt wird.
Die oben beschriebenen Symmetriervorgänge der Zellen können entweder mit allen Zellen eines Energiespeichers oder mit einzelnen individuell ausgewählten Zellen bzw. Untermengen der Zellen durchgeführt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der zweite Symmetriervorgang nicht schon dann ausgeführt, wenn der Unterschied der Spannungsdifferenz zwischen der Zelle mit der geringsten Spannung und der Zelle mit der höchsten Spannung einen gewissen Wert übersteigt, sondern erst dann, wenn sich der aktuelle Ladezustand der Referenzzelle in einem Ladezustandsbereich befindet, in dem der erste Symmetriervorgang durchgeführt wurde. Mit anderen Worten wird der zweite Symmetriervorgang nur dann erlaubt, wenn der Referenzladezustand der Referenzzelle in einem Bereich nahe des ersten Referenzladezustands, das heißt also nahe dem Ladezustand während des ersten Symmetriervorgangs, liegt.
Damit wird vermieden, dass aufgrund des Auftretens von Scheinasymmetrien durch Kapazitätsunterschiede der einzelnen Zellen symmetriert wird. Insgesamt wird dadurch die Anzahl der Symmetriervorgänge verringert, wodurch der Gesamt-Energieverlust reduziert wird. Weiterhin wird durch die verringerte Gesamt-Symmetrierzeit die Bauteilbelastung des Energiespeichers verringert. Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bis zum Erreichen einer maximalen Zeitdauer, die sich vom ersten Zeitpunkt bis zu einem vorgegebenen maximalen Zeitpunkt erstreckt, der zweite Symmetriervorgang der Zellen durchgeführt wird, wenn die Bedingungen a) und b) erfüllt sind. Bei Erreichen des maximalen Zeitpunkts wird der zweite Symmetriervorgang der Zellen durchgeführt, wenn die Bedingungen a) und b) erfüllt sind oder wenn nur Bedingung a) erfüllt ist. Mit dem Begriff „bis zum Erreichen einer maximalen Zeitdauer" wird eine Zeitspanne bezeichnet, die sich bis zum vorgegebenen maximalen Zeitpunkt erstreckt, diesen aber nicht beinhaltet.
Dies bedeutet also, dass nach Verstreichen einer vorgegebenen maximalen Zeitdauer, d.h. also ab dem maximalen Zeitpunkt, mit dem zweiten Symmetriervorgang nicht so lang gewartet werden muss bis Bedingung b) erfüllt ist, sondern dass, falls Bedingung a) erfüllt ist, der zweite Symmetriervorgang sofort bei Erreichen des maximalen Zeitpunkts durchgeführt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der zweite Symmetriervorgang der Zellen dann durchgeführt wird, wenn die Bedingungen a) und b) zum zweiten Zeitpunkt erfüllt sind oder wenn die Bedingungen a) und c) zum zweiten Zeitpunkt erfüllt sind, wobei Bedingung c) folgendermaßen definiert ist: der Referenzladezustand der Referenzzelle zum zweiten Zeitpunkt ist größer als der vorgegebene Ladezustandsbereich und aus einem Symmetrie-Abschätzungsvorgang resultiert, dass eine Symmetriergüte des zweiten Symmetriervorgangs beim Referenzladezustand der Referenzzelle zum zweiten Zeitpunkt im Vergleich zu einer Symmetriergüte des zweiten Symmetriervorgangs bei einem Referenzladezustand innerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs steigt. Mit dem Ausdruck„größer als der vorgegebene Ladezustandsbereich" sind Werte für den Referenzladezustand gemeint, die oberhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs liegen, d.h. also dass die Werte außerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs liegen und größer sind als die Werte für den Referenzladezustand, die innerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs liegen.
Dies bedeutet, dass mit dem zweiten Symmetriervorgang nicht so lang gewartet werden muss bis der Referenzladezustand der Referenzzelle soweit gesunken ist, dass er innerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs liegt, sondern schon dann durchgeführt wird, wenn abgeschätzt wird, dass die Symmetriergüte beim Referenzladezustand der Referenzzelle zum zweiten Zeitpunkt höher ist im Vergleich zu einer Symmetriergüte bei einem Referenzladezustand innerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs. Mit anderen Worten ist der zweite Symmetriervorgang immer dann möglich, wenn sich der Referenzladezustand der Referenzzelle zum zweiten Zeitpunkt innerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs befindet oder wenn der Referenzladezustand der Referenzzelle zum zweiten Zeitpunkt oberhalb des Ladezustandsbereich liegt und die Symmetriergüte bei diesem Referenzladezustand als höher abgeschätzt wird. Die Symmetriergüte ist eine Messgröße, um den Ladungsunterschied zwischen den einzelnen Zellen zu bestimmen. Eine hohe Symmetriergüte bedeutet, dass zwischen den Zellen ein geringer Ladungsunterschied besteht. Eine niedrige Symmetriergüte bedeutet, dass zwischen den Zellen ein großer Ladungsunterschied besteht. Das Abschätzen der Symmetriergüte erfolgt beispielsweise auf Basis einer vorgegebenen Ladezustands-OCV-Kurve (OCV-Kurve) der Referenzzelle und deren Ableitung. Mithilfe des Wissens über die Spannungsdifferenz bei einem gewissen Ladezustand der Referenzzelle und der Steigung der Ladezustands- OCV-Kurve (mathematische Ableitung der OCV-Kurve) wird die Symmetriergüte abgeschätzt. Demnach ist bei gleicher Spannungsdifferenz die Symmetriergüte höher, wenn die Steigung der OCV-Kurve hoch ist. Bei gleicher Steigung der OCV-Kurve ist die Symmetriergüte höher, wenn die Spannungsdifferenz niedrig ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der erste Symmetriervorgang und der zweite Symmetriervorgang während einer Ruhephase des Energiespeichersystems durchgeführt. Das heißt, nur dann, wenn sich das Energiespeichersystem bzw. der Energiespeicher in einer Ruhephase befindet wird die Symmetrierung der Zellen durchgeführt.
Eine Ruhephase des Energiespeichersystems liegt typischerweise dann vor, wenn das Fahrzeug im Ruhemodus ist, d.h. also wenn sich das Fahrzeug nicht bewegt. Ein typisches Beispiel hierfür ist ein Abstellvorgang des Fahrzeugs. Ein Abstellvorgang wird durch die gleichzeitige Nichtbenutzung des Energiespeichersystems und des Antriebsmotors definiert.
Der erste bzw. der zweite Symmetriervorgang wird beispielsweise nach 30 Minuten, bevorzugt nach 15 Minuten, nach einer Belastung des Energiespeichersystems, z.B. Entladen oder Laden, durchgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die vorgegebene maximale Zeitdauer in Abhängigkeit der Anzahl der Ruhephasen des Energiespeichersystems definiert. Bei dieser Ausführungsform werden alle Ruhephasen des Energiespeichersystems betrachtet, unabhängig davon, ob sich während der Ruhephase der Referenzladezustand der Referenzzelle innerhalb beziehungsweise außerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs befindet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die vorgegebene maximale Zeitdauer in Abhängigkeit der Anzahl der Ruhephasen des Energiespeichersystems, in denen sich der Referenzladezustand innerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs befindet, definiert. Je höher die Anzahl der aufeinanderfolgenden Ruhephasen des Energiespeichersystems, in denen sich der Referenzladezustand innerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs befindet, ist, desto länger wird die vorgegebene maximale Zeitdauer definiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die vorgegebene maximale Zeitdauer in Abhängigkeit der Anzahl der Ruhephasen des Energiespeichersystems, in denen sich der Referenzladezustand außerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs befindet, definiert. Je höher die Anzahl der aufeinanderfolgenden Ruhephasen des Energiespeichersystems, in denen sich der Referenzladezustand außerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs befindet, ist, desto kürzer wird die vorgegebene maximale Zeitdauer definiert.
Beispielsweise ist die vorgegebene maximale Zeitdauer zunächst auf zehn Tage festgelegt. Liegen dann die Referenzladezustände während der letzten fünf Ruhephasen des Energiespeichersystems außerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs, wird die vorgegebene maximale Zeitdauer auf fünf Tage verkürzt. Wird nach diesen Ruhephasen eine Ruhephase verzeichnet, während der der Referenzladezustand innerhalb des Ladezustandsbereichs liegt, wird die vorgegebene maximale Zeitdauer auf 14 Tage verlängert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Referenzzelle aus den Zellen bestimmt, indem aus den Zellen eine Zelle ausgesucht wird, die den geringsten Ladezustand aufweist. Mit anderen Worten wird diejenige Zelle aus der Menge an Zellen ermittelt, die zum Zeitpunkt der Bestimmung der Referenzzelle den geringsten Ladezustand aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform werden mehr als zwei Symmetriervorgänge der Zellen durchgeführt. Die auf den zweiten Symmetriervorgang folgenden Symmetriervorgänge werden dabei nach demselben Schema ausgeführt, wie es für den zweiten Symmetriervorgang oben beschrieben wurde. Dabei wird der zum betrachteten Zeitpunkt aktuell durchgeführte Symmetriervorgang für die Betrachtung des darauffolgenden Symmetriervorgangs als „erster Symmetriervorgang" gewertet. Somit gelten die oben beschriebenen Details zum ersten und zweiten Symmetriervorgang jeweils entsprechend für die darauf folgenden weiteren Symmetriervorgänge.
Anhand eines Beispiels soll der Prozess für die Durchführung eines dritten, vierten, fünften, usw. Symmetriervorgangs veranschaulicht werden.
Zunächst wird in einem weiteren Auswahlvorgang eine weitere Referenzzelle aus den Zellen ausgewählt; dabei kann die weitere Referenzzelle dieselbe Zelle wie die erste Referenzzelle sein. Alternativ wird keine weitere Referenzzelle ausgewählt, sondern die erste Referenzzelle dient für alle weiteren Symmetriervorgänge als weitere Referenzzelle. Wie oben bereits beschrieben, ist zum zweiten Zeitpunkt der zweite Symmetriervorgang durchgeführt worden. Zum zweiten Zeitpunkt weist die Referenzzelle den zweiten Referenzladezustand auf. Nach dem zweiten Symmetriervorgang wird ein dritter Symmetriervorgang der Zellen durchgeführt, wenn die folgenden Bedingungen a1 ) und b1 ) zu einem auf den zweiten Zeitpunkt folgenden dritten Zeitpunkt erfüllt sind: a1 ) die Spannungsdifferenz der Spannung der Zelle mit der geringsten Spannung und der Spannung der Zelle mit der höchsten Spannung ist größer als oder gleich einer vorgegebenen Spannungsdifferenz; und
b1 ) der Referenzladezustand der Referenzzelle zum dritten Zeitpunkt liegt innerhalb eines vorgegebenen
Ladezustandsbereichs,
wobei der Ladezustandsbereich so bestimmt wird, dass er den zweiten Referenzladezustand enthält. Damit wird jeder weitere Symmetriervorgang an den Referenzladezustand des vorherigen Symmetriervorgangs gekoppelt. Mit anderen Worten wird ein weiterer Symmetriervorgang unter anderem dann durchgeführt, wenn der Referenzladezustand innerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs, der den vorherigen Referenzladezustand enthält, liegt.
Zusammenfassend wird damit gemäß einer weiteren Ausführungsform ein Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems, welches mindestens einen Energiespeicher mit einer Mehrzahl an Zellen aufweist und dazu ausgebildet ist, einen Elektroantrieb eines Fahrzeugs zu speisen beschrieben, wobei das Verfahren umfasst:
Durchführen eines Auswahlvorgangs einer Referenzzelle aus den Zellen;
Durchführen eines ersten Symmetriervorgangs der Zellen zu einem ersten Zeitpunkt, zu dem die Referenzzelle einen ersten Referenzladezustand aufweist; Durchführen eines zweiten Symmetriervorgangs der Zellen, wenn die folgenden Bedingungen a) und b) zu einem auf den ersten Zeitpunkt folgenden zweiten Zeitpunkt erfüllt sind: a) die Spannungsdifferenz der Spannung der Zelle mit der geringsten Spannung und der Spannung der Zelle mit der höchsten Spannung ist größer als oder gleich einer vorgegebenen Spannungsdifferenz; und b) der Referenzladezustand der Referenzzelle zum zweiten Zeitpunkt liegt innerhalb eines vorgegebenen Ladezustandsbereichs,
wobei der Ladezustandsbereich so bestimmt wird, dass er den ersten Referenzladezustand enthält; Optionales Durchführen eines weiteren Auswahlvorgangs einer weiteren Referenzzelle aus den Zellen;
Durchführen eines n-ten Symmetriervorgangs der Zellen, wenn die folgenden Bedingungen a1 ) und b1 ) zu einem auf den (n-1 )-ten Zeitpunkt folgenden n- ten Zeitpunkt, zu dem die Referenzzelle oder die weitere Referenzzelle, falls ein weiterer Auswahlvorgang durchgeführt worden ist, einen n-ten Referenzladezustand aufweist, erfüllt sind: a1 ) die Spannungsdifferenz der Spannung der Zelle mit der geringsten Spannung und der Spannung der Zelle mit der höchsten Spannung ist größer als oder gleich einer vorgegebenen Spannungsdifferenz; und
b1 ) der Referenzladezustand der Referenzzelle zum n-ten Zeitpunkt liegt innerhalb eines vorgegebenen
Ladezustandsbereichs,
wobei der Ladezustandsbereich so bestimmt wird, dass er den (n- 1 )-ten Referenzladezustand enthält.
Mit dem n-ten Symmetriervorgang der Zellen ist jeder Symmetriervorgang ab einschließlich dem dritten Symmetriervorgang gemeint. Gemäß einer Ausführungsform werden so viele Symmetriervorgänge durchgeführt bis die Asymmetrie zwischen den Zellen gesunken ist, d.h. also bis die Spannungsdifferenz der Spannung der Zelle mit der geringsten Spannung und der Spannung der Zelle mit der höchsten Spannung unter einen Schwellwert gesunken ist. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Energiespeichersystem, welches dazu ausgebildet ist, einen Elektroantrieb eines Fahrzeugs zu speisen, und welches eine Mehrzahl an Zellen und eine Steuereinheit aufweist. Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den Referenzladezustand einer Referenzzelle, die aus den Zellen bestimmt ist, zu ermitteln, eine Spannungsdifferenz der Spannung der Zellen zu bestimmen und einen Symmetriervorgang der Zellen durchzuführen, und wobei das Energiespeichersystem dazu ausgebildet ist, ein Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen auszuführen.
Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den Referenzladezustand mithilfe bekannter Methoden zu ermitteln. Beispielsweise kann die Steuereinheit derart ausgebildet sein, dass sie über eine Messung der OCV der Referenzzelle und einer bereitgestellten Entladekurve der Referenzzelle den zu der Spannung korrespondierenden Ladezustand ermittelt.
Die Steuereinheit ist weiterhin dazu ausgebildet einen Symmetriervorgang der Zellen durchzuführen, indem die Ladezustände der Zellen ausgeglichen werden. Dafür ist das Energiespeichersystem beispielsweise mit mindestens einem Entladewiderstand ausgestattet, vorzugsweise mit einem Entladewiderstand pro Zelle bzw. pro parallelgeschalteter Zellen, um jede der zu symmetrierenden Zellen zu entladen. Über eine Schaltlogik kann der jeweilige Entladewiderstand bzw. können die jeweiligen Entladewiderstände angesteuert werden, um die jeweilige bzw. die jeweiligen Zellen zu entladen und dadurch die Zellen zu symmetrieren. Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinheit in ein Energiespeicher- Management-System, welches beispielsweise in Elektro- bzw. Hybridfahrzeuge verwendet wird, eingebunden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Fahrzeug mit einem Energiespeichersystem gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen. Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug.
Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems bzw. des erfindungsgemäßen Fahrzeugs wird auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, den Figuren sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren näher erläutert:
Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm, welches ein erfindunsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems darstellt.
Figuren 2 bis 6 zeigen eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb eines Energiespeichersystems gemäß einer Ausführungsform. Figuren 7 bis 10 zeigen schematische Darstellungen von Ausführungsformen des erfindunsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Energiespeichersystems.
Figur 1 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Energiespeichersystem gemäß einer Ausführungsform. Figur 1 zeigt den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Energiespeichersystems. Zunächst wird eine Referenzzelle aus den Zellen des Energiespeichersystems bestimmt; dieser Vorgang ist mit dem Bezugszeichen R bezeichnet. Vorzugsweise wird dieser Vorgang zum Zeitpunkt tO (Basis-Zeitpunkt) ausgeführt. Zu einem Zeitpunkt t1 wird ein erster Symmetriervorgang S1 der Zellen durchgeführt. Zu einem Zeitpunkt t2 wird geprüft, ob Bedingungen a) und b) erfüllt sind. Dieser Vorgang ist mit dem Bezugszeichen B bezeichnet. Falls beide Bedingungen a) und b) erfüllt sind wird ein zweiter Symmetriervorgang S2 durchgeführt. Falls eine der Bedingungen a) und b) nicht erfüllt ist, wird zunächst kein weiterer Symmetriervorgang durchgeführt. Erst wenn die Bedingungen a) und b) erfüllt sind, wird ein neuer Symmetriervorgang durchgeführt. In Figuren 2 bis 5 sind exemplarisch Zellen Z1 bis Z6 eines Energiespeichers eines Energiespeichersystems abgebildet. Anhand dieser soll im Folgenden eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Energiespeichersystems beschrieben werden. Figur 2 zeigt sechs Zellen Z1 bis Z6, die alle unterschiedliche Ladungszustände aufweisen. Aus diesen wird zunächst eine Referenzzelle Zref bestimmt. Bei dieser Ausführungsform wird diejenige Zelle als Referenzzelle Zref bestimmt, die den geringsten Ladungszustand aufweist. In Figur 3 ist schematisch ein erster Symmetriervorgang S1 zum Zeitpunkt t1 dargestellt. Dabei werden die Ladungszustände L1 -ti , L2-ti , L3-n , L4-ti und L5- ti der Zellen Z1 bis Z5 auf den Ladungszustand Lref-π der Referenzzelle Zref angeglichen. Durch den Symmetriervorgang S1 weisen alle Zellen Z1 bi Z5 und Zref denselben Ladungszustand Lref-π auf. Der Ladungszustand Lref-n dient außerdem zur Festlegung des Ladezustandsbereichs AL. Der Ladezustandsbereichs AL enthält den Ladungszustand Lref-n und einen Toleranzbereich, der ausgehend vom Ladungszustand Lref-n hin zu höheren und niedrigeren Ladezustandswerten ausgebildet wird. Das heißt, dass der Ladezustandsbereich AL Ladezustände enthält, die größer als oder gleich dem Ladungszustand Lref-n sind und Ladezustände enthält, die kleiner als oder gleich dem Ladungszustand Lref-n sind. In Figur 4 ist die Erfüllung von Bedingung a) schematisch dargestellt. Bedingung a) ist dann erfüllt, wenn zum Zeitpunkt t2 der Unterschied, also die Spannungsdifferenz AUt2, zwischen der Spannung der Zelle mit der geringsten Spannung Umin, also Zelle Z1 , und der Spannung der Zelle mit der höchsten Spannung Umax, also Zelle Zref, größer als eine vorgegebene Spannungsdifferenz AUpre oder gleich einer vorgegebenen Spannungsdifferenz AUpre ist. Da in dem abgebildeten Fall die Spannungsdifferenz AUt2 gleich der vorgegebenen Spannungsdifferenz AUpre ist, ist Bedingung a) erfüllt. Da der Referenzladezustand Lref-t2 der Referenzzelle Zref zum zweiten Zeitpunkt t2 nicht innerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs AL liegt, ist Bedingung b) nicht erfüllt und es wird bei der in Figur 4 gezeigten Konstellation der zweite Symmetriervorgang S2 nicht durchgeführt. Bei der in Figur 5 gezeigten Konstellation ist der Referenzladezustand Uef-t2 der Referenzzelle Zref soweit gesunken, dass er innerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs AL liegt. Damit ist nun zusätzlich zur Bedingung a) auch die Bedingung b) erfüllt und der zweite Symmetriervorgang S2 wird durchgeführt. Falls die Abschätzung der Symmetriergüte (Bedingung c) in die Bedingungen für den zweiten Symmetriervorgang mit einbezogen wird, würde bei der in Figur 4 gezeigten Konstellation der zweite Symmetriervorgang S2 trotzdem durchgeführt werden.
In Figur 6 sind die Zellen Z1 bis Z5 und Zref nach der Durchführung des zweiten Symmetriervorgangs S2 dargestellt. Die Ladezustände Lsymm aller Zellen Z1 bis Z5 und Zref sind identisch. Nach dem zweiten Symmetriervorgang S2 startet der oben beschriebene Prozess von neuem. Die Zellen Z1 bis Z5 und Zref werden je nach Belastung des Energiespeichers geladen bzw. entladen und es wird ein neue Referenzzelle Zref aus den Zellen Z1 bis Z6 bestimmt. Nach dem Bestimmen der Referenzzelle Zref wird dann ein dritter Symmetriervorgang durchgeführt, der nach dem oben beschriebenen Prozess des ersten Symmetriervorgangs durchgeführt wird. Auch der darauf folgende vierte Symmetriervorgang wird entsprechende des oben beschriebenen Prozess des zweiten Symmetriervorgangs durchgeführt.
In Figuren 7 bis 10 werden die Bedingungen a) und b) in Abhängigkeit des Abstellverhaltens des Fahrzeugs, insbesondere in Abhängigkeit der Abstellvorgänge des Fahrzeugs, also der Ruhephasen des Energiespeichersystems, beschrieben, wobei jeweils vorausgesetzt wird, dass zu jedem Zeitpunkt Bedingung a) erfüllt ist. In den Figuren 7 bis 10 sind die einzelnen Abstellvorgänge As, A des Fahrzeugs mit einem ausgefüllten bzw. nicht-ausgefüllten Stern gekennzeichnet. Im Folgenden sollen Ausführungsformen des Verfahrens zum Betrieb eines Energiespeichersystems beispielhaft anhand der Referenzzelle beschrieben werden. Auf der y-Achse ist der jeweilige Ladezustand (SoC) dieser Zelle aufgetragen. Die x-Achse stellt eine Zeitachse dar.
In Figuren 7 bis 10 sind die Abstellvorgänge des Fahrzeugs, bei denen eine Symmetrierung vorgenommen wird, mit As bzw. einem ausgefüllten Stern gekennzeichnet. Die Abstellvorgänge des Fahrzeugs, bei denen keine Symmetrierung vorgenommen wird, sind mit A bzw. mit einem nicht- ausgefüllten Stern gekennzeichnet. Für die abgebildeten Symmetriervorgänge As gilt, dass diese dann durchgeführt werden, wenn der Ladezustand der Referenzzelle zu einem bestimmten Zeitpunkt vor dem jeweiligen Symmetriervorgang innerhalb des vorher bestimmten Ladezustandsbereichs AL liegt.
In Figur 7 ist ein Abstellverhalten des Fahrzeugs gezeigt, bei dem die Zellen des Energiespeichers in regelmäßigen Abständen symmetriert werden. Dabei ist die Dauer AT zwischen zwei aufeinanderfolgenden Symmetriervorgängen As kleiner als die vorgegebene maximale Zeitdauer ATmax. Bei der in Figur 7 gezeigten Situation ist der Ladezustandsbereich AL für alle Symmetriervorgänge gleich. Das heißt also, dass für den zweiten bis fünften Symmetriervorgang der Ladezustandsbereich AL jeweils so bestimmt wird, dass er den vorherigen Referenzladezustand der Referenzzelle enthält. Figur 8 beschreibt ein Abstellverhalten des Fahrzeugs, bei dem bis zu einem Zeitpunkt tbah die Zellen in regelmäßigen Abständen symmetriert werden, wobei die Dauer AT zwischen zwei aufeinanderfolgenden Symmetriervorgängen kleiner als die vorgegebene maximale Zeitdauer ATmax ist. Somit entspricht die Situation bis zum Zeitpunkt tbah der in Figur 7 gezeigten Situation. Ab dem Zeitpunkt tbah ändert sich die Situation folgendermaßen: Die Dauer zwischen den Zeitpunkten tbah und tmax ist größer als die vorgegebene maximale Zeitdauer ATmax, weshalb zum Zeitpunkt tmax der Symmetriervorgang nicht mehr von der Erfüllung von Bedingungen a) und b) abhängt, sondern direkt durchgeführt wird. Wie in Figur 8 dargestellt, wird bei Überscheiten der Zeitdauer ATmax nicht abgewartet, bis die Referenzzelle in den Bereich des Referenzladezustands des vorherigen Symmetriervorgangs gelangt, sondern direkt zum Zeitpunkt tmax symmetriert. Für den darauffolgenden Symmetriervorgang wird die Referenzzelle zum Zeitpunkt tmax neu bestimmt. Die neu ausgewählte Referenzzelle entspricht dann der Zelle mit dem geringsten Ladezustand. Mit anderen Worten wird dadurch der Ladezustandsbereich AL für den darauffolgenden Symmetriervorgang verschoben.
Figur 9 zeigt im Grunde genommen dasselbe Abstellverhalten des Fahrzeugs wie es in Figur 8 gezeigt ist, allerdings unterscheidet sich die Anzahl der Abstellvorgänge im Zeitraum von tbah bis tbal2. Während bei der in Figur 8 gezeigten Situation insgesamt zehn Abstellvorgänge im Zeitraum zwischen tbah und tmax, welcher in Figur 9 dem Zeitpunkt tbal2 entspricht, stattfinden, finden bei der in Figur 9 gezeigten Situation nur sechs Abstellvorgänge im Zeitraum zwischen tbah und tbal2 statt. Eine in Figur 9 gezeigte Situation könnte beispielsweise dann auftreten, wenn das Fahrzeug während der Urlaubszeit nur selten bewegt wird und damit auch wenige Abstellvorgänge zustande kommen. Obwohl die Dauer zwischen den Zeitpunkten tbah und tbal2 größer als die vorgegebene maximale Zeitdauer ATmax ist wird bei der in Figur 9 abgebildeten Situation der Ladezustandsbereich AL so bestimmt, dass er den Referenzladezustand des vorherigen Symmetriervorgangs enthält. Das heißt also, dass in diesem Fall mit dem Symmetriervorgang so lang gewartet wird, bis sich der Ladezustand der Referenzzelle in der Nähe des Referenzladezustands des vorherigen Symmetriervorgangs befindet. In Figur 10 ist eine Situation abgebildet, bei der der Ladezustandsbereich AL in Abhängigkeit von der abgeschätzten Symmetriergüte des nachfolgenden Symmetriervorgangs bestimmt wird. Bei der in Figur 10 abgebildeten Situation würde für den dritten Abstellvorgang kein Symmetriervorgang durchgeführt werden, weil der Referenzladezustand beim dritten Abstellvorgang sich nicht in dem durch den vorherigen Symmetriervorgang bestimmten Ladezustandsbereich AL befindet. Jedoch ergibt sich für den dritten Abstellvorgang durch einen Abschätzvorgang, dass die Symmetriergüte bei Durchführung des Symmetriervorgangs bei dem für den dritten Abstellvorgang aktuellen Referenzladezustand höher ist als die Symmetriergüte eines Symmetriervorgangs bei dem durch den Ladezustand des zweiten Abstellvorgangs bestimmten Ladezustandsbereich AL. Da zudem der für den dritten Abstellvorgang aktuellen Referenzladezustand höher ist als der bestimmte Ladezustandsbereich AL wird der Symmetriervorgang bei dem für den dritten Abstellvorgang aktuellen Referenzladezustand durchgeführt. Für die darauf folgenden Symmetriervorgänge wird der Ladezustandsbereich AL wieder in Abhängigkeit der abgeschätzten Symmetriergüte bestimmt. Da für den beim vierten Abstellvorgang herrschenden Referenzladezustand eine Symmetriergüte abgeschätzt wird, die niedriger ist als die Symmetriergüte des Symmetriervorgangs während des dritten Abstellvorgangs, bleibt der Ladezustandsbereich AL auf dem vorher bestimmten Niveau. Mit anderen Worten wird das Verschieben des Ladezustandsbereichs AL nur zugelassen, wenn der Referenzladezustand höher ist als bei der letzten Symmetrierung. Selbst wenn die Symmetriergüte beim vierten Abstellvorgang höher wäre als beim dritten Abstellvorgang, würde deshalb keine Symmetrierung gestartet werden. Beim neunten Abstellvorgang tritt wieder die Situation ein, dass die abgeschätzte Symmetriergüte für den beim neunten Abstellvorgang herrschenden Referenzladezustand höher ist als die Symmetriergüte des vorherigen Symmetriervorgangs und der beim neunten Abstellvorgang herrschende Referenzladezustand größer ist als der Ladezustandsbereich AL, wodurch der Symmetriervorgang bei dem für den neunten Abstellvorgang aktuellen Referenzladezustand durchgeführt wird. Das heißt, dass der Ladezustandsbereich AL im Vergleich zum vorherigen Symmetriervorgang verschoben wird.
Figur 1 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 100, welches ein Energiespeichersystem 1 und einen Elektroantrieb 10 aufweist. Das Energiespeichersystem 1 ist dazu ausgebildet den Elektroantrieb 10 des Kraftfahrzeugs 100 zu speisen. Das Energiespeichersystem 1 weist eine Mehrzahl an Zellen Z1 bis Z6 und eine Steuereinheit 3 auf.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems (1 ), welches mindestens einen Energiespeicher (2) mit einer Mehrzahl an Zellen (Z1 - Z6) aufweist und dazu ausgebildet ist, einen Elektroantrieb (10) eines Fahrzeugs (100) zu speisen, wobei das Verfahren umfasst:
Durchführen eines Auswahlvorgangs (R) einer Referenzzelle (Zref) aus den Zellen (Z1 -Z6);
Durchführen eines ersten Symmetriervorgangs (S1 ) der Zellen (Z1 -Z6) zu einem ersten Zeitpunkt (t1 ), zu dem die Referenzzelle (Zref) einen ersten Referenzladezustand (Uef-t-ι ) aufweist;
Durchführen eines zweiten Symmetriervorgangs (S2) der Zellen (Z1 - Z6), wenn die folgenden Bedingungen a) und b) zu einem auf den ersten Zeitpunkt (t1 ) folgenden zweiten Zeitpunkt (t2) erfüllt sind:
a) die Spannungsdifferenz (Alb) der Spannung der Zelle (Z1 -Z6) mit der geringsten Spannung ( Umin) und der Spannung der Zelle (Z1 - Z6) mit der höchsten Spannung (Umax) ist größer als oder gleich einer vorgegebenen Spannungsdifferenz (AUpre) ; und
b) der Referenzladezustand (Lref-c) der Referenzzelle (Zref) zum zweiten Zeitpunkt (t2) liegt innerhalb eines vorgegebenen Ladezustandsbereichs (ΔΙ_),
wobei der Ladezustandsbereich (AL) so bestimmt wird, dass er den ersten Referenzladezustand (Lref-ti ) enthält.
2. Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems (1 ) nach Anspruch 1 ,
wobei bis zum Erreichen einer maximalen Zeitdauer (ATmax), die sich vom ersten Zeitpunkt (t1 ) bis zu einem vorgegebenen maximalen Zeitpunkt (tmax) erstreckt, der zweite Symmetriervorgang (S2) der Zellen (Z1 -Z6) durchgeführt wird, wenn die Bedingungen a) und b) erfüllt sind, und
bei Erreichen des maximalen Zeitpunkts (tmax) der zweite Symmetriervorgang (S2) der Zellen (Z1 -Z6) durchgeführt wird, wenn die Bedingungen a) und b) erfüllt sind oder wenn nur Bedingung a) erfüllt ist.
Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der zweite Symmetriervorgang (S2) der Zellen (Z1 -Z6) dann durchgeführt wird, wenn die Bedingungen a) und b) zum zweiten Zeitpunkt (t2) erfüllt sind oder wenn die Bedingungen a) und c) zum zweiten Zeitpunkt (t2) erfüllt sind, wobei Bedingung c) folgendermaßen definiert ist:
c) der Referenzladezustand (Lref-c) der Referenzzelle (Zref) zum zweiten Zeitpunkt (t2) ist größer als der vorgegebene Ladezustandsbereich (ΔΙ_) und
aus einem Symmetrie-Abschätzungsvorgang resultiert, dass eine Symmetriergüte des zweiten Symmetriervorgangs (S2) beim Referenzladezustand (Lref-t2) der Referenzzelle (Zref) zum zweiten Zeitpunkt (t2) im Vergleich zu einer Symmetriergüte des zweiten Symmetriervorgangs (S2) bei einem Referenzladezustand innerhalb des vorgegebenen Ladezustandsbereichs (AL) steigt.
Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der erste Symmetriervorgang (S1 ) und der zweite Symmetriervorgang (S2) während einer Ruhephase (A) des Energiespeichersystems (1 ) durchgeführt werden.
5. Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems (1 ) nach Anspruch 4,
wobei die vorgegebene maximale Zeitdauer (ATmax) in Abhängigkeit der Anzahl der Ruhephasen (A) definiert wird.
6. Verfahren zum Betrieb eines Energiespeichersystems (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Referenzzelle (Zref) aus den Zellen (Z1 -Z6) bestimmt wird, indem aus den Zellen (Z1 -Z6) eine Zelle ausgesucht wird, die den geringsten Ladezustand aufweist.
7. Energiespeichersystem (1 ), welches dazu ausgebildet ist, einen Elektroantrieb (10) eines Fahrzeugs (100) zu speisen, und aufweist:
- eine Mehrzahl an Zellen (Z1 -Z6);
- eine Steuereinheit (3), die dazu ausgebildet ist, den Referenzladezustand einer Referenzzelle (Zref), die aus den Zellen (Z1 -Z6) bestimmt ist, zu ermitteln, eine Spannungsdifferenz der Spannung der Zellen (Z1 -Z6) zu bestimmen und einen Symmetriervorgang (S1 , S2) der Zellen (Z1 -Z6) durchzuführen; wobei das Energiespeichersystem dazu ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
8. Fahrzeug (100) mit einem Energiespeichersystem (1 ) nach Anspruch
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019217354A1 (de) * 2019-11-11 2021-05-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Laden eines elektrischen Energiespeichersystems, elektrisches Energiespeichersystem und Fahrzeug
DE102019135313A1 (de) * 2019-12-19 2021-06-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb einer Batterie
US11513164B2 (en) * 2020-10-28 2022-11-29 Guangzhou Automobile Group Co., Ltd. Method and system for estimating battery pack balance state of new energy vehicle
CN112297956B (zh) * 2020-11-10 2022-02-15 武汉格罗夫氢能汽车有限公司 一种燃料电池氢能汽车soc校准和电芯均衡控制装置
CN118381162B (zh) * 2024-06-19 2024-09-03 浙江晶科储能有限公司 基于云边协同的储能系统均衡管理方法及其系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100085009A1 (en) * 2008-08-08 2010-04-08 Kang Jung-Soo Cell balancing apparatus and method
US20110163720A1 (en) * 2010-08-03 2011-07-07 Ford Global Technologies, Llc System and method for rebalancing a vehicle battery
US20120194134A1 (en) * 2011-01-31 2012-08-02 Infineon Technologies Ag Inductive Charge Balancing
DE102014220005A1 (de) 2014-10-02 2016-04-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren für eine Zellsymmetrierung einer Mehrzahl von Batteriezellen und Batteriesystem zum Durchführen eines derartigen Verfahrens

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5567956B2 (ja) * 2010-09-16 2014-08-06 矢崎総業株式会社 複数組電池のセル電圧均等化装置
JP2014060868A (ja) * 2012-09-18 2014-04-03 Suzuki Motor Corp 組電池均等化装置
DE102013204885A1 (de) 2013-03-20 2014-09-25 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Reduzierung des Gesamtladungsverlusts von Batterien

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100085009A1 (en) * 2008-08-08 2010-04-08 Kang Jung-Soo Cell balancing apparatus and method
US20110163720A1 (en) * 2010-08-03 2011-07-07 Ford Global Technologies, Llc System and method for rebalancing a vehicle battery
US20120194134A1 (en) * 2011-01-31 2012-08-02 Infineon Technologies Ag Inductive Charge Balancing
DE102014220005A1 (de) 2014-10-02 2016-04-07 Robert Bosch Gmbh Verfahren für eine Zellsymmetrierung einer Mehrzahl von Batteriezellen und Batteriesystem zum Durchführen eines derartigen Verfahrens

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