WO2018224330A1 - Method and apparatus for operating an electrical energy accumulator system, and electrical energy accumulator system comprising said apparatus, and corresponding use thereof - Google Patents

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Lothar Schindele
Alexander Schmidt
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Abstract

The invention relates to a method for operating an electrical energy accumulator system comprising at least one electrical energy accumulator unit, said method having the following steps: determining a state variable, in particular a voltage, of the at least one electrical energy accumulator unit; testing the functionality of an apparatus for determining a state variable of the at least one electrical energy accumulator unit, in particular comprising a voltage detection apparatus; in the event of limited or no functionality of the apparatus for determining a state variable, determining a first further state variable of the at least one electrical energy accumulator unit on the basis of a first mathematical model and at least the state variable determined; and operating the electrical energy accumulator system using the first further state variable determined in the event of limited or no functionality. Furthermore, a corresponding apparatus, a corresponding electrical energy accumulator system, and a corresponding use are described.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems sowie elektrisches Energiespeichersystem mit der Vorrichtung und entsprechende Verwendung  Method and device for operating an electrical energy storage system and electrical energy storage system with the device and corresponding use
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, umfassend mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit, sowie ein elektrisches Energiespeichersystem mit der genannten Vorrichtung und eine Verwendung des elektrischen Energiespeichersystems The present invention describes a method and a device for operating an electrical energy storage system, comprising at least one electrical energy storage unit, as well as an electrical energy storage system with said device and a use of the electrical energy storage system
Stand der Technik State of the art
Elektronische Steuergeräte werden im Automobilumfeld heutzutage in zunehmender Zahl eingesetzt, beispielsweise bedingt durch die zunehmende Automatisierung beim Fahren. Insbesondere ist für elektrisch angetriebene Fahrzeuge die Entwicklung von Batterien mit einem zugehörigen Batteriemanagementsystem notwendig. Ein Batteriemanagementsystem gewährleistet dabei typischerweise die sichere und zuverlässige Funktion der zugeordneten Batteriezellen und der daraus bestehenden Batteriesysteme, indem es Ströme, Spannungen, Temperaturen, Isolationswiderstände und gegebenenfalls weitere physikalische Größen der Batteriezellen beziehungsweise eines gesamten Batteriesystems überwacht und steuert. Mithilfe der genannten Größen lassen sich Managementfunktionen realisieren, die unter anderem Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Sicherheit des Batteriesystems steigern können und beispielsweise mathematische Modelle zur besseren Steuerung und Regelung des Batteriesystems einsetzen. Electronic control units are used in the automotive environment today in increasing numbers, for example due to the increasing automation in driving. In particular, for electrically powered vehicles, the development of batteries with an associated battery management system is necessary. A battery management system typically ensures the safe and reliable functioning of the associated battery cells and the battery systems made therefrom by monitoring and controlling currents, voltages, temperatures, insulation resistances and possibly further physical variables of the battery cells or an entire battery system. These variables can be used to realize management functions that, among other things, can increase the service life, reliability and safety of the battery system and, for example, use mathematical models to better control and regulate the battery system.
Ein Batteriesystem ist üblicherweise in Module unterteilt, welche die Batteriezellen enthalten und oftmals auch eine räumliche Einheit bilden. Beispielsweise kann ein Batteriesystem aus 8 Modulen bestehen, wobei je Modul 12 Batteriezellen verbaut sind. Um die elektrischen Spannungen der einzelnen Batteriezellen zu erfassen, sind entsprechende Spannungssensoren vorgesehen. Dabei können die Spannungssensoren beispielsweise direkt mit einem zentralen Steuergerät elektrisch verbunden sein oder auch mit einem jeweiligen Modulsteuergerät elektrisch verbunden sein, welches die aufgezeichneten Daten beispielsweise in komprimierter Form an das zentrale Steuergerät weitergibt. Die Funktionsfähigkeit der in einem Batteriesystem verbauten Sensoren, beispielsweise der Spannungssensoren, ist somit von großer Bedeutung für den Betrieb des Batteriesystems. Ein Ausfall eines Spannungssensors, der beispielsweise mittels eines Selbsttests erkannt werden kann, kann beispielsweise dazu führen, dass aus Sicherheitsgründen dem Batteriesystem keine elektrische Energie mehr entnommen oder zugeführt werden kann. A battery system is usually divided into modules which contain the battery cells and often also form a spatial unit. For example, a battery system consist of 8 modules, each module 12 battery cells are installed. To the electrical voltages of the individual battery cells to detect, corresponding voltage sensors are provided. In this case, the voltage sensors can be electrically connected, for example, directly to a central control unit or can also be electrically connected to a respective module control unit which forwards the recorded data, for example in compressed form, to the central control unit. The functionality of the sensors installed in a battery system, for example the voltage sensors, is thus of great importance for the operation of the battery system. A failure of a voltage sensor, which can be detected for example by means of a self-test, for example, can lead to safety reasons that the battery system can no longer be taken or supplied electrical energy.
Die Druckschrift DE 10 2010 045 514 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeuges mit einem elektrischen Energiespeicher, wobei bei Ausfall eines Sensors zur Abschätzung einer Klemmenspannung einer Batteriezelle eine weitere Klemmenspannung einer weiteren Batteriezelle herangezogen wird. The publication DE 10 2010 045 514 describes a method for operating a motor vehicle with an electrical energy store, wherein in case of failure of a sensor for estimating a terminal voltage of a battery cell, a further terminal voltage of another battery cell is used.
Die Druckschrift JP 2013-167544 beschreibt eine Vorrichtung zur Überwachung von Batteriezellen, wobei in einem Fehlerfall bei einer Spannungsmessung der Batteriezellen die über mehrere Batteriezellen abfallende Spannung verwendet wird. The publication JP 2013-167544 describes a device for monitoring battery cells, wherein in an error case in a voltage measurement of the battery cells, the voltage drop across several battery cells voltage is used.
Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung Disclosure of the Invention Advantages of the Invention
Offenbart wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, umfassend mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Disclosed is a method for operating an electrical energy storage system, comprising at least one electrical energy storage unit, with the features of the independent claims.
Dabei wird eine Zustandsgröße der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Die Zustandsgröße kann insbesondere eine elektrische Spannung umfassen. Weiterhin wird die Funktionsfähigkeit einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit überprüft. Diese Vorrichtung kann beispielsweise zur Ermittlung einer Ladezustandsgröße eingerichtet sein. Die Vorrichtung umfasst dabei insbesondere eine Spannungserfassungsvorrichtung, beispielsweise einen Spannungssensor und zugehörige Leitungen zu einem Steuergerät. Bei eingeschränkter o- der fehlender Funktionsfähigkeit der Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße wird eine erste weitere Zustandsgröße der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf einem ersten mathematischen Modell der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit und basierend auf mindestens der bereits ermittelten Zustandsgröße der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Eingeschränkte oder fehlende Funktionsfähigkeit kann dabei beispielsweise bedeuten, dass aufgrund eines Abrisses einer Leitung kein Messwert mehr aufgezeichnet werden kann oder auch, dass ein aufgezeichneter Messwert außerhalb vorgegebener Grenzwerte liegt. Dies kann beispielsweise im Rahmen eines Selbsttests festgestellt werden. Als mathematisches Modell kann beispielsweise ein sogenanntes elektrisches Ersatzschaltbildmodell einer elektrischen Energiespeichereinheit dienen. Weiterhin kann das mathematische Modell ein datenbasiertes Kennfeld umfassen und/oder auf Wahrscheinlichkeiten basieren. Anschließend wird das elektrische Energiespeichersystem unter Verwendung der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße betrieben. Somit ist, zumindest in eingeschränkter Weise, ein Weiterbetrieb des elektrischen Energiespeichersystems möglich. In vorteilhafter Weise kann das elektrische Energiespeichersystem dadurch kontrolliert in einen sicheren Zustand überführt werden, beispielsweise mit entsprechender Vorankündigung an einen Nutzer des Systems. Auf eine unmittelbare schnelle Abschaltung des elektrischen Energiespeichersystems mit eventuell nachteiligen Folgen für den Nutzer beziehungsweise für Komponenten des elektrischen Energiespeichersystems kann somit verzichtet werden. Beispielsweise ist im Fahrzeugbereich ein sogenannter„Limp Home"-Modus denkbar, in dem Stromanforderungen an das elektrische Energiespeichersystem eingeschränkt sind. In this case, a state variable of the at least one electrical energy storage unit is determined. The state variable may in particular comprise an electrical voltage. Furthermore, the functionality of a device for determining a state variable of the at least one electrical energy storage unit is checked. This device can, for example, to determine a Charge state size to be established. The device comprises in particular a voltage detection device, for example a voltage sensor and associated lines to a control unit. In the case of limited or lacking functionality of the device for determining a state variable, a first further state variable of the at least one electrical energy storage unit is determined based on a first mathematical model of the at least one electrical energy storage unit and based on at least the already determined state variable of the at least one electrical energy storage unit. Restricted or absent functionality may mean, for example, that a measured value can no longer be recorded due to a break in a line, or that a recorded measured value is outside predefined limit values. This can be determined for example in the context of a self-test. As a mathematical model, for example, a so-called electrical equivalent circuit model of an electrical energy storage unit can be used. Furthermore, the mathematical model may include a data-based map and / or based on probabilities. Subsequently, the electrical energy storage system is operated using the determined when limited or lacking functionality first additional state variable. Thus, at least in a limited way, a continued operation of the electrical energy storage system is possible. In an advantageous manner, the electrical energy storage system can thereby be transferred in a controlled manner to a safe state, for example with appropriate advance notice to a user of the system. On an immediate fast shutdown of the electrical energy storage system with any adverse consequences for the user or for components of the electrical energy storage system can thus be dispensed with. For example, in the vehicle sector, a so-called "limp home" mode is conceivable in which current requirements for the electrical energy storage system are limited.
Die Zustandsgrößen können dabei auf dem Ladezustand basieren, also Ladezustandsgrößen sein beziehungsweise umfassen, wie beispielsweise eine elektrische Spannung einer elektrischen Energiespeichereinheit, und/oder auf einem durch die elektrische Energiespeichereinheit fließenden Strom und/oder einer Temperatur der elektrischen Energiespeichereinheit basieren. Weiterhin ist es auch möglich, dass die Zustandsgrößen auf einem Druck, der beispielsweise im Inneren der elektrischen Energiespeichereinheit herrscht, oder einer daraus resultierenden äußeren Dehnung eines Gehäuses der elektrischen Energiespeichereinheit basieren. The state variables may be based on the state of charge, ie be or include state of charge quantities, such as, for example, an electrical voltage of an electrical energy storage unit, and / or based on a current flowing through the electrical energy storage unit and / or a temperature of the electrical energy storage unit. Furthermore, it is also possible for the state variables to be at a pressure which, for example, in the Inside the electrical energy storage unit prevails, or based on a resulting external strain of a housing of the electrical energy storage unit.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.
Gemäß einer Ausgestaltung wird das elektrische Energiespeichersystem derart betrieben, dass ein erster Grenzwert der Zustandsgröße nicht überschritten wird und/oder ein zweiter Grenzwert der Zustandsgröße nicht unterschritten wird. Bei einer elektrischen Spannung als Zustandsgröße ist beispielsweise der erste Grenzwert zu 4,0 V festsetzbar und der zweite Grenzwert zu 3,0 V festsetzbar. Alternativ kann der erste Grenzwert beispielsweise aus einem ersten Bereich von 3,8 V bis 4,4 V gewählt werden und der zweite Grenzwert aus einem zweiten Bereich von 2,6 V bis 3,2 V gewählt werden. Dies ist abhängig von den jeweiligen Eigenschaften der entsprechenden elektrischen Energiespeichereinheit. Somit wird ein ausreichender Abstand zu die Sicherheit des elektrischen Energiespeichersystems gefährdenden Spannungswerten ermöglicht. Beispielsweise kann bei den oben exemplarisch genannten Grenzwerten eine Gefährdung der Sicherheit bei Überschreiten von 4,2 V eintreten. Somit wurde hier der Sicherheitsabstand zu 0,2 V eingestellt, um auch bei Vorliegen einer eingeschränkten oder fehlenden Funktionsfähigkeit der Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße ausreichend Sicherheitsreserven zu haben. According to one embodiment, the electrical energy storage system is operated such that a first limit value of the state variable is not exceeded and / or a second limit value of the state variable is not undershot. For example, for an electrical voltage as a state variable, the first threshold can be set at 4.0V and the second threshold can be set at 3.0V. Alternatively, the first threshold may be selected, for example, from a first range of 3.8V to 4.4V, and the second threshold may be selected from a second range of 2.6V to 3.2V. This depends on the respective properties of the corresponding electrical energy storage unit. Thus, a sufficient distance to the safety of the electrical energy storage system hazardous voltage values is possible. For example, in the case of the limit values given above by way of example, safety may be endangered if the value exceeds 4.2 V. Thus, the safety distance to 0.2 V has been set here in order to have sufficient safety reserves even in the presence of a limited or missing functionality of the device for determining a state variable.
Gemäß einer Ausgestaltung wird mindestens eine Alterungszustandsgröße der elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt, beispielsweise eine maximal mögliche Kapazität beziehungsweise speicherbare Ladungsmenge oder ein elektrischer Widerstand. Auch eine maximal mögliche speicherbare Energiemenge ist als Alterungszustandsgröße möglich. Da sich diese Größen mit der Zeit und in Abhängigkeit der Nutzung der elektrischen Energiespeichereinheit ändern, lässt sich von ihnen auf das Alter beziehungsweise den Abnutzungsgrad der elektrischen Energiespeichereinheit schließen. Anschließend wird das erste mathematische Modell basierend auf der mindestens einen Alterungszustandsgröße adaptiert. Dies erfolgt bevorzugt bei voller Funktionsfähigkeit der Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße. Somit wird in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass das erste mathematische Modell der elektrischen Energiespeichereinheit das Verhalten der elektrischen Energiespeichereinheit so gut wie möglich abbildet. Dies ermöglicht einen genaueren und somit sichereren Betrieb des elektrischen Energiespeichersystems unter Verwendung der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße. According to one embodiment, at least one aging state variable of the electrical energy storage unit is determined, for example a maximum possible capacity or storable charge quantity or an electrical resistance. Even a maximum possible storable amount of energy is possible as aging state variable. Since these variables change with time and in dependence on the use of the electrical energy storage unit, they can be used to conclude the age or degree of wear of the electrical energy storage unit. Subsequently, the first mathematical model is adapted based on the at least one aging state variable. This is preferably done at full functionality of the device for determining a state variable. Thus, it is advantageously ensured that the first mathematical model of the electrical energy storage unit The behavior of the electrical energy storage unit as well as possible maps. This allows a more accurate and thus safer operation of the electrical energy storage system using the first further state variable determined in the case of limited or lacking functionality.
Gemäß einer Ausgestaltung, bei der das elektrische Energiespeichersystem eine Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten umfasst, wird die bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit der Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße ermittelte erste weitere Zustandsgröße der elektrischen Energie- Speichereinheit mit einer zweiten weiteren Zustandsgröße, welche auf einer über die Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten abfallenden elektrischen Spannung basiert, verglichen. Somit wird eine Plausibilitätsprüfung der mittels des ersten mathematischen Modells ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße ermöglicht, was die Zuverlässigkeit des Verfahrens in vorteilhafter Weise erhöht. In Abhängigkeit des Vergleichs der Zustandsgrößen wird das elektrische Energiespeichersystem unter Verwendung der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße betrieben, wobei zusätzlich nach einer ersten vordefinierten Zeitspanne oder alternativ nach Verbrauchen oder Aufnehmen einer ersten vordefinierten elektrischen Energie- menge bei einer vordefinierten maximal möglichen Leistungsabgabe/-aufnahme die Entnahme elektrischer Energie aus der elektrischen Energiespeichereinheit und/oder dem elektrischen Energiespeichersystem unterbunden wird. Beispielsweise kann aus dem Vergleich resultieren, dass die Differenz der Zustandsgrößen innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, was einem Weiterbetrieb des elektrischen Energiespeichersystems nicht entgegensteht. Somit kann das elektrische Energiespeichersystem in vorteilhafter Weise zumindest innerhalb der ersten vordefinierten Zeitspanne oder alternativ im Rahmen der ersten vordefinierten Energiemenge bei vordefinierter maximal möglicher Leistungsabgabe/-auf- nahme sicher weiter betrieben werden. According to one embodiment, in which the electrical energy storage system comprises a plurality of electrical energy storage units, the first further state variable of the electrical energy storage unit, determined in the event of limited or absent functioning of the device for determining a state variable, is assigned a second further state variable which is one of the plurality based on electrical energy storage units sloping voltage is compared. Thus, a plausibility check of the first further state variable determined by means of the first mathematical model is made possible, which advantageously increases the reliability of the method. Depending on the comparison of the state variables, the electrical energy storage system is operated using the first further state variable determined with limited or lacking functionality, wherein additionally after a first predefined time period or alternatively after consuming or receiving a first predefined electrical energy quantity at a predefined maximum possible power output / -aufnahme the removal of electrical energy from the electrical energy storage unit and / or the electrical energy storage system is prevented. For example, can result from the comparison that the difference of the state variables is within a predefined range, which does not preclude further operation of the electrical energy storage system. Consequently, the electrical energy storage system can advantageously continue to be operated safely at least within the first predefined period of time or alternatively within the scope of the first predefined amount of energy at a predefined maximum possible power output / consumption.
Gemäß einer Ausgestaltung, bei der das elektrische Energiespeichersystem mindestens zwei elektrische Energiespeichereinheiten umfasst, wird eine dritte weitere Zustandsgröße mindestens einer weiteren elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf einem zweiten mathematischen Modell ermittelt. Dabei kann das zweite mathematische Modell von seiner Art dem ersten mathematischen Modell entsprechen. Anschließend wird die dritte weitere Zustandsgröße der weiteren elektrischen Energiespeichereinheit mit der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit der Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße der elektrischen Energiespeichereinheit verglichen. Somit wird eine Plausibilitätsprüfung der mittels des ersten mathematischen Modells ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße ermöglicht, was die Zuverlässigkeit des Verfahrens in vorteilhafter Weise erhöht. In Abhängigkeit des Vergleichs der Zustandsgrößen wird das elektrische Energiespeichersystem unter Verwendung der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit ermit- telten ersten weiteren Zustandsgröße betrieben, wobei zusätzlich nach einer zweiten vordefinierten Zeitspanne die Entnahme elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeichersystem unterbunden wird. Letzteres kann beispielsweise durch eine entsprechende Ansteuerung von sich in dem elektrischen Energiespeichersystem befindenden sogenannten Schützen erfolgen. Beispielsweise kann aus dem Vergleich resultieren, dass die Differenz der Zustandsgrößen innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, was einem Weiterbetrieb des elektrischen Energiespeichersystems nicht entgegensteht. Somit kann das elektrische Energiespeichersystem in vorteilhafter Weise zumindest innerhalb der zweiten vordefinierten Zeitspanne sicher weiter betrieben werden, wobei beispielsweise auf Messwerte der weiteren elektrischen Energiespeichereinheit zurückgegriffen wird. According to one embodiment, in which the electrical energy storage system comprises at least two electrical energy storage units, a third additional state variable of at least one further electrical energy storage unit is determined based on a second mathematical model. The second mathematical model of its kind can be the first mathematical one Model correspond. Subsequently, the third additional state variable of the further electrical energy storage unit is compared with the first further state variable of the electrical energy storage unit determined in the case of limited or missing functionality of the device for determining a state variable. Thus, a plausibility check of the first further state variable determined by means of the first mathematical model is made possible, which advantageously increases the reliability of the method. Depending on the comparison of the state variables, the electrical energy storage system is operated using the first further state variable determined in the case of limited or lacking functionality, with the removal of electrical energy from the electrical energy storage system being additionally suppressed after a second predefined period of time. The latter can be done, for example, by a corresponding control of itself in the electrical energy storage system located so-called shooter. For example, can result from the comparison that the difference of the state variables is within a predefined range, which does not preclude further operation of the electrical energy storage system. Thus, the electrical energy storage system can advantageously continue to be operated at least within the second predefined period of time, with recourse, for example, to measured values of the further electrical energy storage unit.
Gemäß einer Ausgestaltung wird jeweils mindestens eine Alterungszu- standsgröße der mindestens zwei elektrischen Energiespeichereinheiten vor der Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt. Anschließend werden die Alterungszustandsgrößen der mindestens 2 elektrischen Energiespeichereinheiten miteinander verglichen. Innerhalb der Verfahrensschritte können sowohl das erste mathematische Modell als auch das zweite ma- thematische Modell eingesetzt werden. Somit kann in vorteilhafter Weise insbesondere festgestellt werden, ob die mindestens zwei elektrischen Energiespeichereinheiten ein ähnliches Alterungsverhalten aufweisen. In Abhängigkeit des Vergleichs der Zustandsgrößen und des Vergleichs der Alterungszustandsgrößen wird das elektrische Energiespeichersystem unter Verwendung der bei ein- geschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße betrieben. Dabei wird zusätzlich nach einer dritten vordefinierten Zeitspanne und/oder nach Aufbrauchen einer dritten vordefinierten Energiemenge mit gegebenenfalls ebenfalls vordefinierter maximal möglicher Leistungs- abgabe/-aufnahme die Entnahme elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeichersystem unterbunden, wobei die Länge der dritten vordefinierten Zeitspanne und/oder der dritten vordefinierten Energiemenge in Abhängigkeit der Zustandsgröße und oder/der Alterungszustandsgrößen definiert ist. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Ansteuerung von sich in dem elektrischen Energiespeichersystem befindenden Abschalteinrichtungen, beispielsweise Schützen, erfolgen. Beispielsweise kann aus dem Vergleich resultieren, dass sowohl die Differenz der Zustandsgrößen innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt als auch die Differenz der Alterungszustandsgrößen innerhalb eines weiteren vordefinierten Bereichs liegt. Somit ist beispielsweise gewährleistet, dass die elektrische Energiespeichereinheit, deren Vorrichtung zur Ermittlung einer Zustandsgröße nicht mehr korrekt funktioniert, und eine weitere elektrische Energiespeichereinheit ein ähnliches elektrisches Verhalten aufweisen. Somit kann das elektrische Energiespeichersystem in vorteilhafter Weise zumindest innerhalb der dritten vordefinierten Zeitspanne und oder im Rahmen der dritten vordefinierten Energiemenge sicher weiter betrieben werden. According to one embodiment, in each case at least one aging state variable of the at least two electrical energy storage units is determined prior to checking the functionality of a device for determining a state variable of at least one electrical energy storage unit. Subsequently, the aging state variables of the at least two electrical energy storage units are compared with one another. Within the method steps, both the first mathematical model and the second mathematical model can be used. Thus, it can be determined in an advantageous manner in particular whether the at least two electrical energy storage units have a similar aging behavior. Depending on the comparison of the state variables and the comparison of the aging state variables, the electrical energy storage system is operated using the first further state variable determined in the case of limited or lacking functionality. It is additionally predefined after a third Time span and / or after consuming a third predefined amount of energy with optionally also predefined maximum possible power output / recording the removal of electrical energy from the electrical energy storage system prevented, the length of the third predefined period and / or the third predefined amount of energy depending on the state variable and / or the aging state variables. This can be done, for example, by a corresponding activation of defeat devices located in the electrical energy storage system, for example contactors. For example, it can result from the comparison that both the difference of the state variables is within a predefined range and the difference of the aging state variables lies within a further predefined range. Thus, it is ensured, for example, that the electrical energy storage unit, whose device no longer functions correctly for determining a state variable, and a further electrical energy storage unit have a similar electrical behavior. Thus, the electrical energy storage system can be operated safely in an advantageous manner, at least within the third predefined period of time and or within the third predefined amount of energy.
Gemäß einer Ausgestaltung sind das erste mathematische Modell und das zweite mathematische Modell gleich und/oder basieren auf Differenzialgleichungen. Somit ist in vorteilhafter Weise eine einfache Vergleichbarkeit zwischen den Modellen und ihren Parametern sowie Zuständen möglich. Weiterhin können die dynamischen Vorgänge innerhalb einer elektrischen Energiespeichereinheit gut durch Differenzialgleichungen beziehungsweise entsprechend diskretisierte Differenzengleichungen abgebildet werden. According to one embodiment, the first mathematical model and the second mathematical model are the same and / or are based on differential equations. Thus, an easy comparability between the models and their parameters and conditions is possible in an advantageous manner. Furthermore, the dynamic processes within an electrical energy storage unit can be well represented by differential equations or correspondingly discretized difference equations.
Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit kann insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul mit mindestens einer elektrochemischen Batteriezelle und/oder ein Batteriepack mit mindestens einem Batteriemodul verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeichereinheit eine lithiumbasierte Batteriezelle oder ein lithiumbasiertes Batteriemodul oder ein lithiumbasiertes Batteriepack sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder ein Lithium-Ionen- Batteriemodul oder ein Lithium-Ionen-Batteriepack sein. Weiterhin kann die Bat- teriezelle vom Typ Lithium-Polymer-Akkumulator, Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, Blei-Säure-Akkumulator, Lithium-Luft-Akkumulator oder Lithium-Schwefel- Akkumulator beziehungsweise ganz allgemein ein Akkumulator beliebiger elektrochemischer Zusammensetzung sein. Auch ein Kondensator ist als elektrische Energiespeichereinheit möglich. An electrical energy storage unit may in particular be understood as meaning an electrochemical battery cell and / or a battery module having at least one electrochemical battery cell and / or a battery pack having at least one battery module. For example, the electric energy storage unit may be a lithium-based battery cell or a lithium-based battery module or a lithium-based battery pack. In particular, the electrical energy storage unit may be a lithium-ion battery cell or a lithium-ion battery module or a lithium-ion battery pack. Furthermore, the bat be cell of the type lithium polymer accumulator, nickel-metal hydride accumulator, lead-acid accumulator, lithium-air accumulator or lithium-sulfur accumulator or quite generally an accumulator of any electrochemical composition. A capacitor is possible as an electrical energy storage unit.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung eine Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, welche mindestens ein Mittel umfasst, das eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens nach einer der offenbarten Ausgestaltungen durchzuführen. Die vorgenannten Vorteile gelten entsprechend. Das mindestens eine Mittel kann beispielsweise ein Batteriemanagementsteuergerät und eine entsprechende Leistungselektronik, beispielsweise einen Wechselrichter, sowie Stromsensoren und/oder Spannungssensoren und/oder Temperatursensor umfassen. Auch eine elektronische Steuereinheit, insbesondere in der Ausprägung als elektronisches Batteriemanagementgerät, kann solch ein Mittel sein. Unter einer elektronischen Steuereinheit kann insbesondere ein elektronisches Steuergerät, welches beispielsweise einen Mikrocontroller und/oder einen applikationsspezifischen Hardwarebaustein, zum Beispiel einen ASIC, umfasst, verstanden werden, aber ebenso kann darunter ein Personal Computer oder eine speicherprogrammierbare Steuerung fallen. Furthermore, the subject matter of the disclosure is an apparatus for operating an electrical energy storage system which comprises at least one means which is set up to carry out the steps of the method according to one of the disclosed embodiments. The aforementioned advantages apply accordingly. The at least one means may include, for example, a battery management control unit and corresponding power electronics, for example an inverter, as well as current sensors and / or voltage sensors and / or temperature sensors. An electronic control unit, in particular in the form of an electronic battery management device, can also be such a means. An electronic control unit may, in particular, be understood to mean an electronic control unit, which includes, for example, a microcontroller and / or an application-specific hardware component, for example an ASIC, but likewise may include a personal computer or a programmable logic controller.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung ein elektrisches Energiespeichersystem, welches eine Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten und eine oben beschriebenen Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems umfasst. Die genannten Vorteile gelten entsprechend. Furthermore, the subject matter of the disclosure is an electrical energy storage system which comprises a plurality of electrical energy storage units and a device described above for operating an electrical energy storage system. The advantages mentioned apply accordingly.
Weiterhin ist Gegenstand der Offenbarung die Verwendung des elektrischen Energiespeichersystems in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen einschließlich Hybridfahrzeugen, in stationären elektrischen Energiespeicheranlagen, in elektrisch betriebenen Handwerkzeugen, in portablen Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung sowie in Haushaltsgeräten. Die genannten Vorteile gelten entsprechend. Furthermore, the subject matter of the disclosure is the use of the electrical energy storage system in electrically driven vehicles including hybrid vehicles, in stationary electrical energy storage systems, in electrically operated hand tools, in portable devices for telecommunications or data processing and in household appliances. The advantages mentioned apply accordingly.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt u in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt. Brief description of the drawings Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the figures and explained in more detail in the following description.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform; FIG. 1 shows a flowchart of the method according to the invention in accordance with a first embodiment;
Figur 2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform; FIG. 2 shows a flow chart of the method according to the invention in accordance with a second embodiment;
Figur 3 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform; FIG. 3 shows a flowchart of the method according to the invention in accordance with a third embodiment;
Figur 4 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform; FIG. 4 shows a flowchart of the method according to the invention in accordance with a fourth embodiment;
Figur 5 eine Darstellung eines zeitlichen Verlaufes einer nach dem erfindungs gemäßen Verfahren berechneten Ladezustandsgröße; und Figure 5 is a representation of a time course of a calculated according to the inventive method state of charge state; and
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems. Figure 6 is a schematic representation of an apparatus for operating an electrical energy storage system.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche Verfahrensschritte Identical reference signs denote the same device components or the same method steps in all figures
Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform. In einem ersten Schritt Sil wird für mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit eines elektrischen Energiespeichersystems eine oder mehrere Größen, welche die aktuell aus der elektrischen Energiespeichereinheit entnehmbare Energie und/oder Leistung beschreiben, ermittelt. Dies ist beispielsweise ein Ladezustandswert. Der Ladezustandswert bewegt sich dabei typischerweise im Bereich zwischen 0 % und 100 % und kann als aktuell verfügbare Ladungsmenge angesehen werden. Innerhalb dieses Ermittlungsschrittes wird die elektrische Spannung, die zwischen den typischerweise zwei Polanschlüssen der elektrischen Energiespeichereinheit herrscht, erfasst. Im weiteren Verlauf des Verfahrens wird anschließend in einem zweiten SchrittFIG. 1 shows a flow chart of the method according to the invention in accordance with a first embodiment. In a first step Sil, one or more variables describing the energy and / or power currently removable from the electrical energy storage unit are determined for at least one electrical energy storage unit of an electrical energy storage system. This is, for example, a state of charge value. The charge state value moves typically in the range between 0% and 100% and can be considered as currently available amount of charge. Within this determination step, the electrical voltage that prevails between the typically two pole terminals of the electrical energy storage unit is detected. In the further course of the process is then in a second step
S12 die Funktionsfähigkeit einer Vorrichtung zur Erfassung einer Spannung überprüft. Diese Überprüfung der Funktionsfähigkeit umfasst eine Prüfung, ob ein er- fasster Spannungswert in einem plausiblen Spannungsfenster liegt, beispielsweise zwischen 0 V und 5 V, insbesondere zwischen 0 V und 4,3 V. Dies ist ab- hängig von der Art der jeweils verwendeten elektrischen Energiespeichereinheit.S12 checks the functioning of a device for detecting a voltage. This check of operability includes a check as to whether a detected voltage value lies in a plausible voltage window, for example between 0 V and 5 V, in particular between 0 V and 4.3 V. This depends on the type of electrical device used in each case energy storage unit.
Weiterhin kann die Überprüfung der Funktionsfähigkeit auch einen sogenannten Selbsttest umfassen, bei dem eine bekannte Testspannung erfasst wird und die erfassten Testspannungswerte mit den bekannten Werten der Testspannung verglichen wird. Bei entsprechenden Abweichungen wird davon ausgegangen, dass die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung zur Erfassung einer Spannung eingeschränkt ist. In einem dritten Schritt S13 wird bei eingeschränkter Funktionsfähigkeit der Vorrichtung zur Erfassung einer Spannung anschließend erneut ein weiterer Ladezustandswert der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt, wobei der Ermittlungsschritt auf einem ersten mathematischen Mo- dell des Spannungsverhaltens der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit und dem im ersten Schritt Sil ermittelten Ladezustandswert basiert. Anschließend wird das elektrische Energiespeichersystem in einem vierten Schritt S14 unter Verwendung des in dem dritten Schritt S13 ermittelten weiteren Ladezustandswertes betrieben. Furthermore, the checking of the functionality can also include a so-called self-test, in which a known test voltage is detected and the detected test voltage values are compared with the known values of the test voltage. With corresponding deviations, it is assumed that the functionality of the device for detecting a voltage is limited. In a third step S13, a further state of charge value of the at least one electrical energy storage unit is again determined when the functioning of the device for detecting a voltage is impaired, wherein the determination step is based on a first mathematical model of the voltage behavior of the at least one electrical energy storage unit and in the first step Sil determined charge state value based. Subsequently, in a fourth step S14, the electrical energy storage system is operated using the further charge state value determined in the third step S13.
Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform. In einem ersten Schritt S21 wird, wie oben beschrieben, ein Ladezustandswert mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit eines elektrischen Energiespeichersystems ermittelt. Anschließend erfolgt in einem zweiten Schritt S22 die Ermittlung eines elektrischen Innenwiderstands- wertes der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit. Dies kann beispielsweise mittels Quotientenbildung von Spannungswerten und Stromwerten der elektrischen Energiespeichereinheit erfolgen. Anschließend wird in einem dritten Schritt S23 ein erstes mathematisches Modell unter Verwendung des er- mittelten elektrischen Innenwiderstandes adaptiert, um das aktuelle elektrischeFIG. 2 shows a flowchart of the method according to the invention in accordance with a second embodiment. In a first step S21, as described above, a state of charge value of at least one electrical energy storage unit of an electrical energy storage system is determined. Subsequently, in a second step S22, the determination of an electrical internal resistance value of the at least one electrical energy storage unit takes place. This can be done, for example, by quotient of voltage values and current values of the electrical energy storage unit. Subsequently, in a third step S23, a first mathematical model is adapted using the determined internal electrical resistance to determine the current electrical impedance
Spannungsverhalten der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit genau abzubilden. Vorteilhafterweise erfolgt die Ermittlung des elektrischen In- nenwiderstandswertes ebenfalls unter Verwendung des ersten mathematischen Modelles. Anschließend wird in einem vierten Schritt S24, oben beschrieben, die Funktionsfähigkeit einer Vorrichtung zur Erfassung einer Spannung überprüft. Bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit wird in einem fünften SchrittVoltage behavior of the at least one electrical energy storage unit to reproduce exactly. Advantageously, the determination of the internal electrical resistance value also takes place using the first mathematical model. Subsequently, in a fourth step S24, described above, the functionality of a device for detecting a voltage is checked. In case of limited or missing functionality, in a fifth step
S25, wie oben beschrieben, erneut ein weiterer Ladezustandswert der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt, wobei der Ermittlungsschritt auf dem ersten mathematischen Modell der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit und dem im ersten Schritt S21 ermittelten Ladezustands- wert basiert. Anschließend wird das elektrische Energiespeichersystem in einem sechsten Schritt S26 unter Verwendung des in dem fünften Schritt S25 ermittelten weiteren Ladezustandswertes betrieben. S25, as described above, again determines another state of charge value of the at least one electrical energy storage unit, wherein the determination step is based on the first mathematical model of the at least one electrical energy storage unit and the state of charge value determined in the first step S21. Subsequently, the electric energy storage system is operated in a sixth step S26 using the further charge state value determined in the fifth step S25.
Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform. In einem ersten Schritt S31 wird ein elektrischer Spannungswert mindestens einer elektrischen Energiespeichereinheit eines elektrischen Energiespeichersystems mittels einer Spannungserfassungsvorrich- tung ermittelt. Das elektrische Energiespeichersystem umfasst hierbei eine Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten. Dabei kann die elektrische Spannung als Indikator für den Ladezustand der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit angesehen werden. Anschließend wird zu einem späteren Zeitpunkt in einem zweiten Schritt S32, wie oben beschrieben, die Funktionsfähigkeit der Spannungserfassungsvorrichtung überprüft. In einem dritten Schritt S33 wird bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit der Spannungserfassungsvorrichtung ein erster weiterer elektrischer Spannungswert der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit ermittelt, wobei dies basierend auf einem ersten mathematischen Modell der elektrischen Energiespeichereinheit und mindestens dem in dem ersten Schritt S31 ermittelten elektrischen Spannungswert erfolgt. In einem vierten Schritt S34 wird der in dem dritten Schritt S33 ermittelte weitere elektrische Spannungswert mit einem zweiten weiteren elektrischen Spannungswert verglichen, wobei der zweite weitere elektrische Spannungswert auf einer über die Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten abfallenden elektrischen Spannung basiert. Dieser zweite weitere elektrische Spannungswert kann beispielsweise auf einer sogenannten Modulspannungsmessung basieren, welche die elektrische Spannung der in einem Mo- dul verbauten elektrischen Energiespeichereinheiten erfasst und somit typischerweise die elektrische Potentialdifferenz über die in dem Modul in Serie geschalteten elektrischen Energiespeichereinheiten wiedergibt. Ergibt sich beispielsweise aus dem Vergleich der beiden Spannungswerte, dass sie sich nur um einen Wert unterscheiden, der innerhalb einer vordefinierten Spannungsdifferenz liegt, wird das elektrische Energiespeichersystem in einem fünften Schritt S35 unter Verwendung des in dem dritten Schritt S33 ermittelten ersten weiteren elektrischen Spannungswertes der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit weiter betrieben. Zusätzlich wird nach einer ersten vordefinierten Zeitspanne, beispielsweise gewählt aus dem Bereich von 5 Sekunden bis 60 Minuten, insbesondere im Bereich von 1 Minute bis 10 Minuten, die Entnahme elektrischer Energie aus der elektrischen Energiespeichereinheit und/oder dem elektrischen Energiespeichersystem unterbunden. Beispielsweise ist es bei Vorhandensein entsprechender elektrischer beziehungsweise elektronischer Bauteile denkbar, dass die mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit aus dem Stromkreis des elektrischen Energiespeichersystems weggeschaltet wird und somit aus ihr keine elektrische Energie mehr entnommen werden kann. Das elektrische Energiespeichersystem kann jedoch weiter betrieben werden. FIG. 3 shows a flow chart of the method according to the invention in accordance with a third embodiment. In a first step S31, an electrical voltage value of at least one electrical energy storage unit of an electrical energy storage system is determined by means of a voltage detection device. The electrical energy storage system here comprises a plurality of electrical energy storage units. In this case, the electrical voltage can be regarded as an indicator of the state of charge of the at least one electrical energy storage unit. Subsequently, at a later time in a second step S32, as described above, the operability of the voltage detection device is checked. In a third step S33, when the voltage detection device has limited or no functionality, a first further electrical voltage value of the at least one electrical energy storage unit is determined based on a first mathematical model of the electrical energy storage unit and at least the electrical voltage value determined in the first step S31. In a fourth step S34, the further electrical voltage value determined in the third step S33 is compared with a second further electrical voltage value, wherein the second further electrical voltage value is based on a voltage drop across the plurality of electrical energy storage units. This second additional electrical voltage value can be based, for example, on a so-called module voltage measurement, which measures the electrical voltage of the motor in a motor. Detected built electrical energy storage units and thus typically reflects the electrical potential difference across the module connected in series electrical energy storage units. If it results, for example, from the comparison of the two voltage values that they only differ by a value which lies within a predefined voltage difference, the electrical energy storage system is determined in a fifth step S35 using the first further electrical voltage value determined in the third step S33 continue to operate an electrical energy storage unit. In addition, after a first predefined period of time, for example selected from the range of 5 seconds to 60 minutes, in particular in the range of 1 minute to 10 minutes, the removal of electrical energy from the electrical energy storage unit and / or the electrical energy storage system is prevented. For example, it is conceivable in the presence of corresponding electrical or electronic components, that the at least one electrical energy storage unit is disconnected from the circuit of the electrical energy storage system and thus no more electrical energy can be removed from it. However, the electrical energy storage system can continue to operate.
Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform. Dabei umfasst das elektrische Energiespeichersystem mindestens zwei elektrische Energiespeichereinheiten. In einem ersten Schritt S41 wird ein elektrischer Spannungswert einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit der mindestens zwei elektrischen Energiespeichereinheiten mittels einer Spannungserfassungsvorrichtung ermittelt, wie dies bereits oben beschrieben wurde. Anschließend wird in einem zweiten Schritt S42, wie oben beschrieben, die Funktionsfähigkeit der Spannungserfassungsvorrichtung überprüft. Wird festgestellt, dass die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung eingeschränkt oder gänzlich fehlend ist, wird in einem dritten Schritt S43, wie oben beschrieben, ein erster weiterer elektrischer Spannungswert der ersten elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf einem ersten mathematischen Modell und dem in dem ersten Schritt S41 ermittelten Spannungswert ermittelt. Anschließend wird in einem vierten Schritt S44 ein zweiter weiterer elektrischer Spannungswert einer weiteren elektrischen Energiespeichereinheit der mindestens zwei elektrischen Energiespeichereinheiten ermittelt, bevorzugt unter Verwendung des gleichen ersten mathematischen Modells. Anschließend wird in einem fünften Schritt S45 der in dem dritten Schritt S43 ermittelte erste weitere elektrische Spannungswert mit dem zweiten weiteren elektrischen Spannungswert der weiteren elektrischen Energiespeichereinheit verglichen. Ergibt sich aus dem Vergleich der beiden Spannungswerte, dass sie sich nur um einen Wert unterscheiden, der innerhalb einer vordefinierten Spannungsdifferenz liegt, wird das elektrische Energiespeichersystem in einem sechsten Schritt S46 unter Verwendung des in dem dritten Schritt S43 ermittelten ersten weiteren elektrischen Spannungswertes weiter betrieben, wobei zusätzlich nach einer vordefinierten Zeitspanne die Entnahme elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeichersystem unterbunden wird. FIG. 4 shows a flowchart of the method according to the invention in accordance with a fourth embodiment. In this case, the electrical energy storage system comprises at least two electrical energy storage units. In a first step S41, an electrical voltage value of a first electrical energy storage unit of the at least two electrical energy storage units is determined by means of a voltage detection device, as already described above. Subsequently, in a second step S42, as described above, the operability of the voltage detection device is checked. If it is determined that the functionality of the device is limited or completely absent, as described above, in a third step S43, a first further electrical voltage value of the first electrical energy storage unit is determined based on a first mathematical model and the voltage value determined in the first step S41 , Subsequently, in a fourth step S44, a second further electrical voltage value of a further electrical energy storage unit of the at least two electrical energy storage units is determined, preferably using the same first mathematical model. Subsequently, in a fifth step S45 the first further electrical voltage value determined in the third step S43 is compared with the second further electrical voltage value of the further electrical energy storage unit. If it results from the comparison of the two voltage values that they only differ by a value which is within a predefined voltage difference, the electrical energy storage system is operated in a sixth step S46 using the first further electrical voltage value determined in the third step S43, wherein in addition, after a predefined period of time, the removal of electrical energy from the electrical energy storage system is prevented.
Figur 5 zeigt ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer fünften Ausführungsform. Dabei umfasst das elektrische Energiespeichersystem mindestens zwei elektrische Energiespeichereinheiten. In einem ersten Schritt S51 wird, wie oben angegeben, ein elektrischer Spannungswert einer ersten elektrischen Energiespeichereinheit der mindestens zwei elektrischen Energiespeichereinheiten mittels einer Spannungserfassungsvorrichtung ermittelt. Anschließend wird in einem zweiten Schritt S52 die sogenannte Kapazität, die maximal speicherbare Ladungsmenge einer elektrischen Energiespeichereinheit, für jede der mindestens zwei elektrischen Energiespeichereinheiten als Alterungszu- standsgröße ermittelt. Dazu können beispielsweise ein mathematisches Modell einer elektrischen Energiespeichereinheit und entsprechende regelungstechnische Strukturen wie ein Beobachter eingesetzt werden. Anschließend wird in einem dritten Schritt S53, wie oben beschrieben, die Funktionsfähigkeit der Span- nungserfassungsvorrichtung überprüft. Wird wie oben beschrieben festgestellt, dass die Funktionsfähigkeit der Vorrichtung eingeschränkt oder gänzlich fehlend ist, wird in einem vierten Schritt S54 ein erster weiterer elektrischer Spannungswert der ersten elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf einem ersten mathematischen Modell und dem in dem ersten Schritt S51 ermittelten weiteren Spannungswert ermittelt. In einem fünften Schritt S55 wird ein zweiter weiterer elektrischer Spannungswert einer weiteren elektrischen Energiespeichereinheit der mindestens zwei elektrischen Energiespeichereinheiten ermittelt, bevorzugt unter Verwendung des gleichen ersten mathematischen Modells. Anschließend werden in einem sechsten Schritt S56 die ermittelten Kapazitätswerte miteinan- der verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs kann hierbei sein, dass sich die Ka- pazitätswerte nur um einen Wert unterscheiden, der innerhalb einer vordefinierten Kapazitätsdifferenz liegt, die elektrischen Energiespeichereinheiten demzufolge ein ähnliches Alterungsverhalten aufweisen. Anschließend wird in einem siebten Schritt S57 der in Schritt S54 ermittelte erste weitere elektrische Spannungswert mit dem zweiten weiteren elektrischen Spannungswert verglichen. Das Ergebnis des Vergleichs der beiden Spannungswerte kann hierbei sein, dass sie sich nur um einen Wert unterscheiden, der innerhalb einer vordefinierten Spannungsdifferenz liegt. Liegen sowohl Kapazitätswerte als auch Spannungswerte derart beisammen, wird das elektrische Energiespeichersystem in einem achten Schritt S58 unter Verwendung des in dem vierten Schritt S54 ermittelten ersten weiteren elektrischen Spannungswertes betrieben, wobei zusätzlich nach einer vordefinierten Zeitspanne und/oder nach Verbrauchen einer vordefinierten Energiemenge bei vordefinierter maximal möglicher Leistung die Entnahme elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeichersystem unterbunden oder eingeschränkt wird. Weiterhin wird die Länge der vordefinierten Zeitspanne und/oder der vordefinierten Energiemenge in Abhängigkeit der Spannungswerte und/oder der Kapazitätswert definiert. Somit kann beispielsweise je nach Spannungsdifferenz und/oder Kapazitätsdifferenz eine kürzere oder längere vordefinierten Zeitspanne und/oder eine vordefinierte Energiemenge bei vordefinierter maximal möglicher Leistung für den Weiterbetrieb vorgesehen werden. FIG. 5 shows a flow chart of the method according to the invention in accordance with a fifth embodiment. In this case, the electrical energy storage system comprises at least two electrical energy storage units. In a first step S51, as stated above, an electrical voltage value of a first electrical energy storage unit of the at least two electrical energy storage units is determined by means of a voltage detection device. Subsequently, in a second step S52, the so-called capacitance, the maximum storable charge quantity of an electrical energy storage unit, for each of the at least two electrical energy storage units is determined as an aging state variable. For this purpose, for example, a mathematical model of an electrical energy storage unit and corresponding control engineering structures such as an observer can be used. Subsequently, in a third step S53, as described above, the operability of the voltage detection device is checked. If, as described above, the functionality of the device is limited or completely absent, in a fourth step S54 a first further electrical voltage value of the first electrical energy storage unit is determined based on a first mathematical model and the further voltage value determined in the first step S51. In a fifth step S55, a second further electrical voltage value of a further electrical energy storage unit of the at least two electrical energy storage units is determined, preferably using the same first mathematical model. Subsequently, in a sixth step S56, the ascertained capacitance values are compared with one another. The result of the comparison may be that the cable differ only by a value that is within a predefined capacity difference, the electrical energy storage units therefore have a similar aging behavior. Subsequently, in a seventh step S57, the first further electrical voltage value determined in step S54 is compared with the second further electrical voltage value. The result of the comparison of the two voltage values may be that they only differ by a value that lies within a predefined voltage difference. If both capacitance values and voltage values are present in such a way, the electrical energy storage system is operated in an eighth step S58 using the first further electrical voltage value determined in the fourth step S54, wherein additionally after a predefined period of time and / or after consuming a predefined amount of energy at a predefined maximum possible power, the removal of electrical energy from the electrical energy storage system is prevented or restricted. Furthermore, the length of the predefined period of time and / or the predefined amount of energy is defined as a function of the voltage values and / or the capacitance value. Thus, for example, depending on the voltage difference and / or capacity difference, a shorter or longer predefined period of time and / or a predefined amount of energy can be provided for further operation at a predefined maximum possible power.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 62 zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems. Dabei werden entsprechende Messwerte, beispielsweise Strom- und Spannungsmesswerte, die innerhalb des auf der Vorrichtung auszuführenden erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden, über entsprechende Sensoren 61 eingelesen. Entsprechende Steuerbefehle, welches sich aus dem erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben, werden von der Vorrichtung 62 an entsprechende elektrische beziehungsweise elektronische Bauteile 63, beispielsweise einen Wechselrichter und/oder ein Schütz, ausgegeben. FIG. 6 shows a schematic representation of a device 62 for operating an electrical energy storage system. In this case, corresponding measured values, for example current and voltage measured values, which are used within the method according to the invention to be carried out on the device, are read in via corresponding sensors 61. Corresponding control commands which result from the method according to the invention are output by the device 62 to corresponding electrical or electronic components 63, for example an inverter and / or a contactor.

Claims

Ansprüche  claims
1. Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, umfassend mindestens eine elektrische Energiespeichereinheit, mit den folgenden Schritten: A method of operating an electrical energy storage system comprising at least one electrical energy storage unit, comprising the steps of:
a) Ermitteln einer Zustandsgröße, insbesondere einer Ladezustandsgröße, der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit;  a) determining a state variable, in particular a state of charge state, of the at least one electrical energy storage unit;
b) Überprüfen der Funktionsfähigkeit einer Vorrichtung (61) zur Ermittlung einer Zustandsgröße der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit, insbesondere umfassend eine Spannungserfassungsvorrichtung; c) Bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit der Vorrichtung (61) zur Ermittlung einer Zustandsgröße Ermitteln einer ersten weiteren Zustandsgröße der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf einem ersten mathematischen Modell und mindestens der in Schritt a) ermittelten Zustandsgröße;  b) checking the functionality of a device (61) for determining a state variable of the at least one electrical energy storage unit, in particular comprising a voltage detection device; c) If the device (61) has a limited or lacking functionality for determining a state variable, determining a first further state variable of the at least one electrical energy storage unit based on a first mathematical model and at least the state variable determined in step a);
d) Betreiben des elektrischen Energiespeichersystems unter Verwendung der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit ermittelten ersten weiteren Ladezustandsgröße.  d) operating the electrical energy storage system using the determined when limited or lacking functionality first additional state of charge state.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in Schritt d) das elektrische Energiespeichersystem derart betrieben wird, dass ein erster Grenzwert der Ladezustandsgröße nicht überschritten wird und/oder ein zweiter Grenzwert der Ladezustandsgröße nicht unterschritten wird. 2. The method according to claim 1, wherein in step d) the electrical energy storage system is operated such that a first limit value of the state of charge state is not exceeded and / or a second limit value of the state of charge state is not exceeded.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: 3. The method according to any one of the preceding claims, further comprising:
e) Ermitteln mindestens einer Alterungszustandsgröße der elektrischen  e) determining at least one aging state quantity of the electrical
Energiespeichereinheit, insbesondere eines elektrischen Widerstandes; f) Adaptieren des ersten mathematischen Modells basierend auf der mindestens einen Alterungszustandsgröße.  Energy storage unit, in particular an electrical resistance; f) adapting the first mathematical model based on the at least one aging state variable.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrische Energiespeichersystem eine Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten umfasst, weiterhin umfassend: g) Vergleichen der in Schritt c) bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit der Vorrichtung (61) zur Ermittlung einer Zustandsgröße ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit mit einer zweiten weiteren Zustandsgröße, welche auf einer über die Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten abfallenden elektrischen Spannung basiert; 4. The method of claim 1, wherein the electrical energy storage system comprises a plurality of electrical energy storage units, further comprising: g) comparing the first further state variable of the at least one electrical energy storage unit having a second further state variable determined in step c) in the event of limited or absent functioning of the device (61) to determine a state variable, which is based on an electrical voltage drop across the plurality of electrical energy storage units ;
h) In Abhängigkeit des Vergleichs der Zustandsgrößen Betreiben des elektrischen Energiespeichersystems unter Verwendung der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit ermittelten ersten weiteren Ladezustandsgröße, wobei zusätzlich nach einer ersten vordefinierten Zeitspanne und/oder Verbrauchen oder Aufnehmen einer ersten vordefinierten elektrischen Energiemenge die Entnahme oder Aufnahme von elektrischer Energie aus der elektrischen Energiespeichereinheit und/oder dem elektrischen Energiespeichersystem unterbunden wird. h) Depending on the comparison of the state variables operating the electrical energy storage system using the first further state of charge magnitude determined with limited or lacking functionality, wherein additionally after a first predefined period of time and / or consuming or receiving a first predefined amount of electrical energy, the removal or absorption of electrical energy is prevented from the electrical energy storage unit and / or the electrical energy storage system.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das elektrische Energiespeichersystem mindestens zwei elektrische Energiespeichereinheiten umfasst, weiterhin umfassend die folgenden Schritte: Method according to one of the preceding claims, wherein the electrical energy storage system comprises at least two electrical energy storage units, further comprising the following steps:
i) Ermitteln einer dritten weiteren Zustandsgröße mindestens einer weiteren elektrischen Energiespeichereinheit basierend auf einem zweiten mathematischen Modell; i) determining a third further state variable of at least one further electrical energy storage unit based on a second mathematical model;
j) Vergleichen der in Schritt c) bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit der Vorrichtung (61) zur Ermittlung einer Zustandsgröße ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße der mindestens einen elektrischen Energiespeichereinheit mit der dritten weiteren Zustandsgröße der weiteren elektrischen Energiespeichereinheit; j) comparing the first further state variable of the at least one electrical energy storage unit determined in step c) in the case of limited or missing functionality of the device (61) to determine a state variable with the third further state variable of the further electrical energy storage unit;
k) In Abhängigkeit des Vergleichs der Zustandsgrößen Betreiben des elektrischen Energiespeichersystems unter Verwendung der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße, wobei zusätzlich nach einer zweiten vordefinierten Zeitspanne und/oder Verbrauchen oder Aufnehmen einer zweiten vordefinierten elektrischen Energiemenge die Entnahme oder Aufnahme von elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeichersystem unterbunden wird. k) Depending on the comparison of the state variables operating the electrical energy storage system using the first further state variable determined with limited or lacking functionality, wherein additionally after a second predefined period and / or consuming or receiving a second predefined amount of electrical energy, the removal or recording of electrical energy is prevented from the electrical energy storage system.
Verfahren gemäß Anspruch 5, weiterhin umfassend: Ermitteln jeweils mindestens einer Alterungszustandsgröße, insbesondere eines elektrischen Widerstands, der mindestens zwei elektrischen Energiespeichereinheiten vor Schritt b); The method of claim 5, further comprising: Determining in each case at least one aging state variable, in particular an electrical resistance, of the at least two electrical energy storage units before step b);
i) Vergleichen der Alterungszustandsgrößen der mindestens zwei elektrischen Energiespeichereinheiten;  i) comparing the aging state variables of the at least two electrical energy storage units;
) In Abhängigkeit des Vergleichs der Zustandsgrößen und des Vergleichs der Alterungszustandsgrößen Betreiben des elektrischen Energiespeichersystems unter Verwendung der bei eingeschränkter oder fehlender Funktionsfähigkeit ermittelten ersten weiteren Zustandsgröße, wobei zusätzlich nach einer dritten vordefinierten Zeitspanne und/oder Verbrauchen oder Aufnehmen einer dritten vordefinierten elektrischen Energiemenge die Entnahme oder Aufnahme elektrischer Energie aus dem elektrischen Energiespeichersystem unterbunden wird, wobei die Länge der dritten vordefinierten Zeitspanne und/oder der dritten vordefinierten Energiemenge in Abhängigkeit der Zustandsgrößen und/oder der Alterungszustandsgrößen definiert ist.  In dependence on the comparison of the state variables and the comparison of the aging state variables operating the electrical energy storage system using the first further state variable determined with limited or lacking functionality, wherein additionally after a third predefined period of time and / or consuming or receiving a third predefined amount of electrical energy, the removal or Recording of electrical energy is inhibited from the electrical energy storage system, wherein the length of the third predefined period of time and / or the third predefined amount of energy depending on the state variables and / or the aging state variables is defined.
Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei das erste mathematische Modell und das zweite mathematische Modell gleich sind und/oder auf Differentialgleichungen basieren. Method according to claim 5 or 6, wherein the first mathematical model and the second mathematical model are equal and / or based on differential equations.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zustandsgrößen Ladezustandsgrößen, insbesondere elektrische Spannungen, sind oder umfassen. 8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the state variables are state of charge states, in particular electrical voltages, or include.
9. Vorrichtung (62) zum Betrieb eines elektrischen Energiespeichersystems, umfassend mindestens ein Mittel, insbesondere ein elektronisches Batteriemanagementgerät, das eingerichtet ist, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen. 9. Device (62) for operating an electrical energy storage system, comprising at least one means, in particular an electronic battery management device, which is adapted to perform the steps of the method according to one of claims 1 to 7.
10. Elektrisches Energiespeichersystem, umfassend eine Mehrzahl an elektrischen Energiespeichereinheiten und eine Vorrichtung (62) gemäß Anspruch 9. 11. Verwendung eines elektrischen Energiespeichersystems gemäß Anspruch 10 in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen einschließlich Hybridfahrzeugen, in stationären elektrischen Energiespeicheranlagen, in elektrisch betriebenen Handwerkzeugen, in portablen Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung sowie in Haushaltsgeräten. 10. An electrical energy storage system comprising a plurality of electrical energy storage units and a device (62) according to claim 9. 11. Use of an electrical energy storage system according to claim 10 in electrically driven vehicles including hybrid vehicles, in stationary electrical energy storage systems, in electrically operated hand tools, in portable devices for telecommunications or data processing and in household appliances.
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